UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Identificación de zonas críticas de inundación por avenidas extraordinarias y el proyecto de defensas ribereñas en el rio moche
tramo puente moche hasta 3.5km aguas abajo, Trujillo 2019
TRUJILLO - PERÚ
TESIS
PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
AUTOR : Br. Rodríguez Orbegoso Deybi Abel
ASESOR : Ing. Villar Quiroz Josualdo Carlos
CO ASESOR : Ing. Narváez Aranda Ricardo
DEDICATORIA
En primer lugar, a Dios todopoderoso por ser mi guía y llevarme de la mano en cada momento de mi vida, por darme la fuerza, la salud y voluntad para seguir adelante alcanzando mis metas soñadas.
A mis padres Simón y Esmeralda, que me han sabido llevar por el buen camino, gracias por sus consejos, compresión, tolerancia, paciencia, cariño, amor y sobre todo por brindarme su apoyo y estar presente cuando más los he necesitado.
AGRADECIMIENTOS
A mis Hermanos Edwin y Noemi, por haberme acogido en momentos cruciales de mi vida para poder lograr mis metas y sobre todo porque han sido mi guía con sus consejos y apoyo en todo momento.
A mis padres Simón y Esmeralda, por su apoyo incondicional y por haber creído en mí en todo momento y en cada circunstancia de mi vida y también un agradecimiento especial a mi prima Lilia Agustín la cual considero como a una segunda madre ya que puso todo su esfuerzo en verme crecer sano y salvo.
Al Sr. Julián Razón y Sra. Estrella alegre, por ser mis ángeles de la guarda que siempre han estado en los momentos más difíciles de mi vida universitaria, y sobre todo por sus consejos y paciencia para hacer de mi un hombre de bien.
RESUMEN
Esta investigación tuvo como objetivo principal determinar la relación entre la identificación de las zonas críticas de inundación frente avenidas extraordinarias y la propuesta de un proyecto de defensas ribereñas en el río Moche tramo puente moche hasta 3,5km aguas abajo 2019; por ello para cumplir tal fin se procedió al levantamiento de data topográfica así como la data hidrológica, lo cual fue la base para el análisis y posterior desarrollo de la tesis usando el método Gumbel para el análisis estadístico con el software Hyfran y apoyándonos en herramientas SIG de los softwares Civil 3D, Hec Ras, QGIS y ArcGis para obtener las secciones transversales más vulnerables de acuerdo a las líneas de energía, la lámina de agua y al tirante critico según el flujo de cada tramo inter sección, luego del análisis de la data asumiendo tiempos de retorno de 5 años, 29 años, 50 años y 100años con sus respectivos caudales resultando que los caudales de los últimos periodos de retorno provenían de una avenida extraordinaria ya que superaban el límite de caudal 307m3/s a partir del cual, se considera un caudal extraordinario, así mismo se determinó mediante resultados que las zonas de inundación provienen del desborde lateral del río, debido a que su cauce está lleno de material de sedimentación, también de determino los mapas de inundación mediante simulación para los diferentes tiempos de retorno.
Determinándose que la estructura de defensa ribereña más adecuada es el muro gavión tipo colchón y cajón y no el muro de concreto armado, debido a que cumplió distintos criterios para su selección. Es así como se concluye que para una avenida extraordinaria de un caudal de 385m3/s con una frecuencia de ocurrencia de 100 años según estimación, ocasionaría el desborde y la inundación del 55% del tramo en estudio, pero que el puente Moche no se vería afectado con desborde del cuerpo de agua y que el muro de gavión tipo colchón y caja, entre otros sistemas estructurales es el más apropiado, ya que es una estructura construida con materiales de la zona y flexibles que cumplen con los requerimientos y criterios establecidos y puede adecuarse a deformaciones una vez puesta en funcionamiento y además se adapta a la naturaleza del lugar en su zona agrícola y zona urbana del tramo del río en estudio.
PALABRAS CLAVE: zonas críticas, inundación, avenidas extraordinarias, defensas ribereñas.
ABSTRAC
The main objective of this research was to determine the relationship between the identification of critical flood zones in front of extraordinary avenues and the proposal of a riverine defenses project in the Moche River, the Moche bridge section up to 3.5km downstream 2019; For this reason, to fulfill this purpose, topographic data was collected as well as hydrological data, which was the basis for the analysis and subsequent development of the thesis using the Gumbel method for statistical analysis with the Hyfran software and relying on GIS tools. of Civil 3D, Hec Ras, QGIS and ArcGis softwares to obtain the most vulnerable cross sections according to the power lines, the water sheet and the critical tie according to the flow of each inter-section section, after data analysis assuming return times of 5 years, 29 years, 50 years and 100 years with their respective flows resulting that the flows of the last return periods came from an extraordinary avenue since they exceeded the flow limit 307m3 / s from which, it is considered an extraordinary flow, likewise it was determined by results that the flood zones come from the lateral overflow of the river, because its channel is full of mat sedimentation wasteland, I also determined the flood maps by simulation for the different return times. Determining that the most suitable riparian defense structure is the mattress and box type gabion wall and not the reinforced concrete wall, due to the fact that it met different criteria for its selection. This is how it is concluded that for an extraordinary avenue with a flow of 385m3 / s with a frequency of occurrence of 100 years according to an estimate, it would cause the overflow and flood of 55%
of the section under study, but that the Moche bridge would not be seen. affected with overflow of the body of water and that the mattress and box-type gabion wall, among other structural systems, is the most appropriate, since it is a structure built with local and flexible materials that meet the established requirements and criteria and can adapt to deformations once put into operation and also adapts to the nature of the place in its agricultural area and urban area of the section of the river under study.
KEY WORDS: critical areas, flooding, extraordinary avenues, riverine defenses.
ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA ... i
AGRADECIMIENTOS ...ii
RESUMEN ... iii
ABSTRAC ... iv
ÍNDICE GENERAL ... v
ÍNDICE DE FIGURAS ...vii
ÍNDICE DE TABLAS ... x
ÍNDICE DE GRAFICOS ... xi
ÍNDICE DE ANEXOS ... xi
CAPÍTULO I ... 1
INTRODUCCIÓN ... 1
1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA: ... 2
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 6
1.3. HIPÓTESIS ... 7
1.4. JUSTIFICACIÓN ... 8
1.5. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN ... 9
1.5.1. OBJETIVO GENERAL. ... 9
1.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 9
CAPÍTULO II ... 10
MARCO TEÓRICO ... 10
2.1. ANTECEDENTES ... 11
2.2. BASES TEÓRICAS ... 14
2.2.1. Cuencas Hidrográficas. ... 14
2.2.2. Precipitaciones ... 16
2.2.3. Inundaciones. ... 18
2.2.4. Ríos. ... 21
2.2.5. Zonas críticas de inundación. ... 24
2.2.6. Mapa de inundaciones. ... 25
2.2.7. Mitigación de daños por inundaciones. ... 27
2.2.8. Medidas Estructurales de mitigación de daños por inundación. ... 28
2.2.9. Defensas Ribereñas. ... 30
CAPÍTULO III ... 48
MATERIALES Y MÉTODOS ... 48
3.1. OBJETO DE ESTUDIO ... 49
3.1.1. Universo ... 50
3.1.2. Población. ... 50
3.1.3. Muestra. ... 50
3.1.4. Unidad de Estudio. ... 50
3.2. MÉTODOS Y TÉCNICAS ... 50
3.2.1. Diseño de investigación. ... 50
3.2.2. Técnica de recolección de datos. ... 52
3.2.3. Instrumento de recolección de datos. ... 52
3.2.4. Procedimientos de recolección de datos. ... 53
3.2.5. Técnicas, Métodos e instrumentos de Análisis de Datos. ... 53
3.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ... 57
3.3.1. Ubicación e información de la zona de estudio. ... 60
3.3.2. Levantamiento, procesamiento y replanteo de planos. ... 62
3.3.3. Análisis de caudales máximos diarios con Hyfran ... 65
3.3.5. Modelamiento con el Programa ArcGis ... 68
3.3.6. Modelamiento con el Programa Hec Ras ... 70
3.3.7. Propuesta estructural para el proyecto de defensa ribereña ... 95
CAPÍTULO IV ... 104
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 104
4.1. Caudales y Descargas Hidrológicas Históricas. ... 105
4.2. Zonas de inundación ... 108
4.3. Modelamiento de los niveles de inundación según la zona. ... 117
4.1. Estructura para el proyecto de defensa ribereña ... 124
CAPÍTULO V ... 125
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 125
5.1. Conclusiones. ... 126
5.2. Recomendaciones. ... 127
CAPÍTULO VI ... 129
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ... 129
CAPÍTULO VII ... 132
ANEXOS ... 132
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1Delimitación de la red hídrica de la cuenca moche ... 14
Figura 2 Partes de una Cuenca Hidrográfica ... 15
Figura 3 Si AG<Ah entonces se presenta inundación ... 24
Figura 4 Mapa de Peligro de inundaciones (Roberto Matellanes, 2013) ... 26
Figura 5 Obra de Regulación – Presa de Mequinenza ... 28
Figura 6 Obra de Rectificación del arroyo Aguadulcita... 29
Figura 7 Obra de Protección del Rio Santiago ... 29
Figura 8 Muestra de una obra longitudinal ... 31
Figura 9 Secciones típicas de protección de márgenes con enrocados ... 32
Figura 10 Representación de un Gavión tipo caja ... 34
Figura 11 Representación de un Gavión Tipo Colchón ... 36
Figura 12 Representación de un gavión tipo saco ... 37
Figura 13 Muros de encauzamiento, Según Linsley y Franzini ... 39
Figura 14 Componentes de la Ecuación de Energía ... 41
Figura 15 Parámetros que considera el HEC-RAS cuando la sección es compuesta... 43
Figura 16 Grafica de la forma de obtener la Energía Promedio ... 44
Figura 17 : Energía especifica mínima para cada sección transversal ... 47
Figura 18 Definición de Variables. ... 51
Fuente: Elaboración propia. ... 51
Figura 19 Representación virtual de la estación de Quirihuac ... 53
Figura 20 Prueba de hipótesis y significancia de la data con el método Kendall ... 54
Figura 21 Prueba de Chi Cuadrado ... 54
Figura 22 Ejemplo de la tabla de Frecuencia ... 55
Figura 23 Ejemplo de un gráfico tipo Histograma ... 55
Figura 24 Ejemplo de un gráfico tipo Ojiva ... 56
Figura 25 Ejemplo de un gráfico tipo Polígono ... 56
Figura 26 Representación esquemática del procedimiento experimental ... 57
Figura 27 Ubicación Satelital de la zona en estudio ... 61
Figura 28 Cuerpo de agua en el río Moche ... 62
Figura 29 Mapa de la parte baja de la cuenca Moche ... 63
Figura 30 Plano en planta del puente de Moche hasta 3.5km aguas abajo ... 63
Figura 31 Plano de perfil transversal en la progresiva km 3+520.00, según el Civil 3D ... 64
Figura 32 Plano en planta en la progresiva km 3+500.00 donde se ubica el puente Moche. ... 64
Figura 33 Modelo Gamma para verificar la confianza y significancia de la data hidráulica ... 65
Figura 34 Plano de ubicación de la zona en estudio... 68
Figura 35 Modelado de la inundabilidad en el año 2017 ... 69
Figura 36 Perfil de agua longitudinal a lo largo de su trayectoria ... 72
Figura 37 Zona de inundabilidad del km 0+00.00 hasta el km 0+040.00 ... 73
Figura 38 Primer tramo de inundabilidad que llega hasta el km 1+040.00... 73
Figura 39 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 74
Figura 40 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 74
Figura 41 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 75
Figura 42 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 75
Figura 43 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 76
Figura 44 Simulación del cuerpo de agua en el rio moche tramo puente moche hasta 3.5km aguas abajo ... 77
Figura 45 Perfil longitudinal del cuerpo de agua a lo largo de los 3.5 km en estudio. ... 77
Figura 46 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 78
Figura 47 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 78
Figura 48 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 79
Figura 49 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 79
Figura 50 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 80
Figura 51 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 80
Figura 52 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 81
Figura 53 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 81
Figura 54 Simulación del cuerpo de agua que transita por el tramo del rio moche en estudio. ... 82
Figura 55 Perfil longitudinal del caudal que transcurre por el rio moche en el tramo en estudio.. 82
Figura 56 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 83
Figura 57 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 83
Figura 58 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 84
Figura 59 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 84
Figura 60 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 85
Figura 61 ... 85
Figura 62 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 86
Figura 63 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 86
Figura 64 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 87
Figura 66 Simulación de la inundabilidad en el rio moche tramo puente moche hasta 3.5km aguas
abajo. ... 88
Figura 67 Perfil del cuerpo de agua que transcurre cada 100 años por el rio moche tramo puente moche hasta 3.5km ... 88
Figura 68 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 89
Figura 69 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación. ... 89
Figura 70 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 90
Figura 71 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 90
Figura 72 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 91
Figura 73 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 91
Figura 74 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 92
Figura 75 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 92
Figura 76 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 93
Figura 77 Sección transversal donde existe desborde del caudal y colmatación ... 93
Figura 78 Sección transversal cerca al puente moche, donde no existe desborde del caudal. ... 94
Figura 79 Modelamiento del transporte del caudal cada 100 años en el rio moche en el tramo en estudio ... 94
Figura 80 Representación de los muros gavión en el río Moche ... 100
Figura 81 Representación de la elaboración de los muros de defensa ribereña con gavión en colchón y caja ... 100
Figura 82 Gavión de Caja y Colchón de distinta medida según al área a proteger ... 101
Figura 83 Altura de desborde del cuerpo de agua de 1.73 metros ... 103
Figura 84 Primer Tramo de inundabilidad, más de 1040.00 metros de desborde lateral del cauce ... 109
Figura 85 Segundo Tramo de inundabilidad, se extiende por más de 360 metros, de desborde lateral ... 110
Figura 86 Tercer Tramo de inundabilidad, se extiende por más de 120 metros, de desborde lateral. ... 110
Figura 87 Primer tramo de inundabilidad, se extiende hasta 1040 metros aguas arriba de desborde ... 111
Figura 88 Segundo tramo de inundabilidad, se extiende a más de 360 metros de desborde aguas arriba ... 111
Figura 89 Tercer tramo de inundabilidad, con desborde de más de 160 metros aguas arriba ... 111
Figura 90 Cuarto tramo de inundabilidad, con desborde de más de 40 metros aguas arriba ... 112
Figura 91 Primer tramo de inundabilidad, se extiende por más de 1040 metros de desborde en el cauce. ... 112
Figura 92 Segundo tramo de inundabilidad, se extiende por más de 360 metros de desborde en el
cauce ... 113
Figura 96 Tramo de inundabilidad, se extiende por más de 1040 metros de desborde del cauce. ... 114
Figura 101 Lugar de no inundabilidad, cerca al puente Moche. ... 116
Figura 102 Zona de inundación real en el año 2017 con un alcance de hasta 2.6km aguas arriba ... 117
Figura 103 Plano de perfil longitudinal con su respectivo cuadro de magnitudes topográficas, donde nos indica que la pendientes es débil ... 119
Figura 104 Simulación de inundación en el año 2017, año que ocurrió el fenómeno del niño costero. ... 120
Figura 105 Simulación de inundación con un caudal que se considera el umbral máximo a partir del cual se considera la existencia de una avenida extraordinaria, que se hace presente cada 29 años. ... 121
Figura 106 Simulación del cuerpo de agua que discurre en el río Moche, con un caudal de 342m3/s que se proyecta su acontecimiento cada 50 años. ... 122
Figura 107 Simulación del cuerpo de agua que fluye por el río Moche con un caudal de 385m3/s proyectado su existencia cada 100 años. ... 123
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Resumen de la hipótesis ... 7
Tabla 2 El Fenómeno el niño en los últimos 150 años ... 16
Tabla 3 Características de los mapas de inundación ... 26
Tabla 4 Ventajas y Campo de Aplicación de los Gaviones tipo Caja ... 34
Tabla 5 Dimensiones del gavión tipo caja... 35
Tabla 6 Dimensiones del gavión tipo Colchón ... 36
Tabla 7 Valores de coeficiente de contracción y expansión ... 46
Tabla 8 Operacionalización de las variables. ... 49
Tabla 9 Clasificación de las Variables ... 52
Tabla 10 Caudales maximos historicos ... 66
Tabla 11 Coeficientes de manning ... 70
Tabla 12 Criterios para determinar las zonas de inundación... 71
Tabla 13 Criterios de comparación para elegir una propuesta estructural de proyección ribereña 96 Tabla 14 Comparación económica para un tramo en las mismas condiciones ... 97
Tabla 17 Resumen de las zonas inundación según secciones transversales... 109
Tabla 18 Pendientes en el cauce del río Moche tramos puente Moche hasta 3.5km aguas abajo. ... 118
Tabla 19 Progresivas para el escenario más crítico de inundación ... 124
ÍNDICE DE GRAFICOS Gráfico 1 Caudales máximos anuales y el Umbral máximo a partir del cual se considera una avenida extraordinaria, Q=280m3/s ... 105
Gráfico 2 Cantidad de Agua que discurría por el río Moche tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo en relación con el tiempo. ... 106
Gráfico 3 Caudales Instantáneos con respecto a los días del mes de marzo del 2017 en tres distintos horarios, año en que ocurrió el fenómeno del niño costero. ... 107
Gráfico 4 Análisis de persistencia de volúmenes de las descargas medias mensuales (hm3) río Moche - Estación Quirihuac. ... 108
ÍNDICE DE ANEXOS A. Formato de los instrumentos de recolección de data de descargas (Anexo 01) ... 133
B. Formato del instrumento de recolección de data topográfica. (Anexo 02) ... 133
C. Planilla De Registro De Caudales Instantáneos (Anexo 3) ... 134
D. Panel fotográfico en el río Moche (Anexo 3’) ... 135
E. Imagen de curvas de nivel dentro del cauce del rio Moche y Zona Critica (Anexo 04) ... 136
F. Curvas de nivel según el levantamiento topográfico proyectado aguas arriba y aguas abajo a partir del puente moche. (anexo 05) ... 137
G. Replanteo De Planos En Perfil. (Anexo 06) ... 139
H. Data de descargas medias mensuales en la estación Quirihuac. ... 141
(Anexo 07) ... 141
I. Procedimiento De Análisis De Caudales Máximos Diarios De La Estación Quirihuac. (Anexo 08) ... 142
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
1.1.REALIDAD PROBLEMÁTICA:
Desde tiempos remotos y aún más en estos últimos tiempos el campo de la ingeniería hidráulica se ha tornado muy importante en las vidas de los seres vivos, ya que su estudio y entendimiento, hace posible vivir en armonía y con tranquilidad en un mundo globalizado y con un alto índice de calentamiento global, porque nos ayuda a construir proyectos de defensas ribereñas sostenibles en el tiempo y de prevención ante fenómenos naturales adversos.
En Ecuador, en el río Pescadillo, Manabí la problemática asociada a las inundaciones es compleja ya que implica la intervención de múltiples factores por ende la difícil identificación de zonas críticas inundables, en la cual, la vulnerabilidad aumenta en zonas muy intervenidas, donde las evidencias físicas del cauce son borradas por la acción del hombre debido a la no existencia de algún tipo de medida de mitigación mediante defensas ribereñas; además la ubicación geográfica del río Pescadillo, favorece las crecidas de caudal durante el periodo lluvioso de la región en algunos sectores agrícolas. (Cartaya & Eduarte, 2016)
En la república de Maldova, dada la importancia que representa la cuenca del río Dniéster y su riesgo de inundación a las poblaciones en zonas críticas por inundación, con mayor magnitud en tiempo de invierno por las crecidas de su caudal, se considera importante tomar medidas implementadas para la protección contra las inundaciones tal como embalses y otro tipo de defensas ribereñas.(Jeleapov et al., 2014)
En Chile, se estudió el riesgo de inundaciones en la quebrada San Ramón, en la comuna de La Reina, Santiago; zona crítica que se ha observado especialmente susceptible ante eventos hidrometeorológicos extremos originados por tendencias de cambio en las condiciones climáticas a nivel mundial, además existe un desconocimiento de las zonas críticas por inundación y por ende la no prevención con defensas ribereñas o de otra índole ante un evento de avenidas extraordinarias en esta cuenca. (Pérez Jara & Vargas Mesa, 2011)
En el río Camillaqui del centro poblado de Ancomaya de la microcuenca Zapatilla Provincia de Collao – Puno; se planteó la determinación de zonas críticas mediante la simulación de inundaciones con el software HEC-RAS para su prevención realizando un tipo de defensa ribereña para el encauzamiento estratégico de este río previa determinación de las características físicas y topográficas e hidráulicas. (QUIZA, 2014)
En Perú, departamento de La Libertad; el Fenómeno El Niño es un cambio climático anómalo que afecta principalmente Sudamérica y en nuestro país especialmente al norte del Perú, en tres oportunidades 1983, 1998 y 2017 se ha presentado el evento hidrometeorológicos con una magnitud extraordinaria, este último fenómeno conocido como El Niño Costero a su vez se desarrolla a lo largo de las costas peruanas y ecuatorianas siendo un evento meteorológico local, desarrollando fuertes lluvias, los cuales provocaron huaycos, desbordes de ríos, escasez de recursos básicos e inundaciones en zonas críticas, debido a la falta de prevención estructural con defensas ribereñas. (Rodriguez & Juarez, 2017)
En Perú, La Libertad, Trujillo; Se encontró que el cauce del río Moche, cerca al puente Quirihuac, se ha venido estrangulándose, eso sucede porque en los últimos años, se ha invadido el cauce del río para sembrar, es decir algunas personas han aprovechado que el río ha colmatado la margen derecha e izquierda para sembrar, lo que representa zonas críticas de inundación y no permiten que se haga la debida descolmatación al río, esto genera que al tener menor sección de cauce para mantener su capacidad de transporte; el cuerpo de agua aumente su energía generando una mayor socavación debido a la no existencia de alguna defensa ribereña para este puente de fierro (Rodriguez & Juarez, 2017)
La identificación de las zonas críticas de inundación se realizara mediante la simulación y el modelamiento hidráulico de un área en estudio, y esto se hace posible gracias a los diversos softwares relacionados a la hidráulica e hidrología que hoy en día existen, como es de uso común el HEC RAS, RIVER, QGIS y ArcGIS; estos tienen su fundamento y base en el Sistema de Información Global (SIG) los cuales están siendo constantemente monitoreados por las entidades de cada país que tengan que ver con la visualización constante de los Satélites.
En la investigación de (Pérez Jara & Vargas Mesa, 2011) nos explica la extensión y la magnitud de las inundaciones según la condición climática asociadas a distintos periodos de retorno y se ha plasmado como mapas de riesgo de inundación, superponiendo los mapas de peligro de inundación y el de vulnerabilidad el cual se desarrolló paralelamente mediante modelamiento Hidráulicos.
Según (Asdak et al., 2018) encontraron que la inundación en Yakarta se está convirtiendo en un evento regular y que muestra una tendencia a aumentar en magnitud, así como en frecuencia en lugar de disminuir y esto hace que haya más zonas de inundación a pesar de una serie de esfuerzos
Según (Zevallos, 2015) encontró que debido a las intensas y prolongadas precipitaciones pluviales que provienen de las zonas altas de su cuenca que generan grandes elevaciones del nivel de caudal del rio, situación que pone en riesgo la infraestructura y las vidas humanas entonces planteó que en ese tramo estudiado se necesita la construcción de defensas ribereña y que deben ser diseñadas acorde a esta realidad porque se ha encontrado que existen algunas defensas ribereñas que no se adaptan a las características y exigencias del río.
Según investigaciones realizadas, citadas en los párrafos anteriores, podemos observar que, debido al cambio climático, algunas zonas en las cuencas tienden cada vez más a estar propensas a grandes precipitaciones y por ende a elevaciones súbitas en su caudal aumentando el nivel del rio lo que genera extensas inundaciones en diferentes grados y/o magnitudes a lo largo de un tramo de un rio, ocasionando daños estructurales en las edificaciones, pérdidas de vidas humanas y económicas; a raíz de esta realidad nace la idea de realizar una propuesta de defensas ribereñas para mitigar estos daños en zonas críticas de inundación.
Dentro de sus responsabilidades el ministerio del medio ambiente del Perú en coordinación y colaboración de los órganos adscritos al MINAM, realizo un mapa de susceptibilidad física del Perú, lo cual identifica zonas propensas a inundaciones y deslizamientos en la costa y sierra frente a la ocurrencia de eventos hidrometeorológicos extraordinarios, en la ocurrencia probable de un fenómeno el niño y para un mejor ordenamiento territorial. (Ministerio del Medio Ambiente del Perú, 2015)
El rio Chijra, en Argentina pasa por medio del pueblo donde las casas están situadas a pocos metros de la orilla del rio y en la temporada de lluvias aumenta su nivel, lo que representa un verdadero peligro para los habitantes de este pueblo, debido a esta problemática la empresa MACCAFERRI Realizo obras de defensa ribereña en las márgenes del rio, con el objetivo de proteger y permitir el desarrollo social de la región. El proyecto consistió en la protección de 800m en ambos lados del rio. (Salvador & Jujuy, 2016)
La cuenca del rio moche (2,115km2) es una de las más grandes del Perú, donde sus aguas desembocan en las playas de la provincia de Trujillo; debido a su gran tamaño, en tiempo de precipitación discurre gran cantidad de agua mediante sus microcuencas e intercuenca norte (670km2), debido a la confluencia hídrica se genera un cauce principal que según las lluvias ocurridas en cierto año elevan el nivel del caudal de este río.
En una avenida extraordinaria hay un incremento súbito en el nivel del caudal estándar, como en el caso del Fenómeno El Niño Costero, el cual ocasiona que el cauce del rio moche se expanda y se habrá nuevos cursos o retome su curso original ocasionando inundaciones tanto en el sector agrícola como graves daños estructurales en las edificaciones que se han construido en épocas de estiaje en zonas muy cercanas al cauce o en el cauce mismo y a los asentamientos urbanos que se encuentran ubicados en la zonas críticas de inundación, lo que hace que exista un mayor peligro.
El río Moche atraviesa la ciudad de Trujillo, específicamente por el distrito de Laredo y es un delimitante entre los distritos de Moche, Trujillo y Víctor Larco Herrera por donde se constituye uno de sus principales cuerpos de agua de toda la cuenca de moche y debido a las características topográficas de pendiente suave el rio deposita gran cantidad de material que lleva en suspensión lo cual tiende a cambiar su geometría en su cauce, formando pequeños meandros, los cuales representan un peligro para un gran cuerpo de agua que es ocasionado por una avenida extraordinaria.
Según su geografía y cauce del río Moche en su parte baja, está expuesto a desbordamientos y posibles inundaciones de las zonas aledañas cuando las precipitaciones son en gran cantidad, generando uno de los mayores cuerpos de agua que atraviesa en este sector. Durante la época de estiaje este cauce permanece con un caudal mínimo, compuesto en su totalidad casi con agua de manantiales que vienen de la sierra liberteña, aprovechando el área libre que queda en dicho cauce, las personas empiezan a invadir para realizar sus labores agrícolas y otros para hacer sus viviendas.
Existe una estrecha relación entre el Fenómeno del Niño, las precipitaciones extremas, los desbordamientos y las inundaciones en la parte inferior del cauce del río Moche, además el desconocimiento de áreas críticas de inundación y la no existencia de ningún tipo de defensa ribereña hace vulnerable a la población a sufrir los estragos de este fenómeno, debido a que no podemos advertir ni prevenir con exactitud.
Debido a las avenidas extraordinarias, la franja marginal del río Moche en la parte de pendiente suave se ve afectada y más aún cuando la gente invade esta área para la utilización agrícola y para edificación de sus viviendas, esto se refleja en el incremento de asentamientos humanos debido al desconocimiento de las zonas de alto riesgo de inundación y ningún sistema estructural de defensa ribereña para la protección y prevención de las consecuencias de estos fenómenos naturales.
La no identificación de zonas críticas de inundación ocasionadas por avenidas extraordinarias;
como por ejemplo en la ocurrencia de un Fenómeno El Niño, es un gran problema; porque no tenemos un conocimiento amplio de este tramo del río Moche, que nos garantice la preservación de las vidas humanas y la mitigación de los daños económicos y estructurales que ocasionan este tipo de eventualidades al no existir defensas ribereñas.
La existencia de un mapa de riesgos de inundación generada por avenidas extraordinarias como en un Fenómeno El Niño y en distintos grados de precipitaciones reflejadas también en los caudales en el curso inferior del río Moche; aportaría el conocimiento necesario para identificar las zonas más críticas de inundación para posteriormente poder plantear algún tipo de prevención mediante algún proyecto de defensas ribereñas.
La importancia de tener zonificado y/o mapeado las áreas críticas de inundación nos garantiza prevención y mitigación de daños mediante defensas ribereñas realizadas con criterio técnico, que es de vital importancia para salvaguardar la integridad de las personas que se encuentran ubicadas en los asentamientos humanos y otras que viven en los extremos del cauce del río Moche y para una posible evacuación de las aguas que discurren de otras cuencas vecinas que en tiempo de lluvias hacen colapsar la ciudad de Trujillo.
Las consecuencias de no investigar sobre este tema; representa un problema, ya que las inundaciones se ve agravado por falta de guías para plantear una prevención sustancial contra los riesgos intrínsecos y por falta de defensas ribereñas; siendo consientes también que no se tienen estudios realizados para el análisis de las inundaciones en toda esta zona de influencia, ya que este tipo de eventos anómalos (Fenómenos El Niño) se registra con un periodo extenso y es por ello que no se da la importancia necesaria, ya que si se tomara cartas en el asunto significaría ahorros económicos importantes.
1.2.FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuál es la relación que existe entre la identificación de zonas críticas de inundación por avenidas extraordinarias y el proyecto de defensas ribereñas en el río Moche tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo?
1.3.HIPÓTESIS
Con esta investigación podremos visualizar que la identificación de zonas críticas de inundación por avenidas extraordinarias tiene relación inversa con la propuesta del proyecto de defensas ribereñas, ya que a mayor cantidad de defensas ribereñas existirá menor zonas de inundabilidad en las zonas aledañas al río Moche tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo lo que generaría un crecimiento tanto en rubro constructivo, así como agrícola. Trujillo 2019.
Tabla 1 Resumen de la hipótesis
Fuente: Elaboración propia
HIPÓTESIS COMPONENTES METODOLÓGICOS COMPONENTES
REFERENCIALES
Existe una relación inversa entre las zonas críticas de inundación por avenidas
extraordinarias y la propuesta
estructural de defensas ribereñas, en el río Moche tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo, Trujillo 2019.
Variables Unidad de análisis
Conectores lógicos
El espacio El tiempo
1. Identificación de zonas críticas de inundación por avenidas extraordinarias.
2. Proyecto de defensas ribereñas
Río Moche, tramo puente moche hasta 3,5km aguas abajo.
Según Lo cual Y
Así como además
Río Moche Año 2019
1.4.JUSTIFICACIÓN
El propósito de este trabajo de investigación fue definir las zonas críticas de inundación debido a avenidas extraordinarias para tener un conocimiento técnico y amplio con la finalidad de realizar la prevención mediante la propuesta de un proyecto de defensas ribereñas a lo largo del tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo del río Moche, para prevenir las pérdidas humanas y económicas ocasionada por inundaciones, así como, recuperar suelos de los cauces para beneficio de la población tanto para sus labores agrícolas como para realizar sus viviendas de manera segura.
Así mismo, esta investigación fue de gran importancia debido a que nos proporcionó detalles en el ámbito de la zonificación de zonas críticas de inundación en el río Moche tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo con la finalidad de conocer qué tipo de defensas ribereñas es la más adecuada para cada zona critica, además nos ayudó a tener una especie de guía para que las entidades correspondientes puedan conceder los permisos para la construcción de viviendas y la extensión o restricción de los asentamientos humanos.
Además, el motivo de este estudio es que sirve como una herramienta de información de las zonas críticas de inundación para la prevención de las comunidades que se sitúan cerca o en la franja marginal del río Moche tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo, con la finalidad que estos puedan desarrollar su vida con normalidad sin exponerse a riesgos de perdidas agrícolas, económicas, estructurales y de sus propias vidas; mediante la propuesta del proyecto de defensas ribereñas.
Ya que esta investigación cuenta con la característica fundamental de poder brindar información de la identificación de zonas críticas de inundación, causa que conlleva a proponer el proyecto de defensas ribereñas para una prevención estructural lo que mitigara daños de diferente índole, cualidad que se resalta porque gracias a esto los asentamientos humanos y áreas agrícolas estarán salvaguardadas frente a cualquier eventualidad natural de tipo hidrometeorológica.
Así mismo, la presente investigación contribuirá a los futuros investigadores para verificar y plantear nuevas metodologías de defensa ribereña y para realizar un sistema de prevención frente a desastres de inundación ocasionadas por avenidas extraordinarias (Fenómeno El Niño) y para evaluar la posibilidad de hacer ingresar más caudal al río Moche, haciendo confluir las aguas de la cuenca de San Idelfonso u otras que en eventualidades de gran precipitación ocasionan daños irreparables en la ciudad de Trujillo.
1.5.OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN 1.5.1. OBJETIVO GENERAL.
Determinar la relación entre la identificación de zonas críticas de inundación frente avenidas extraordinarias y la propuesta de un proyecto de defensas ribereñas en el río Moche tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo,2019.
1.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Analizar las características topográficas del río Moche tramo puente Moche hasta 3,5km aguas abajo.
• Realizar el procesamiento de data y visualizar las áreas de inundación en los planos.
• Analizar la avenida histórica según la estación hidráulica de Quirihuac.
• Realizar el modelamiento del tramo en estudio del río Moche mediante el Software HEC-RAS y ArcGIS
• Realizar una zonificación por riesgos a inundación basándonos en el modelamiento y simulación de este tramo del río frente a avenidas extraordinarias.
• Analizar una propuesta estructural para un proyecto de defensas ribereñas según la zonificación por riesgos a inundación.
• Determinar qué relación existe entre mis variables de estudio.
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1.ANTECEDENTES
En el artículo, “Análisis de riesgos por inundación: metodología y aplicación a la cuenca Atemajac.” Cuyo objetivo es desarrollar una metodología de análisis de riesgo por inundación aplicable a cuencas urbanas del rio Atemajac para mitigar daños, La metodología se fundamenta en dos vertientes que son complementarias: la del enfoque determinista, basado en modelación numérica y determinación de daños; y la del enfoque paramétrico, donde se tratan de homologar los factores que intervienen en la vulnerabilidad, a través de índices adimensionales normalizados por los componentes de índoles social, económico, físico y ambiental, Los resultados muestran las zonas de riesgo y de alta vulnerabilidad por tramos del río Atemajac, definidos de acuerdo con las características que presenta el río a lo largo de su cauce, A partir del modelo determinista se generaron mapas de inundación y daños para 50 y 100 años de periodo de retorno, donde se identifican las zonas que se encuentran en riesgo de moderado a alto a lo largo del río (Ernesto, 2015).
Este estudio aportó a esta investigación con un análisis de un rio que lo desarrolla con una metodología particular, de tal manera que permitió identificar zonas de vulnerabilidad frente a inundaciones y la creación de mapas de inundación y daños para determinados periodos de retorno, lo cual nos ayuda a enfocar con más claridad a nuestro estudio en el río Moche tramo puente Moche hasta 3.5km aguas abajo.
En el artículo, “Identificación de zonas en riesgo de inundación mediante la simulación hidráulica en un segmento del río pescadillo, Manabí, Ecuador.” Cuyo objetivo es identificar zonas de inundación mediante simulación de crecidas anuales en un segmento de la cuenca baja del río Pescadillo, que se ubica dentro de una matriz agrícola homogénea, en la provincia de Manabí de Ecuador. Se realizó simulaciones hidráulicas y el levantamiento del canal mediante softwares Hec-Ras y Hec-GeoRas respectivamente. Este río de régimen permanente tiene un caudal de 61.4 m3/s y escasa pendiente (0.0025), de acuerdo a la simulación del flujo la zona con riesgo a desbordamientos anuales está precisamente donde es más amplia la planicie aluvial (secciones transversales 4, 5, 9 y 23) y ocupando aproximadamente 18.79 Km2. Los datos generados son de utilidad porque brindan información sobre la extensión, profundidad y ubicación de las machas de
El aporte de esa investigación radica en la obtención de secciones transversales que nos muestran las zonas vulnerables a riesgos por inundación para que, de acuerdo a las visitas de campo y según la simulación se proponga con precisión, la construcción de obras hidráulicas en los lugares de pendiente suave con una amplia planicie y con un cauce colmatado.
En la tesis, “Análisis del riesgo por inundación utilizando herramientas SIG para la cuenca del rio Quito”, Analiza los riesgos por inundación utilizando herramientas SIG para la cuenca del Río Quito, se realizó una metodología de tipo aplicativo mediante el procedimiento de búsqueda de metodologías y la posterior transformación de las fuentes de información y aplicación de herramientas espaciales, que mediante dichas herramientas espaciales se obtuvo mapa de pendientes, mapa de Geología, Mapa de Geomorfología, mapas de conflictos de uso y la susceptibilidad de la cuenca del rio quito. En el estudio se presentó sobre el valle fluvial de la cuenca del río Quito, una clasificación de amenaza baja, influenciado principalmente por las bajas pendientes que predominan en esta zona; sin embargo, es recomendable realizar estudios hidrológicos, hidráulicos y fluviales para estimar las inundaciones en las zonas ribereñas, dadas las condiciones de asentamientos de las comunidades negras e indígenas que viven en la zona (Moreno & Bermúdez, 2016).
El aporte que esta investigación nos da, es ver la importancia y la precisión de los resultados que nos arrojan las herramientas SIG, además nos da la metodología que se pueden usar para procesar los datos de información espacial y datos obtenidos en campo, con la finalidad de obtener resultados y conclusiones que ayudan a plantear propuestas de defensa ribereña que garanticen una solución sustancial frente a la problemática de las inundaciones en la parte baja de la cuenca.
En la tesis, “Evaluación hidráulica del río Moche tramo puente de fierro, longitud 1 km” El objetivo fue elaborar el análisis hidráulico en el río Moche en el tramo puente de fierro 1km, con la finalidad de prevenir posibles inundaciones en la zona de Quirihuac, mediante el método de Listchvan y Levediev se determinó la altura de socavaciones, se procedió a evaluar las simulaciones con los diferentes periodos de retorno, de 50 años, 100 años y 500 años; de esta manera poder identificar posibles zonas inundadas, en el periodo de retorno de 50 años se tomó el caudal máximo que se estableció en 370.56m3/s. Según la
información proporcionada por el SENAMHI, se puede decir que el río Moche tiene mayores caudales entre los meses febrero y abril, entre julio y octubre es la época de estiaje (Rodriguez & Juarez, 2017).
El aporte de este estudio científico es muy relevante ya que nos da un amplio conocimiento funcional del río Moche y las características de la variación tanto en su tipográfica como en su intensidad de precipitaciones, ocasionando un grado determinado de cuerpo de agua, además nos muestra dos épocas bien marcadas de estiaje y precipitación, con lo cual sugiere a las entidades públicas y privadas a realizar un ordenamiento territorial y poblacional de manera responsable en base a esta investigación.
En la Tesis; “Diseño hidráulico y estructural de defensa ribereña del río Chicama tramo puente punta moreno – pampas de Jaguey aplicando el programa river.” Su objetivo fue realizar el proyecto diseño hidráulico y estructural de defensa ribereña del río Chicana, tramo Puente Punta Moreno – Pampas de Jaguey aplicando el programa River. La metodología de análisis de datos se usará el software RIVER el cual se fundamenta en el método estadístico, empírico e instantáneo para su posterior simulación. Se determinó el cálculo y diseño de defensas ribereñas de tipo defensas enrocadas con la ayuda de softwares. Se utilizó el programa river para encontrar el caudal de diseño y posterior simulación (Alvaro & Henríquez, 2014).
El aporte de esta tesis a mi investigación es de gran importancia ya que nos brindó una metodología de análisis mediante la simulación hidráulica para distintos escenarios, mediante el software river; que gracias a ello se puede diseñar diferentes tipos de defensas ribereñas en el tramo longitudinal del río Moche delimitado con el puente Moche hasta 3,5km aguas abajo.
En la Tesis: “Inundaciones en zonas urbanas. medidas preventivas y correctivas, acciones estructurales y no estructurales.” Cuyo objetivo fue elaborar un documento que integre acciones estructurales y no estructurales para el control y manejo de inundaciones en zonas urbanas. Aquí nos presentan diferentes acciones estructurales y no estructurales que pueden ser de manera preventiva o correctiva. Se incluyen igualmente, nuevas tecnologías que ayudan en el control de inundaciones, además de un grupo de acciones que
no son un fenómeno reciente muy por el contrario ya es un hecho de antigüedad, que en estos últimos tiempos se ha visto incrementado el impacto de estos fenómenos, debido principalmente al crecimiento de la población de manera descontrolada. A pesar que se ha visto un incremento en la cantidad de desastres provocados por inundación, ya no se tienen grandes cantidades de pérdidas de vidas humanas, esto se puede atribuir a las acciones preventivas que se han implementado de manera exitosa (VILLANUEVA, 2012).
El aporte de esta tesis nos brindó un panorama realmente claro de que el estudio y la investigación de estos temas son de vital importancia ya que nos ayudan a tener siempre presenta la ocurrencia de los fenómenos naturales y su perjuicio que ocasionaría en la población si no se prevé algún tipo de defensa y protección ya sea Estructural como son las defensas ribereñas o no estructural como son los planes preventivos y la concientización a la gente.
2.2.BASES TEÓRICAS
2.2.1. Cuencas Hidrográficas.
2.2.1.1.Definición.
Una cuenca hidrográfica desde el punto de vista hidrológico. (Vásquez at al., 2015) afirman: “Es un área geográfica natural o espacio de territorio delimitada por una divisoria topográfica (Divortium Aquarum), que capta las precipitaciones y drena el agua de escorrentía hacia un colector común, denominado río principal” (p.15).
Figura 1Delimitación de la red hídrica de la cuenca moche Fuente: SEDALIB, 2018
2.2.1.2.Tipos.
Las cuencas hidrográficas de acuerdo con (Vision, 2004) se pueden dividir en los siguientes tipos, según:
a. Su Tamaño Geográfico. Las cuencas hidrográficas pueden ser grandes, medianas o pequeñas relativamente según la zona.
b. Su Ecosistema. Según la condición natural donde se encuentran, tenemos cuencas áridas, cuencas tropicales, cuencas húmedas y cuencas frías.
c. Su objetivo. Según su objetivo podemos dividirlo en las siguientes clases:
hidroenergéticas, para agua poblacional, agua para riego, agua para navegación, ganaderas, hortícolas y municipales.
2.2.1.3.Partes
Las cuencas hidrográficas están compuestas por tres partes principales a lo largo y ancho de su área, Según el criterio de:
a. Su Altitud: En donde podemos encontrar la parte Alta, Media y Baja en función de los rangos de altura que tenga la cuenca.
b. Su Topografía: Según su geografía hallamos que, las partes accidentadas forman las montañas y laderas; las partes onduladas, casi plana y planas, forman los valles; y finalmente otra parte es la zona por donde discurre el río principal y sus afluentes, a esta se le denomina cauce (World Vision, 2004,p.11).
2.2.2. Precipitaciones
La definición que nos da (Vásquez at al., 2015) precisa que “la precipitación está constituida por toda el agua que es depositada en la superficie terrestre, por la condensación del vapor de agua contenido en el aire atmosférico. La precipitación puede ser en forma líquida (lluvia, rocío), o en forma sólida (nieve, granizo). La forma más común, y la que mayor interés tiene en la ingeniería, es la lluvia que viene a ser la causa de los más importantes fenómenos hidrológicos y su cuantificación correcta es uno de los desafíos que el hidrólogo o el ingeniero enfrentan”. (p.191)
2.2.2.1.Precipitaciones extraordinarias. (Fenómeno el niño)
En algunas épocas las precipitaciones son anómalas, aumentando su intensidad de forma extraordinaria según estadísticas, a lo que se les denomina fenómeno El Niño y esto está definido según (Ministerio del Medio Ambiente del Perú, 2015) como: La presencia de aguas anormalmente cálidas en la costa occidental de Sudamérica por un periodo mayor a cuatro meses consecutivos, lo que produce alteraciones oceanográficas, meteorológicas y biológicas, que ocasiona una invasión de aguas cálidas desde el oeste hacia las costas americanas, cuyos efectos pueden ser muy severos. (p.10)
Tabla 2 El Fenómeno el niño en los últimos 150 años
AÑO MANIFESTACIÓN
1856 Intenso
1885 Débil
1891 Muy intenso, similar a 1925-26. Fuertes lluvias
1911 Moderado
1921 Moderado
1925-26 Muy intenso
1931 Débil
1939 Moderado
1940-41 Intenso (inicio: setiembre
1953 Intenso
1957-58 Intenso
1964 Moderado
1972-73 Intenso. Inicio en costa del Perú. Cambios profundos en la abundancia y composición de especies marinas.
1976 Moderado. Efectos sobre proceso reproductivo de peces.
1982-83 Extremadamente intenso. Apareció en junio. Galápagos en agosto. Costa del Perú en setiembre y octubre.
1987 Moderado. Afectación agrícola.
1992 Moderado. Afectación agrícola.
1994 Moderado. Cambios ecológicos en el océano. Sin lluvias intensas
1997-1998 Gran intensidad. Considerado como uno de los más fuertes ocurridos sobre el Pacífico ecuatorial central y oriental en los últimos 150 años. En el Perú, se registra la mayor inundación del siglo, muchas lluvias y temperaturas altas.
Fuente: Congreso de la República. (2003). Data sobre el fenómeno El Niño. Centro de Investigación Parlamentaria
2.2.2.2.Causas del Fenómeno el niño.
Hasta el momento diversos estudios científicos aún no han sido capaces de dar un veredicto exacto de lo que en realidad origina un fenómeno el niño. Sin embargo, según (Ministerio del Medio Ambiente del Perú, 2015) afirma: Existe una estrecha relación entre la ocurrencia del fenómeno y la variación anómala de las zonas de alta y baja presión atmosférica sobre los océanos, lo cual se traduce en la manifestación de anomalías en la circulación general de la atmósfera y de los océanos, con efectos muy variados a escala global. (p.10) 2.2.2.3.Características del Fenómeno El Niño.
A continuación, vamos a visualizar diferentes características cuando se presenta este fenómeno anómalo denominado comúnmente “Fenómeno El Niño”:
• Incremento del nivel medio del mar, de la temperatura del mar y del aire.
• Debilitamiento de los vientos alisios, disminución de la presión atmosférica.
• Aumento de magnitud y frecuencia de lluvias.
• Debilitamiento de la Corriente Peruana.
• Profundización de la termoclina (zona que separa las aguas superficiales y profundas)
• Variación en la disponibilidad y distribución de los recursos marinos.
2.2.3. Inundaciones.
2.2.3.1.Definición.
Para (Salas & Jiménez, 2014) a la inundación es: El incremento en el nivel de la superficie libre del agua de los ríos o el mar mismo debido a avenidas extraordinarias, oleaje, marea de tormenta, o falla de alguna estructura hidráulica, trayendo como resultado la expansión de agua en sitios donde usualmente no la hay y, generalmente, daños en la población, agricultura, ganadería e infraestructura.(p.5) 2.2.3.2.Avenida extraordinaria o avenidas máximas.
Una avenida extraordinaria o avenida máxima se define como “un incremento súbito del nivel de las aguas en un río … hasta un máximo desde el cual dicho nivel desciende a menor velocidad” (OMM/UNESCO, 1974)
Por otro lado, (Molina M, 1975) nos comenta que las avenidas máximas de un rio, es el caudal que haya superado a todas las demás observadas durante un período de tiempo dado. Cuando este período de tiempo es de un año, el conjunto de descargas máximas se dice que forman serie anual. Por otra parte, se llama serie parcial a la relación de descargas cuya magnitud es mayor que una tomada arbitrariamente de acuerdo a los fines que se persiga al hacer la separación.
Cuando hablamos de periodo de retorno, nos referimos al tiempo que se requiere para que un fenómeno y/o evento de cualquier índole y/o magnitud se repita, en promedio. Donde, para realizar un cálculo del periodo de retorno de las máximas descargas se emplea la relación.
𝑇𝑟 =n + 1 m Donde:
𝑇𝑟 = Tiempo de retorno del evento en años.
𝑛 = Número total de descargas anuales observadas o sea número de años.
𝑚 = Numero de orden de la magnitud dada cuando todas las descargas son colocadas en orden decreciente.
Cuando hablamos de las avenidas extraordinarias o máximas, nace la pregunta de;
¿cuál es el origen de dichas avenidas?, para poder dar respuesta en términos generales, se realiza una clasificación de avenidas extraordinarias o máximas de acuerdo a las causas que lo producen, encontrando la siguiente clasificación de avenidas máximas:
1. De precipitaciones Líquidas.
2. De precipitaciones Sólidas.
3. Mixtas u originadas por otras causas.
Además de las causas que originan las avenidas extraordinarias o máximas existen factores que influyen en la formación de dichas avenidas, en la que se agrupa generalmente en factores:
1. Climáticos.
2. Geomorfológicos.
3. Extra hidrológicos y obras artificiales.
También es necesario hacer mención sobre los métodos de estimación de las avenidas máximas, para los cuales existe muchos métodos de cálculo, los cuales lo vamos a ordenar según su importancia creciente, como sigue:
1. Métodos empíricos 2. Métodos históricos.
3. Métodos de correlación hidrológica de cuencas.
4. Métodos directos o hidráulicos.
5. Métodos estadísticos o probabilísticos.
La finalidad de estudiar las avenidas máximas o extraordinarias con los diversos métodos existentes, está en que nos servirá para poder conocer los caudales de diseño para obras de infraestructura hidráulica tal como: Encauzamiento de los ríos mediante defensas ribereñas, presas, puentes, alcantarillas, etc.
2.2.3.3.Clasificaciones de las Inundaciones.
Según su causa u origen las inundaciones se pueden clasificar en.
a. Inundaciones Pluviales.
(Salas & Jiménez, 2014) nos dicen que “su origen está en la precipitación, se presenta cuando el terreno se ha saturado y el agua de lluvia excedente comienza a acumularse, pudiendo permanecer horas o días. Su característica fundamental es que el agua acumulada es el agua precipitada sobre esa zona y no la que viene de alguna otra parte” (p.15).
b. Inundaciones Fluviales.
Son ocasionadas por el desbordamiento de los ríos, lo que genera que esta agua se deposite sobre la superficie de terreno cercano a estos. Según (Salas & Jiménez, 2014) afirma que “A diferencia de las pluviales, en este tipo de inundaciones el agua que se desborda sobre los terrenos adyacentes corresponde a precipitaciones registradas en cualquier parte de la cuenca tributaria y no necesariamente a lluvia sobre la zona afectada”. (p.19).
Según el tiempo de respuesta de las cuencas: La respuesta hidrológica de una cuenca depende de sus características fisiográficas.
a. Inundaciones Lentas.
Al ocurrir una precipitación con la capacidad de saturar el terreno, esto es, cuando el suelo no puede seguir absorbiendo más agua de lluvia, el volumen remanente escurre por los ríos y arroyos o sobre el terreno.
b. Inundaciones Súbitas.
Las inundaciones súbitas, son la consecuencia de precipitaciones repentinas e intensas que ocurren en áreas específicas. Pueden ocasionar que pequeñas corrientes se transformen, en cuestión de minutos, en violentos torrentes capaces de causar grandes daños.
2.2.4. Ríos.
Es una corriente natural de agua que fluye con continuidad. Posee un caudal determinado y desemboca en el mar, en un lago o en otro río, en cuyo caso se denomina afluente. La parte final de un río es su desembocadura.
Para (Rocha,1998) la perspectiva que debemos de tener de los ríos son como elementos naturales de los cuales debemos defendernos, y que las avenidas son fenómenos naturales hidrometeorológicas, sin embargo, una inundación es producto de la incapacidad del cauce de no poder soportar el caudal que se presenta en un determinado momento.
La variación de caudal lo define el régimen hidrológico, estas variaciones temporales se dan durante o después de las tormentas. En casos extremos se puede producir la crecida cuando el aporte de agua es mayor que la capacidad del río para evacuarla, desbordándose y cubriendo las zonas llanas próximas. El agua que circula bajo tierra (caudal basal) tarda mucho más en alimentar el caudal del río y puede llegar a él en días, semanas o meses después de la lluvia que generó la escorrentía.
Cuando hay un gran cuerpo de agua, tiende a subir el nivel del caudal del río y para controlar el nivel máximo dentro de la llanura de inundación, se deben colocar protecciones, entre las alternativas de obras de defensas ribereñas o fluviales se puede mencionar: Limpieza y rectificación del cauce, obras de canalización, obras de abovedamiento, entre otras.
2.2.4.1. Clasificación de los ríos.
Vamos a describir una de las clasificaciones más importantes que se les asignan a los ríos: por su edad (es decir según su origen geomorfológico); en donde se difieren tres tipos de ríos: jóvenes, maduros y viejos. Resaltamos esta clasificación debido a que resulta muy importante para el planificador, el proyectista y el ingeniero hidráulico en general, debido a que nos expresa no solo la evolución fluvial a lo largo del tiempo, sino también el trabajo duro hechos por el hombre para dominar la Naturaleza, para dominar el río y usarlo en su beneficio (Rocha, 1998).
• Ríos jóvenes. Corresponde al estado inicial de los ríos. Cuando el agua forma su curso inicial, éste tiene una sección en forma de V.
Son muy irregulares. Consisten de materiales fracturados. Ejemplo típico: torrentes de montaña.
• Ríos Maduros. En esta etapa se amplía su sección transversal, el valle es más ancho, disminuye la pendiente. El río está en estado de equilibrio o próximo a él. La pendiente y la energía del río son suficientes para transportar el aporte sólido que llega a él (“graded condition”). En el río maduro hay pequeñas planicies de inundación y algunos meandros. Existe dinamismo agrícola y urbano en las planicies aledañas; Además, existen obras de encauzamiento que impiden o limitan los desplazamientos laterales del río.
• Ríos Viejos. Este tipo de rio se caracteriza por que su pendiente sigue disminuyendo, su ancho aumenta, está confinado, encauzado, controlado. La característica principal es que existe un uso intensivo de todo el valle, es decir, hay desarrollos urbanos, agrícolas e industriales importantes.
2.2.4.2.Escorrentía Superficial.
La escorrentía superficial tiene su origen en la precipitación. La lluvia puede producirse en una parte de la cuenca o en toda la cuenca, dependiendo de varios factores, entre ellos está el tamaño de la cuenca. Pensemos en un caso hipotético o extremo: que se produzca una lluvia generalizada sobre toda la cuenca. Este evento
no traerá un escurrimiento superficial generalizado; por el contrario, el agua tiende a concentrarse en determinados cursos que se van juntando unos a otros y que constituyen finalmente los ríos (Rocha, 1998).
Un rio actúa como un elemento de drenaje de la cuenca; sin embargo, además de llevar agua también transportan materiales sólidos que provienen de la erosión de la cuenca. En general, los ríos tienen fondo móvil, aunque no todos, ni siempre.
Fondo móvil (o lecho móvil) es cuando el lecho del río está conformado por partículas sólidos no cohesivas (arena, grava), que están en movimiento, para determinadas características del flujo se ponen en movimiento partículas de un determinado tamaño (Rocha, 1998).
Las márgenes, las riberas, los lechos de los ríos, generalmente están compuestos de materiales erosionables. Y debemos entender que dichos materiales son erosionables para determinado caudal o velocidad de la corriente.
Existen algunas definiciones que nos proporciona un estudio en la cual se encuentra descritas en el Glosario Hidrológico Internacional de la Organización Meteorológica Mundial (OMM).
• Río con Pendiente Estabilizada. río que ha alcanzado aparentemente un estado aproximado al de equilibrio entre transporte y aportación de sedimentos (sólidos).
• Río Encajonado: río que ha excavado su cauce en el lecho de un valle muy cerrado.
• Río estable: río que en su conjunto mantiene sus pendientes, profundidades y dimensiones de cauce sin elevar o descender su lecho
• Río Fangoso: flujo de agua en el que, por estar fuertemente cargada de agua y residuos, la masa fluyente es espesa y viscosa
• Río Kárstico: río que tiene su origen en una fuente kárstica, o que corre por una región kárstica
• Río Subterráneo: masa de agua en movimiento que pasa a través de un intersticio de gran tamaño, tal como una caverna, cueva o conjunto de grandes intersticios en comunicación.
2.2.5. Zonas críticas de inundación.
Las zonas críticas de inundación de un río se presentarán cuando el área geométrica (AG) o espacio es menor que el área hidráulica requerida (Ah) o permisible y se identificarán sobre el levantamiento topográfico mediante el dibujo en planta de éste, dibujando hasta dónde llega el nivel máximo del agua que requiere cada uno de los gastos máximos asociado a su correspondiente periodo de retorno.
Para determinar el nivel máximo de agua para el caso donde AG<Ah será necesario identificar mediante tanteos el tirante máximo, es decir, proponiendo tirantes superiores T2 al que permita el área geométrica T1, y calculando el área de la nueva sección, hasta igualar dicho valor con el del área hidráulica requerida (Ver Figura 3). Hay que recordar que estos casos representan desbordamientos, por lo que su determinación permitirá posteriormente evaluar el riesgo en que se encuentren las viviendas cercanas.
Figura 3 Si AG<Ah entonces se presenta inundación Fuente: Elaboración propia
En la actualidad existen modelos computacionales que nos garantizan resultados confiables, los cuales simulan una inundación (tal como Hec Ras, IBER V2.4.2, etc.) y evita los procedimientos aritméticos y geométricos tediosos, en consecuencia, estos modelos nos permiten dar solución a las ecuaciones que definen el comportamiento del fenómeno.
Uno de los modelos más ampliamente usados para la obtención de áreas de inundación es el modelo HEC-RAS. Sin embargo, recientemente con apoyo de la tecnología, se han podido realizar modelos bidimensionales, considerando una baja inversión en la adquisición de la plataforma (Alcocer, 2012)
Las verificaciones hidráulicas teóricas, permiten realizar el pronóstico de los ejes hidráulicos bajo diferentes condiciones de caudales. Se deberá delimitar las posibles áreas de inundaciones en el sector de interés, asociando los períodos de recurrencia de los eventos señalados en el análisis hidrológico con las probabilidades de ocurrencia de estos.
2.2.6. Mapa de inundaciones.
La finalidad de un mapa de inundación es identificar las zonas de acuerdo al riesgo hidrológico estimado en cada una, donde cuantificamos los daños potenciales bajo diferentes escenarios y posibilitar un análisis costo-beneficio que conlleve diversas propuestas de solución de defensas ribereñas.
Una de las acciones no estructurales en materia de prevención de inundaciones más utilizadas, es la generación de mapas de riesgos. En dichos mapas se evalúa el peligro asociado a una determinada vulnerabilidad, la correlación de estos elementos permite la generación de los mapas de riesgos, mediante la delimitación de zonas que representan peligro de inundación. (Cervantes, 2012)
En los mapas de riesgo de inundación, generalmente se basan en la representación de una mancha hidráulica asociada a un periodo de retorno. Sin embargo, características como el tirante y la velocidad son parámetros que sirven para establecer el peligro para una población determinada. (Cervantes Jaimes, 2009)
Figura 4 Mapa de Peligro de inundaciones (Roberto Matellanes, 2013) Fuente: http://www.comunidadism.es
Según (Cervantes Jaimes, 2009) en el Handbook on good practices or mapping in Europe, se presenta el siguiente cuadro donde se mencionan las principales características de los mapas de riesgo de inundación y los mapas de daños por inundación:
Tabla 3 Características de los mapas de inundación
Mapas de amenaza de inundación Mapas de riesgo de inundación Parámetros de inundación: Parámetros de riesgo como:
Contenido • Extensión de la inundación de acuerdo a la probabilidad de ocurrencia
• Inundaciones históricas
• Tirante
• Velocidad
• Velocidad de propagación
• Nivel de Peligrosidad
• Elementos expuestos
• Vulnerabilidad ante una inundación Daños
• Daños probables
• Pérdidas probables
Uso • Planeación y gestión
territorial
• Manejo de cuencas
• Planeación de manejo de cuencas
• Manejo de riesgo a nivel local
• Planeación y gestión de emergencia
• Planeación de medidas técnicas
• Prevención de daños a las construcciones
• Base para el dialogo político
• Establecimiento de las prioridades
• Estrategias de gestión de riesgo pro inundación (prevención, mitigación)
• Prevención de daños a las construcciones
