Determinación de zonas inundables de caña de azúcar por el Río Chicama utilizando el software hec ras tramo progresiva 26+500 – 39+000, valle Chicama, 2018

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(1)CU AR IA. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. RO. PE. UNT. FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS. AG. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA. DE. "Determinación de zonas inundables de caña de azúcar por el Río Chicama utilizando el software hec-ras tramo progresiva 26+500 – 39+000, valle Chicama, 2018". BL IO TE. CA. TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO AGRÍCOLA Banda Nuñez, José Vicente. Asesor:. Dr. Carrasco Silva, Anselmo Humberto. BI. Autor:. TRUJILLO – PERÚ 2019. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. PRESENTACIÓN SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO:. En cumplimiento a las disposiciones vigentes contenidas en el Reglamento de Tesis. S. Universitaria de la Escuela Profesional de Ingeniería Agrícola, someto a su elevado criterio. CU AR IA. la tesis titulada "Determinación de zonas inundables de caña de azúcar por el Río Chicama. utilizando el software hec-ras tramo progresiva 26+500 – 39+000, valle Chicama, 2018” con el propósito de optar el título profesional de Ingeniero Agrícola.. Br. Banda Nuñez, José Vicente. BI. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. Trujillo, 19 de agosto de 2019. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(3) BI. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. CU AR IA. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. DEDICATORIAS La siguiente tesis, va dedicado a Dios, por permitirme estar en este espacio tiempo y de brindarme la sapiencia para poder desarrollar este estudio, en segundo lugar, a mis padres por brindarme el apoyo para salir adelante y mostrarme el camino que seguí hasta este punto. S. de mi vida, finalmente a mis hermanos, por ser siempre compañeros en este largo camino. BI. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. CU AR IA. hasta el punto en el que hoy me encuentro.. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. AGRADECIMIENTOS En primer lugar, agradezco a Dios, por todo lo brindado para poder desarrollar los estudios que necesite para realizar este trabajo, además agradezco también a mi familia, por. BI. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. CU AR IA. S. brindarme su apoyo para poder realizar este trabajo con total paciencia.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. RESUMEN La siguiente tesis consiste en el estudio del área inundable de una sección del río Chicama ubicada en las progresivas 26+500 a 39+000, basándonos en el historial de caudales desde el año de 1971 a la primera mitad del 2017, con el apoyo de un software de modelación. S. bidimensional de ríos llamado Hec-Ras, el cual usa algoritmos con bases en cálculos. CU AR IA. hidráulicos, hidrológicos, topográficos y otros factores como la n de Manning. En primer lugar se hace un estudio del comportamiento normal del río Chicama, a fin de determinar que áreas son las que normalmente inundan y cuáles son sus caudales en condiciones normales, en segundo lugar el análisis se enfoca en el fenómeno del niño costero, ocurrido en el año 2017, por lo cual se realizó un análisis mediante el uso de cuadros de frecuencia. PE. de Yevjevich, lo cual nos da una idea de cómo se comportó el rio en ese periodo de tiempo, además nos apoyamos en la elaboración de un hidrograma para el cálculo de caudal máximo,. RO. el cual fue usado como el caudal de diseño para ese periodo de tiempo, prosiguiendo con el estudio, se realizó una proyección de tres caudales hipotéticos mediante el uso de cálculo de. AG. diseño del método de Gumbel con tres periodos de retorno de 10, 50 y 100 años, dichos caudales y el empleo del software nos permitieron saber cuáles serían las área afectadas por dichos caudales,. finalmente se realizó un análisis de los efectos que causan estas. DE. inundaciones, enfocándonos principalmente, en las áreas erosionadas, los cultivos perdidos. CA. y las toneladas de caña por hectárea que se perderían.. BI. BL IO TE. Palabras clave: Algoritmo, hidráulicos, caudal, topografía, erosión.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. ABSTRACT The following thesis is the study of the flooding area of a section of the Chicama River located in the progressives 26+500 to 39+000, based on the history of flows from the year 1971 to the first half of 2017, with the support of a two-dimensional river modeling software. S. called Hec-Ras, which uses algorithms based on hydraulic, hydrological, topographic. CU AR IA. calculations and other factors such as Manning's n. Firstly, a study of the normal behaviour. of the Chicama River is done, in order to determine which areas are the ones that normally flood and what their flows are under normal conditions, secondly the analysis focuses on the phenomenon of El Niño Costero, occurred in In 2017, for which an analysis was made through the use of Yevjevich frequency tables, which gives us an idea of how the river. PE. behaved in that period of time, we also rely on the development of a hydrograph for the calculation of maximum flow rate, which was used as the design flow for that period of time,. RO. continuing with the study, a projection of three hypothetical flows was made using the design calculation of the Gumbel method with three return periods of 10, 50 and 100 years. These. AG. flows and the use of the software allowed us to know what the areas affected by these flows would be, finally an analysis of the effects that these floods cause was made, focusing mainly. DE. on eroded areas, lost crops and tons of cane per hectare that would be lost.. BI. BL IO TE. CA. KEY WORDS: Algorithm, hydraulic, flow, topography, erosion.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. ÍNDICE GENERAL PRESENTACIÓN ................................................................................................................................ i JURADO DICTAMINADOR ...............................................................................................................ii DEDICATORIAS................................................................................................................................iii. S. AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................................... iv. CU AR IA. RESUMEN ABSTRACT ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE TABLAS INDICE DE FIGURAS. PE. CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7 Realidad Problemática .................................................................................................................. 7. 1.2.. Justificación .................................................................................................................................... 9. 1.3.. Objetivos ......................................................................................................................................... 9. RO. 1.1.. 2.1.. AG. CAPÍTULO II: REVISIÒN DE LITERATURA ................................................................................ 10 Antecedentes ................................................................................................................................. 10 Antecedentes Internacionales ............................................................................................. 10. 2.1.2.. Antecedentes Nacionales ..................................................................................................... 12. 2.1.3.. Antecedentes Locales .......................................................................................................... 13. 2.2.. DE. 2.1.1.. Bases Teóricas .............................................................................................................................. 14 Aspectos Generales para el Manejo de la Información del Río ....................................... 14. 2.2.2.. Fenómeno del Niño .............................................................................................................. 23. 2.2.3.. Hec - Ras .............................................................................................................................. 23. 2.2.4.. Caña de Azúcar ................................................................................................................... 30. 2.2.5.. Efectos de la Inundación sobre el suelo ............................................................................. 31. BL IO TE. CA. 2.2.1.. 2.3.. Terminología ................................................................................................................................ 44. CAPÍTULO III: MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................ 45 Material......................................................................................................................................... 45. 3.2. Métodos ......................................................................................................................................... 50. BI. 3.1. 3.3. Técnicas......................................................................................................................................... 55. 3.4. Procedimiento ............................................................................................................................... 62. CAPÍTULO IV: RESULTADOS ....................................................................................................... 64 4.1.. Comportamiento Normal Del Rio Chicama y área inundable. ................................................ 64. 4.2.. Comportamiento Del Rio Chicama en el FEN del 2017 y área inundable. ............................. 67. 4.3. Comportamiento Del Rio Chicama con periodos de retorno de 10, 50, 100 años y área inundable. .................................................................................................................................................. 69. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 4.4.. Efectos de la Inundación sobre área inundadas ........................................................................ 74. CAPÍTULO V: DISCUSIÓN ............................................................................................................. 77 CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES ................................................................................................... 78 CAPÍTULO VII: RECOMENDACIONES ........................................................................................ 79. S. CAPÍTULO VIII: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 80. BI. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. CU AR IA. ANEXOS. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Hectáreas de cultivos afectadas en Ecuador por el FEN 2017, (UMEVA, 2017) . 11 Tabla 2:Energía y eficiencia de cada forma de erosión hídrica. (Morgan, 1995). .............. 32 Tabla 3:Velocidad limite en m/s, para diferentes situaciones, (Suárez, 2001) .................... 36. S. Tabla 4:Velocidad critica de arrastre para diferentes condiciones de agua. ........................ 39. CU AR IA. Tabla 5:Factores a tener en cuenta en el análisis de inundación de un río. ........................ 40 Tabla 6: Datos mensuales de caudales del río Chicama ...................................................... 48 Tabla 7:Caudales diarios, de la primera mitad del 2017 ..................................................... 49 Tabla 8: Coeficiente de Manning, para diferentes tipos de materiales ................................ 54 Tabla 9: Valores de Y N y σN en función de N .................................................................. 56. PE. Tabla 10: Valores de √(Nασm ) en función de ϕ ................................................................. 58 Tabla 11: Cuadro de frecuencia NC. Yevjevich .................................................................. 60. RO. Tabla 12: Cuadro de descripción de N° de datos, Cauda mínimo y máximo ...................... 64 Tabla 13: Calculo del número de intervalos y del tamaño de la amplitud .......................... 64. AG. Tabla 14: Cuadro de frecuencia para comportamiento normal. .......................................... 64 Tabla 15: Porcentaje de datos, con sus respectivos caudales .............................................. 67 Tabla 16: Hectáreas inundadas, bajo caudales más frecuentes ........................................... 67. DE. Tabla 17: Cuadro de descripción de N° de datos, Cauda mínimo y máximo ...................... 67 Tabla 18: Calculo del número de intervalos y del tamaño de la amplitud .......................... 67. CA. Tabla 19: Cuadro de frecuencia para comportamiento 2017 ............................................... 68 Tabla 20: Caudal 2017 y área inundable ............................................................................. 69. BL IO TE. Tabla 21: Caudal máximo anual .......................................................................................... 70 Tabla 22: Resumen de N° de datos y suma de caudales...................................................... 72 Tabla 23: Caudal medio y desviación estándar calculado ................................................... 72 Tabla 24: Resumen de constantes σN y YN y periodo de retorno ...................................... 72 Tabla 25: Caudales para diferentes periodos de retorno...................................................... 72. BI. Tabla 26: Constante φ, para diferentes periodos de retorno ................................................ 72 Tabla 27: Calculo de intervalo de confianza, para un T<90................................................ 73 Tabla 28: Calculo de intervalo de confianza, para un φ de T >90 ...................................... 73 Tabla 29: Calculo del caudal final de diseño ....................................................................... 73 Tabla 30: Calculo de área inundable proyectada para 3 caudales distintos......................... 73 Tabla 31: Secciones afectadas por erosión bajo condiciones de caudal normal ................. 74 Tabla 32: Secciones afectadas por la erosión, bajo el caudal máximo presentado en 2017 74. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Tabla 33: Secciones afectadas por la erosión, bajo 3 caudales proyectados ....................... 74 Tabla 34: Campos afectados y toneladas de caña afectadas en margen izquierdo .............. 75 Tabla 35: Campos afectados y toneladas de caña afectadas en margen derecho ................ 76 Tabla 36:Secciones erosionables del rio bajo condiciones normales .................................. 91 Tabla 37: Secciones erosionables del rio bajo caudal máximo en año 2017 ....................... 95. BI. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. CU AR IA. S. Tabla 38: Secciones erosionables del rio bajo caudales proyectados .................................. 99. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. INDICE DE FIGURAS Figura 1: Inundaciones en el Norte del Perú por el FEN 2017, (ACA/ACCA, 2017) ........ 12 Figura 2: Hectáreas de maíz chala afectadas por inundación del río Moche, (Andina, 2017) ............................................................................................................................................. 13 Figura 3: Hectáreas de frutales afectadas por inundación del río Moche, (Andina, 2017) . 13. S. Figura 4:Representación del radio hidráulico ...................................................................... 51. CU AR IA. Figura 5:Representación matemática del radio hidráulico .................................................. 51 Figura 6:Representación geométrica de la sección del río .................................................. 53 Figura 7:Representación del perfil del río, en relación del nivel del agua y el radio. hidráulico ............................................................................................................................. 54 Figura 8: Área inundada por caudal de 10m3/s ................................................................... 82. PE. Figura 9: Área inundada por caudal de 120m3/s ................................................................. 82 Figura 10: Secciones erosionables por caudal de 120m3/s ................................................ 83. RO. Figura 11: Área inundada por caudal de 220m3/s ............................................................... 83 Figura 12: Secciones erosionables por caudal de 220m3/s ................................................. 84. AG. Figura 13: Área inundada por caudal máximo presentado en el año 2017.......................... 84 Figura 14: Secciones erosionables por caudal máximo presentado en año 2017 ................ 85 Figura 15: Área inundada por caudal de 742m3/s ............................................................... 85. DE. Figura 16: Secciones erosionables por caudal de 742m3/s ................................................. 86 Figura 17: Área inundada por caudal de 1253m3/s ............................................................. 86. CA. Figura 18: Secciones erosionables por caudal de 1253m3/s .............................................. 87 Figura 19: Área inundada por caudal de 1407m3/s ............................................................. 87. BL IO TE. Figura 20: Secciones erosionables por caudal de 1407m3/s .............................................. 88 Figura 21: Tipos de textura de suelos, en el área de rio seleccionada para estudio ............ 88 Figura 22: Campos sembrados de caña, alrededor de la sección del río seleccionada ........ 89 Figura 23: Vista de Planta de campo inundado en Hec-Ras................................................ 89. BI. Figura 24: Vista de una sección del río inundada en Hec-Ras ............................................ 90. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. CAPÍTULO I :. INTRODUCCIÓN. 1.1. Realidad Problemática En el año 2017, nuestro país sufrió el embate de uno de los fenómenos naturales más destructivos en el planeta, el fenómeno el niño, el cual dejo perdidas en diferentes áreas de. S. la producción de nuestro país en diversos sectores como pesquería, construcción, agricultura,. CU AR IA. entre otros. Uno de estos sectores la agricultura fue afectada ya sea de manera directa a través. de pérdidas de campos sembrados como de manera indirecta a través de daño en infraestructuras que dan sostenimientos a la misma, como obras de riego y/o carreteras.. El valle Chicama fue severamente castigado uno de estos daños ocasionó pérdidas de campos sembrados de caña de azúcar, pertenecientes a las empresas Casa Grande y Cartavio,. PE. afectando severamente su producción, a su vez colocando en riesgo otro grupo de áreas.. RO. El fenómeno denominado “Niño Costero” afecto de manera severa los bienes de la agroindustrial, Casa Grande, Cartavio. Entre ellos campos de cultivo, pozos infraestructuras. AG. de riego, carreteras entre otros. Esta afectación fue mayor debido a que en varias oportunidades el agua producto de los desbordes fue desviada a nuestros campos para evitar. DE. que inunden centros poblados. Por ello, a la fecha se estima que se perdió más de 17 hectáreas de terreno y se han inundado un aproximado de 760 hectáreas de terreno sembrado. De otro lado, se vieron afectados 26 mil 400 metros de canales, tanto revestidos como sin. CA. revestir. A esta estructura de riego se suman las 27 compuertas dañadas; lo cual perjudica el riego de campos. Otro de los daños se observa en los pozos que producto de los desbordes. BL IO TE. resultaron enterrados y erosionados, siendo un total de 20 las estructuras dañadas. Todo ello, originando grandes pérdidas. (Boletín Informativo “El Cañerito, agroindustrial, Casa Grande”, 2017). El rio Chicama se encuentra ubicado al Norte del país abarcando una extensión de 5876 km2,. BI. de la cual aproximadamente 2472 km2 pertenece a la cuenca húmeda.. Políticamente, el área estudiada forma parte de las provincias de Trujillo y Otuzco, del departamento de La Libertad y las provincias de Contumazá, Cajamarca y Cajabamba del departamento de Cajamarca. Geográficamente la cuenca en estudio limita por el Norte, con la cuenca del río Jequetepeque; por el sur con la cuenca del río Moche y la quebrada río 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Seco, por el este, con la cuenca del río Marañón y por el oeste con el océano pacifico. Sus puntos extremos se encuentran comprendidos entre los paralelos 07°21’ y 08°01’ de latitud sur y los meridianos 78°16’ y 74°27’ de longitud oeste de Greenwich.. Altitudinal mente, se extiende, desde el nivel del mar hasta la línea de cumbres que. S. constituye la divisoria de aguas entre esta cuenca y la del río Marañón y cuyo punto más alto. CU AR IA. corresponde a la señal Cerro Tuanga (4297 msnm).. La temperatura varia inversamente conforme se gana en altitud. A lo largo del río se puede apreciar variaciones climáticas diversas, desde el tipo semi-calido (20.8 °C) en el sector agrícola costero hasta el frio (6°C) en el sector que supera los 4000 msnm. La precipitación. PE. que ocurre principalmente en las zonas altas presenta una distribución que varia desde un promedio anual de 5.5 mm en el litoral a 1100 mm en el sector de la sierra por sobre los. RO. 2800 msnm. Se observa además que la precipitación pluvial va aumentando con el nivel altitudinal. En las estaciones del sector andino se aprecia sin embargo que las lluvias son. AG. mas abundantes y tienen sus inicios en los meses primaverales para ir cobrando mayor intensidad a medida que se acerca el verano, época en la que alcanzó su máxima intensidad, descendiendo a partir de mayo hasta agosto con promedio variable entre 2.2 mm (San. DE. Benito) a 29.7 mm (Copachique). La cuenca del río Chicama presenta dos sectores bien diferenciados, uno, que corresponde a la faja costera y estribaciones occidentales de los. CA. andes, y otro, que abarca las partes medias y altas de la cuenca. (INRENA, 1996). BL IO TE. La Gerencia Regional de Agricultura de La Libertad (GRALL) informó que el Fenómeno El Niño Costero ha afectado a unas 4,000 hectáreas de cultivo en toda la región y estimó que las pérdidas ascienden a 31 millones de soles.. Los cultivos más afectados son: arroz, espárrago, maíz y páprika a consecuencia de las. BI. recientes inundaciones, huaicos, erosiones y hasta por desbordes de ríos que han afectado a las provincias de Virú, Trujillo, Otuzco, Chepén y Gran Chimú.. Solo en lo que respecta a cultivos de caña de azúcar se han perdido unas 49 hectáreas, mientras que unas 1,531 hectáreas han sido afectadas; asimismo, unas 700 hectáreas de cultivo de arroz fueron destruidos y 200 hectáreas más se han visto afectados. (TrujilloenLinea.pe, 2017). 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 1.2. Justificación Con el presente trabajo se determinará en un 100% las áreas con cultivo de caña de azúcar que son propensas a inundación y perdidas de cultivo, favoreciendo al mejor manejo de las áreas a sembrar, a su vez brindando la oportunidad de conocer que otras áreas serian propensas a inundación en caso se presenten situaciones con mayor intensidad de caudal del. CU AR IA. S. rio. 1.3. Objetivos Generales . Determinación de las zonas inundables de caña de azúcar por el rio Chicama en el tramo. PE. progresiva 26+500 – 39+000.. Específicos. Calcular las áreas de caña de azúcar afectadas por la inundación del fenómeno del niño. RO. . 2017 en el tramo de la progresiva del rio.. Proyectarse a calcular las posibles nuevas áreas de inundación en caso se den situaciones. AG. . con mayor caudal.. Determinar los efectos de estas inundaciones sobre las respectivas áreas afectadas.. BI. BL IO TE. CA. DE. . 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. CAPÍTULO II : REVISIÒN DE LITERATURA 2.1. Antecedentes 2.1.1. Antecedentes Internacionales En la Publicación presentada por la Universidad de Alicante, titulado “Evolución,. S. vulnerabilidad e impacto económico y sociales de El Niño 2015-2016 en América Latina”,. CU AR IA. se expone el impacto Económico del Fenómeno del niño 2015-2016 haciendo énfasis en el. sector agrícola, el análisis es dividido en tres sub-regiones: México y Centro América, El Caribe y Sudamérica.. Centroamérica fue unas de las regiones más azotadas por el evento el niño 2015-16, particularmente los países que forman parte del corredor seco de Centroamérica como El. PE. Salvador, Guatemala, Honduras y Nicaragua. La investigación estima que para un 33% de la población agrícola, perdió entre 50% y el 90% de sus cultivos. Los principales cultivos. RO. afectados son, el maíz y el frijol. El salvador para estos dos cultivos, estima pérdidas de más del 50% durante el primer semestre de 2015, Honduras presentó pérdidas de cerca de 60%. AG. del maíz y 80% de la producción de frijoles. En las áreas más afectadas de Guatemala se calcularon pérdidas de entre el 50 y 100% de las cosechas de maíz y frijol negro, escenario parecido se dio en Nicaragua donde el 50% del área total sembrada sufrió daños, mientras. DE. que, en las zonas más afectadas, las pérdidas fueron totales. En México la presencia del huracán Patricia en el océano Pacifico, en octubre de 2015, afectaron cultivos como cereales,. CA. aguacate y agave.. En el Caribe, países como Haití, la sequía severa causo pérdidas significativas en la actividad. BL IO TE. agraria, particularmente en las cosechas de las que depende como insumo para el sustento básico familiar. Se reportaron pérdidas en la producción agrícola del 89%. En Sudamérica los impactos climáticos de El Niño 2015-16 generaron daños a infraestructuras, reducción de la producción agropecuaria y afectaciones a la matriz energética y productiva. En ecuador, las pérdidas económicas del sector agropecuario se. BI. estimaron en 3.5 millones de dólares con más de 2 mil productores entre mediano y pequeños, afectados. Tanto la región costa como en la sierra, se observó la disminución de la producción de papa, como resultado de las altas temperaturas y exceso de humedad. En Colombia una de las principales consecuencias de El Niño 2015-16, fue la sequía. Los principales cultivos afectados fueron los cultivos de exportación como el café, la papa y el arroz. De acuerdo a una estimación de la Federación Nacional de Cafeteros, El Niño, en 2015 causó daños a cerca de 90 000 ha del cultivo, lo que representaba el 18% del total de 10. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. cultivo de café en todo el país (RCN Radio, 2016). Según la agremiación, El Niño incidió en los costos de control de plagas. Al menos 50 000 ha de papa se perdieron, lo que puso en riesgo la inversión de 200 millones de dólares de este cultivo. (Hernández J. & otros, 2017) Tabla 1: Hectáreas de cultivos afectadas en Ecuador por el FEN 2017, (UMEVA, 2017). BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. CU AR IA. S. PROVINCIA ha Cultivos Afectados ha Cultivos Perdidos Azuay 0 0 Bolívar 138.58 25.5 Cañar 3 0 Carchi 0 0 Chimborazo 0 0 Cotopaxi 0 0 El Oro 183 9 Esmeraldas 0 0 Galápagos 0 0 Guayas 1580.1 5 Imbabura 0 0 Loja 76.32 11 Los Ríos 2313 557 Manabí 275 0 Morona Santiago 0.01 0 Napo 2378.94 0 Orellana 81.5 499.5 Pastaza 0 0 Pichincha 0 0 Santa Elena 93 0 Santo Domingo de Los Tsáchilas 0 0 Sucumbíos 0 0 Tungurahua 731.82 4 Zamora Chinchipe 0 0 TOTAL 7854.27 1111. BI. (UMEVA SGR). 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.1.2. Antecedentes Nacionales De acuerdo a la Comisión Sectorial de Reconstrucción Agraria del Ministerio de Agricultura, las inundaciones causadas por el fenómeno El Niño Costero 2017, causaron la pérdida de 19,722 hectáreas de áreas con cultivos y afectaron 85,507 hectáreas.. S. La superficie total perdida por las inundaciones representó el 1.3% de la superficie instalada. CU AR IA. con cultivos en la campaña del 2017. Los departamentos con mayor extensión de áreas cultivadas pérdidas fueron: Piura, con 4706 hectáreas, Ayacucho, con 3989 hectáreas, Lambayeque, con 2971 hectáreas cultivadas y La Libertad, con 2529. En estos ámbitos las inundaciones destruyeron cultivos de temporal y plantaciones de frutales. (Aróstegui M, Dávila José & Obeso E.; 2018). BI. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. de Tumbes, Piura y Lambayeque. (Andina, 2017). PE. En la figura 1, se presenta una foto satelital de las inundaciones presentadas en las regiones. Figura 1: Inundaciones en el Norte del Perú por el FEN 2017, (ACA/ACCA, 2017). 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.1.3. Antecedentes Locales En el año 2017 producto de las lluvias por el fenómeno del niño costero, el rio Moche incrementa su caudal provocando su desborde y afectando en el distrito de Laredo la inundación de 30 hectáreas de cultivos, de las cuales 20 hectáreas fueron de maíz chala y 10. S. hectáreas de diversos frutales, los sectores afectados son Santa Victoria (Puente Conache) y. CU AR IA. sectores de San Pachusco. Cabe resaltar que según la Agencia Agraria de Trujillo, señalo. que un 80% de estos cultivos afectados corresponden a faja marginales, que son zonas en donde está prohibido sembrar y que sin embargo, agricultores del lugar han hecho caso. DE. AG. RO. PE. omiso, procediendo a su siembra. (Radio Programa del Perú, 2017).. BI. BL IO TE. CA. Figura 2: Hectáreas de maíz chala afectadas por inundación del río Moche, (Andina, 2017). Figura 3: Hectáreas de frutales afectadas por inundación del río Moche, (Andina, 2017). 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.Bases Teóricas 2.2.1. Aspectos Generales para el Manejo de la Información del Río Hidrogramas Es la representación gráfica de las variaciones del caudal con respecto al tiempo, arregladas. S. en orden cronológico, en un lugar dado de la corriente. En las gráficas 1 y 2 se han. CU AR IA. representado los hidrogramas correspondientes a una tormenta aislada y a una sucesión de ellas respectivamente. En el hictograma de la figura 1 se distingue la precipitación que. produce la infiltración, de la que produce escorrentía directa, esta última se denomina precipitación en exceso, precipitación neta o efectiva. El área bajo el hidrograma, es el volumen de agua que ha pasado por el punto de aforo, en el intervalo de tiempo expresado. PE. en el hidrograma. Es muy raro que en un hidrograma presente un caudal sostenido y muy marcado, en la práctica la forma irregular de la cuenca, la heterogeneidad espacial y temporal. RO. de la lluvia, la influencia de las infiltraciones, etc.; conducen a hidrogramas de uno o muchos. Grafica 1: Hidrograma. BI. BL IO TE. CA. DE. AG. picos (caudal máximo). (Villón Maximo, 2002, p. 197). 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(21) PE. CU AR IA. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. picos. RO. Grafica 2: Hidrograma de varios. Curva de concentración, es la parte que corresponde al ascenso del hidrograma.. . Pico del Hidrograma, es la zona que rodea al caudal máximo.. . Curva de descenso, es la zona correspondiente a la disminución progresiva del caudal.. . Punto de inicio de la curva de agotamiento, es el momento en que toda la escorrentía. DE. AG. . directa provocada por esas precipitaciones ya ha pasado. El agua aforada desde ese . CA. momento es escorrentía básica que corresponde a escorrentía subterránea. Curva de agotamiento, es la parte del hidrograma en que el caudal procede solamente. BL IO TE. de la escorrentía básica. Es importante notar que la curva de agotamiento, comienza más alto que el punto de inicio del escurrimiento directo (punto de agotamiento antes de la crecida), eso ese debido a que parte de la precipitación que se infiltro está ahora alimentando el cauce. (Villón Máximo, 2002, p. 199). En hidrología es muy útil ubicar el punto de inicio de la curva de agotamiento (punto B de. BI. la figura), a fin de determinar el caudal base y el caudal directo.. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(22) CU AR IA. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. PE. Grafica 3: Ubicación del punto de inicio de la curva de agotamiento. Una manera de ubicar el punto B, es calcular el tiempo N días después del pico. Para obtener. RO. el valor de N se utiliza la siguiente expresión. N=0.827A0.2 Donde:. AG. N=tiempo, en días. …1. A=área de recepción de la cuenca, en Km2. DE. (Villón Maximo, 2002, p. 200). CA. Modelos de Tránsito de Ondas en Ríos. El proceso de tránsito de ondas o hidrogramas de crecientes en ríos (“Streamflow routing”). BL IO TE. es parte importante de la hidrología y del diseño hidrológico. Diferentes métodos son usados para predecir la variación espacial y temporal de un hidrograma de creciente cuando este se propaga o transita por el tramo de un río considerado como un volumen de control. El efecto de embalse (“storage”) en el tramo del río considerado y la resistencia al movimiento del agua, se reflejan en los cambios producidos en la forma del hidrograma, cuando este se. BI. mueve desde aguas arriba hacia aguas abajo. En la gráfica 4 se ilustran estos conceptos. (Fattorelli & Fernánde, 2011, p. 306).. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(23) PE. CU AR IA. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. RO. Grafica 4: Efectos del traslado de un hidrograma a un tramo AB del río. 1. Hidrograma de ingreso en el punto A. AG. 2. Volumen de agua entrada 3. Tiempo de traslado (Tt). DE. 4. Retardo ≡ Tt/2 5. Atenuación. 6. Volumen de agua salida. CA. 7. Hidrograma traslado al punto B (aguas abajo). BL IO TE. Los métodos empleados para este cálculo se clasifican en dos categorías fundamentales: los hidrológicos y los hidráulicos. Los hidrológicos, hacen uso de la ecuación de continuidad y desarrollan relaciones entre el volumen embalsado en el tramo o volumen de control considerado y la descarga a la salida del mismo. El flujo se calcula como una función del tiempo únicamente en un determinado lugar. (Fattorelli & Fernánde, 2011p. 307).. BI. Estos métodos, de simple utilización, se usan normalmente integrados a modelos de lluvia – caudal (HEC-1, ARHymo, HEC-HMS). Su exactitud es aceptable si no existen condiciones como remansos que invalidan su uso. (Fattorelli & Fernánde, 2011, p. 307).. Los hidráulicos o hidrodinámicos, hacen uso de las ecuaciones diferenciales parciales de flujo no permanente en canales (ecuaciones de Saint Venant), en sus formas completas o 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. simplificadas. El flujo se calcula como una función del tiempo y del espacio a través del sistema. Los modelos hidráulicos, sobre todo los que consideran la solución completa de las ecuaciones de Saint-Venant, tienen la capacidad de simular un amplio espectro de condiciones de flujo y diversas características del río. En general, son más conceptuales desde el punto de vista hidráulico y tienen un sólo parámetro (rugosidad) para estimar y. S. eventualmente calibrar. La técnica de tránsito de ondas tiene amplio uso en hidrología para. CU AR IA. diseños hidrológicos, estudios de cuencas y para pronósticos en tiempo real del avance de una creciente entre dos puntos de un río. En este capítulo se describen ambas técnicas para. el cálculo del traslado o tránsito de una creciente en el tramo de un río. (Fattorelli & Fernánde, 2011, p. 307).. ds =I-Q dt. …2. RO. La forma simple de la ecuación de continuidad es:. PE. Métodos Hidrológicos. Donde 𝐼 es el promedio del flujo de entrada al tramo del río durante el intervalo de tiempo. AG. 𝑑𝑡, 𝑄 es el promedio de flujo de salida del tramo 𝑑𝑡 y 𝑑𝑠 es el volumen almacenado en el. Grafica 5: Almacenamiento en el tramo de un río. BI. BL IO TE. CA. DE. tramo. (Fattorelli & Fernánde, 2011).. Grafica 6: Relación de variable de almacenamiento (s), caudal (Q), tipo prisma. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(25) CU AR IA. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Grafica 7: Relación de variable de almacenamiento (s), caudal (Q), tipo cuña. El volumen que en un instante de tiempo se almacena en el tramo de un río, durante el paso de una onda se puede dividir en dos partes, almacenamiento de prisma y de cuña grafica 5 y 7. Este es un concepto simple, si se supone que, durante el paso de una onda de creciente, la. PE. superficie libre del agua no es paralela al fondo del canal. La ecuación x se puede expresar. Q +Q I1 +I2 ) *Dt- ( 1 2 ) *Dt 2 2. …3. AG. (S2 -S1 )= (. RO. en forma de diferencias finitas como:. Donde:. 𝐼1 es el caudal medio de ingreso al volumen de control en el tiempo 1.. DE. 𝐼2 es el caudal medio de ingreso al volumen de control en el tiempo 2. 𝑆1 es el almacenamiento en el tiempo 1.. CA. 𝑆2 es el almacenamiento en el tiempo 2.. 𝑄1 es el caudal medio de salida del volumen de control en el tiempo 1.. BL IO TE. 𝑄2 es el caudal medio de salida del volumen de control en el tiempo 2. Los subíndices 1 y 2, corresponden a los valores al inicio y al final del tiempo Dt, respectivamente. El tiempo Dt o período de tránsito, debe ser lo suficientemente corto, de tal forma que lo supuesto en la ecuación 3, no se aparte sensiblemente de la realidad. En particular si Dt, es muy largo, es posible perder el valor del pico del caudal de entrada.. BI. (Fattorelli & Fernánde, 2011, p. 308).. Otro concepto importante y de connotaciones prácticas, se expresa en la gráfica 6 y 7, donde la relación variable de almacenamiento – caudal de salida en el tramo hace que la resultante de esta no sea un valor único, sino variable. Consecuentemente, la curva de aforo no es única, como se considera en ríos donde la superficie libre es paralela al fondo del río, sino un ciclo. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. repetitivo (“loop”), de modo que para una misma altura de la superficie del agua (h1) se repiten dos valores diferentes de caudal (Q1 o Q2). (Fattorelli & Fernánde, 2011, p. 308).. Durante el paso de la onda de la creciente, el almacenamiento y la pendiente de la superficie del agua en un tramo para un determinado flujo, es mayor en las etapas de incremento del. S. caudal (curva ascendente) que en las etapas de decrecimiento del caudal (curva descendente). CU AR IA. lo que se traduce en dos mediciones diferentes para igual valor de h (gráfica 6 y 7). Si la. onda desaparece y el movimiento es permanente la relación h/Q es la línea de puntos donde el caudal no varía durante el tiempo de la medición. (Fattorelli & Fernánde, 2011, p. 308). Método “Working Research and Development” (W.R.D). PE. El método “Working Research and Development” es otra técnica de traslado en ríos basado en el procedimiento hidrológico de almacenamiento. El método también usado en HEC-1 y. RO. en HMS, tiene en cuenta la naturaleza no lineal del movimiento de una onda de creciente. Este método desarrollado por el U.S. Army Corps of Engineers, (ASCE, 1997) es una. AG. variación del Plus Modificado que tiene en cuenta el embalse en cuña (gráfico 8), útil en situaciones donde el parámetro K (tiempo de traslado de Muskingum) es usado como variable y no como constante para obtener mejores resultados. (Fattorelli & Fernánde, 2011,. BI. BL IO TE. CA. DE. p. 309).. Grafica 8: Concepto de "caudal de trabajo", QT. Una relación almacenamiento/descarga no lineal sugiere el uso de un K variable. El método W.R.D se puede llamar como “Muskingum con K variable” o “Puls Modificado con almacenamiento de cuña” (con X igual a cero los resultados de Muskingum y P.M. son los mismos). La base del procedimiento deriva del concepto de “Caudal de trabajo” (Working 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. discharge) que es una descarga “hipotética” en flujo permanente dada en un almacenamiento en el canal igual al del paso de una onda de crecida. El gráfico 8 ilustra este concepto, donde I es el flujo de ingreso, Q el de egreso y QT. (Fattorelli & Fernánde, 2011, p. 309).. …4. CU AR IA. WS=KX*(I-Q). S. Como en el método de Muskingum con K y X:. Usando el concepto de “descarga de trabajo” QT:. …5. PE. WS=K*(QT -Q). AG. K*(QT -Q)=KX*(I-Q). RO. Igualando las ecuaciones 8.22 y 8.23 y resolviendo para Q se obtiene. S2 -S1 Dt. , de la ecuación x se obtiene:. CA. Por otro lado, despejando. S2 -S1 ) =0.5*(I1 +I2 )-0.5*(Q1 +Q2 ) Dt. …8. BL IO TE. (. …7. DE. X Q=QT - ( ) *(I-QT ) 1-X. …6. Sustituyendo X en X, usando los subíndices apropiados (1 y 2) para indicar el principio y el fin del período y operando algebraicamente, se obtiene: …9. BI. [S2 *(I-X)+0.5*QT2 *Dt]=0.5*Dt*(I1 +I2 )+[S1 *(1-X)-0.5*QT1 *Dt]. Agrupando algunos de los términos de la ecuación x de la siguiente manera: R=(S*(1-X)+0.5*QT2 *Dt). …10. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Denominando a R como “almacenamiento de trabajo”. La ecuación x se puede escribir así: R2 =R1 +0.5*Dt*(I1 +I2 )-QT1 *Dt. …11. (. CU AR IA. S. Dividiendo la ecuación 8.28 por Dt, se obtiene la ecuación de trabajo del método: R2 R1 ) = ( ) +0.5*(I1 +I2 )-QT1 Dt Dt. …12. La solución se indica en la rutina de tránsito de crecientes del modelo HEC-1 (1998). La. BI. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. solución manual se puede consultar en Chow (1964). (Fattirelly y Fernández, 2011, p. 310). 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.2. Fenómeno del Niño En términos simples, El Niño corresponde a un fenómeno climático causado por la interacción entre la atmósfera y la calidez anormal de la superficie oceánica en el Océano Pacífico Este de las costas de Sudamérica. Los vientos alisios que normalmente soplan en la región intertropical desde América hacia Oceanía, se debilitan y pueden llegar a cambiar de. S. sentido. De esta forma facilitan el transporte de aguas cálidas características del sector de. CU AR IA. Indonesia hacia las costas intertropicales sudamericanas y posteriormente hacia el istmo de Panamá y las costas del norte de Chile. A su vez, en la atmósfera media y alta del Pacífico. ecuatorial, los vientos del Este también se debilitan, permitiendo que la nubosidad convectiva del sudeste asiático se desplace hacia Sudamérica, produciendo intensas precipitaciones en Ecuador y Perú. Este cambio en los vientos y el alza de la temperatura. PE. superficial del océano, ocasiona prolongadas sequías en las regiones tropicales, produciéndose alteraciones meteorológicas que favorecen la probabilidad de inicio de. RO. incendios y la propagación voraz del fuego dada la abundancia de vegetación combustible. AG. existente en estas regiones. (Castillo, Pedernera & Peña, 2003). 2.2.3. Hec - Ras. Es un software de modelización hidráulica unidimensional, el cual permite simular flujos en. DE. cauces naturales o canales artificiales, para determinar los niveles de agua. El software permite realizar estudios de inundabilidad y determinar las zonas inundables. El programa. Modelización de flujo en régimen permanente. BL IO TE. . CA. permite realizar cuatro tipos de análisis hidrológicos. (Nanial & Molero E., 2007). . Modelización de flujo en régimen no permanente. . Modelización del trasporte de sedimentos. . Análisis de calidad de aguas. BI. Parámetros. Los parámetros a tener en cuenta para un modelamiento con Hec-Ras son los siguientes: . Velocidad. . Caudal. . Área de sección transversal. . Coeficiente de Manning ponderado 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(30) . Número de Froude. . Calado hidráulico. . Tensión de corte. . Área de la superficie. . Volumen de agua. . Potencial de flujo. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. CU AR IA. (Nanial & Molero E., 2007). Bases teóricas para cálculos hidrodinámicos unidimensionales y bidimensionales usados por HEC-RAS. PE. Ecuaciones para cálculos de perfil básico. Para el cálculo de la superficie del agua, de una sección transversal a la siguiente, el software. de pasos estándar. (Brunner G., 2016).. a2 *V22 a1 *V21 =Z1 +Y1 + +he 2g 2g. AG. Z2 +Y2 +. RO. emplea la ecuación general de la energía con un procedimiento iterativo denominado método. …13. DE. Donde: Z1 ,Z2 =elevación del canal principal Y1 ,Y2 =profundidad del agua en secciones transversales. CA. V1 ,V2 =velocidad promedio (descarga total / área de flujo total). g=aceleración gravitacional h=pérdida de carga de energía. BI. BL IO TE. a1 ,a2 =coeficiente de ponderación de velocidad. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(31) CU AR IA. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. PE. Grafica 9: Representación de la ecuación de la energía. RO. Representación de la energía. La pérdida de energía entre dos secciones transversales se compone de pérdidas por fricción. AG. y pérdidas por contracción o expansión. La ecuación para la pérdida de carga de energía es la siguiente:. a2 V22 a1 V21 + | 2g 2g. -14. CA. DE. he =LSf +C |. 𝐿=longitud de alcance ponderada de descarga. BL IO TE. Sf =pendiente de fricción representativa entre dos secciones C=coeficiente de pérdida de expansión o contracción. BI. La longitud de alcance ponderada de descarga se calcula por: L=. Llab Qlab +Lch Qch +Lrob Qrob Qlab +Qch +Qrob. -15. Donde: Llab ,Lch ,Lrob =Longitud de alcance de secciòn tranversal especificadas para el flujo en el banco superior izquierdo, el canal principal y el banco superior derecho, respectivamente 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Qlab +Qch +Qrob =Promedio aritmético de los flujos entre secciones para el banco superior izquierdo, el canal principal y el banco superior derecho respectivamente. S. Subdivisión de sección transversal para cálculo de transporte. (Brunner G., 2016).. CU AR IA. La determinación del transporte total y el coeficiente de velocidad para una sección. transversal requiere que el flujo se subdivida en unidades para las cuales la velocidad se distribuye uniformemente. El enfoque utilizado por Hec-ras es subdividir el flujo en áreas que utilizan los puntos de interrupción de valor n de la sección transversal de entrada (ubicación donde los valores de n cambian), como base para la subdivisión. El transporte se. 1.486 AR2/3 n. 17. AG. K=. -16. RO. Q=KS1/2 f. PE. calcula dentro de cada subdivisión a partir de la siguiente forma de la ecuación de Manning:. Donde: K=constante para la subdivisión. DE. n=coeficiente de rugosidad de Manning para subdivisión A=àrea de flujo para subdivisión. S=pendiente. BL IO TE. CA. R=radio hidráulico para la subdivisión (área / perímetro mojado). El programa resume todos los bancos de transporte para obtener un sobre banco de transporte izquierdo y sobre banco de transporte derecho. El canal principal de transporte normalmente se calcula como un elemento de transporte único. El transporte total para la sección transversal se obtiene sumando los tres transportes de subdivisión (izquierda, canal y. BI. derecha). (Brunner G., 2016).. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(33) CU AR IA. S. Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. PE. Grafica 10: División de las secciones en Hec-ras. Composición de n de Manning para el canal principal. RO. El flujo del canal principal no se subdivide, excepto cuando el coeficiente de rugosidad se cambia dentro del área del canal. Hec-ras prueba la aplicación de la subdivisión de la. AG. rugosidad dentro de la parte del canal principal y de una sección transversal, y si no es aplicable, el programa calculará un único valor n compuesto para todo el canal principal. El. DE. programa determina si la parte del canal principal de la sección transversal se puede subdividir o si se utilizara un valor de canal principal compuesto “n” para cada una de las. CA. secciones. (Brunner G., 2016).. Requisitos Básicos Requeridos. BL IO TE. El objetivo principal del programa Hec-ras es bastante simple, calcular las elevaciones de la superficie del agua en todos los lugares de interés, ya sea para un conjunto de datos de flujo (simulación de flujo constante), o enrutar los hidrogramas a través del sistema (simulación de flujo inestable). Los datos necesarios para realizar estos cálculos se dividen en las. BI. siguientes categorías: . Datos geométricos. . Datos de flujo constante. . Datos de flujo inestable. . Datos de sedimentos. . Datos de calidad de agua 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Se requieren datos geométricos para cualquiera de los análisis realizados dentro de Hec-ras. Los otros tipos de datos solo son necesarios si se va a hacer algún tipo de análisis específico (es decir, se requieren datos de flujo constante para realizar un cálculo del perfil de la. S. superficie del agua de flujo constante). (Brunner G., 2016).. CU AR IA. Datos geométricos. Los datos geométricos básicos consisten en establecer la conectividad del sistema fluvial, datos de la sección transversal, coeficientes de perdida de energía (perdidas por fricción, perdidas por contracción y expansión); área de almacenamiento y área de flujo. Los datos de la estructura hidráulica (puentes, alcantarillas, vertederos, presas, etc.), son también. BL IO TE. CA. DE. AG. RO. PE. considerados datos geométricos. (Brunner G., 2016).. Grafica 11: Representación en planta de corte en secciones del río (Brunner G., 2016).. Datos de flujo constante. BI. Se requiere datos de flujo constante para realizar un cálculo constante del perfil de la superficie del agua. Los datos de flujo constante consisten en: . Régimen de flujo. . Condiciones de Contorno. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. . Información de descarga (flujo máximo o datos de flujo de una instancia específica en el tiempo). Régimen de Flujo Los cálculos de perfil comienzan en una sección transversal con condiciones de inicio. S. conocidas o supuestas y avanzan hacia arriba para flujo subcrítico o hacia abajo para flujo. CU AR IA. supercrítico. (Brunner G., 2016). Condiciones de Frontera. Las condiciones de frontera son necesarias para establecer la superficie de agua de inicio en los extremos del sistema fluvial (aguas arriba y aguas abajo). Se necesita una superficie de agua de inicio para que el programa comience los cálculos. En un régimen de flujo subcrítico,. PE. las condiciones de frontera solo son necesarias en los extremos aguas abajo del sistema fluvial. Si se va a calcular un régimen de flujo supercrítico, las condiciones de los límites. RO. solo son necesarias en los extremos aguas arriba del sistema fluvial. Si se va a realizar un cálculo de régimen de flujo mixto, se deben ingresar las condiciones de contorno en todos. AG. los extremos del sistema fluvial. Existen cuatro tipos de condiciones de contorno disponibles para el usuario. (Brunner G., 2016).. DE. Elevación Conocida de la superficie del agua: Para esta condición límite, el usuario debe ingresar una elevación conocida de la superficie del agua para cada uno de los perfiles que. CA. se computarán. (Brunner G., 2016).. Profundidad Crítica: Cuando se selecciona este tipo de condición de límite, el usuario no. BL IO TE. está obligado a ingresar ninguna información adicional. El programa calculará la profundidad crítica para cada uno de los perfiles y lo utilizará como condición de contorno. Profundidad Normal: Para este tipo de condición de contorno, el usuario debe ingresar una pendiente de energía que se utilizará para calcular la profundidad normal (utilizando la ecuación de Manning) en esa ubicación. Se calculará una profundidad normal para cada. BI. perfil en función de la pendiente introducida por el usuario. En general, la pendiente de energía se puede aproximar utilizando la pendiente promedio del canal, o la pendiente promedio de la superficie del agua en la vecindad de la sección transversal. (Brunner G., 2016).. 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Curva de calificación: Cuando se selecciona este tipo de condición de límite, aparece una ventana emergente que permite al usuario ingresar una curva de clasificación de elevación en función del flujo. Para cada perfil, la elevación se interpola desde la curva de calificación dado el flujo, utilizando la interpolación lineal entre los puntos ingresados por el usuario. (Brunner G., 2016).. CU AR IA. S. Información de Descarga. La información de descarga se requiere en cada sección transversal para calcular el perfil de la superficie del agua. Los datos de descarga se ingresan de arriba a abajo para cada alcance. Se debe ingresar al menos un valor de flujo para cada alcance en el sistema fluvial. Una vez que se ingresa un valor de flujo en el extremo aguas arriba de un alcance, se supone que el flujo permanece constante hasta que se encuentra otro valor de flujo con el mismo alcance.. PE. El caudal se puede cambiar en cualquier sección transversal dentro de un alcance. Sin embargo, la tasa de flujo no se puede cambiar en medio de un puente, alcantarilla o unión de. RO. arroyos. Los datos de flujo se deben ingresar para el número total de perfiles que se deben. 2.2.4. Caña de Azúcar. AG. calcular. (Brunner G., 2016).. La caña de azúcar es una gramínea tropical, un pasto gigante emparentado con el sorgo y el. DE. maíz en cuyo tallo se forma y acumula un jugo rico en sacarosa, compuesto que al ser extraído y cristalizado en el ingenio se forma el azúcar. La sacarosa es sintetizada por la caña. CA. con la energía tomada del sol durante la fotosíntesis, constituye el cultivo de mayor importancia desde el punto de vista de la producción azucarera, además representa una. BL IO TE. actividad productiva y posee varios subproductos, entre ellos la producción de energía eléctrica derivada de la combustión del bagazo, alcohol de diferentes grados como carburante o farmacéutico. (Díaz, L. & Portocarrero, E., 2002).. Este cultivo se desempeña bien en suelos sueltos, profundos y fértiles. Si se cuenta con riego. BI. podremos lograr mejores rendimientos que en suelos sin regar. Puede producirse también en suelos marginales como los arenosos y suelos arcillosos con un buen drenaje. No se recomienda para suelos franco-limosos y limosos. Se adapta bien a los suelos con pH que va desde 4 a 8.3 (Díaz, L. & Portocarrero, E., 2002).. 30 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. 2.2.5. Efectos de la Inundación sobre el suelo Efectos Físicos De La Inundación De Suelos Erosión Hídrica Del latín erosĭo, la erosión es el desgaste que se produce en la superficie del suelo por la acción de agentes externos (como el viento o el agua) o por la fricción continua de otros. S. cuerpos. La erosión hídrica es el proceso por el cual se produce el desprendimiento,. CU AR IA. transporte y deposición de las partículas de suelo por acción de los siguientes agentes principales: . La energía cinética de la gota de lluvia: La energía de las lluvias se disipa sobre la superficie del suelo produciendo la ruptura de los terrones y agregados, generando una salpicadura (erosión por salpicadura) que desprende partículas que luego son arrastradas. PE. pendientes abajo. Este fenómeno de disipación de la energía de la lluvia está relacionado. . RO. a la pérdida de infiltración del suelo.. La escorrentía en movimiento: Este agente erosivo produce el desprendimiento de nuevo. AG. suelo y el transporte del suelo removido, en una magnitud proporcional al caudal escurrido y a la velocidad que adquiere el flujo de agua sobre la superficie. Este agente produce los fenómenos erosivos más visibles (por ejemplo cárcavas), y es el responsable. DE. del movimiento de las partículas de suelo removidas. Pueden distinguirse dentro de la escorrentía dos tipos de flujo: el flujo laminar (erosión laminar o mantiforme), que se. CA. mueve con una velocidad lenta, y el flujo turbulento/concentrado o flujo en surcos (erosión en surcos), con una velocidad que puede llegar a 4 m/s, y que es el responsable. BL IO TE. de la mayor parte del transporte de sedimentos. La energía puesta en juego en cada tipo de erosión, y la magnitud del transporte de sedimentos generada por cada una de ellas se indica en la Tabla 3.1 (Morgan, 1995). (Citado en Cisneros & otros, 2012, p. 61).. . La gravedad: La sola acción de la gravedad es capaz de mover el suelo, especialmente. BI. cuando está mojado y en ambientes de altas pendientes. Los movimientos en masa, deslizamientos de laderas, erosión lateral de meandros de ríos, avalanchas de nieve son ejemplos de la acción de la gravedad en procesos erosivos (Troeh et al., 1991). (Citado en Cisneros & otros, 2012, p. 61).. 31 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. Tabla 2:Energía y eficiencia de cada forma de erosión hídrica. (Morgan, 1995).. Energía cinética. Energía para erosión. Transporte de sedimentos observado (g/cm). Salpicadura (gota de lluvia). R. 9. 40.5 R. 0.081 R. 20. Mantiforme (laminar). 0.5 R. 0.01. 2.5X10-5 R. 7.5x10-7 R. 400. Surcos (turbulento). 0.5 R. 4. 4R. 0.12 R. 19000. CU AR IA. (Cisneros & otros, 2012, p. 61).. S. Masa. Velocidad típica (m/s). Forma de erosión. PE. La erosión mantiforme tiene la menor energía cinética para desprender partículas, pero el flujo es capaz de transportar una elevada cantidad de los sedimentos desprendidos, mientras. RO. que el flujo concentrado en surcos, posee una mayor energía, tanto para desprender. AG. partículas, como para poder transportarlas eficientemente. (Cisneros & otros, 2012, p. 62).. De estas consideraciones surge que la erosión hídrica y los procesos de desprendimiento,. DE. transporte y deposición (también llamada sedimentación) forman parte de un mismo fenómeno complejo en cuanto a sus causas, dinámico en el tiempo y susceptible de ser estudiado y tratado a diversas escalas de tiempo y espacio. En una escala elemental de lote. CA. o ladera o aún menor, de sitio específico, la erosión hídrica puede estar limitada por la capacidad de desprendimiento o por la capacidad de transporte. Tanto la lluvia como el. BL IO TE. escurrimiento tienen ambos capacidad de desprendimiento de suelo y de transporte de sedimentos, siendo aquel proceso que ocurra en menor medida el que finalmente determina cuanto suelo se pierde de una ladera (Cisneros & otros, 2012, p. 62).. El desprendimiento por escorrentía comienza cuando las fuerzas de tracción del agua. BI. superan la resistencia al corte del suelo. La resistencia tractiva del agua depende de su velocidad y viscosidad, mientras que la resistencia al corte del suelo depende del grado y estabilidad de la estructura y del tamaño de partículas. Existe un tamaño de partículas de máxima susceptibilidad al desprendimiento, de alrededor de 200 micrones (arena muy fina y fina), es decir, en la cual la velocidad del agua necesaria es mínima. Partículas de mayor. 32 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Direccion de Sistemas y Comunicaciones. tamaño son más pesadas, y las de menor tamaño tienen mayores fuerzas de cohesión. (Cisneros & otros, 2012, p. 62).. La velocidad del escurrimiento superficial está regida por la ecuación de Manning, y depende de un coeficiente de rugosidad (n) dado por las características de la superficie, del. S. radio hidráulico (R) que depende del espesor de la capa de escorrentía, y de la pendiente (S). CU AR IA. del terreno. La capacidad de transporte de la escorrentía es proporcional al caudal escurrido. (Q) y a la velocidad de la corriente (V). Cuando la velocidad llega a un umbral mínimo, en el que las partículas de suelo no pueden mantenerse dentro del flujo, comienza el proceso de sedimentación. Inversamente cuando un flujo erosivo tiene colmada su capacidad de transporte de sedimentos, estos comienzan a depositarse y el flujo no produce un. PE. desprendimiento adicional. En otras palabras, cuanto menos sedimento lleva un flujo de escorrentía, mayor es su capacidad de desprendimiento, el cual se va reduciendo. RO. paulatinamente hasta que se colma la capacidad de transporte (el flujo se satura de sedimento). Se conoce como el fenómeno de “aguas claras” al incremento de la capacidad. AG. erosiva de un flujo, cuando pierde su carga de sedimentos (por ejemplo, por efecto de un embalse). En estas condiciones el flujo incrementa su potencial erosivo aguas abajo del embalse, debiendo preverse este efecto entre los posibles impactos ambientales negativos de. DE. este tipo de obras (Kirby y Braken, 2005). (Cisneros & otros, 2012, p. 63).. CA. El comportamiento de los tipos de suelos frente a estos procesos es variable, ya que en algunos suelos la erosión estará limitada por la capacidad de desprendimiento, y en otros por. BL IO TE. la capacidad de transporte. En suelos arcillosos, de alta cohesión y adhesión de partículas, la erosión estará limitada por la capacidad de desprendimiento de suelo, tanto por lluvia como por escorrentía. En este caso, si bien la generación de escorrentía Q puede ser alta, la resistencia del suelo hace que la tasa de erosión quede limitada por el desprendimiento. En el caso extremo de los suelos arenosos, con muy baja estabilidad del material, la erosión. BI. estará limitada por la capacidad de transporte, ya que los suelos presentan alta permeabilidad, con lo cual el caudal Q será bajo, a pesar de que las partículas pueden ser desprendidas fácilmente. En el caso de los suelos limosos o franco arenosos finos, las tasas de erosión son máximas ya que, por un lado las partículas pueden ser fácilmente desprendidas por su tamaño y relativamente baja estabilidad, y por otro son suelos que al sufrir encostramiento pueden generar grandes volúmenes de escorrentía, con lo cual la erosión no estará limitada por ninguno de ambos procesos. (Cisneros & otros, 2012, p. 63). 33. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-ca/2.5/pe/.