0040 mazuhuzo huaro u1 pas15 estudio hidrología
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ESTUDIOS DE INGENIERÍA BÁSICAN° 040
PROYECTO:
HUARO U1-PAS15DISTRITO DE PALCAZU
PROVINCIA DE OXAPAMPA DEPARTAMENTO DE CERRO DE
PASCO
Lima – Enero 2015
U1-PAS15-040-INF
ÍNDICE
1. Objetivos y alcances2. La cuenca hidrográfica2.1. Descripción de la cuenca2.2. Red Hidrometeorológica del ámbito de estudio3. Análisis de Máximas Avenidas3.1. Método Hidrológico3.2. Método Hidráulico4. Análisis de Inundaciones5. Socavación del cauce y de las riberas del río6. Recomendaciones para el diseño de defensas ribereñas7. Análisis de vientos8. Anexos
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1. Objetivos y alcances
El objetivo de este informe es describir el comportamiento hidráulico hidrológico de la zona de estudio para implementar un Huaro de forma segura en el sector de la Mazuhuazo en las coordenadas E_464104, N_8888033.
Este informe presenta información básica y recomendaciones para el diseño y la ubicación del huaro y presenta el análisis de máximas avenidas, las llanuras de inundación si existieran, la socavación de las riberas y las recomendaciones para el diseño de las defensas ribereñas, también se hace una recopilación de la intensidad y dirección del viento en este sector para considerarlo en el diseño estructural del huaro.
Gráfico Nº1 Esquema de ubicación del Huaro Mazuhuazo
2. La cuenca hidrográfica
2.1. Descripción de la cuenca
La cuenca del río Pachitea abarca una superficie total de 29,000 Km2 y está formada por tres grandes sistemas hidrográficos: la cuenca del río Pichis, la del río Palcazu y la del río Pachitea, propiamente dicho. La precipitación en la cuenca del Pachitea oscila entre los 2,000 y los 5,000 mm anuales. Las temperaturas alcanzan un rango entre los 15 a 35°C.
El Huaro está proyectado sobre el río Pescado en las coordenadas E_464104, N_8888033. La provincia de Oxapampa cuenta con un sistema hidrológico principal que corresponde a la Unidad Hidrográfica 131 de la cuenca del Río Pachitea.
SUBCUENCA DEL RÍO PALCAZU
El río Palcazú se origina en la confluencia de los ríos Bocaz y Cacazú, los cuales a su vez nacen en los contrafuertes montañosos de la cordillera de San Carlos. La red hidrográfica secundaria de estos dos ríos está formada por pequeños tributarios de escaso caudal y gran velocidad. Los principales afluentes del río Bocaz se encuentran
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Río Mazuhuazo
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en su margen izquierda y entre ellos, están los ríos Caballito Grande, Pilchaz, Atarraz, Zomopiz, Cangrejo, Pescado, Machego y Azuliz. En el río Cacazú, la red hidrográfica secundaria está integrada, en la margen izquierda, por los ríos Lazaro, Parantamay y La Granja, y en la margen derecha, por los ríos Birumpalmas, Huacamayo, Chiruchumas, Chivis y Puillaz.
A partir de su origen y durante su recorrido, el río Palcazú recibe sobre su margen izquierda los ríos Espectáclo, Raya, Gallinazo, Iscozacín, Chuchuras, Lagarto, Mairo, Huampumayo y Pozuzo. Dentro de estos tributarios, sobresale con características nítidas el río Pozuzo, que constituye el más importante de todos ellos. Esta margen es amplia y de suave pendiente, lo que ha permitido el desarrollo de tributarios de mediano caudal. En cambio, sobre su margen derecha, no hay tributarios de importancia por estar formada por laderas abruptas o empinadas que constituyen los flancos occidentales de la cordillera de San Matías. Sus pequeños tributarios, Pichinaz, Cuacuas, Shebon y Pijuayo, son de pequeño caudal, de fuerte erosión y gran velocidad
A lo largo de su recorrido, el río Palcazú presenta dos sectores bastantes diferenciados, que corresponden a sus cursos medio e inferior. El curso superior viene a estar conformado por las redes hidrográficas de los ríos Bocaz y Cacazú.
En general, se puede considerar que el curso medio del río Palcazú comprenden el sector ubicado entre las desembocaduras de los ríos Pichinaz y Chuchurras y se caracteriza por presentar una erosión muy suave del cauce, presentando una serie de meandros que muestra fuerte ensortijamiento.
El curso inferior corresponde al sector comprendido entre la desembocadura del río Chuchurras y la confluencia del río Palcazú con el Pichis, que da origen al río Pachitea. Este sector se caracteriza porque el ancho del río es considerablemente mayor que en el sector anterior, alcanzando casi 300 m; por otro lado, se aprecia que los meandros son amplios y abiertos, intercalados con grandes rectas, y que el proceso de formación de islas y de deposición de materiales detríticos se acentúa progresivamente.
El río Palcazú presenta una dirección general NNO hasta la desembocadura del río Pozuzo (Pto. Mairo), lugar en donde cambia bruscamente de dirección hacia el Este; luego, girando suavemente en una gran curva, que presentan numerosos meandros de tipo abierto, llega a su cofluencia con el río Pichis.
Los desarrollos dentro del área del río Palcazú y de sus principales tributarios son los siguientes:
Río Palcazú 182 KmRío Bocaz 36 KmRío Cacazu 35 KmRío Pozuzo 20 Km
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Gráfico Nº2 Red Hidrográfica de la zona de estudio.
Cuadro Nº 1 Parámetros de la cuenca aportante al punto de interés
Tipo de Parámetro Parámetro Und
Parámetros Básicos
Área km2
Perímetro Km
Longitud Río Km
Parámetros de FormaCoeficiente de Compacidad
Factor de Forma
Parámetros de Relieve
Altitud Máxima (Cuenca) msnm
Altitud Mínima (Cuenca) msnm
Parámetros de Red Hidrométrica
Pendiente del cauce principal %
Tiempo de Concentración Hr
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Gráfico Nº3 Cuenca drenante a la zona de estudio
2.2. Red Hidrometeorológica del ámbito de estudio
Información Básica
La información básica que se utilizó para la elaboración del análisis hidrológico es la siguiente:
2.2.1 Información Cartográfica
La zona de estudio corresponde al cuadrante 21n de la Carta Geográfica Nacional.
2.2.2 Información Pluviométrica
La red de estaciones meteorológicas del área del Proyecto, es realmente escasa, habiéndose identificado las estaciones de Puerto Bermúdez que cuentan con registros de precipitación máxima en 24 horas, comprendidos entre los años 1961-1974.
En el cuadro 2.2, se tiene la ubicación de las estaciones indicadas, longitud de periodo de registro y el tipo de variable registrada.
ESTACIÓNLATITUD
(S)LONGITUD
(W)ALTITUD (MSNM)
PERIODO DE REGISTRO
VARIABLE REGISTRADA
Puerto Bermúdez
10° 18’ 74° 54’ 3001961 – 19741979
Precipitación máxima en 24 horas
Fuente: SENAMHI
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CUADRO Nº2
UBICACIÓN DE ESTACIONES, PERIODO DE REGISTRO Y VARIABLE REGISTRADA
Río Mazuhuazo
Cuenca drenante del Huaro U1-PAS15
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3. Análisis de Máximas Avenidas
3.1. Método Hidrológico
3.1.1 Análisis de Información Pluviométrica
Como en la zona del proyecto no existe una estación hidrométrica que pueda cuantificar las descargas máximas se ha hecho uso de un método precipitación-escorrentía, es decir se estimaran las descargas máximas a partir de las precipitaciones máximas en 24 horas.
Análisis de consistencia.- Nos ha permitido verificar que la consistencia de la información, es decir que la estación ha sido operada de la misma forma durante el período, con el mismo criterio y que su instalación variaciones de ningún tipo. La consistencia se realizó con un análisis de doble masa.
3.1.2 Precipitación Máxima en 24 Horas
Hershfield propone un factor multiplicativo de 1.13 a la precipitación en 24 horas medida con intervalos fijos, para aproximarla a los valores reales de precipitación máxima en 24 horas. Este factor ampliamente utilizado, es el que se aplica para maximizar la precipitación máxima en 24 horas. Otros autores (Dwyer y Reed, 1994) recomiendan un factor algo superior (1.167).
En primer lugar se han obtenido las precipitaciones que cabe esperar para las frecuencias de precipitación que exige el proyecto. Para lograr este objetivo, se ha ajustado la serie anual de valores máximos de precipitación diaria a la distribución extrema de Gumbel.
Para el análisis de las precipitaciones máximas se ha hecho uso de los métodos estadísticos de análisis de frecuencia, y se ha determinado las precipitaciones máximas de diseño para diferentes periodos de retorno. La información utilizada fue el de la estación de Puerto Bermúdez, que disponen de datos entre los periodos 1961-1974.
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Cuadro Nº3 Registros Originales de precipitación Máxima 24 horas (mm)- Estación Puerto Bermúdez
Gráfico Nº4 Ajuste de serie con la distribución Gumbel
3.1.3 Análisis de Frecuencia
El análisis de frecuencia es una herramienta utilizada, para predecir el comportamiento futuro de las precipitaciones en un sitio de interés, a partir de la información histórica de precipitaciones. Es un método basado en procedimientos estadísticos que permiten calcular la magnitud de la precipitación asociado a un periodo de retorno.
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3.1.4 Prueba de Smirnov Kolmogorov
El análisis de frecuencia referido a precipitaciones máximas diarias, tiene la finalidad de estimar precipitaciones máximas para diferentes periodos de retorno, mediante la aplicación de modelos probabilísticos, los cuales pueden ser discretos o continuos.
Para determinar cuál de las distribuciones se adapta mejor a la información histórica se utilizó el método de Smirnov Kolmogorov.
El estadístico Smirnov Kolmogorov D considera la desviación de la función de distribución de probabilidades de la muestra P(x) de la función de probabilidades teórica, escogida Po(x) tal que:
Dn = máx P(x) - Po(x)
La prueba requiere que el valor Dn calculado con la expresión anterior sea menor que el valor tabulado Dα para un nivel de probabilidad requerido.
Cuadro Nº4 Valores Críticos α para la prueba Kolmogorov-Smirnov
Tamaño de la Muestra
α =0.10 α =0.05 α =0.01
5 0.51 0.56 0.6710 0.37 0.41 0.4915 0.3 0.34 0.420 0.26 0.29 0.3525 0.24 0.26 0.3230 0.22 0.24 0.2935 0.2 0.22 0.2740 0.19 0.21 0.25
Cálculo de caudales máximos en el punto de interés para diferentes periodos de retorno.
Cuadro Nº5 Períodos de retorno y caudales máximos
TR I mm/h cAREA Km2
Q MAXm3/s
5 85.8 0.46 23.37 256.2
25 118.5 0.46 23.37 353.8
50 132.0 0.46 23.37 394.2
100 145.5 0.46 23.37 434.4
200 158.8 0.46 23.37 474.3
500 176.5 0.46 23.37 527.1
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3.2. Método Hidráulico
Para la calibración se usó el método hidráulico con la fórmula de Manning, para un período de retorno de 50 años. Este tirante se aproximadamente a la cota en la cual se evidencia la marca histórica de las máximas crecientes en el sector de Belén sobre el río Chuchurras.
Gráfico Nº5 Sección transversal para la implementación del Huaro
Gráfico Nº6 Sección prevista para la ubicación del Huaro.
4. Análisis de Inundaciones
Para el cálculo de inundaciones se ha realizado la simulación con el programa HecRas. Con los datos topográficos obtenidos en campo, se ha introducido la sección del río y se han realizados los cálculos para diferentes períodos de retorno, siendo en nuestro caso, tomar en consideración el caudal del período de retorno de los 50 años. La simulación realizada con el programa HecRas muestra que la sección de estudio es inundable para el Q50=394.2 m3/s.
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Eje del Huaro
Río Mazuhuazo
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Gráfico Nº7 Cálculo de caudales máximos en la sección propuesta para la ubicación del Huaro.
5. Socavación del cauce y de las riberas del río
Las velocidades que se alcanzarían con el caudal del período de retorno de los 50 años generan un campo de velocidades erosivas dentro del río, para lo que es necesario considerar elementos de protección.
Utilizando la fórmula de Litchvan Lebediev
Socavación General (SG) = Tirante Socavado (ds) – Tirante Máximo (do)
Donde:
Qd = Caudal de diseño (m³/s)dm = Tirante medio (m)Be = Ancho efectivo (m)μ = Coeficiente de contracciónd0 = Tirante máximo (m)Dm = Diámetro medio (mm)β = Factor que depende del periodo de retorno de la avenidax = Valor que depende del Dm
La fórmula de Blench modificada para calcular la socavación:
Socavación General (SG) = Tirante Socavado (KYr )- Tirante Máximo (Ym)
Donde:
yr = calado del régimen (m)q = Caudal por unidad de anchura (m³/s/m)g = aceleración de la gravedad (m/s²)α = factor adimensional en función del material del lecho, que se puede obtener del Gráfico A.5.1 del anexo.yc = calado crítico (m)K=factor mayorante de calado medio, el valor de K se extrae del Gráfico A.5.2 del anexo.ym = Tirante máximo (m)
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6. Recomendaciones para el diseño de defensas ribereñas
En la selva peruana uno de los típicos problemas son las inundaciones que se generan en épocas lluviosas que comprometen las riberas por la erosión que se generan, y ponen en peligro las estructuras que se encuentran emplazadas o que se pretenden emplazar.
Para proteger las riberas existen diversas soluciones ingenieriles, entre ellas tenemos, por ejemplo, la utilización de enrocados y gaviones. No obstante, por la escasez de los materiales de relleno que demandan estas soluciones se complica su empleo en este tipo de zona amazónica.
Revestimientos Flexibles: Enrocados.- Las márgenes de los ríos en su mayoría están constituidos por arena y limo, por esta razón en épocas de grandes avenidas cuando se incrementa la capacidad de arrastre de la corriente es necesario protegerlas. Una de las alternativas de protección es el uso de enrocados de recubrimiento, la estabilidad del enrocado está basado en la determinación analítica de los esfuerzos cortantes creados por el flujo y su capacidad de soportar estas fuerzas. El enrocado se utiliza como obra de protección para la estabilización de márgenes y para el control de la socavación local al pie de pilas y estribos de puentes.
Gaviones.- El gavión de recubrimiento es un gavión con forma de colchón de 20 a 30 cm de espesor. Sus aplicaciones principales son el revestimiento de márgenes de ríos y canales, protección de estribos de puentes, plataformas de cimentación y consolidación de taludes en carreteras y vías de comunicación.
Los geosintéticos.- La erosión es un proceso natural causado por las fuerzas del agua y el viento. Este es influenciado por un cierto número de factores, como el tipo de suelo, vegetación y geografía, y puede ser acelerado por varias actividades que ocurren dependiendo del uso de suelo. Procesos de erosión sin control pueden causar daños mayores a estructuras existentes y al medio ambiente.
Dependiendo del proyecto y las características del lugar, una obra de control de erosión puede envolver el uso de uno o más productos geosintéticos como geotextiles, geomantas, georedes, geomallas, etc. Los geosintéticos son productos que tienen como base el polímero sintético o natural, se presenta en forma de filtro, manto, lámina o estructura tridimensional, utilizada en contacto con el suelo o con otros materiales. Sus principales ventajas son: facilidad de puesta en obra, producto económico, ahorro en el tiempo de ejecución, solución medioambiental correcta, empleo de mano de obra no calificada, utilización de materiales de calidad verificable.
En este sector hay rocas siendo viable la protección con gaviones, los geosintéticos también se presentan como una alternativa de solución. El diseño final debe considerar una evaluación de ambas alternativas para seleccionar la más adecuada técnica y económicamente. Las dimensiones de estas protecciones se obtendrán siguiendo las guías técnicas recomendadas para cada caso.
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7. Análisis de vientos
La intensidad y dirección del viento tiene un efecto que debe ser considerado en el diseño del Huaro. A efectos del diseño estructural del Huaro es importante contemplar esta carga sobre la estructura proyectada.
La información proveniente de vientos no es muy habitual en este sector, se ha obtenido información del NOAA- National Oceanic and Atmospheric Administration, de acuerdo al grafico mostrado la intensidad de viento de este sector es de 2 m/s, con dirección norte-sur.
7.1. Dirección de vientos
De acuerdo a la zonificación de vientos de la NOAA la dirección del viento en este sector va de Norte a Sur. En el caso de los Puentes y Huaros, el viento se canaliza a través de la sección del río y tendrá una dirección perpendicular al aje del huaro. Es importante considerar este efecto en el diseño y cálculo estructural del Huaro.
Gráfico Nº8 Mapa de vientos NOAA.
7.2. Intensidad de los vientos
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De acuerdo al plano de la NOAA, la velocidad máxima que alcanza el viento en este sector es de 2 m/s. Otra referencia es el mapa de vientos del Ministerio de Energía y Minas, ellos proveen un plano con intensidades de viento por encima de los 50 m, como es de esperar la intensidad a esa altura es mayor y alcanza una velocidad máxima de 3 m/s. el Proyecto AARAM (Andean Amazon Rivers Analysis and Management) que ha estudiado la cuenca piloto del río Pachitea, a determinando las variables de temperatura y viento en las siguientes intensidades:
- La temperatura en la cuenca registra un comportamiento variable con
valores que fluctúan entre 12,97 ºC y 32,57 ºC,
- La velocidad de viento registra un rango de variación de 0,5 m/s y 1,2
m/s.
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Gráfico Nº9 Atlas eólico del Perú, viento medio anual a 50m
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