UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TESIS
“ DELIMITACIÓN DE ZONAS VULNERABLES A INUNDACIONES POR CAUDALES MÁXIMOS EN
ESTRECHAMIENTO DE CAUCES – SECTOR ANGASMAYO RIO CUNAS, REGIÓN JUNÍN 2020 ”
PRESENTADO POR EL BACHILLER:
GUSBEN QUISPE MACAVILCA
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO CIVIL
ASESOR:
Dr. ABEL ALBERTO MUÑIZ PAUCARMAYTA
HUANCAYO – PERÚ
2021
INFORME No 002-2023-AAMP-FIC-UNCP
A : PhD. Tito Mallma Capcha
Decano de la Facultad de Ingeniería Civil. UNCP
DE : Dr. Ing. Abel A. Muñiz Paucarmayta.
Docente de Área de Hidráulica e Hidrología.
ASUNTO : Informe de similitud de contenido de tesis del Bach. QUISPE MACAVILCA GUSBEN FECHA : Uncp, 11 de enero del 2023.
Mediante el presente me dirijo a Ud. para poner de su conocimiento que, después de haber cumplido la subsanación de las observaciones de los jurados revisores a solicitud del interesado y en mi condición de asesor y en cumplimiento al artículo 15 del Código de Ética de la UNCP aprobado con resolución N° 4600-CU- 2018 se verificó la similitud de contenido la tesis denominada, “DELIMITACIÓN DE ZONAS VULNERABLES A INUNDACIONES POR CAUDALES MÁXIMOS EN ESTRECHAMIENTO DE CAUCES – SECTOR ANGASMAYO RIO CUNAS, REGIÓN JUNÍN 2020” con el Software Turnitin, obteniéndose una similitud de 16%; este porcentaje está dentro de los límites admisibles, por lo cual se recomienda la continuidad del trámite.
Agradeciendo por la atención prestada a la presente me suscribo de Ud.
Atentamente.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
……….
Dr. Ing. ABEL A. MUÑIZ PAUCARMAYTA DOCENTE DE ÁREA HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA
FIC - UNCP
AMP/amp:
CC:
Archivo.
16 %
INDICE DE SIMILITUD
16 %
FUENTES DE INTERNET
2 %
PUBLICACIONES
6 %
TRABAJOS DEL ESTUDIANTE
1 1 %
2 1 %
3 1 %
4 1 %
5 1 %
6 1 %
7 1 %
8 1 %
DPI-GQUISPE-2021-UNCP
INFORME DE ORIGINALIDAD
FUENTES PRIMARIAS
repositorio.uncp.edu.pe
Fuente de Internet
hdl.handle.net
Fuente de Internet
idoc.pub
Fuente de Internet
Submitted to Universidad Nacional del Centro del Peru
Trabajo del estudiante
repositorio.uta.edu.ec
Fuente de Internet
repositorio.continental.edu.pe
Fuente de Internet
repositorio.unap.edu.pe
Fuente de Internet
repositorio.lamolina.edu.pe
Fuente de Internet
es.scribd.com
66 < 1 %
67 < 1 %
68 < 1 %
69 < 1 %
70 < 1 %
71 < 1 %
72 < 1 %
73 < 1 %
74 < 1 %
repositorio.unesum.edu.ec
Fuente de Internet
JG Díaz-Uribe, EA Chávez, JF Elorduy-Garay.
"Assessment of the Pacific red snapper
(Lutjanus peru) fishery in the southwestern Gulf of California", Ciencias Marinas, 2004
Publicación
Submitted to Universidad Andina del Cusco
Trabajo del estudiante
Submitted to Universidad Continental
Trabajo del estudiante
Submitted to Universidad Peruana Los Andes
Trabajo del estudiante
edoc.hu-berlin.de
Fuente de Internet
repositorio.unsa.edu.pe
Fuente de Internet
repositorio.usmp.edu.pe
Fuente de Internet
uvadoc.uva.es
Fuente de Internet
Dr. Ing. Abel Alberto Muñiz Paucarmayta ORCID: (0000-0002-1968-9122)
DEDICATORIA
El presente trabajo va dedicado en memoria de mis padres Lucy Macavilca B. y Apolonio Quispe R., a quienes recuerdo con gran respeto y cariño a su dedicación, paciencia y apoyo incondicional durante mi formación como persona de bien para la sociedad así también a los amigos, familiares, y docentes que contribuyeron con la realización de este trabajo.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mis padres por los momentos más gratos de mi vida, por su apoyo incondicional comprensión y cariño en cada etapa de mi vida y sobre todo sus enseñanzas que quedan grabadas en el corazón, también a mi hermano Jorge Luis, mi sobrino Omar y toda mi familia que de una u otra manera me acompañan.
A los docentes de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional del Centro del Perú por impartirnos conocimiento, formación y experiencias contribuyendo de manera determinante en la formación profesional.
A mi asesor Dr. Abel Alberto Muñiz Paucarmayta y al Ing. Jhon Gamion Fabian quien con mucha paciencia, predisposición y experiencia nos guía y orienta durante el íntegro desarrollo de la tesis.
A los amigos, compañeros de estudios, compañeros del trabajo y a todas las personas que de una u otra manera contribuyeran en la elaboración y desarrollo de la presente tesis.
Gusben Quispe Macavilca
INDICE
DEDICATORIA ... iv
AGRADECIMIENTO ... v
INDICE ... vi
INDICE DE TABLAS ... x
INDICE DE FIGURAS ... xii
RESUMEN ... xiv
ABSTRACT ... xv
INTRODUCCION ... xvi
CAPITULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACION. ... 18
1.1. Planteamiento del problema de investigación ... 19
1.1.1. Problema general. ... 19
1.1.2. Problemas específicos. ... 19
1.2. Objetivos de la investigación. ... 19
1.2.1. Objetivo general. ... 19
1.2.2. Objetivos específicos. ... 19
1.3. Justificación de la investigación. ... 20
1.3.1. Justificación teórica. ... 20
1.3.2. Justificación práctica. ... 20
1.3.3. Justificación metodológica... 20
1.4. Delimitación de la investigación. ... 21
1.4.1. Delimitación conceptual: ... 21
1.4.2. Delimitación espacial: ... 21
1.4.3. Delimitación temporal: ... 21
1.5. Importancia de la Investigación. ... 21
CAPITULO II: MARCO TEORICO ... 22
2.1. Antecedentes de la investigación ... 22
2.1.1. Antecedentes nacionales: ... 22
2.1.2. Antecedentes internacionales ... 24
2.2. Bases teóricas. ... 25
2.2.1. Cuenca hidrográfica... 25
2.2.1.1. Divisoria de aguas ... 25
2.2.1.2. Rio principal ... 26
2.2.2. Características geomorfológicas ... 26
2.2.2.1. Parámetros de forma ... 26
2.2.2.2. Parámetro de relieve. ... 27
2.2.2.3. Parámetro de red de drenaje. ... 28
2.2.3. V1. El Caudal ... 29
2.2.3.1. Estación de aforo con ADCP ... 29
2.2.3.2. Registros de datos de caudal ... 30
2.2.3.3. Hidrograma ... 31
2.2.3.4. Análisis estadístico de caudales máximos ... 31
2.2.4. Periodo de retorno. ... 36
2.2.5. Coeficiente de rugosidad ... 36
2.2.6. Hidráulica Fluvial ... 37
2.2.6.1. Tipos de ríos ... 38
2.2.7. Inundaciones. ... 39
2.2.7.1. Tipos de inundaciones. ... 39
2.2.8. V2. Zonas vulnerables a inundaciones ... 39
2.2.8.1. Determinación de las zonas inundables ... 40
2.2.8.2. Análisis del peligro por inundación ... 40
2.2.8.3. Altura de inundación. ... 41
2.2.8.4. Velocidad de flujo ... 41
2.2.8.5. Recopilación de datos y análisis de datos de la información ... 42
2.2.8.6. Identificación de la probable área de influencia por la inundación ... 42
2.2.8.7. Tipos de mapas de inundaciones ... 42
2.2.9. HEC-RAS 6.0 modelización de flujo bidimensional ... 42
2.2.9.1. Ventajas y limitaciones del modelo Hec-Ras ... 43
2.2.10. Modelo de simulación hidráulica. ... 43
2.2.10.1.Características generales y prestaciones básicas de Hec-Ras ... 44
2.2.10.2.Esquema bidimensional volúmenes finitos ... 45
2.2.10.3.Ecuación de Saint Venant en dos dimensiones ... 45
2.3. Definición de términos - Marco conceptual... 46
CAPITULO III: HIPÓTESIS Y VARIABLES ... 47
3.1. Hipótesis. ... 47
3.1.1. Hipótesis general. ... 47
3.1.2. Hipótesis específicas... 47
3.2. Variables. ... 47
3.2.1. Variable V1: Caudales máximos ... 47
3.2.2. Variable V2: Zonas vulnerables a inundación ... 47
3.3. Matriz de operacionalización de variables... 48
CAPITULO IV: METODOLOGÍA. ... 49
4.1. Método: Científico ... 49
4.2. Tipo: Aplicada ... 49
4.3. Nivel: Explicativo... 49
4.4. Diseño: No experimental ... 49
4.5. Población, muestra y muestreo. ... 50
4.5.1. Población... 50
4.5.2. Muestra. ... 50
4.5.3. Muestreo. ... 50
4.6. Técnicas e instrumentos ... 50
4.6.1. Técnicas. ... 50
4.6.2. Instrumentos. ... 51
4.7. Plan de recolección y procesamiento de datos / Métodos de análisis ... 51
4.7.1. Recolección de datos ... 51
4.8. Procesamiento de Datos ... 51
CAPITULO V: ANALISIS – RESULTADOS ... 52
5.1. Descripción de la zona de estudio: ... 52
5.1.1. Ubicación: ... 52
5.1.1.1. Ubicación política y geográfica ... 52
5.1.1.2. Ubicación Hidrográfica ... 53
5.1.2. Características de la zona de estudio ... 53
5.1.2.1. Característica Topográfica: ... 53
5.1.2.1.1. Pendientes del terreno:... 53
5.1.2.2. Característica Geológicas ... 54
5.1.2.3. Característica Hidrográficas ... 55
5.1.2.4. Característica Geomorfológicas ... 56
5.1.2.5. Característica Geotécnicas ... 57
5.2. Estudio Previos ... 58
5.2.1. Trabajo de campo ... 58
5.2.1.1. Modelo digital de elevación (MDE) ... 58
5.2.1.2. Datos hidrológicos históricos ... 58
5.2.1.3. Levantamiento topográfico ... 59
5.2.1.4. Fotogrametría ... 60
5.2.1.5. Información cartográfica... 60
5.2.1.6. Datos de aforamiento hidráulico Estación Angasmayo – ADCP... 60
5.2.1.7. Exploración de Suelos lecho de rio ... 60
5.2.1.8. Estudio de suelos ... 60
5.2.1.9. Estudio Hidrológico... 61
5.2.1.10.Modelamiento de las zonas vulnerables por inundación. ... 61
5.2.1.11.Generación de los mapas por caudales máximos de inundaciones, tirantes y velocidades para los periodos de retorno de caudales máximos. ... 61
5.2.1.12.Medida de prevención del riesgo de inundación. ... 61
5.3. Análisis de la información ... 61
5.3.1. Determinación de los caudales máximos que originan las zonas vulnerables a inundaciones en estrechamiento de cauces ... 61
5.3.1.1. Parámetros de forma y relieve: ... 62
5.3.1.2. Análisis de datos dudosos ... 63
5.3.1.3. Caudales máximos instantáneos ... 64
5.3.1.4. Análisis de frecuencias ... 66
5.3.1.5. Hidrograma unitario ... 71
5.3.2.2. Caracterización del lecho del rio ... 73
5.3.2.3. Generación del modelo de inundación por caudales máximos ... 80
5.3.3.1. Modelo de simulación Hidráulica: Tr = 25, 50, 100, 200 y 500 años, Qmax = 114.40, 122.50, 129.80, 136.40 y 144.40 m3/s. ... 85
5.3.3.2. Mapa de ubicación de inicio de inundación. ... 87
5.4. Resultados ... 88
5.4.1. Resultados de la determinación de los caudales máximos que originan las zonas vulnerables a inundaciones en estrechamiento de cauces. ... 88
5.4.2. Resultado de la determinación los tirantes y velocidades máximas en zonas vulnerables a inundaciones en estrechamiento de cauces. ... 88
5.4.3. Resultado de la estimación de las áreas expuestas, en zonas vulnerables a inundaciones en estrechamiento de cauces. ... 90
5.4.4. Resultado de la determinación las zonas vulnerables a inundaciones generados por caudales máximos en estrechamiento de cauces. ... 92
5.5. Discusión ... 99
Discusión 1: ... 99
Discusión 2: ...100
Discusión 3: ...101
Discusión 4: ...103
CAPITULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 105
6.1. Conclusiones ...105
6.1.1. Conclusión 1: ...105
6.1.2. Conclusión 2: ...105
6.1.3. Conclusión 3: ...105
6.1.4. Conclusión 4: ...106
6.2. Recomendaciones ...107
6.2.1. Recomendación 1: ...107
6.2.2. Recomendación 2: ...107
6.2.3. Recomendación 3: ...107
6.2.4. Recomendación 4 ...107
CAPITULO VII: REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. ... 109
ANEXOS. ... 111
ANEXO A: MATRIZ DE CONSISTENCIA ...112
ANEXO B: ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS ...113
ANEXO C: CARTA DE PRESENTACIÓN SENAMHI – ZONA 11 ...126
ANEXO D: ESTUDIO HIDROLOGICO ...127
ANEXO E: PLANOS TEMÁTICOS ...135
ANEXO F: COSTO DE ENCAUSAMIENTO Y SISTEMAS DE PROTECCIÓN ...154
ANEXO G: CERTIFICADO DE OPERATIVIDAD ...156
ANEXO H: PANEL FOTOGRAFICO ...158
INDICE DE TABLAS Tabla 2-1: Valores de factor de forma ... 27
Tabla 2-2: Valores para periodos de retorno ... 36
Tabla 2- 3: Coeficiente de rugosidad - Manning ... 37
Tabla 2- 4: Niveles de profundidad de cauce ... 41
Tabla 2- 5: Niveles de Velocidad de flujo ... 41
Tabla 3-1: Matriz de operacionalización de Variables ... 48
Tabla 5-1. Coordenadas de los barrios Chorrillos, Roncha y San Blas - Angasmayo ... 52
Tabla 5- 2. Longitud de desarrollo en la zona de estudio del cauce del rio cunas ... 53
Tabla 5- 3: Características Hidrográficas del rio Cunas ... 55
Tabla 5-4: Sub cuenca del rio Cunas cuerpos lenticos ... 55
Tabla 5-5: Terminología y simbología de agentes dinámicos... 57
Tabla 5-6: Resumen de la granulometría de las muestras ... 57
Tabla 5-7: Terminología y simbología de agentes dinámicos... 58
Tabla 5-8: Datos históricos de caudales 1964-2021 ... 59
Tabla 5-9: Registro de caudales Máximos, mínimos y medios... 59
Tabla 5-10. Parámetros de cuenca del rio Cunas ... 63
Tabla 5-11: Valores de Kn para la prueba de datos dudosos ... 63
Tabla 5-12: Parámetros Estadísticos de límites de datos dudosos ... 64
Tabla 5-13: Caudales máximos instantáneos ... 65
Tabla 5-14: Data de 58 caudales efectivos y parámetros estadísticos ... 66
Tabla 5-15: Parámetros del Histograma e intervalo de clase ... 66
Tabla 5-17: Parámetros del Histograma e intervalos de clase logaritmico ... 68
Tabla 5-18: Parámetros de las funciones de distribución por el método de los momentos ... 69
Tabla 5-19: Nivel de significancia, análisis de extensión Alpha=95.0%, Tr=5, 10 y 20 años ... 69
Tabla 5-20: Nivel de significancia, análisis de extensión: Alpha= 95.0 %-Tr=25, 50 y 100 años .. 70
Tabla 5-21: Nivel significancia, análisis de extensión: Alpha=95.0 %-Tr=200, 500 y 1000 años . 70 Tabla 5-22: Caudales Máximos - Extremwertanalyse-Programm (Weibull) ... 72
Tabla 5-23: Cuadro de fotos, resumen de pendientes por tramo. ... 72
Tabla 5-24: Cuadro de fotos, resumen de caracterización por tramo. ... 73
Tabla 5-25: Muestras de calicatas para diámetros efectivos del cauce del rio cunas ... 74
Tabla 5-26: Coordenada geográfica de calicatas ... 75
Tabla 5-27: Clasificación de suelos ... 78
Tabla 5-28: Diámetros efectivos ... 78
Tabla 5-29: Coeficiente de rugosidad en el cauce principal ... 79
Tabla 5-30: Calibración del modelo de simulación con el aforo de ADCP ... 80
Tabla 5-31: Tirantes y velocidades máximas ... 84
Tabla 5-32: Periodos de retorno, caudales máximos y área de inundación ... 87
Tabla 5-33: Caudales Máximos ... 88
Tabla 5-34: Tirantes y velocidades máximas ... 88
Tabla 5-35: Tirantes y velocidades en secciones de desborde Tr= 500 años ... 89
Tabla 5-36: Área inundada para cada periodo de retorno y caudal ... 91
Tabla 5-37: Área de inundación en secciones de desborde Tr=500 años ... 91
Tabla 5-38: Periodo de retorno, Qmax, parámetros hidráulicos y áreas inundadas ... 93
Tabla 5-39: Tirantes y velocidades de encausamiento vs inundación Tr=500 años ... 96
Tabla 5-40: Comparativo de costos y función. ... 98
Tabla 5-41: Comparación velocidades tirantes y coeficiente de rugosidad calibrado ... 101
Tabla 5-42: Área inundada para cada periodo de retorno y caudal ... 104
INDICE DE FIGURAS Figura 2-1: Cuenca hidrográfica. ... 26
Figura 2-2: Áreas de cuenca ... 27
Figura 2-3: Curva hipsométrica y edades del rio en la cuenca de estudio. ... 28
Figura 2-4: Descripción de pendiente de cuenca. ... 28
Figura 2-5: Estación de aforo con equipo ADCP. ... 29
Figura 2-6: Sistema de frecuencia de sondeo de profundidad y velocidad del cauce ADCP. ... 30
Figura 2-7: Hidrograma ... 31
Figura 2-8: Ilustración de periodo de retorno ... 36
Figura 2-9: Clasificación de tipos de ríos según sinuosidad y numero de canales ... 38
Figura 2-10: Características de un rio meandriforme. ... 38
Figura 2-11: Caracterización del peligro. ... 40
Figura 2-12: Diagrama de flujo para la obtención de las superficies inundables ... 43
Figura 2-13: Interpretación grafica de términos de balance de energía ... 44
Figura 2-14: Valor ponderado de energía cinética ... 44
Figura 2-15: Malla de cálculo discretizada de volúmenes finitos 2D ... 45
Figura 5-1: Sección Geológica del cuadrángulo 25 m4 ... 55
Figura 5-2: Mapa hidrográfico de la microcuenca del rio Cunas ... 56
Figura 5-3: Geomorfología local de la zona de estudio ... 56
Figura 5-4: Modelo digital de elevaciones microcuenca Cunas 3D ... 58
Figura 5-5: Caudales máximos, mínimos y medios... 59
Figura 5-6: Modelo Digital de elevaciones microcuenca del rio Cunas ... 62
Figura 5-7: Curva Hipsométrica ... 62
Figura 5-8: Valores atípicos de caudales máximos (Outliers)... 64
Figura 5-9: Caudal máximo instantáneo ... 65
Figura 5-10: Histograma de Frecuencias de los caudales instantáneos ... 67
Figura 5-11: Histograma de Frecuencias para distribución Y = LN X ... 68
Figura 5-12: Hidrograma Avenida Máxima TR=5, 10, 20, 25, 50, 100, 200, 500 y 1000 años ... 71
Figura 5-13: Curva Granulométrica de la calicata C-01 ... 76
Figura 5-14: Curva Granulométrica de la calicata C-02 ... 76
Figura 5-15: Curva Granulométrica de la calicata C-03 ... 77
Figura 5-16: Curva Granulométrica de la calicata C-04 ... 77
Figura 5-17: Curva Granulométrica comparativa y promedio – Diámetros efectivos d50 y d90.... 78
Figura 5-18: Malla de cálculo 2D ... 81
Figura 5-19: Tirantes y Velocidades Máximas TR= 25 años, Qmax=114.40 m3/s ... 82
Figura 5-20: Tirantes y Velocidades Máximas Tr= 50 años, Qmax=122.50 m3/s ... 82
Figura 5-21: Tirantes y Velocidades Máximas Tr= 100 años, Qmax=129.80 m3/s ... 83
Figura 5-22: Tirantes y Velocidades Máximas Tr= 200 años, Qmax=136.40 m3/s ... 83
Figura 5-23: Tirantes y Velocidades Máximas Tr= 500 años, Qmax=144.40 m3/s ... 84
Figura 5-24: Escenarios de peligro de inundación, periodo de retorno Tr = 25, 50, 100, 200 y 500 años, Qmax=114.40, 122.50, 129.80, 136.40 y 144.40 m3/s. ... 86
Figura 5-25: Secciones e inicio del desborde por estrechamiento de cauce TR=500 años ... 87
Figura 5-26: Sección transversal A inicio de desborde progresiva 00+192 m ... 89
Figura 5-27: Sección transversal B inicio de desborde progresiva 00+450 m ... 89
Figura 5-28: Sección transversal C inicio de desborde progresiva 00+560 m ... 89
Figura 5-29: Sección transversal D inicio de desborde progresiva 00+891.74 m ... 90
Figura 5-30: relación área inundada y periodo de retorno ... 91
Figura 5-31: Desarrollo del escenario de inundación TR=500 años ... 93
Figura 5-32: Zona1 desborde prog. 00+192, Zona2 desborde prog.00+450, 00+560 y 00+891... 94
Figura 5-33: Tirantes y velocidades de encausamiento ... 96
Figura 5-34: Sección de encausamiento transversal A, B, C Y D ... 97
Figura 5-35: Sección transversal B, C y D sistema de protección con enrocado ... 97
Figura 5-36: Sección transversal B, C y D sistema de protección con gaviones ... 98
RESUMEN
El presente trabajo de investigación titulado “Delimitación de zonas vulnerables a inundaciones por caudales máximos en estrechamiento de cauces – sector Angasmayo rio Cunas, Región Junín 2020” cuyo objetivo es determinar las zonas vulnerables a inundaciones generados por caudales máximos en estrechamiento del cauce del rio Cunas. Se uso el método científico, del tipo aplicado, nivel explicativo y diseño no experimental. Se obtuvo como resultados: áreas de inundación en zona rural de 7.62, 7.97, 8.24, 8.42 y 8.64 has, tirantes y velocidades máximas encontrados fueron Ymax=5.18, 5.30, 5.38, 5.46 y 5.56; Vmax= 4.575 m/s, 4.642 m/s, 4.703 m/s, 4.766 m/s y 4.85 m/s, para los caudales máximos Qmax=114.40, 122.50, 129.80, 136.40 y 144.40 m3/s y periodos de retorno Tr=25, 50, 100, 200 y 500 años respectivamente. Como conclusión las zonas vulnerables a inundación por estrechamiento de cauces se originan en puntos donde las cotas de las riberas del cauce del rio están al borde del nivel del tirante del cauce del rio ofreciendo poca resistencia a la crecida en dichos puntos iniciándose las inundaciones focalizadas en dichas secciones, así mismo la morfología de la zona que condiciona el modelo hidráulico caracterizado representa puntualmente el análisis y desarrollo de las llanuras de inundación determinando las zonas inundables y donde se originan, del cual el presente estudio sirve como base a posibles soluciones del tipo estructurales y no estructurales contribuyendo de manera significativa en la solución de presentarse una inundación fluvial con las características estudiadas en la presente tesis.
Palabras clave: Inundación, caudales máximos, cauce, estrechamiento y delimitación de zonas vulnerables.
ABSTRACT
The present research work entitled "Delimitation of areas vulnerable to flooding by maximum flows in narrowing of riverbeds - Angasmayo River Cunas sector, Junín Region 2020" whose objective is to determine the areas vulnerable to flooding generated by maximum flows in narrowing of the Cunas riverbed . The scientific method was used, of the applied type, explanatory level and non-experimental design. The following results were obtained: flood areas in rural areas of 7.62, 7.97, 8.24, 8.42 and 8.64 hectares, tensions and maximum velocities found were Ymax=5.18, 5.30, 5.38, 5.46 and 5.56; Vmax= 4,575 m/s, 4,642 m/s, 4,703 m/s, 4,766 m/s and 4.85 m/s, for maximum flows Qmax=114.40, 122.50, 129.80, 136.40 and 144.40 m3/s and return periods Tr=25 , 50, 100, 200 and 500 years respectively. In conclusion, the areas vulnerable to flooding due to narrowing of riverbeds originate at points where the levels of the banks of the riverbed are at the edge of the level of the depth of the riverbed, offering little resistance to the rise in said points, beginning the floods focused on These sections, likewise the morphology of the area that determines the characterized hydraulic model, punctually represents the analysis and development of the floodplains, determining the flood zones and where they originate, from which the present study serves as a basis for possible solutions of the structural type. and non-structural, contributing significantly to the solution of a fluvial flood with the characteristics studied in this thesis.
Keywords: Flood, maximum flows, channel, narrowing and delimitation of vulnerable areas.
INTRODUCCION
En los meses de diciembre a abril periodo de lluvias en la sierra central de País, se desarrollan incrementos considerables en el caudal de la cuenca del rio Cunas dentro de la región Junín, debido a las precipitaciones originadas en la parte alta de la cuenca hidrográfica.
En el desarrollo de herramientas que permitan estudiar el comportamiento hidrodinámico de ríos en su estado natural tal cual se producen en su naturaleza y poder predecir de manera correcta y tener la confiabilidad del modelo en su diseño brindando los resultados óptimos para poder tomar decisiones certeras ante los problemas que se pudieran suscitar.
La presente tesis se desarrolló el modelamiento en la zona de estudio para determinar las zonas vulnerables a inundaciones por caudales máximos en estrechamiento de cauces analizando las posibles causas del desborde y las áreas afectadas por la inundación. La simulación numérica bidimensional se desarrolló con el software libre Hec-Ras 6.0 que permite realizar el modelamiento caracterizando la superficie del lecho morfológica e hidráulicamente, el cual permite mediante los parámetros hidráulicos determinar los calados críticos y velocidades que se producen en el cauce principal y las llanuras de inundación.
Del análisis mediante las funciones de distribuciones se tienen los caudales máximos de los periodos de retorno proyectado que nos permite ver el comportamiento hidráulico a través de los hidrogramas que se producen dentro del cauce del rio.
Para la caracterización del cauce del rio y las riberas se tomaron muestras de suelo determinando los diámetros efectivos que tienen incidencia en la forma del lecho del rio; así mismo está el modelo digital de elevaciones que nos caracteriza la superficie de la zona de estudio. De tener los parámetros básicos de caracterización del rio se calibra el modelo mediante el patrón de aforo con ADCP ajustando los parámetros de condición y finalmente se procede a la simulación determinando cuantitativa y cualitativamente los resultados.
Como objetivo del desarrollo de la presente tesis se fija el determinar las zonas vulnerables a inundaciones generados por caudales máximos en estrechamiento de cauces en el sector de Angasmayo mediante la simulación de modelo numérico aplicando el software
Hec-Ras determinando los parámetros hidráulicos de tirantes y velocidades el cual medirán las zonas inundadas de calados críticos y determinando los puntos donde se inicias dichas inundaciones a lo que se podrá dar una idea más clara del cómo se produce y tomar medidas correctivas que puedan solucionar y mitigar el daño que producen los desbordes en la zona de estudio
La finalidad e importancia de la investigación se basa en la necesidad de predecir eventos cuya magnitud son perjudiciales en el ámbito económico y pérdida de vidas para lo cual se determina y ubica los puntos críticos en las zonas inundables proponiendo sistemas estructurales y no estructurales evitando, mitigando o reduciendo el peligro que se presenta ante dicho evento.
La presente investigación está conformada por los siguientes capítulos:
Capítulo I: Describe el problema de la investigación, problema, objetivo general y específicos, justificación, delimitación e importancia.
Capítulo II: El marco teórico se desarrolla con antecedentes nacionales e internacionales, bases teóricas que son referencia al desarrollo del capítulo v. En este capítulo se trata los parámetros que generan las zonas vulnerables de inundación en estrechamiento de cauces.
Capítulo III: Describe la hipótesis y variables a tratar en la investigación.
Capítulo IV: En este capítulo se describe la metodología, técnicas e instrumentos de recolección de datos.
Capitulo V: Se desarrolla el análisis de la información recolectada a fin de determinar el objetivo general, también se muestran los resultados para la discusión en función de cada variable.
Capítulo VI: Se muestran las conclusiones y recomendaciones de la investigación.
Capítulo VII: Se tiene la relación de las referencias bibliográficas usada en el desarrollo de la tesis.
CAPITULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACION.
En América del sur y el Caribe se registraron 548 casos de inundaciones en zonas rurales y urbanas en los últimos 20 años, con cifras en pérdidas que suman los 1000 millones de dólares en pérdidas materiales y vidas humanas. Afectando a una población de 53 millones, siendo la población con mayor exposición a la vulnerabilidad de esta catástrofe la encontramos en Brasil, también los países afectados han sido Costa Rica, Panamá, Venezuela, Colombia, Perú, Argentina Uruguay y Bolivia. Así mismo 10 millones de personas fueron afectadas sufriendo los estragos de este fenómeno en los 4 últimos años en el país de Colombia (ONU, 2020, pág. 20).
Debido a los daños que ocasionan se catalogan en términos económicos como fenómenos costosos, siendo su amplitud de daños tanto en aspectos materiales (bienes tangibles infraestructura, campos de producción agrícola, vías de acceso, afectación a zonas urbanas y rurales), derivando en colapso e inutilización de los servicios básicos que se cuente en el área afectada y la cuantificación de decesos de las personas afectadas (ONU, 2020).
Entre los meses de enero a marzo del año 2017 se produjeron en la sierra peruana los registros históricos de tormenta, precipitaciones de gran intensidad, cuyos valores de precipitación en el porcentaje 99 – P99 como “Extremadamente lluvioso”, a efectos de “El Niño Costero 2017”, provocando alagamientos de lluvias e inundaciones por los ríos que se desbordaron siendo las áreas metropolitanas y zonas rurales que fueron afectados con pérdidas de tenencias materiales e infraestructura. Expuesto los hechos ocurridos en el año 2017 considerado un fenómeno extraordinario de lluvias intensas que causaron desastres a lo largo del territorio peruano no se previeron las medidas y acciones correspondientes para mitigar o prevenir los efectos de dicho evento (INDECI, 2019, pág. 24).
En tal sentido las inundaciones causan desastres, a nivel material, económico, social, y ambiental erosionando el cauce de los bordes del suelo en el afluente de los ríos y en el medio ambiente.
Los índices de inundación no son manipulables, pero si previsibles. Las llanuras inundadas a efectos de beneficios de la población que son asentamientos donde se establece la peligrosidad maximizando los riesgos que podrían producirse a efectos de este fenómeno, lo cual resulta el identificar las zonas de inundación frente al riesgo de peligro que se puede generar, de esta manera se puede tomar adecuadamente el tipo de defensa ribereña que mejor
se adecue a fin de garantizar la funcionabilidad y protección en las zonas de inundación. Así de esta manera se puede traducir las zonas inundables mediante mapas de peligro.
El presente trabajo de investigación, Delimitación de zonas vulnerables a inundaciones por caudales máximos en estrechamiento de cauces – sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020, nos ayuda a determinar las zonas aledañas al rio Cunas que están propensas a inundaciones, en los sectores del Centro Poblado Angasmayo cuyos barrios Chorrillos y Roncha, distrito de Chambara provincia de Concepción al darse un evento o fenómeno similar al “Niño Costero” ocurrido a inicios del año 2017.
1.1. Planteamiento del problema de investigación 1.1.1. Problema general.
¿Cuáles son las zonas vulnerables a inundaciones generados por caudales máximos en estrechamiento de cauces sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020?
1.1.2. Problemas específicos.
¿Cuáles son los caudales máximos en las zonas vulnerables a inundaciones en estrechamiento de cauces - sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020?
¿Cuáles son los niveles de tirantes y velocidades máximas en las zonas vulnerables a inundaciones en estrechamiento de cauces - sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020
¿Cuáles es la estimación de las áreas expuestas, en zonas vulnerables a inundaciones generados por caudales máximos en estrechamiento de cauces sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020?
1.2. Objetivos de la investigación.
1.2.1. Objetivo general.
Determinar las zonas vulnerables a inundaciones generados por caudales máximos en estrechamiento de cauces sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020.
1.2.2. Objetivos específicos.
Determinar los caudales máximos que originan las zonas vulnerables a inundaciones en estrechamiento de cauces - sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020
Determinar los niveles de tirantes y velocidades máximas en las zonas vulnerables a inundaciones en estrechamiento de cauces - sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020
Estimar las áreas expuestas, en zonas vulnerables a inundaciones generados por caudales máximos en estrechamiento de cauces sector Angasmayo rio Cunas, región Junín 2020
1.3. Justificación de la investigación.
1.3.1. Justificación teórica.
La presente investigación tiene la finalidad de determinar las áreas vulnerables a inundación por caudales máximos para estrechamiento de cauces para periodos eventuales de retorno, así como llevar acabo la simulación a efectos de visualizar el desarrollo de los caudales, velocidades, alturas de inundación y las zonas afectadas por la inundación, de esta manera se puede priorizar las áreas críticas susceptibles a desbordamiento y la toma de decisiones con la finalidad de prevenir los daños materiales y económicos a futuro.
1.3.2. Justificación práctica.
En la presente investigación nace de la necesidad de predecir y mitigar la vulnerabilidad frente a inundaciones. En época de lluvias los ríos incrementan su caudal y muchas veces estás superan los registros históricos de caudales máximos provocando desastres a lo largo de su cauce, así mismo las inundaciones son fenómenos naturales que llegan a interferir con las actividades humanas generando perdidas en los aspectos económicos y sociales creando un ambiente de incertidumbre en las poblaciones asentadas en las riberas de los ríos.
En esta investigación la finalidad se basa en el estudio de la cuenca del rio y el cauce mediante la realización de un análisis de simulación hidráulica de la micro cuenca con base a la geomorfología de la zona en estudio, del cauce principal se describe la forma y su relación con la vulnerabilidad debido a la inundación que generara debido a las lluvias registradas en la zona de encausamiento del rio.
1.3.3. Justificación metodológica.
En la presente investigación la metodología a usar se basa en 2 enfoques o fases que se complementan una con la otra, la primera fase se enfoca cualitativamente en la parametrización, en la cual se homologan los elementos que interactúan, e indican los parámetros geomorfológicos, altimétricos, caracterización del rio y la zona de estudio y la
segunda fase consiste cuantitativamente en una simulación numérica dando como resultado las áreas afectadas por la inundación y los daños causadas por esta. En El resultado nos dan las áreas vulnerables inundadas a lo largo del cauce en estudio de rio Cunas. Así también la generación de planos de las áreas inundadas para los periodos de retorno. De esta manera ambos factores interactúan determinando zonas inundables y la afectación de los daños que pudieran producirse traduciéndose en los resultados arrojados por ambos factores, integrando a los indicadores más significativos en la cuenca en estudio de una forma fácil de interpretar para los tomadores de decisiones.
1.4. Delimitación de la investigación.
1.4.1. Delimitación conceptual:
Las constantes crecidas de los ríos de montaña en épocas de lluvias para los meses de noviembre – Abril originan desbordes e inundaciones en las riberas del rio Cunas, a lo largo de su cauce provocando de esta manera inundaciones en parcelas de chacras y socavación de terrenos en la franja de dicho rio.
1.4.2. Delimitación espacial:
La presente investigación se llevará a cabo en el rio Cunas – en el centro poblado de Angasmayo, barrios Chorrillos y Roncha de Distrito de Chambara Provincia de Concepción, Región Junín.
1.4.3. Delimitación temporal:
Para esta investigación se tomará registros históricos de caudales máximos desde 1964 hasta 2021. Asimismo, el desarrollo de este trabajo se estima en seis meses después de aprobado el proyecto de investigación.
1.5. Importancia de la Investigación.
La importancia de la presente investigación se basa en la prevención en la gestión de riegos y desastres la cual se fundamenta en determinar las áreas que se encuentran vulnerables ante el peligro de inundación con el fin de poder realizar medidas estructurales y no estructurales para poder minimizar el riesgo, y así garantizar la seguridad de los pobladores e infraestructura adyacente que se encuentran en áreas vulnerables a inundación.
CAPITULO II: MARCO TEORICO
2.1. Antecedentes de la investigación 2.1.1. Antecedentes nacionales:
Para Guillen y Navarro (2019), en la tesis de grado de Ing. Civil titulado:
“Vulnerabilidad de zonas críticas de inundación considerando cauce natural y cauce modificado por estructuras de protección, puente punta Moreno aguas abajo, Trujillo, 2018”, fijó como objetivos: Definió las áreas vulnerables e inundables debido al aumento del caudal encausado por muros y defensas ribereñas, así mismo se recolecto la información del área de la fuente hídrica del torrente de Chicama en los distintos tiempos de diseño fechadas en posteriores eventos que se volverían a producir trascritas en años. Aplicando una metodología de recolección de datos y modelación de la vertiente en su estudio, obtuvo los resultados: El caudal máximo para T (50) = 1083,03 m3 /s, es inferior al caudal ocurrido del año 1998 que fue de 1500 m3 /s, lo cual la posibilidad que vuelva a presentarse un caudal es baja, la longitud de inundación es de mayor intensidad de dimensiones 1450 m y 2000 m. Finalmente, fija como conclusiones: Se determino los tramos críticos entre el puente punta moreno hasta 3 km aguas abajo, considerando los caudales máximos en las zonas de desbordamiento para periodo de 50.
Según Mayta y Mamani (2018), en la tesis de grado de Ing. Civil titulado:
“Modelación hidráulica de la defensa de Calana con el fin de determinar la vulnerabilidad ante máximas avenidas”, fijó como objetivos: Evalúo el grado vulnerable de la barricada de la estructura por medio de una simulación hidrológica, también evalúa los caudales picos que ocasionarían el colapso de la defensa realizando un modelo simulado del rio con el programa de cómputo HEC-Georas identificando las aéreas potencialmente inundables. Aplicando el método: El método aplicado en el estudio realizado es del tipo descriptivo, en el que no hubo manipulación de variables; se obtuvo los siguientes resultados: En todos los periodos desarrollados, para la correspondiente sección Km. 001 + 060 hasta la sección Km. 001 + 130.
Finalmente, fija como conclusiones: El modelamiento hidráulico se realizó en un régimen constante, para un diseño el cual los caudales correspondientes están relacionados con el respectivo periodo probabilístico de retorno los cuales son: 39.02 m3/s. – 25 años, 60.9 m3/s.
– 50 años, 93.8 m3/s – 100 años y 147.2 m3/s – 200 años, determinando alta vulnerabilidad por el estrechamiento en el tramo de la sección Km. 001 + 130 hasta Km. 001 + 160 provocando inundaciones adyacentes.
Según Cajahuanca (2015), en la tesis de grado de Ing. Civil titulado “Teledetecion y sistemas de informacion geografica aplicados a identificacion de zonas con riesgo a inundacion, tramo puente las balsas – puente Breña“ fija como objetivo la identificacion de zonas de riesgo a inundacion por maximas avenidas, aplicando la metodo cientifico descriptivo, obtuvo los resultados caudales Qrt(10)=711.38 m3/s, Qrt(50)=998.45 m3/s y Qrt(200) = 1241.17 m3/s; superficie de inundacion de 602.67, 681.66 y 743.80 ha, determinando las zonas inundadas en zonas agricolas rurales. Y finalmente fija la conclucion el 73.67 % de las zonas de inundacion se encuentran en la margen derecha, y el 26.33% en la margen izquierda para un periodo de retrono de Tr= 200 años.
Gobierno Regional (JUNIN, 2015), en el estudio “Memoria descriptiva del estudio hidrológico y de cuencas del departamento de Junín” en el cual el objetivo principal identificar los cuerpos de agua que abarcan en toda la región determinando análisis morfométrico, origen, descripción, parámetros, análisis de consistencia, oferta de agua de la subcuenca, balance hídrico y Avenidas máximas.
La metodología empleada en el estudio comprende las fases de pre campo donde obtuvieron registros de precipitación en las estaciones de SENAMHI, fase de campo identificaron las subcuencas aforos y toma de muestras de aguas y en la fase de gabinete se hicieron para cada sub cuenca la identificación y delimitación del área de cada uno y la potencialidad del caudal según área comprendida según precipitación.
Gamion, (2014) en la tesis de grado “Modelo de flujo de escombros y lodo aplicando FLO-2D, caso sub cuenca del rio Shullcas”; el objetivo principal es definir las zonas de riesgo por flujo hiperconcentrados de los cuales los parámetros hidrológicos, geomorfológicos e hidráulicos y evitar las áreas vulnerables a inundación utilizando el modelo FLO-2D. El método de recolección de datos de campo y procesándolo en un modelo determino la influencia de una avenida máxima determinándolas en m3 de líquido y partículas sólidas, así mismo la profundidad y velocidad máxima a todo ello detallando las progresivas donde se ocasionan inundaciones debido a la simulación hidráulica siendo el caudal determinado de 38.97 m3/s, profundidades de 1.70 a 2.30 m y la velocidad de 5 m/s.
2.1.2. Antecedentes internacionales
Jofré (2021), en la tesis titulada “Estimación de zonas de riesgo de inundación en base a la reconstrucción del evento hidrometereológico del año 2018 en los Ángeles”, fija como objetivo: determinar las zonas de inundación dentro de limites urbanos del estero de Quilque
La metodología usada es descriptiva usando modelos computacionales para la recreación de las inundaciones obteniendo los resultados: los periodos de retorno usados son 10, 50 y 100 años, los caudales usados son 12.621, 15.344 y 16.436 m3/s, las áreas inundadas calculadas de 7.875, 17.857 y 21.039 ha, los calados encontrados en las zonas inundadas están desde de baja intensidad 0.25m a 0.50 m, mediana de 0.5m a 1.0 m y altas desde 1.0 hasta 1.80m respectivamente, determina que zonas pronunciadas curvas secciones angostas se repetían los mismos patrones en tramos de desborde.
Moncada & Ojeda (2018), en su artículo de investigación de título “Aproximación al mapa de susceptibilidad a inundación en la cuenca del rio Bocono estado Trujillo, Venezuela”, fija el objetivo: La susceptibilidad a inundación existente zonificando las áreas en la cuenca del rio Bocono mediante el entorno de información geográfica (SIG).
Aplico la metodología: Desarrolla la metodología de investigación evaluación multicriterio en sistema de información geográfica, obteniendo los resultados del 98.17%
expresado en 106251.21 ha se encuentra muy baja y baja susceptibilidad a una crecida, el 1.57% (1702.77 ha) se encuentra en moderada inundación y finalmente el nivel alta y muy alta representa con 0.26 % (272.03 ha). Finalmente, fija como conclusión la estimación mediante el modelo espacial valora el resultado en un nivel de incertidumbre elevado.
Cardenas et. al. (2017), en su tesis de titulación “Evaluación de amenazas por inundación en el sector Betania del municipio de Gachancipa, perteneciente a la cuenca alta del rio Bogotá”, fijo como objetivo la determinación de las áreas de inundación y las alturas de lámina de agua mediante la estimación de caudales con distintos periodos de retorno.
La metodología usada en el estudio es aplicativo descriptivo con modelo computacional determino los resultados: los periodos de retorno de TR=5, 10, 20, 50 y 100 años cuyos caudales de diseño son: Q(50)= 62.48 y Q(100)=69.97 m3/s determinando en el plano de inundaciones los puntos donde inician las inundaciones teniendo en cuenta el periodo de retorno de 50 y 100 años también especifica que no solo sería bueno evaluar para periodos mayores, debido a las constantes irregularidades en las precipitaciones que superan los caudales estimados.
Hernandez & Barrios (2017), en su artículo de investigación cuyo título es “Análisis de riesgo por inundación: metodología y aplicación a la cuenca Atemajac”, fijó como objetivos:
El objetivo general está en función de ampliar y diversificar el método para zonas afectadas por desbordes de los ríos y el riesgo que pudiera producirse en áreas habitadas mitigando daños causados por las inundaciones.
Aplico una metodología: El parámetro que se toma en cuenta para la modelación es del tipo numérica, y obtuvo las siguientes respuestas: El flujo para régimen no permanente tiene referencia al mayor tiempo en base de los hidrogramas; para la estructura de transporte, las zonas inundables para tiempos estimados son de 0,68 – 50 años, para 0.729 Toca un periodo de años T= 100. Finalmente, fija como conclusiones: Los indicadores materiales, monetarios, ecológicos y comunitarios están inmersos bajo la noción de modelo de parámetro, siendo basta en su definición conceptual y por el otro modelo se parametriza avizorando las áreas inundables y su magnitud de amplio alcance sobre el mapa de mancha cotejado y analizado para los lapsos de tiempo probabilístico fechados en 50 y 100 años respectivamente.
Lluen, (2015), en la tesis de maestría titulado “Aplicación de la nueva herramienta Hec- Ras 5.0 para cálculos bidimensionales del flujo de agua en ríos”, fijo como objetivo demostrar en el campo computacional la simulación hidráulica de la ingeniería fluvial la tipología y los resultados obtenidos con dicha herramienta.
Aplico una metodología descriptiva aplicando métodos numéricos al flujo simulado de inundación determino los resultados: los periodos de retorno Tr= 10, 100 y 500 años cuyos caudales fueron 696.00, 1962.00 y 3059 m3/s determinando los calados para un Tr= 100 años en 3 puntos de control siendo: punto1 Y=4.28 m, punto2 Y=2.06 m y en el punto3 Y=3.14 m.
2.2. Bases teóricas.
2.2.1. Cuenca hidrográfica
Es un territorio delimitado por la divisoria de aguas de área naturalmente geográfica, que capta la precipitación y drena el agua en forma de escorrentía superficial fluyendo en un colector común, el cual se define como rio principal (Fatotorelli et. al, 2011).
2.2.1.1. Divisoria de aguas
Es la línea divisoria de aguas entre dos cuencas hidrográficas vecinas geográficamente.
(Sociedad Geográfica de Lima, 2011).
2.2.1.2. Rio principal
Tiene un curso de drenaje bien definido desde la divisoria de aguas hasta su desembocadura y por lo tanto el curso con mayor caudal, mayor longitud o mayor área de drenaje (Fatotorelli et. al, 2011).
- Cauce: Es el lecho o conducto abierto donde fluyen las aguas.
- Thalweg: Es la línea de fondo del cauce y se desarrolla a lo largo del curso de agua.
- Margen derecha: Viendo rio abajo, es la margen situada a la derecha.
- Margen izquierda: Viendo rio abajo, es la margen situada a la izquierda.
- Aguas abajo: Se determina en función a una sección especifica en el cauce si un punto se sitúa después de dicha sección en dirección de la corriente de agua.
- Aguas arriba: Se determina en función a una sección especifica en el cauce si un punto se sitúa antes de dicha sección en dirección de la corriente de agua.
Figura 2-1: Cuenca hidrográfica.
Fuente: Casa verde, (2011).
2.2.2. Características geomorfológicas 2.2.2.1. Parámetros de forma
- Área de la cuenca Se calcula a partir de la delimitación de las líneas divisorias de la superficie de drenaje hasta el punto de desembocadura ( Fatotorelli et. al, pág. 211).
Figura 2-2: Áreas de cuenca Fuente: Fatotorelli et. al (2011) - Perímetro de la cuenca Es el contorno del área de la cuenca.
- Longitud de los ríos: Es la longitud desarrollada del cauce del rio en estudio.
- Índice de compacidad (Gravelious): Es la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro que equivale a una circunferencia con la misma área de la cuenca en estudio.
- Forma de la cuenca: Relaciona el ancho de la cuenca y la longitud del desarrollo del rio Tabla 2-1: Valores de factor de forma
VALORES APROXIMADOS FORMA DE LA CUENCA
>0.22 Muy alargada
0.22 – 0.30 Alargada
0.30 – 0.37 Ligeramente alargada
0.37 – 0.45 Ni alargada, ni ensanchada
0.45 – 0.60 Ligeramente ensanchada
0.60 – 0.80 Ensanchada
0.80 – 1.20 Muy ensanchada
≥1.20 Redondeado el desagüe
Fuente: Delgadillo (2010)
2.2.2.2. Parámetro de relieve.
- Histograma de frecuencia de altitudes: Es la incidencia de áreas comprendidas entre las curvas de nivel respecto al área total de la cuenca (Breña & Jacobo, 2016).
- Curva hipsométrica: Es la representación del área drenada que varía con la altura o cota de la superficie y demuestra cómo es la dinámica del proceso de erosión y escorrentía de la cuenca en estudio, de las cuales la línea roja representa a los ríos jóvenes con un cauce
erosivo; la línea de color azul representa a la cuenca en equilibrio en su estado de madures y la línea verde es una cuenca en su fase de vejes cuya característica es una cuenca sedimentaria. (Breña & Jacobo, 2016, pág. 29).
Figura 2- 3: Curva hipsométrica y edades del rio en la cuenca de estudio.
Fuente: Ibáñez, 2011.
- Altura máxima y altura mínima y desnivel: La altura máxima es la curva de nivel de mayor altura, la altura mínima se obtiene de la lectura del fondo de cauce más baja, y el desnivel es la diferencia de ambas alturas. (Fatotorelli, & Fernandez, 2011)
- Pendiente de cauce: De un rio en un tramo fijo la pendiente se considera el cociente resultado de la diferencia de cotas de desnivel superior menos el inferior entre la longitud horizontal total del tramo de desarrollo (Villón, 2002, pág. 54).
Figura 2- 4: Descripción de pendiente de cuenca.
Fuente: (Villón, 2002)
2.2.2.3. Parámetro de red de drenaje.
- Longitud total de los cursos de agua (Lt): Es la longitud total desarrollada en su recorrido por los diferentes cursos que forman la red de agua hidrográfica, la longitud
desarrollada es medida desde su origen hasta la desembocadura del cuerpo receptor (Fatotorelli, & Fernandez, 2011)
2.2.3. V1. El Caudal
Es el volumen de agua que transita en un conducto abierto natural conocido como cause, se puede estimar por frecuencias de caudales punta. Pero cuando se trata de obtener para territorios amplios y no para una determinada localización, y comprendiendo cuencas no aforadas, lo más factible es emplear los métodos hidrometeorológicos y las funcionalidades de los sistemas de información geográfica para obtener la distribución espacial iniciales e intensidades de precipitación, y su agregación. (Diez et. al., 2008, pág. 96).
2.2.3.1. Estación de aforo con ADCP
La medición del caudal de un río se denomina aforo y para ello se instala en una sección del río una “Estación de Aforo” que debe estar implementada con un carril móvil donde se instala el equipo ADCP el cual determinara en función a frecuencias acústicas el fondo de la sección, velocidad de la corriente en estudio (Vasquez et., al., 2016, pág. 244).
Figura 2- 5: Estación de aforo con equipo ADCP.
Fuente: SENAMHI
El servicio meteorológico SENAMHI región 11 tiene instalado la estación de aforo en el barrio San Blas – Angasmayo lugar aguas abajo donde se lleva a cabo el estudio de la presente tesis, su uso es un sonar de frecuencias que se reflejan a través del agua hasta llegar
al lecho del cauce en el rio y esta señal es reflejada hacia el ADCP el cual calcula la profundidad y velocidad en dicha sección el cual es procesada y descargada en un computador.
Figura 2- 6: Sistema de frecuencia de sondeo de profundidad y velocidad del cauce ADCP.
Fuente: Documento técnico 001 SENAMHI (2018)
2.2.3.2. Registros de datos de caudal
- Caudales medios Diarios: Se obtienen de tres lecturas diarias de altura del rio y de estas tres se promedian expresadas en m3/s o l/s
- Caudales Medios Mensuales: Son obtenidos promediando los caudales diarios dentro de un mes.
- Caudales medios anuales: Son los caudales medios mensuales obtenidos correspondiente a los 12 meses
- Caudales instantáneos: Son los caudales transformados al punto o sección de control afectado por el área hasta dicho punto determinándose de las máximas anuales obteniendo las máximas instantáneas mediante el método de Fuller de la ecuación 2.1.
𝑄𝐼𝑛𝑠𝑡 = 𝑄𝑀𝑎𝑥 [1 + 2.66
𝐴0.33𝐶𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎] Ec. (2. 1)
Se recurre a la estadística del tratamiento de los datos se usan para parametrizar y analizarlos probabilísticamente y la diferencia de usar la estadística en precipitaciones es el fenómeno totalmente aleatorio, en cuanto al caudal fuera de ser aleatorio es también auto correlacionado con el tiempo (Vasquez et., al., 2016, pág. 244).
2.2.3.3. Hidrograma
El hidrograma de un flujo de corriente representa la variación del caudal respecto a intervalos de tiempo dado en una sección o punto de control, por tanto, el hidrograma es la expresión fisiográfica y climática que se dan entre lluvia y escorrentía dentro de la cuenca en la red de drenaje cuyos componentes describen a continuación (Fatotorelli, & Fernandez, 2011).
- Caudal flujo base Qb, Es el caudal del cauce debido a la lluvia infiltrada o aguas subterráneas.
- Tiempo pico Es el intervalo de tiempo Que inicia la crecida y el caudal máximo - Tiempo base es el intervalo de la duración de la crecida
- Caudal máximo Viene a ser el pico máximo del hidrograma
- Curva ascendente o de concentración Línea ascendente que precede al caudal máximo y depende de la intensidad de lluvia en la Cuenca
- Curva descendente o recesión Es la curva precedente del caudal máximo E indica Qué la lluvia ha disminuido de intensidad o ha culminado.
Figura 2-7: Hidrograma
Fuente: (Fatotorelli, & Fernandez, 2011) 2.2.3.4. Análisis estadístico de caudales máximos
a. Distribución Normal
Para la función acumulada de la distribución normal esta dad por la ecuación (Villón, 2002, pág. 197):
𝐹(𝑥) = −
1√2𝜋𝑆
∫ 𝑒
12.(𝑥−𝑥̅ 𝑆 )2 𝑥
−∞
𝑑𝑥
Ec. (2. 2)Donde se calcula los parámetros:
𝑥 = 1
𝑛∑𝑛𝑖=0𝑥𝑖 Ec. (2. 3) 𝑆 = [ 1
𝑛−1∑𝑛𝑖=0(𝑥𝑖 − 𝑥)2]
1
2 Ec. (2. 4) 𝑥 = Es el estimado de la media, conocido por parámetro de posición
𝑆 = Es el estimado insesgado de la desviación estándar o parámetro de escala.
n = número de datos
b. Distribución Log Normal 2 parámetros
La distribución g-Normal 2 parámetros es de gran utilidad en el campo teórico de aplicación de la distribución Normal. (Vasquez et al., 2016, pág. 220)
𝐹(𝑥) = −
1√2𝜋𝜎𝑦
∫ 𝑒
1
2.(𝑙𝑛𝑥−𝑢𝑦 𝜎𝑦 )2 𝑥
−∞
𝑑𝑥
Ec. (2. 5)Donde se calcula los parámetros:
𝑢
𝑦=
∑𝑛𝑖=0𝑙𝑛 𝑥𝑖𝑛 Ec. (2. 6)
𝜎
𝑦= [
1𝑛−1
∑
𝑛𝑖=0(𝑙𝑛𝑥
𝑖− 𝑙𝑛𝑥)
2]
1
2
Ec. (2. 7) 𝑢𝑦 = Parámetro de escala
𝜎𝑦 = Parámetro de forma n = número de datos
c. Distribución Log Normal 3 parámetros
Para la función acumulada de la distribución Log normal de 3parametros está dada por la ecuación (Villón, 2002, pág. 218):
𝐹(𝑥) = − 1
(𝑥−𝑥0)𝜎𝑦√2𝜋∫ 𝑒
1
2.(ln (𝑥−𝑥0)−𝑢𝑦 𝜎𝑦 )2 𝑥
−∞ 𝑑𝑥 Ec. (2. 8)
Se calcula los parámetros 𝑥0, 𝑢𝑦, 𝜎𝑦 se solucionalos sistemas de ecuaciones no lineales
𝑓1 = ∑ 𝜎𝑦2−𝑢𝑦+ln (𝑥𝑖−𝑥0)
𝑥𝑖−𝑥0
𝑁𝑖=1 = 0 Ec. (2. 9)
𝑓2 = ∑𝑁𝑖=1(ln (𝑥𝑖− 𝑥0) − 𝑢𝑦)2− 𝑁𝜎𝑦2 = 0 Ec. (2. 10) 𝑓3 = ∑𝑁𝑖=1ln(𝑥𝑖− 𝑥0) − 𝑁𝑢𝑦 = 0 Ec. (2. 11)
d. Distribución Gamma 2-parámetros:
La función de distribución está dada por la ecuación gamma de 2 parámetros por (Villón, 2002, pág. 226):
𝐹(𝑥) = ∫ 𝑥𝛾−1𝑒
−𝑥 𝛽
𝛽𝛾Γ𝛾 𝑑𝑥
𝑥
0 Ec. (2. 12)
Que para obtener el valor de la F(x) se utilizara lo propuesto por Greewood y Durand (1970) siguiendo los pasos:
1.-Haciendo cambio de variable:
𝑦 = 𝑥
𝛽 Ec. (2. 13)
𝐹(𝑦) = ∫ 𝑦𝛾−1Γ𝑒−𝑦
𝛾 𝑑𝑦
𝑦
0 Ec. (2. 14)
2.-Calcular: 𝑦 = ln(𝑥) + 𝑙𝑛𝑥
𝑙𝑛(𝑥) = 𝑙𝑛 (1
𝑛∑𝑛𝑖=0𝑥𝑖) Ec. (2. 15)
𝑙𝑛𝑥 = 1
𝑛∑𝑛𝑖=0ln (𝑥𝑖) Ec. (2. 16)
e. Distribución Gamma 3-parametros
La distribución acumulada gamma 3 parámetros es (Villón, 2002, pág. 234):
𝐹(𝑥) = ∫ (𝑥−𝑥0)𝛾−1𝑒
−(𝑥−x0) 𝛽
𝛽𝛾Γ𝛾 𝑑𝑥
𝑥
x0 Ec. (2. 17)
Donde:
𝑥 = Variable aleatoria Gamma 3-parametros o Pearson tipo III 𝑥0 = Parámetro de posición origen de la variable x
𝛽 = Parámetro de escala 𝛾 = Parámetro de forma
Γ𝛾 = Función Gamma completa
f. Distribución Log Pearson tipo 3
La ecuación de la función de distribución de Log Pearson tipo 3 se expresa de la siguiente manera (Villón, 2002, pág. 242):
𝐹(𝑥) = ∫ (𝑙𝑛𝑥−𝑥0)𝛾−1𝑒
−(𝑙𝑛𝑥−x0) 𝛽
𝑥𝛽𝛾Γ𝛾 𝑑𝑥
𝑥
𝑥0 Ec. (2. 18)
Donde:
𝑥 = Variable aleatoria Gamma 3-parametros o Pearson tipo III 𝑥0 = Parámetro de posición origen de la variable x
𝛽 = Parámetro de escala 𝛾 = Parámetro de forma
Γ𝛾 = Función Gamma completa
3.- Obteniendo los valores para F(y) se sigue el mismo procedimiento en la distribución Gamma 2-parametros del paso 5.
g. Distribución Gumbel
La ecuación Gumbel de la función acumulada reducida está dada por (Villón, 2002, pág. 250):
𝐹(𝑥) = 𝑒−𝑒−𝑦 Ec. (2. 19) La relación de los valores x y y, están relacionados:
𝑦 = 𝑥−𝜇
𝛼 Ec. (2. 20)
Para los parámetros 𝛼 e𝜇 se obtiene de la siguiente manera:
1.- 𝑥 = Es el promedio de los valores de x 𝑥 = 1
𝑛∑𝑛𝑖=0𝑥𝑖 Ec. (2. 21)
2. 𝑆 = Es la desviación estándar de la muestra 𝑆 = [ 1
𝑛−1∑𝑛𝑖=0(x𝑖 − 𝑥)2]
1
2 Ec. (2. 22)
3.- 𝛼 = Es el parámetro de escala 𝛼 =√6
𝜋 𝑆 = 0.78 𝑆 Ec. (2. 23)
4.- 𝜇 = Parámetro de posición
𝜇 = 𝑥 − 0.45𝑆 Ec. (2. 24)
h. Distribución Log Gumbel
Esta distribución está dada por la siguiente ecuación de la función (Villón, 2002, pág.
257):
𝐹(𝑥) = 𝑒−𝑒−𝑦 Ec. (2. 25) La relación de los valores x y y, están relacionados:
𝑦 =𝑙𝑛𝑥−𝜇
𝛼 Ec. (2. 26)
Para los parámetros 𝛼 e𝜇 se obtiene de la siguiente manera:
1.- ln (𝑥) = Es el promedio de los valores de x ln (𝑥) = 1
𝑛∑𝑛𝑖=0ln (𝑥𝑖) Ec. (2. 27) 2.- 𝑆 = Es la desviación estándar de la muestra
𝑆 = [ 1
𝑛−1∑𝑛𝑖=0(ln (x𝑖) − ln (𝑥)2]
1
2 Ec. (2. 28)
3.- 𝛼 = Es el parámetro de escala 𝛼 =√6
𝜋 𝑆 = 0.78 𝑆 Ec. (2. 29) 4.- 𝜇 = Parámetro de posición
𝜇 = ln (𝑥) − 0.45𝑆 Ec. (2. 30)
i. Distribución Weibull-3
Entre las distribuciones asimétricas de entre todas ellas la que es más usada es la de Weibull su función es (Badajos, 2013, pág. 42):
𝐹(𝑥) = 𝛼(𝑥−𝛿)
𝛽𝛼
𝛼−1. 𝑒−(
𝑥−𝛿 𝛽 )𝛼
Ec. (2. 31) Donde:
𝛼: Parámetro de forma (0 < 𝛼 < ∞) 𝛽: Parámetro de escala (0 < 𝛽 < ∞)
𝛿: Parámetro de localizacion (−∞ < 𝛼 < ∞)
2.2.4. Periodo de retorno.
El periodo de retorno T o periodo de ocurrencia de una inundación (o tiempo de recurrencia) se define, entonces, como el tiempo medio, en años, en que ese caudal de inundación es igualada o superada por lo menos una vez (Vasquez et., al., 2016, pág. 215).
Figura 2-8: Ilustración de periodo de retorno Fuente: Arghys construcción (2018) Se muestra los periodos recomendados para estructuras de importancia.
Tabla 2-2: Valores para periodos de retorno
ESTRUCTURAS T (años)
Vertederos de grandes presas 10 000 Vertederos de una presa de tierra 1 000 Vertederos de una presa de concreto 500
Galería de aguas pluviales 5 a 20
Bocatomas 25 a 75
Pequeñas presas para abastecimiento de agua 50 a 100 Puentes en carreteras importantes 50 a 100 Drenaje agrícola y urbano 2 a 10
Muros de encauzamiento 2 a 50
Fuente: (Vasquez et., a
