• No se han encontrado resultados

Aplicación del Modelo Matemático Hec Ras para El Cálculo del Perfil Hidráulico del Río Ramis

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2020

Share "Aplicación del Modelo Matemático Hec Ras para El Cálculo del Perfil Hidráulico del Río Ramis"

Copied!
160
0
0

Texto completo

(1)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

1

UNIVERSIDAD ANDINA

"NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ"

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS

PURAS

CARRERA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TESIS

APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC RAS

PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RÍO

RAMIS

PRESENTADO POR

Bach. QUISPE TORRES, JORGE ARMANDO

Bach. SULLCA OTAZU,

RUDY FRANCO

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO CIVIL

(2)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

2

DEDICATORIA

A nuestros padres

POR EL APOYO INCONDICIONAL Y

LA CONFIANZA DEPOSITADA DE

(3)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

3

AGRADECIMIENTOS

A nuestros padres por recibir de ellos el apoyo incondicional para la

culminación de nuestros estudios superiores.

A la Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez”, por haber hecho posible

la culminación de nuestra carrera profesional.

A los Docentes de la Facultad de Ingenierías y Ciencias Puras, C.A.P.

Ingeniería Civil, quienes mediante sus conocimientos han contribuido en

(4)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

4

RESUMEN

Las inundaciones son desastres que ocurren con frecuencia en el Río Ramis y

tienen un alto costo en cuanto a pérdidas humanas y económicas se refiere, En

la actualidad existen muchos métodos para predecir inundaciones como los

sistemas de información geográfica que es usada para diagnosticar sitios de

posible desborde y planificar acciones para mitigar la ocurrencia de

inundaciones, integrando modelos hidráulicos e hidrológicos así como

fotografías aéreas e imágenes por satélite.

La presente tesis consiste en la aplicación del Sistema de Información

Geográfica como herramienta de análisis hidráulico y modelamiento espacial

para evaluar el impacto de posibles inundaciones en un sector del Río Ramis

10+00 Km aguas arriba del puente Ramis. Para ello se integró el software de

análisis hidráulico HEC-RAS con software SIG ARCGIS generando como

resultado mapas de riesgos por inundaciones, para diferentes perfiles de flujo

con períodos de retorno de 2, 10, 50, 100, 200 y 500 años, donde se puede

cuantificar y visualizar la magnitud de la inundación.

Se realizó el analisis con períodos de retorno de 2, 10, 50, 100, 200 y 500 años

con caudales de 350.71, 501.4, 633.52, 689.37, 745.02 y 818.44 m3/seg

respectivamente. De los perfiles obtenidos se tiene que el flujo es subcrítico

para todos los diferentes caudales debido a que el número de Froude es menor

a 1 y la pendiente es suave (0.005%) y la velocidad promedio en el cauce como

(5)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

5

crítico siempre es menor a la cota de la línea de energía. Cumpliendo todas las

condiciones para que sea un flujo Subcrítico.

La frecuencia de inundación para un período de retorno de 2 años es muy alta,

para un período de retorno de 10 años la frecuencia es alta, para un período de

retorno de 50 años la frecuencia es Media, para un período de retorno de 100

años la frecuencia es Baja, para un período de retorno de 200 años la

frecuencia es Baja y para un período de retorno de 500 años la frecuencia es

Baja.

Al realizar el análisis con las secciones, elevando la altura de las defensas

actuales se determinó. Que la altura necesario para que no exista

desbordamientos es de 1.90 metros siendo la más crítica entre las progresivas

0+800 Km a la 2+500 Km. La altura de los diques se debe de incrementar 1.90

para un Período de Retorno de 500 años.

Del modelamiento con los caudales para períodos de retorno 2, 10, 50, 100,

200 y 500 años, se tiene las siguientes llanuras de inundación 2180.83,

2343.603, 2437.332, 2471.696, 2482.393 y 2514.73 Ha. Por lo cual las llanura

de inundación en el sector estudiado tiene un ascenso logarítmico.

Los riesgos de inundación se resumen en cuadro (13) para los diferentes

períodos de retorno, que nos da el nivel de intensidad, la frecuencia de

inundación para los períodos de retorno y el % de área afectada por aguas

estáticas, según la clasificación de riesgos de INDECI-2011.

Palabras claves: Período de Retorno, Inundaciones, Riesgo, Intensidad,

(6)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

6

ABSTRACT

Floods are disasters that occur frequently in the Rio Ramis and have a high

cost in terms of human and economic losses are concerned, currently there are

many methods to predict floods as geographical information systems that is

used to diagnose sites possible overflow and plan actions to mitigate the

occurrence of floods, integrating hydraulic and hydrological models as well as

aerial photographs and satellite imagery.

This thesis is the application of GIS as a tool for hydraulic analysis and spatial

modeling to assess the impact of possible flooding in an area of the Rio Ramis

10+000 Km upstream of the bridge Ramis. For this analysis software HEC-RAS

hydraulic integrated with GIS software ARCGIS generating resulting flood risk

maps for different flow profiles with return periods of 2, 10, 50, 100, 200 and

500 years, where can visualize and quantify the extent of flooding.

Analysis with return periods of 2, 10, 50, 100, 200 and 500 years with flow rates

of 350.71, 501.4, 633.52, 689.37, 745.02 and 818.44 m3 / sec respectively was

performed. Profiles obtained is that the flow is subcritical for all different flow

because the Froude number is less than 1 and the slope is gentle (0.005%) and

average velocity in the channel and floodplain no exceeds 3.81m / sec. The

dimension of the critical depth is always less than the height of the power line.

Fulfilling all the conditions to be a Subcritical flow.

The frequency of flooding for a return period of two years is very high, for a

return period of 10 years the frequency is high, for a return period of 50 years

(7)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

7

return period of 200 years is Low frequency, for a return period of 500 years the

frequency is Low.

When analyzing the sections raising the height of existing defenses was

determined that the height necessary for there to be no overflow is 1.90 meters

being the most critical between survey 0800 Km to 2500 Km. The height of the

levees is due to increase 1.90 meters for a return period of 500 years.

Modeling of the flow to return periods 2, 10, 50, 100, 200 and 500 years. The

following floodplains 2180.83, 2343,603, 2437,332, 2471,696, 2482,393 and

2514.73 Ha you have. It was determined that the floodplain in the area studied

has a logarithmic rise.

Flood risks are summarized in Table (13) for different return periods, giving us

the level of intensity, frequency of flooding for return periods and% area

affected by static water, according to the classification of risks INDECI-2011.

(8)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

8

CONTENIDO

CONTENIDO 8

ÍNDICE DE FIGURAS 12

ÍNDICE DE TABLAS 17

ÍNDICE DE FÓRMULAS 19

ÍNDICE DE CUADROS 21

INTRODUCCIÓN 22

CAPÍTULO I: FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 23

1.1 IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 23

1.2 PROPÓSITOS Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN 25

1.2.1 PROPÓSITOS: 25

1.2.2 ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN 25

1.3 INTERROGANTES 25

1.3.1 INTERROGANTE GENERAL 25

1.3.2 INTERROGANTE ESPECÍFICAS 26

(9)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

9

1.4.1 OBJETIVO GENERAL 26

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 26

1.5 FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS 27

1.5.1 HIPÓTESIS GENERAL 27

1.5.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS 27

1.5.3 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES 27

1.6 POBLACIÓN Y MUESTRA 27

1.7 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 28

1.7.1 JUSTIFICACIÓN TÉCNICA 28

1.7.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA 28

1.7.3 JUSTIFICACIÓN AMBIENTAL 29

1.7.4 JUSTIFICACIÓN SOCIAL 29

1.8 MATRIZ DE CONSISTENCIA 30

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO REFERENCIAL 31

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN 31

2.2 MARCO TEÓRICO 42

2.2.1 EL FENÓMENO DE LAS INUNDACIONES 42

2.2.2 SEGÚN SU DURACIÓN 42

2.2.3 SEGÚN EL MECANISMO DE GENERACIÓN 42

2.2.4 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA GENERACIÓN DE INUNDACIONES 43

2.2.5 CRITERIOS PARA LA DETERMINACIÓN DEL NIVEL O GRADO DE PELIGROSIDAD 44 2.2.6 ANÁLISIS DE LLUVIAS EXTREMAS Y CAUDALES DE DISEÑO 48

2.2.7. CONCEPTO DE FLUIDO 52

2.2.8 FLUJO UNIDIMENSIONAL, FLUJO BIDIMENSIONAL, FLUJO TRIDIMENSIONAL 66

2.2.9 DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES EN CANALES ABIERTOS 68

2.2.10 ECUACIONES DE VELOCIDAD 69

2.2.11 DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES: 71

2.2.12 DETERMINACIÓN DEL NUMERO DE MANNING 77

2.2.13 BORDO LIBRE 80

2.2.14 HEC RAS 81

2.3 MARCO CONCEPTUAL 84

(10)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

10

2.3.2 GRADIENTE HIDRÁULICO 84

2.3.3 INUNDACIÓN 84

2.3.4 RÉGIMEN DE FLUJO: 85

2.3.5 PERFIL HIDRÁULICO: 85

2.3.6 ALTURA PIEZOMETRICA 85

2.3.7 PENDIENTE CRÍTICA 85

2.3.8 PENDIENTE DEL LECHO DEL CAUCE 85

2.3.9 PERFIL HIDRÁULICO 85

2.3.10 PERÍODO DE RETORNO 86

2.3.11 RADIO HIDRÁULICO 86

2.3.12 RUGOSIDAD DEL LECHO 86

2.3.13 ENERGÍA ESPECÍFICA 86

2.3.14 ENERGÍA MECÁNICA 86

2.3.15 INFILTRACIÓN 86

2.3.16 VERTIENTE 86

CAPÍTULO III: PROCEDIMIENTO Y METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 87

3.1 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 87

3.2 ASPECTOS GENERALES DEL ÁREA DE ESTUDIO 87

3.2.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL ÁREA DE ESTUDIO: 87

3.2.2 ACCESOS AL ÁREA DE ESTUDIO: 88

3.3 IDENTIFICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO 91

3.3.1 DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL 91

3.3.2 CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA DEL RÍO RAMIS: 92

3.3.3 ESTADO DE DEFENSAS RIBEREÑAS EN EL TRAMO DE ESTUDIO 99

3.4. DESARROLLO TÉCNICO DESCRIPTIVO DE LA INVESTIGACIÓN 101

3.4.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Y CREACIÓN DE LA SUPERFICIE 101 3.4.2 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO DE LAS SECCIONES 106

3.4.3 PRE PROCESAMIENTO HIDROESTA 108

3.4.4 PASOS PARA CONFECCIONAR UN MODELO HIDRÁULICO CON HEC-RAS: 112

3.4.5 RESULTADOS DEL HEC RAS 124

3.3.6 POST RAS 131

(11)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

11

4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS CON HEC RAS 136

4.2 ANÁLISIS DEL ÁREA INUNDADA 144

4.3 CÁLCULO DE CAUDALES PARA DIFERENTES PERÍODOS DE RETORNO 146

4.4 INTENSIDAD Y FRECUENCIA DE INUNDACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO 147

4.5 CÁLCULO DE SUPERFICIE DE LA LÁMINA DE AGUA Y LA ALTURA DE DIQUES 151

4.6 NIVELES DE PROFUNDIDAD CON HECGEO RAS. 152

CONCLUSIONES 154

RECOMENDACIONES 157

REFERENCIA BIBLIOGRAFÍA 158

(12)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

12

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Inundación del Río Ramis Sector Tumi Grande Febrero-2012. 24

Figura 2: Destrucción de Viviendas por Efecto de la Inundación. 24

Figura 3: Destrucción de Propiedades por la Inundación. 24

Figura 4: Flujo Libre y Flujo en Tubería. 53

Figura 5: Flujo a Presión. 53

Figura 6: Flujo Laminar en Tuberías. 56

Figura 7: Flujo Laminar en Canales. 56

Figura 8: Flujo Turbulento en Tuberías. 59

Figura 9: Flujo Turbulento en Canales. 59

Figura 10: Conducto Hidráulicamente Liso. 61

Figura 11: Conducto Hidráulicamente Rugoso. 62

Figura 12: Flujo Crítico. 64

Figura 13: Flujo Subcritico. 65

Figura 14: Flujo Subcritico y Flujo Supercritico Río Arriba. 65

(13)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

13

Figura 16: Flujo Bidimensional. 67

Figura 17: Flujo Tridimensional 67

Figura 18: Distribución de Velocidades en Secciones Transversales 68

Figura 19: Efecto de la Rugosidad Sobre la Velocidad 69

Figura 20: Distribución de Presiones en Canales Rectos y Curvos 71

Figura 21: Distribución de Presión en Flujo Paralelo con Pendiente Grande 73

Figura 22: Componentes de la Energía Especifica 74

Figura 23: Diagrama de Energía Especifica 76

Figura 24: Coeficiente de Manning para Corrientes Naturales 79

Figura 25: Coeficiente de manning para planicies de inundación 80

Figura 26: Ubicación del Área de Estudio 90

Figura 27: Localización satelital de la cuenca del Río Ramis 94

Figura 28: Esquema Metodológico del Modelo Matemático HEC RAS. 101

Figura 29: Entorno del AutoCAD Civil 3D 102

Figura 30: Configuración del Sistema de Coordenadas Geográficas 102

Figura 31: Insertado de Puntos para Creación de Superficie 103

Figura 32: Nube de Puntos Insertados 103

Figura 33: Superficie del Área de Estudio 104

Figura 34: Trazo del Sistema Fluvial y bancos 105

Figura 35: Seccionamiento de la Zona de Estudio 105

(14)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

14

Figura 37: Ventana de Exportación al HEC RAS 106

Figura 38: Seccionamiento del Río en un Meandro 107

Figura 39: Seccionamiento del Río 107

Figura 40: Entorno del Software HidroEsta 109

Figura 41: Método de Gumbel o Eventos Extremos para Caudales Máximos 109

Figura 42: Resultados y Grafica de la Curva de Datos 110

Figura 43: Cálculo de Caudal para un Período Determinado 110

Figura 44: Diagrama comparativo de Resultado de Caudales 111

Figura 45: Entorno del HEC RAS y Ventana de Nuevo Proyecto 113

Figura 46: Selección de la Ruta de Trabajo 114

Figura 47: Exportamos el Sistema Fluvial y las Secciones Transversales 114

Figura 48: Opciones de Importación de Datos al HEC-RAS 115

Figura 49: Esquema Hidráulico del Río Ramis en HEC-RAS 115

Figura 50: Modificación de la Dirección de Flujo del Río 116

Figura 51: Esquema Hidráulico Modificando la Dirección de Flujo 116

Figura 52: Ventana de Edición Cross Section Data 117

Figura 53: Secciones en Excel 118

Figura 54: Interpolación Entre Secciones a Cada 100 metros. 118

Figura 55: Sección Interpolada a Cada 100 Metros 119

Figura 56: Interpolación de la Zona de Estudio y Guardado del Proyecto. 119

(15)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

15

Figura 58: Ventana de Edición de Datos Hidráulicos Stady Flow Data 122

Figura 59: Introducción de Datos Hidráulicos para los Períodos de Retorno 122

Figura 60: Condiciones de Borde 123

Figura 61: Ventana de Stady Flow Analysis 123

Figura 62: Perspectiva X,Y y Z de la Zona de Estudio 124

Figura 63: Sección 3500 Para un Período de Retorno de 2 Años 125

Figura 64: Sección 3000 Para un Período de Retorno de 2 años 125

Figura 65: Sección 3000 Velocidad en la Sección 1.0 m/s 126

Figura 66: Perfil Longitudinal Para un período de Retorno de 2 Años 127

Figura 67: Velocidad Media en la Sección Para un Período de 2 años 127

Figura 68: Velocidad Media Para Diferentes Períodos de Retorno 128

Figura 69: Elevación de la Lámina de Agua con Respecto al Caudal 128

Figura 70: Grafico en 3D con un Período de Retorno de 2 Años. 129

Figura 71: Grafico 3D con un Período de Retorno de 10 Años 129

Figura 72: Áreas Afectadas por las Inundaciones para Todos los Caudales 130

Figura 73: Cuadro de Resumen de Características de Flujo en una Sección 130

Figura 74: Cuadro de Resumen Para un Período de Retorno 131

Figura 75: Exportación en Formato GIS 132

Figura 76: Entorno ArcGis 132

Figura 77: Conversión del Tipo de Formato 133

(16)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

16

Figura 79: Crear las Condiciones de Borde del Río 134

Figura 80: Modelo Digital del Terreno 135

Figura 81: Áreas inundadas 135

Figura 82: Resultados Para un Período de Retorno de T=02 años 137

Figura 83: Resultados Para un Período de Retorno de T=10 años 138

Figura 84: Resultados Para un Período de Retorno de T=50 años 138

Figura 85: Resultados Para un Período de Retorno de T=100 años 139

Figura 86: Resultados Para un Período de Retorno de T=200 años 139

Figura 87: Resultados Para un Período de Retorno de T=500 años 140

Figura 88: Imagen Tridimensional de la Zona de Estudio 141

Figura 89: Perfil Longitudinal Para un período de Retorno T=02 años 141

Figura 90: Perfil Longitudinal Para un Período de Retorno T=10 años 142

Figura 91: Perfil Longitudinal Para un Período de Retorno T=50 años 142

Figura 92: Perfil Longitudinal Para un Período de Retorno T=100 años 143

Figura 93: Perfil Longitudinal Para un período de Retorno T=200 años 143

Figura 94: Perfil Longitudinal Para un Período de Retorno T=500 años 144

Figura 95: Período de Retorno vs Áreas Inundadas 145

Figura 96: Área Inundaba vs Caudal 146

Figura 97: Cálculo de Caudales 146

Figura 98: Dique de 2.0m Para los Diferentes Períodos de Retorno 151

(17)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

17

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Niveles de Intensidad de Inundaciones 46

Tabla 2: Frecuencia de Inundación 47

Tabla 3: Nivel de Peligrosidad 48

Tabla 4: Valores de " Yt " para Distintos Períodos de Retorno 51

Tabla 5: Factores Gumbel y Desviación Estándar 51

Tabla 6: Porcentaje de Aproximación para Longitud de Registros

Hidrológicos 52

Tabla 7: Coeficiente Ø en función de la Máxima Descarga y Pendiente 81

Tabla 8: Coordenadas UTM DE la Ubicación del Río Ramis 88

Tabla 9: Accesos a la Zona de Estudio 89

Tabla 10: Áreas de Estudios (Fuente Ministerio de Agricultura -Ayaviri) 91

Tabla 11: Damnificados por Inundaciones (Archivos INDECI 2014) 92

Tabla 12: Comunidades Afectadas por Inundaciones (Fuente: Ministerio de

Agricultura INEI) 92

Tabla 13: Tipo de Vegetación de la Zona 96

(18)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

18

Tabla 15: Caudales Máximos Anuales 108

Tabla 16: Caudales máximos instantáneos para Diferentes Períodos de

Retorno 111

Tabla 17: Coeficiente de Manning para Cause Principal y Llanuras de

Inundación 120

Tabla 18: Coeficiente de Contracción y Expansión del Hec Ras 121

Tabla 19: Términos de Tablas de Resultados 137

Tabla 20: Resultados de Areas Inundadas 145

(19)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

19

ÍNDICE DE FORMULAS

Formula 01: Fórmula de Período de retorno 49

Formula 02: Cálculo del caudal para un Período de Retorno 50

Formula 03: Fórmula General de Flujo uniforme 54

Formula 04: Flujo Variado 54

Formula 05: Flujo Permanente 54

Formula 06: Flujo no Permanente 55

Formula 07: Flujo uniforme 55

Formula 08: Flujo No uniforme 55

Formula 09: Velocidad en cualquier punto de una tubería 57

Formula 10: Velocidad máxima en tuberías 57

Formula 11: Velocidad media en tuberías 57

Formula 12: Velocidad en cualquier punto en un canal 57

Formula 13: Velocidad máxima en un canal 58

Formula 14: Velocidad media en tuberías 58

(20)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

20

Formula 16: Distribución de velocidades en conductos hidráulicamente lisos 62

Formula 17: Velocidad media para flujo turbulento hidráulicamente lisos en

tuberías 62

Formula 18: Velocidad media para flujo turbulento hidráulicamente lisos en

canales 62

Formula 19: Distribución de velocidades en conductos hidráulicamente

rugosos 62

Formula 20: Velocidad media para flujo turbulento hidráulicamente rugosos en

tuberías 62

Formula 21: Velocidad media para flujo turbulento hidráulicamente rugosos en

tuberías 62

Formula.22: Velocidad media para tuberías y canales hidráulicamente lisos 63

Formula 23: Velocidad media para tuberías y canales hidráulicamente

rugosos 63

Formula 24: Fórmula general para flujo hidráulicamente rugoso y liso 63

Formula 25: Ecuación general de la velocidad de chezy 70

Formula 26: Ecuación de chezy para flujo uniforme 70

Formula 27: Perdida de carga por fricción según chezy 70

Formula 28: Efecto de la pendiente sobre la distribución de presiones. 72

Formula 29: Fórmula de energía específica 74

Formula 30: Ecuación de la continuidad 75

Formula 31: Energía especifica en un canal 75

(21)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

21

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 1: Nivel de Intensidad Para un Período de Retorno de 02 Años 147

Cuadro 2: Nivel de Intensidad Para un Período de Retorno de 10 Años 148

Cuadro 3: Nivel de Intensidad Para un Período de Retorno de 50 Años 148

Cuadro 4: Nivel de Intensidad Para un Período de Retorno de 100 Años 148

Cuadro 5: Nivel de Intensidad Para un Período de Retorno de 200 Años 148

Cuadro 6: Nivel de Intensidad Para un Período de Retorno de 500 Años 149

Cuadro 7: Frecuencia de Inundación Para Período de Retorno T=02 años 149

Cuadro 8: Frecuencia de Inundación Para Período de Retorno T=10 años 149

Cuadro 9: Frecuencia de Inundación Para Período de Retorno T=50 años 149

Cuadro 10: Frecuencia de Inundación Para Período de Retorno T=100

años 150

Cuadro 11: Frecuencia de Inundación Para Período de Retorno T=200

años 150

Cuadro 12: Frecuencia de Inundación Para Período de Retorno T=500

años 150

Cuadro 13: Resumen de Nivel de Intensidad, Frecuencia y Período de

(22)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

22

INTRODUCCIÓN

El Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros (Hydrologic

Engineering Center, HEC) ha desarrollado varios programas hidráulicos de

computación. Quizás el más conocido es el programa HEC-2, actualmente

reemplazado por el HEC-RAS, el cual es utilizado para calcular los perfiles

hidráulicos en canales. La aplicación del modelo HEC-RAS y HEC GEORAS,

nos permitirá generar un modelaje del comportamiento de los Perfiles

Hidráulicos del Río Ramis. El Río Ramis se encuentra entre las zonas de

mayor riesgo de peligros naturales de inundación (INDECI). En la presente

tesis se pretende determinar el comportamiento del perfil hidráulico del Río

Ramis y la intensidad de las inundaciones en las áreas adyacentes al Río

Ramis haciendo uso del modelo matemático HEC RAS Y EL HEC GEORAS,

para lo cual se determinaran los parámetros necesarios que permitan

desarrollar el modelo de las zonas inundables a eventos extraordinarios que

superan el caudal del cauce natural del Río Ramis.

Al obtener el modelaje del comportamiento de los Perfiles Hidráulicos, así como

la obtención de Parámetros Hidráulicos propios del Río Ramis, esto servirá

como punto de partida para realizar un prediseño teórico del comportamiento

del río, que servirá como soporte para análisis de diseño de estructuras

(23)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

23

CAPÍTULO I:

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.1 IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Inundaciones entre 1984 y 2011

a) La penúltima subida del nivel del lago corresponde a los años de

1984, 1985 y 1986, cuando en el pluviómetro de la estación

meteorológica de Huancané se registraron 835,9 mm, 1026,0 mm y

879,4 mm de precipitación, respectivamente.

b) La inundación ocasiono perdidas económicas para las comunidades

campesinas. Estas catástrofes naturales no solamente fueron

provocadas por la transgresión del lago Titicaca, sino también por el

desbordamiento de los Río Ramis (Patascachi, Tumi Grande 2001 y

2005). Esta fue la inundación más catastrófica de los últimos años,

particularmente en Huancané, que interrumpió la carretera entre

(24)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

24

Figura 1:

Inundación del Río Ramis Sector Tumi Grande Febrero-2012.

Fuente: Sistema Regional de Defensa Civil Febrero 2012 Tumi Grande.

Figura 2:

Destrucción de Viviendas por Efecto de la Inundación.

Fuente:www.connuestroperu.com Febrero 2010 Comunidad de Patascachi en Taraco.

Figura 3:

Destrucción de Propiedades por la Inundación.

(25)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

25

1.2 PROPÓSITOS Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1 PROPÓSITOS:

El presente trabajo pretende investigar, la variación del perfil hidráulico del

Río Ramis en las zonas inundables con caudales para períodos de retorno de

2, 10, 50, 100, 200 y 500 años. En el sector del distrito de Taraco haciendo

uso de software basados en moldeamiento matemático unidimensional

HEC-RAS.

1.2.2 ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN

El trabajo se desarrolló en cuenca del Río Ramis en el sector de los distritos

de Huancané, Taraco y Samán. La longitud del estudio comprende 10+00 km

aguas arriba del puente Ramis, el área de estudio comprende las siguientes

comunidades adyacentes al Río Ramis; comunidad de Patascachi, comunidad

de Chucaripo, comunidad de Chacamarca, comunidad de Titihue y la

comunidad campesina de Yanahoco.

La presente tesis determina el comportamiento del perfil hidráulico. Para

evaluar las llanuras y riesgos por inundaciones de esta manera optimizar la

situación actual y evitar posibles inundaciones, mejorando las estructuras de

defensas ribereñas.

1.3 INTERROGANTES

1.3.1 INTERROGANTE GENERAL

¿Cómo es el comportamiento del perfil hidráulico, de un tramo del Río Ramis

con diferentes períodos de retorno para analizar las llanuras de inundaciones y

evaluar los riesgos por inundaciones usando los programas HEC-RAS,

(26)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

26

1.3.2 INTERROGANTE ESPECÍFICAS

1. ¿Cuáles son los perfiles hidráulicos, para períodos de retorno 2, 10, 50,

100, 200 y 500 años y la frecuencia de inundación en un tramo del Río

Ramis?

2. ¿Cuál es la altura de encauce del Río Ramis, sector de Taraco que nos

permita evitar futuras inundaciones?

3. ¿Cómo son las llanuras de inundación mediante el análisis

unidimensional de flujo constante para identificar las zonas de riesgo de

inundación?

1.4 OBJETIVOS DEL PROBLEMA

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Determinar el comportamiento del perfil hidráulico de un tramo del Río Ramis

con diferentes períodos de retorno para analizar las llanuras de inundaciones y

evaluar los riesgos por inundaciones usando los programas HEC-RAS,

ARCGIS y HEC-GEORAS.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Calcular y analizar los Perfiles hidráulicos para períodos de retorno de 2,

10, 50, 100, 200 y 500 años y analizar la frecuencia de inundación en un

tramo del Río Ramis.

2. Calcular la altura de encauce del Río Ramis sector de Taraco para evitar

futuras inundaciones.

3. Analizar las llanuras de inundación mediante el análisis unidimensional

de flujo constante y preparar mapas de riesgo por efectos de

(27)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

27

1.5 FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS

1.5.1 HIPÓTESIS GENERAL

El programa HEC-RAS permitirá modelar el flujo con períodos de retorno de 2,

10, 50, 100, 200 y 500 años, lo que nos proporcionara perfiles hidráulicos en

cada sección de la simulación que es importante ya que nos permitirá analizar

las llanuras de inundación y evaluar los riesgos por inundaciones.

1.5.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS

1. Los períodos de retorno nos permitirán, establecer la posibilidad de

caudales máximos que generen inundaciones que pueden ser evitados.

2. Se determinara la altura del encauzamiento del Río Ramis Sector de

Taraco, esto evitara futuras inundaciones.

3. Se analizaran y dibujaran mapas de riesgo de inundaciones en el

programa HEC-GEORAS que es una interface entre el HEC-RAS y el

ARCGIS, que permitirá visualizar las zonas de acumulación de agua por

tonalidad de colores.

1.5.3 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES

1.5.3.1 VARIABLE INDEPENDIENTE

Caudales con períodos de retorno de 2, 10, 50, 100, 200 y 500

años.

1.5.3.2 VARIABLE DEPENDIENTE

Perfil hidráulico del Río Ramis sector de Taraco.

1.6 POBLACIÓN Y MUESTRA

Población: La cuenca del Río Ramis comprende una área de

(28)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

28

Azángaro, Melgar, Carabaya, Sandia, Huancané, San

Román y San Antonio de Putina.

Muestra: El tramo de estudio comprende 10+00 km aguas arriba del

puente Ramis del distrito de Taraco que comprende

comunidades adyacentes al Río Ramis; comunidad de

Patascachi, comunidad de Chucaripo, comunidad de

Chacamarca, comunidad de Titihue y comunidad

campesina de Yanahoco.

1.7 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.7.1 JUSTIFICACIÓN TÉCNICA

Basados en el Mapa de Peligros Naturales elaborado por el Instituto Nacional

de Defensa Civil-INDECI, el principal riesgo en que se encuentra expuesto la

provincia de Huancané distrito de Taraco y sus comunidades como son:

Patascachi, de Chucaripo, Chacamarca, Titihue y Yanahoco. Siendo esto un

gran problema para los pobladores que viven en las zonas aledañas al Río

Ramis.

1.7.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA

Al suscitarse la época de avenidas del Río Ramis presenta desbordamiento

generando pérdida de áreas de cultivo, pérdida de pastizales, muerte de

animales y desfertilización de suelos.

Una inundación evita el crecimiento económico social por las pérdidas en la

agricultura y ganadería la cual es fuente de ingreso principal en el sector de

Taraco, destrucción de estructuras como viviendas puentes defensas ribereñas

entre otros, el desarrollo de la presente tesis permitirá proponer la altura de

encause del Río Ramis en el sector Taraco e identificar las zonas de

acumulación de agua y que puedan de esta manera diseñar defensas ribereñas

que eviten el desbordamiento y se zonifique las zonas con riegos de

(29)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

29

1.7.3 JUSTIFICACIÓN AMBIENTAL

El cambio de la dinámica del ecosistema, así como la pérdida de vegetación y

la aparición de insectos, con esta última enfermedades asociados a parásitos

por aguas estancadas, modificación del cauce natural del río, entre otros la

protección con defensas ribereñas evitara el desbordamiento y posibles

impactos ambientales negativos.

1.7.4 JUSTIFICACIÓN SOCIAL

Las pérdidas económicas generadas por las inundaciones agropecuarias e

industriales, y las pésimas condiciones de salubridad que empieza con el

secado de las áreas de aguas estancadas, no permiten el desarrollo de las

actividades dentro de las áreas afectadas. El estado cumple un papel

importante por medio de INDECI quien brinda apoyo a las comunidades

afectadas, llevando alimentos de primera necesidad, carpas frazadas entre

otros, con el programa HEC-GEORAS y ARCGIS permitirá visualizar las zonas

vulnerables a inundaciones de esta manera se harán mapas de zonas de

riesgos evitando que pobladores de las zonas construyan sus viviendas o se

(30)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

30

APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CALCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS CON DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO 1.8 MATRIZ DE CONSISTENCIA

PROBLEMA OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES

INDICADORES

TECNICAS E INSTRUMENTOS PARA OBTENER LA

INFORMACION TECNICAS E INSTRUMENTOS PARA RECOLECTAR LA INFORMACION FUENTE Interrogante General

¿Cómo es el

comportamiento del perfil hidráulico, de un tramo del Rio Ramis con diferentes periodos de retorno para analizar las llanuras de inundaciones y evaluar los riesgos por inundaciones usando los programas RAS, ARCGIS y HEC-GEORAS?

Objetivo General

Determinar el

comportamiento del perfil hidráulico de un tramo del Rio Ramis con diferentes periodos de retorno para analizar las llanuras de inundaciones y evaluar los riesgos por inundaciones usando los programas HEC-RAS, ARCGIS y HEC-GEORAS.

Hipótesis General

El programa HEC-RAS permitirá modelar el flujo con periodos de retorno de 2, 10, 50, 100, 200 y 500 años, lo que nos proporcionara perfiles hidráulicos en cada sección de la simulación que es importante ya que nos permitirá analizar las llanuras de inundación y evaluar los riesgos por inundaciones.

Variable Independiente

Caudales con periodos de retorno de 2, 10, 50, 100, 200 y 500 años.

Indicadores Caudal. Variable Independiente Caudales máximos TECNICA

Método estadístico .

MATERIALES Computadora personal. INSTRUMENTO HIDROESTA. Variable Independiente Caudales máximos TECNICA

Obtención de la información histórica de caudales de la estación de aforo Puente Ramis,

INSTRUMENTO Solicitudes. Variable Independiente Caudales máximos

Resultados de los caudales máximos para periodos de 2, 10, 50, 100, 200 y 500 años con el software HIDRO ESTA

Interrogantes Especificas

¿Cuáles son los perfiles, para periodos de retorno 2, 10, 50, 100, 200 y 500 años y la frecuencia de inundación en un tramo del Rio Ramis?

Objetivos Específicos

Calcular y analizar los Perfiles hidráulicos para periodos de retorno de 2, 10, 50, 100, 200 y 500 años y analizar la frecuencia de inundación en un tramo del Rio Ramis.

Hipótesis Específicas

Los periodos de retorno nos permitirán, establecer la posibilidad de caudales máximos que generen inundaciones que pueden ser evitados.

Variable Dependiente

Perfil hidráulico del Rio Ramis sector de

Taraco.

Indicadores

Área de la Superficie libre del agua (llanura de inundación)

Variable Dependiente

Perfil Hidráulico

TÉCNICA

Aplicación del modelo unidimensional: Hec Ras ArcGis, Hecgeo Ras.

MATERIALES

Computadora personal

INSTRUMENTOS

Software: Hec Ras ArcGis, Hecgeo Ras y AutoCAD Civil 3D

Variable Dependiente

Perfil Hidráulico

TECNICA

Levantamiento

topográfico de las secciones y del área de estudio de la tesis.

MATERIALES

Computadora personal

INSTRUMENTO

Software: Hec Ras ArcGis, Hecgeo Ras y AutoCAD Civil 3D

Variable Dependiente

Perfil Hidráulico

Resultados del modelo

unidimensional Hec Ras.

Análisis de riesgos por inundaciones con el programa Hecgeo Ras y ArcGis.

¿Cuál es la altura de encause del Rio Ramis, sector de Taraco que nos permita evitar futuras inundaciones?

Calcular la altura de encause del Rio Ramis sector de Taraco para evitar futuras inundaciones

Se determinara la altura del encauzamiento del Rio Ramis Sector de Taraco, esto evitara futuras inundaciones.

¿Cómo son las llanuras de inundación mediante el análisis unidimensional de flujo constante para identificar las zonas de riesgo de inundación?

Analizar las llanuras de inundación mediante el análisis unidimensional de flujo constante y preparar mapas de riesgo por efectos de inundaciones

(31)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

31

CAPITULO II:

MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

1. “APLICACIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

PARA EL MODELAMIENTO DE ZONAS CON RIESGO DE INUNDACIÓN. CASO ESTUDIO RÍO LURÍN”

Universidad Nacional de Ingenierías

AUTOR: ALDO CÁRDENAS PANDURO

RESUMEN

Las inundaciones son desastres que ocurren con frecuencia y tienen un

alto costo en cuanto a pérdidas humanas y económicas se refiere, para

ello se requieren de una predicción rápida y en tiempo real de la

magnitud del desastre. Para la determinación de zonas con riesgo de

inundación existen diversas metodologías como estudios con fotografías

aéreas, imágenes por satélite o evaluaciones insitu, donde se observa la

marca de la anterior avenida y así tomar las precauciones convenientes.

La tecnología del Sistema de Información Geográfica (SIG) es un

sistema que por medio de computadoras y datos geográficos ayuda a un

mejor entendimiento del medio en que vivimos y nos permite resolver los

problemas que diariamente afrontamos. El SIG es usada para

(32)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

32

la ocurrencia de inundaciones, integrando modelos hidráulicos e

hidrológicos así como fotografías aéreas e imágenes por satélite.

El presente trabajo consiste en la aplicación del Sistema de Información

Geográfica como herramienta de análisis hidráulico y modelamiento

espacial para evaluar el impacto de posibles inundaciones en un sector

de la cuenca baja del río Lurín. Para ello se integró el software de

análisis hidráulico HEC-RAS con software SIG ArcView generando

como resultado un mapa de inundación espacialmente georreferenciado,

para un perfil de flujo de 50 y 100 años, donde se puede cuantificar y

visualizar la magnitud de la inundación.

Con el mapa de inundación se realizó un análisis de impacto de los

recursos suelo, uso actual de la tierra y geológico-geomorfológico en

condiciones de inundación.

Los resultados permitió cuantificar y visualizar 29.94 ha de área

inundada para el mapa de suelo, 27.79 ha para uso actual de la tierra y

28.49 ha para geológico-geomorfológico, todos ellos analizadas para

perfil de flujo de 100 años y para un perfil de 500 años se determinaron

38.46 ha de área inundada del recurso suelo, 36.86 ha del recurso uso

actual de la tierra y 37.93 ha del recurso geológico-geomorfológico.

CONCLUSIONES

I. Respecto a la aplicación del SIG a modelos hidráulicos.

II. La aplicación del SIG como herramienta de análisis hidráulico para el

modelamiento de zonas con riesgo de inundación ahorran tiempo y

recursos contra un trazado manual de inundación.

III. La integración del modelo hidráulico HEC-RAS con el SIG ArcView es

una manera dinámica e interactivo de trabajar el parámetro hidrológico e

hidráulico en un ambiente SIG generando como resultado un mapa de

(33)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

33

IV. La delineación o despliegue del mapa de inundación que se obtiene del

HEC-RAS está limitado por el ancho de las secciones transversales.

V. Se concluye que el SIG provee la habilidad de integrar los resultados de

modelos con otras capas de información.

VI. Respecto al análisis de impacto de los recurso en condiciones de

inundación.

VII. Los perfiles de flujo para 50, 100 y 500 años de período de retorno es de

99, 110 y 210 m3/seg respectivamente, en flujo permanente.

VIII. La profundidad de la inundación es pequeña va desde 0.0-1.69 m para

un perfil de 100 años y de 0.0-2.05 m para un perfil de 500 años.

IX. Con respecto al mapa de suelo, el área inundada para un caudal de 210

m³/seg es de 38.46 ha, de las cuales 22.92 ha son de consociación

Ribereño y 15.08 ha de la consociación Lurin, con un margen de error de

±8%.

X. La mayor área inundada comprende terrazas bajas inundables de

pendiente casi a nivel que tiene problemas de salinidad y de textura

franco arenosa, además de tener aptitud limitada para el riego.

XI. Con respecto al mapa de uso actual de la tierra, el área inundada para

un caudal de 210 m³/seg es de 36.86 ha, de las cuales 34.94 ha son

terrenos agrícolas, esto debido a que la mayor parte del área en estudio

son campos de cultivo. Así mismo unos 1810 m2 de viviendas son

arrasados, con un margen de error de ±8%.

XII. Con respecto al mapa geológico-geomorfológico el área inundada para

un caudal de 210 m³/seg es de 37.93 ha perteneciente a un deposito

aluvional que en el pasado eran cauce del río, con un margen de error

(34)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

34

2. TITULO: “ANÁLISIS PARA EL CONTROL DE LAS MÁXIMAS

AVENIDAS EN EL RÍO AYAVIRI CON APLICACIÓN DEL MODELAMIENTO DE RIESGO”

AUTOR: EDGAR ZEA CHUQUIMAMANI

Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez

RESUMEN:

Las inundaciones son desastres que ocurren con frecuencia y tienen un

alto costo en cuanto a pérdidas humanas y económicas se refiere para

ello se requiere de una predicción rápida y en tiempo real de la magnitud

del desastre.

La tecnología del sistema de información geográfica (SIG) es un sistema

que por medio de computadoras y datos geográficos ayuda a un mejor

entendimiento del medio en que el que vivimos y nos permite resolver

los problemas que diariamente afrontamos. El SIG con el apoyo de otro

software es usado para diagnosticar sitios de posible desborde y

planificar acciones para mitigar la ocurrencia de inundaciones,

integrando modelos hidráulicos e hidrológicos así como fotografías

aéreas e imágenes satelitales.

El presente trabajo se basa en dos pilares para la elaboración de la

cartografía de riesgo: la determinación de caudales máximos para

distintos períodos de retorno y la simulación de la dinámica de los flujos

desbordados correspondientes a dichos caudales.

Para la determinación de los caudales máximos de la cuenca del río

Ayaviri se utilizó el modelo hidrológico HEC-HMS, el cual permite

simular el comportamiento superficial, basándose en los datos de

precipitación máxima de 24 horas asociadas con los distintos períodos

de retorno, y por método probabilístico con caudales máximos

instantáneos históricos utilizando las funciones de distribución por el

(35)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

35

Para el análisis hidráulico y modelamiento espacial se integró el software

de análisis hidráulico HEC-RAS y la extensión del Arc Gis HEC GEO

RAS generando como resultado mapas de inundación espacialmente

georeferenciado, para un perfil de flujo de 5, 10, 20, 50, 75,100 años

donde se puede evaluar el, impacto de posibles inundaciones en la

ciudad de Ayaviri ámbito de la cuenca del río Ayaviri.

Los resultados permitió cuantificar y visualizar 253 ha de área inundada,

tirante de agua hasta 4.76 m. y la velocidad no pasa de los 3.97 m/s. las

áreas que con llevan mayor riesgo son las que tiene un tirante mayor a

un metro que se constituyen en un 33.33% de la superficie inundada,

todos ellos analizados para perfiles de flujo de 100 años.

CONCLUSIONES

I. El modelamiento del sistema hidrológico de la cuenca del río Ayaviri, a

través del modelo HEC-HMS, permite describir en forma cualitativa y

cuantitativa la respuesta de la cuenca ante un evento extremo,

permitiendo determinar el escurrimiento producido por las

precipitaciones máximas en 24 horas, según la simulación, los caudales

calculados para diferentes períodos de retorno como son Tr=5 años que

nos da un caudal de 126.40 m3/seg, para Tr=10 años que nos da un

caudal de 192.70 m3/seg. Tr=20 años que nos da un a caudal de 292.70

m3/seg . Tr=50 años que nos da un caudal de 424.20 m3/seg, Tr= 75

años que nos da un caudal de 487.10 m3/seg, el caudal, y el caudal

máximo alcanzado para un período de retorno de 100 años es de 495

m3/seg, mientras que por el método probabilístico con caudales

máximos instantáneos tiene un caudal pico de 393.60 m3/seg

ajustándose a la función de distribución Gumbel o valor extremo de tipo l

por el método de los momentos según la prueba de chi cuadrado, de

acuerdo a las estimaciones para la simulación hidráulica del río Ayaviri

se tomaron los valores más desfavorables , es decir el que da un caudal

(36)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

36

II. La simulación con el modelo HEC-RAS en cierta forma ha permitido

establecerla conexión que existe con el método hidrológico HEC-HMS,

puesto que obtenidos los caudales máximos de avenidas es posible

evaluar los tramos del cauce del río que serían más susceptibles a sufrir

desbordes e inundaciones, detectados por la configuración de los

perfiles hidráulicos que arroja la simulación hidráulica del modelo. Con el

caudal simulado de 292.70 m3/seg, para un período de retorno de 20

años se producen ya algunos problemas e indicios de desbordes y

derrumbes esto en el margen derecho del río a la altura del Barrio

Pueblo Libre y en el margen izquierda a altura del parque recreacional,

que corresponde al área urbana de la ciudad de Ayaviri, el cual se puede

visualizar en los mapas de riesgo.

III. La aplicación del SIG como herramienta de análisis hidráulico para el

modelamiento de zonas con riesgo de inundación ahorran tiempo y

recursos contra un trazado manual de inundaciones, así mismo la

integración del modelo hidráulico HEC-RAS con el ARCGIS a través de

la aplicación HEC-GEORAS es una manera dinámica e interactiva del

manejo de los modelos digitales de terreno y elevaciones de la lámina

de agua, generando como resultado mapas temáticos que muestran la

zonas más vulnerables a riesgo por inundación y así tomar las medidas

preventivas necesarias. Como es la construcción de defensas ribereñas

en los tramos críticos que se visualizan en los mapas, como son las

áreas aledañas a las llanuras de inundación del barrio Pueblo Libre y

Kawashi Washi.

3. “ESTUDIO DE DEFENSAS CONTRA INUNDACIONES EN LA CUENCA BAJA DEL RÍO COATA”

AUTORES:

(37)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

37

APAZA CRUZ RAUL

Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez

RESUMEN

El presente trabajo de investigación, lo hemos elaborado con el

propósito de ofrecer a nuestros lectores, el conocimiento de los aspectos

de la hidráulica fluvial, relacionados con los problemas de inundaciones

que enfrentan los pobladores situados en las partes bajas en las

cuencas pertenecientes a la hoya hidrográfica del lago Titicaca,

presentándose un análisis cuidadoso para determinar y memorizar este

tipo de desastres naturales.

Los problemas de inundaciones y desbordes de los nueve ríos que

conforman la hoya hidrográfica del Lago Titicaca se presentan

periódicamente perjudicando socio-económicamente, el desarrollo de los

pobladores que habitan en los bordes y deltas de los ríos, y como

profesionales de la ingeniería civil es papel nuestro enfrentar, este tipo

de fenómenos naturales, en su prevención regulación y control de ríos.

Dentro del contexto de la especialidad de hidráulica fluvial, hidrología,

manejo de cuencas y medio ambiente, se desea con el presente trabajo “estudio de defensas contra inundaciones en la cuenca baja del río Coata”. Contribuir con una metodología, que planifique, proyecte, diseñe

y construya defesas ribereñas, en zonas de similares características a la

zona de estudio. Optimizando así recursos y tiempo en este tipo de

proyectos.

El presente trabajo está dividido en diez títulos continuos , que llevan al

lector analizar en forma progresiva el estudio contra inundaciones, que al

concluir la lectura y análisis de esta obra tendrá una visión más

completa en la elaboración del tipo de defensas que se podría aplicar en

(38)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

38

El primer título comprende la recopilación de la información básica. En

la cual se tuvo que generar datos en algunos casos y trabajarlos en otros

casos

Completando este título con un marco teórico que respalde la

aseveraciones vertidas en este trabajo

El segundo título aborda el aspecto general de la hidrología,

comprendiendo el uso importante del recurso hídrico para la humanidad,

las formas en que se presenta, además se realizó un análisis de

información hidrológica de precipitaciones pluviales para esta zona,

completando extendiendo y haciendo de estos datos consistentes para

su utilización en la modelización análisis y simulación hidráulica de la

cuenca, por el método más apropiado.

El tercer título está relacionado con el marco teórico y aplicativo de la

hidráulica fluvial, el cual presenta los aspectos morfológicos, transporte

de sedimentos y socavación de los ríos para la interpretación y

clasificación de los mismos.

Cuarto título presenta, los métodos y técnicas de encauzamientos

protección y control de ríos, en forma detallada y con ejemplos de

aplicación para cada tipo de diseños y métodos, específicos de defensas

contra inundaciones y prevención contra inundaciones.

El quinto título de este trabajo, trata de la identificación de las zonas

propensas a inundaciones, a partir del modelamiento hidráulico y de

otros aspectos relaciones directamente con la zona de estudio en la

cuenca baja del río Coata.

El sexto título enmarca el diseño de las obras específicas a realizar

teniendo como precedente la identificación de zonas propensas a

(39)

Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras Carrera Académico Profesional de Ingeniería Civil

TESIS: “APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO HEC-RAS PARA EL CÁLCULO DEL PERFIL HIDRÁULICO DEL RIO RAMIS”

Bach. Armando Quispe Torres Bach. Rudy Franco Sullca Otazu

Pág.

39

El séptimo título desarrolla el estudio de impacto ambiental, que

generara la ejecución del proyecto, y el posterior impacto favorable o

desfavorable que involucra el proyecto planteado.

El octavo título en marca el estudio Socio económico de la zona en

estudio dando a conocer, la realidad del problema, sus magnitudes y

justificación, frente a las inundaciones, que se producen en esta zona.

El noveno título efectúa un costo de obra de defensa ribereña

presupuestando un dique longitudinal de cuerpo de tierra. Para el primer

tramo priorizando el proyecto propuesto, con su respectivo análisis de

costos unitarios relación de insumos, metrados y especificaciones

técnicas.

El décimo título finalmente se culminara con las conclusiones finales y

también se alcanzan las recomendaciones con las cuales se concluye el

presente trabajo.

Para terminar, creemos que el presente trabajo de investigación, tenga

que constituir un aporte en beneficio tanto para la docencia universitaria

como para los educandos, concluyendo en la parte final con los planos

tipo, las tablas y datos recopilados, los ensayos realizados, y la

bibliografía utilizada.

CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos en el presente estudio nos permiten llegar a las

siguientes conclusiones

I. En esta cuenca así como en todo el ámbito del Perú, se carece de datos

hidrológicos e hidrométricos, lo que limita la utilización de metodologías

más precisas en el diseño de obras relacionadas a la hidráulica fluvial.

II. Se recomienda la adecuación del método propuesto mediante la ayuda

de una software de computación para la simulación de planicies de

Referencias

Documento similar