Amenazas Hidro

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Amenazas, vulnerabilidad y desastres de origen hidrometeorológico

AMENAZAS DE ORIGEN HIDROMETEOROLÓGICO (A): Es un factor externo

y son clasificados como amenazas naturales, en tanto el hombre no interviene en suocurrencia y tampoco hay condiciones para evitar que se presenten dichos fenómenos.

En el Perú se producen intensas lluvias, granizadas, desbordes e inundaciones,

temperaturas extremas, sequías, etc. Estas amenazas pueden alterar la geodinámica denuestro territorio y producirse: deslizamientos, huaycos y aluviones.

VULNERABILIDAD (V): Es el factor interno de una comunidad expuesta a unaamenaza y que puede ser afectada y depende de varios factores: · El grado de exposición

(zona de huaycos, ribera de los ríos, terrenos con fallas geológicas, etc.) · El grado de

incorporación en la cultura y los conocimientos que permita a los pobladores reconocer las amenazas. · La calidad del diseño des la construcción de las viviendas y las áreas

libres de evacuación. · El grado de organización de la sociedad y la orientación de lasinstituciones de la comunidad, del Estado y de las organizaciones no gubernamentales. ·

Capacidades de las instituciones que prestan apoyo en las emergencias.

RIESGO (R): Es la exposición a la amenaza y las condiciones en que se encuentra unacomunidad.

RIESGO = AMENAZA x VULNERABILIDAD

.

¿Qué es un Desastre?

Es Producida por una amenaza que un momento dado era potencial y por causas

humanas. Estos sucesos causan alteraciones intensas en las personas, los bienes, losservicios y su ambiente, excediendo la capacidad de respuesta de la comunidad

afectada, de tal manera que en su recuperación requiera de ayuda externa. .

¿Que es una inundación?

Es un proceso de desbordamiento del agua fuera del cauce natural o articial. Los

desastres más devastadores según las estadísticas, se debe a las inundaciones.

las inundaciones son los fenómenos más letales de los desastres naturales. Las

inundaciones representan aproximadamente el 40% de las víctimas de los desastres

naturales. Esto es reforzado por el hecho de que más de la mitad de la población

mundial vive en las costas y a lo largo de ríos y estuarios.

Factores para la ocurrencia de una inundación

y Lluvias en el Perú los meses más lluviosos son de diciembre a marzo, en la selva

se prolonga hasta abril.y Alteración del cauce de los ríos (erosión, actividades humanas, etc.),

disminuyendo su capacidad de conducción de las aguas.y Avalanchas, huaycos, deslizamientos.

Efectos provocados por una inundación



y Extensas áreas cubiertas de agua

y Erosión de riberasy Viviendas afectadas

y Interrupción de vías de comunicacióny Pérdidas de bienes y de vidas

y Pérdidas de áreas de cultivos

y Enfermedades, plagasy Escasez de alimentosy Contaminación del agua

y Erosión del suelo

y Sedimentación excesiva

y Dificulta el drenaje e impide el empleo productivo de los terrenos

y otros secundarios como: enfermedades, plagas, escasez de alimentación,

contaminación del agua.

y Finalmente las inundaciones interrumpe los procesos socioeconómicos del Perú.

Medidas se deben tomar para el manejo de las amenazas de origenHidrometeorológico y los asociados para su mitigación

El manejo de amenazas es un conjunto de acciones llevadas a cabo antes, durante y

después de un evento natural, con el objeto de reducir el número de fatalidades y ladestrucción de infraestructuras y bienes en general. ACCIONES: Medidas previas al

evento.

El manejo de amenazas naturales puede dividirse en medidas previas al evento, acciones

durante e inmediatamente posteriores a él.

a. Mitigación de las amenazas:- Recopilación y análisis de datos.

b. Preparación para los eventos: - Predicción hidrológica- Monitoreo hidrológico

- Alerta hidrológico- Educación y capacitación.

- Evacuación de las personas ante el peligro.

c. Medidas antes y después de la ocurrencia del desastre. - Rescate

- Asistencia

d. Medidas posteriores al desastre. - Rehabilitación- Reconstrucción

Senamhi interviene en la mitigación de las amenazas de origen hidrometeorológicoy la gestión de cuencas

Para la mitigación de las amenazas de origen atmosférico, hidrológico y los que se

desencadenan como son los geológicos/hidrológicos el SENAMHI tiene instalado a



nivel nacional una red de estaciones observacionales como meteorológicas, hidrológicas

y otras medioambientales, tanto convencionales como automáticas. Durante la prevención de los futuros eventos elSENAMHI, realiza:

- Monitoreo hidrológico de variables que intervienen en el ciclo hidrológico

- Predicción hidrológica de eventos extremos o que se consideran peligroso

- Alerta hidrológica que es difundida en la pagina web y a los medios de prensa.

¿Cómo el senamhi interviene en la mitigación de las amenazas de origenhidrometeorológico en la gestión de cuencas?

Para la mitigación de las amenazas de origen atmosférico, hidrológico y los que se

desencadenan como son los geológicos/hidrológicos el SENAMHI tiene instalado a

nivel nacional una red de estaciones observacionales como meteorológicas,

hidrológicas, agrometeorológicas y otras medioambientales. Durante la prevención delos futuros eventos el SENAMHI, realiza:

- Monitoreo hidrológico de variables que intervienen en el ciclo hidrológico

- Predicción hidrológica de eventos extremos o que se consideran peligroso- Sistema de Alerta hidrológica durante el periodo de diciembre hasta abril,

Los resultados de las Actividades que es difundida en la pagina web y a los medios de

prensa. Para el desarrollo de las actividades el SENAMHI, cuenta con un staff de

profesionales hidrólogos altamaente calificados.



Fig. 1 Cabecera de la cuenca del río Moyán/La Leche, cerca de Incahuasi, Lambayeque, Perú.

PROYECTO DE CONTROL DE INUNDACIONES EN EL RÍO LA LECHE

LAMBAYEQUE, PERÚ

HIDROLOGÍA DE AVENIDAS

2 de julio del 2008

Dr. Victor M. Ponce

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El proyecto abarca el diseño de factibilidad de la estructura [o estructuras] para controlar lasinundaciones en la cuenca del río La Leche y almacenar las aguas para su uso posterior. Actualmente, se están considerando dos sitios de presa: (1) La Calzada, y (2) Calicantro(DEPOLTI, 1998). La presa La Calzada está localizada encima de la corriente principal, mientrasque Calicantro está fuera de la corriente principal. El Cuadro 1 muestra una comparación entreestas dos alternativas.



Cuadro 1. Comparación entre las alternativas de presa.

Capacidad

Alternativa de sitio de presa

LaCalzada

Calicantro La Calzada yCalicantro

Control deinundación

Muybueno

Ineficiente Muy bueno

Almacenamiento deagua

Regular Muy

buenoMuy bueno

Vida útil del

reservorioCorta Larga Larga

Si se construye la presa sólo en La Calzada, servirá muy bien para controlar las inundaciones.Sin embargo, la eficacia del control dependerá de qué porcentaje del almacenamiento activo sereserva para el almacenamiento de retención de la avenida (Fig. 9). Por lo tanto, una sola presaen La Calzada no será eficaz para el almacenamiento de aguas para uso posterior. Además, unapresa grande dentro de la corriente, como La Calzada, tendría una tendencia a almacenar grandes cantidades de sedimentos, limitando la vida útil del reservorio.

Si se construye una presa sólo en Calicantro, ésta podrá almacenar grandes cantidades deagua. Sin embargo, no servirá para atenuar eficazmente las grandes inundaciones del río La

Leche. Estando fuera de la corriente principal, la presa en Calicantro no estará sujeta al riesgode deposición de grandes cantidades de sedimentos, lo que aumentará la vida útil del reservorio.Esto último se aplica siempre y cuando haya una buena obra de exclusión [desarenador] en ellugar, y que ésta sea operada correctamente.

La solución es construir dos presas, una en La Calzada, principalmente para el control deinundaciones, y otra en Calicantro, para almacenar agua para el riego y otros usos. Con laestrategia de dos represas, la vida útil aumentará, especialmente la de La Calzada. El agua nopermanecerá demasiado tiempo en La Calzada, y se podría desarenar antes de enviarla aCalicantro para su almacenamiento.

La presa de La Calzada exige una minuciosa evaluación de la hidrología de inundaciones, yaque se trata de una presa relativamente grande situada aguas arriba de importantes centrospoblados. La presa de Calicantro tiene una pequeña área de drenaje, por lo que lasinundaciones regionales no deberán ser un problema, garantizando la seguridad de la presacontra el rebasamiento. Sin embargo, el vertedero tendrá que ser diseñado apropriadamente, ysu capacidad calculada.



El enfoque del presente estudio es la modelación de precipitación-escorrentía en toda la cuencadel río La Leche, desde su cabecera hasta el sitio de presa en La Calzada. Esto permite elcálculo de los hidrogramas para determinar la capacidad del aliviadero principal y del (los)aliviadero(s) de emergencia, y la elevación mínima de la coronación de la presa. Para LaCalzada se determinan los hidrogramas para el aliviadero principal (HAP), aliviadero deemergencia (HAE), y el borde libre (HBL). También se determinan hidrogramas de diseño para lapresa de Calicantro.

3. DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA

La cuenca del río La Leche, desde su cabecera hasta La Calzada, tiene un área de drenaje de907.36 km2. La cuenca está ubicada en las laderas occidentales de los Andes OccidentalesPeruanos. La población más grande dentro de la cuenca es Incahuasi, con cerca de 15,000

habitantes, incluída la población rural. La distancia a Chiclayo, la ciudad más cercana, es de 120km. El tiempo de viaje a lo largo de una carretera afirmada es de aproximadamente 6 horas. Entemporada de lluvias, los viajes hacia y desde Incahuasi pueden ser peligrosos y sujetos ademora.

La cabecera de la cuenca del río La Leche está localizada en el Cerro Choicopico, a una altitudde 4,230 m sobre el nivel medio del mar. El río La Leche tiene dos afluentes principales: elMoyán y el Sangana. La longitud hidráulica del río La Leche, a La Calzada, a lo largo del Moyán,es de 44,397 m. La longitud hidráulica a lo largo del Sangana es de 44,591 m. La pendiente delos canales varía desde 24% en la Quebrada Cascabamba hasta 1% cerca a La Calzada. Lavelocidad media durante las inundaciones es 4 m/s. El tiempo de concentración es cerca de 3horas.

El uso de la tierra es mixto, con presencia de bosques, praderas, y tierras de cultivo. Laspendientes medias del terreno son relativamente altas, variando del 20% al 50%, lo cual fomentala escorrentía superficial. Las laderas muy empinadas tienen roca expuesta y muy poco suelo, loque limita la infiltración (Fig. 3). La precipitación varía espacialmente dentro de la cuenca enfunción de la altitud. Las tormentas son más fuertes e intensas por debajo de los 1500 m dealtura (hacia el oeste), y menos fuertes por encima de los 1500 m (hacia el este). El clima essemiárido hacia el oeste, cambiando gradualmente a subhúmedo hacia el este.



Existen tres estaciones climatológicas dentro de la cuenca del río La Leche: (1) Puchaca (2),Tocmoche, e (3) Incahuasi. El Cuadro 2 muestra una comparación entre estas estaciones. La

estación Puchaca está a 355 m de altitud; la estación Tocmoche a 1,450 m, y la estaciónIncahuasi a 3,078 m. El mes más húmedo en Puchaca es diciembre; contrariamente, el mes más

húmedo en Tocmoche e Incahuasi es marzo. Puchaca tiene menor precipitación anual, pero lastormentas son más fuertes. Incahuasi tiene mayor precipitación anual, pero las tormenta son más

leves. Tocmoche tiene precipitación anual e intensidad de tormenta intermedia entre las dePuchaca e Incahuasi. La tormenta máxima de 24 horas en Puchaca es 150.2 mm; en Tocmoche

es 110 mm; y en Incahuasi, 81 mm.

Fig. 3 Afloramientos rocosos en terrenos agrícolas en cuestas empinadas de la cuenca del río La Leche.

Cuadro 2. Comparación entre las estaciones climatológicas en lacuenca del río La Leche.

CaracterísticaEstación

Puchaca Tocmoche Incahuasi

Localización parte baja centro cabecera



Elevación (m) 500 1,380 2,740

Latitud 6o 21' S 6o 24' S 6o 14' S

Longitud 79o 28' W 79o 21' W 79o 20' W

Longitud del registro 1963-2002 1964-2007 1963-2007

Mes más húmedo diciembre marzo marzo

Precipitación anual baja media alta

Intensidad de tormenta alta media baja

Tormenta máxima de 24horas (mm)

150.2 110 81

4. ESTRATEGIA DE MODELACIÓN

Existe la necesidad de determinar las descargas pico asociadas con períodos de retorno de 100años a 10,000 años. La única estación de aforos, en Puchaca, tiene registros desde 1963 (Fig.4). La máxima descarga registrada en Puchaca es 579.75 m3/s. La evidencia geomorfológicasugiere que a largo plazo los flujos de avenida en La Calzada pueden haber superado este valor.La enorme llanura aluvial del río La Leche no podría haber sido formada en ausencia de grandes

inundaciones.



Para fines de diseño, cuando el período de retorno (en este caso, 10,000 años) supera enextremo a la longitud del registro (cerca de 40 años), se recomienda que el análisis se base en latransformación precipitación-escorrentía. Esta última pone mayor enfásis en la precipitación, lacual tiene usualmente más datos y está sujeta a menos variabilidad. Además, la modelación de

precipitación-escorrentía es capaz de examinar situaciones hipotéticas tanto en lo que respectaal tipo de tormenta (en tamaño e intensidad), como a los diversos tipos de complejo

suelo/cobertura, naturales y artificiales.

En el caso de la cuenca del río La Leche, se espera que la avenida de diseño se produzca bajouna combinación apropiada de los siguientes factores:

1. Profundidad de lluvia: Aplicable al fenómeno de El Niño, el cual ocurre cada 12 a 15años en promedio;

2. Cobertura de lluvia: Una tormenta general, que cubre todo el área de la cuenca; y3. Secuencia de tormentas: Una tormenta intensa que ocurre poco después de otra

tormenta intensa, resultando en una condición antecedente húmeda.

La estrategia elegida es la modelación de la cuenca del río La Leche utilizando el modeloRAINFLO, el cual es un modelo determinístico/conceptual de precipitación-escorrentía. Las

tormentas de 24 horas, de 100 años y 10,000 años de período de retorno, se calculan utilizandolos métodos de Log Pearson III y Gumbel. Estos datos de tormenta alimentan al modelo, el cual

calcula los caudales de avenida para los diferentes períodos de retorno seleccionados.



5. DESCRIPCIÓN DEL MODELO

RAINFLO© es un modelo computacional de precipitación-escorrentía, determinístico/ conceptual,distribuído, de evento, desarrollado específicamente para el cálculo de flujos de avenida (Ponce

et al., 1985). El modelo calcula hidrogramas de avenida cuando se le presenta con lasprecipitaciones adecuadas, y las características geométricas, fisiográficas, de suelos,

hidrológicas, e hidráulicas de la cuenca.

El modelo es determinístico porque el tránsito de avenidas se calcula con el método Muskingum-Cunge, el cual simula la onda difusiva (Ponce y Simons, 1977). En este método, el tiempo de

translación K está basado en la ley de Seddon (Seddon, 1900), y el factor de ponderación X sebasa en la difusividad hidráulica de Hayami y en el coeficiente de difusión numérica de Cunge(Hayami, 1951; Cunge, 1969). Además, durante el tránsito de avenidas, los parámetros varían

con el flujo, resultando en una más precisa descripción de las propiedades no lineares delhidrograma de avenida (Ponce y Yevjevich, 1979; Ponce, 1989).

Esta metodología ofrece las siguientes ventajas:

1. Los parámetros de tránsito de avenidas se basan en propiedades hidráulicas de lacuenca, incluyendo la descarga por unidad de ancho, la pendiente del canal, y las

características [forma] de la sección transversal; y2. El cálculo es esencialmente independiente del tamaño de la malla elegida.

La primera ventaja permite tránsitos de avenida precisos, aun cuando los ríos no hayan sidoaforados, y para todo el rango posibles de flujos, desde los más bajos hasta los más altos. La

segunda ventaja implica que el cálculo es consistente con las ecuaciones diferenciales quegobiernan el proceso físico, pues el mismo resultado es obtenido en varias corridas,

independientemente del tamaño de malla especificada.

El modelo es conceptual porque la abstracción hidrológica se calcula con el método del númerode la curva, el cual simula conceptualmente el llenado del reservorio del suelo (Ponce y Hawkins,1996). A diferencia del enfoque clásico de Horton, en el cual es posible la infiltración infinita [en

el tiempo], en el método del número de la curva la profundidad del infiltración alcanzaasimptóticamente un valor constante (el potencial máximo de retención S) conforme la tormentaaumenta de tamaño (Horton, 1933; Servicio de Conservación de Recursos Naturales, 1985b). Laexperiencia con el método del número de la curva indica que es el más adecuado para modelar

la infiltración bajo condiciones de evento [tormenta]. Su amplia aplicabilidad se atribuye a su

base conceptual, aunque es necesario ejercer un cuidado razonable para utilizar el método enforma apropiada.

El modelo es distribuído porque es capaz de calcular los flujos de avenida, conforme varían en elespacio y en el tiempo, en cualquier punto de la red donde una subcuenca de cabecera colectasu drenaje, o donde dos subcuencas de tramo se reúnen (Fig. 5). El número de lugares donde



los resultados pueden ser obtenidos depende del grado de subdivisión de la cuenca. El valor típico para el número de subcuencas varía entre 10 y 100, y los requerimientos de datos

aumentan conforme aumenta el número de subcuencas (Ponce et al., 1985; Ponce et al., 2005).

Fig. 4 Estación de aforos, río La Leche en Puchaca.

Fig. 5 Cerro Lajas de Tongón, cerca a la confluencia de los ríos Moyán y Sangana, cuenca LaLeche.

El modelo es de evento porque simula los flujos de avenida en situaciones en las que laescorrentía directa constituye la mayor parte del flujo, es decir, cuando el flujo de base espequeño y no contribuye apreciablemente al pico de la avenida. A diferencia de la modelacióncontínua, los modelos de evento no requieren una contabilidad de la humedad a largo plazo. Deeste modo, los resultados de simulaciones de evento son consecuentes con variaciones típicasen los parámetros. Por otra parte, la estructura topológica única del modelo le permite considerar una cuenca dendrítica de cualquier orden. Los hidrogramas de avenida son calculados yexpresados en cualquier punto de confluencia de la red hidrográfica.

El modelo es de precipitación-escorrentía porque busca, a través de una transformaciónadecuada, convertir lluvia efectiva (mm) en escorrentía (m3/s). La transformación se realiza através de la convolución del hidrograma unitario con la tormenta efectiva, obteniéndose así elhidrograma de avenida para cada subcuenca (Servicio de Conservación de Recursos Naturales,1985b). La aplicabilidad del hidrograma unitario para cuencas de tamaño medio, es decir,aquéllas con áreas de drenaje de 1 a 1000 km2, como las del río La Leche, ha sido apliamente



documentada (Ponce, 1989).

El modelo es computacional porque discretiza las ecuaciones de conservación de la masa ycantidad de movimiento (expresadas en la onda cinemática) en el espacio y en el tiempo,mediante el uso de un esquema numérico apropiado, sujeto a ciertas condiciones de estabilidady convergencia (Ponce, 1989). La estabilidad se refiere a la abilidad del esquema para marchar en el tiempo evitando el crecimiento ilimitado de errores. La convergencia se refiere a la abilidaddel esquema para reproducir los términos de la ecuación diferencial con suficiente precisión. Lasecuaciones diferenciales se expresan en diferencias finitas, utilizando los intervalos de espacio ytiempo, Delta x y Delta t, respectivamente. Las propiedades numéricas del modelo dependen dela correcta elección de la resolución espacial y temporal, es decir, del número de Courant (Poncey Theurer, 1982; Ponce, 1989). Como tal, este último controla, no sólo la estabilidad, sinotambién la convergencia de esquemas numéricos de sistemas hiperbólicos de ecuacionesdiferenciales parciales.

En resumen, el modelo RAINFLO©

involucra más de cincuenta años de investigación y prácticaen procesos hidrológicos, entre ellos la abstracción con el número de la curva, la transformaciónprecipitación-escorrentía con el hidrograma unitario, y el tránsito de avenidas con el métodoMuskingum-Cunge. Estos metodos han sido endosados por el Cuerpo de Ingenieros de losEE.UU., entre otros (U.S. Army Corps of Engineers, 2000).

6. RECOPILACIÓN DE DATOS

Los datos requeridos son los siguientes:

1. Topología de la cuenca2. Propiedades geométricas3. Pendientes medias del terreno4. Lluvias de evento5. Grupos hidrológicos de suelo6. Coeficientes de Manning y secciones transversales

6.1 Topología de la cuenca

La cuenca de La Leche, desde su cabecera hasta La Calzada, se divide en nueve (9)

subcuencas de cabecera y diecisiete (17) subcuencas de tramo, haciendo un total de veintiséis(26) subcuencas (Fig. 6). La escorrentía en cada subcuenca puede ser local o importada. Laescorrentía local se origina dentro de cada subcuenca y se calcula por convolución delhidrograma unitario con la precipitación efectiva. La escorrentía importada se origina aguasarriba de una subcuenca de tramo y se transita utilizando el método Muskingum-Cunge. Lassubcuencas de cabecera están numeradas consecutivamente (del 1 al 9), en el orden de número



creciente de la subcuenca de tramo adyacente. Las subcuencas de tramo están numeradas, deaguas arriba hacia aguas abajo, utilizando un número topológico de cinco dígitos, que indica elorden-ramal-tramo (Fig. 6).

Fig. 6 Topología de la cuenca La Leche.

6.2 Propiedades geométricas

Las propiedades geométricas de las subcuencas se obtienen a partir de mapas topográficos aescala 1:100,000 (cartas IGN Incahuasi y Jayanca). La delimitación de las subcuencas semuestra en la Fig. 7. Esta figura incluye el área de drenaje del río La Leche hasta un puntolocalizado aguas abajo del sitio Calicantro (Fig. 14). Las características geográficas se muestranen el Cuadro 3. Las áreas de drenaje se delimitan siguiendo los picos y las monturas de latopografía. Las longitudes hidráulicas y las pendientes de los canales se obtienen de los mapas.Las propiedades hidrológicas se muestran en el Cuadro 4. En este cuadro, la última subcuencade tramo (30106) incluye las propiedades hidrológicas sólo hasta La Calzada.

Las áreas de drenaje varían entre un mínimo de 708 ha (Quebrada del Verde) y un máximo de

8,815 ha (río Moyán 3), con un promedio de 3,490 hectáreas. El total de área de drenaje para elrío La Leche a La Calzada es 90,736 ha, o 907.36 km2. La longitud hidráulica del río Moyán / LaLeche, desde la cabecera al sitio de presa propuesto es 44,397 m. La longitud hidráulica del ríoSangana / La Leche es 44,591 m. La pendiente media de los tramos de canales varía entre unmáximo de 0.24 para la Quebrada Cascabamba (subcuenca de cabecera 6), y un mínimo de0.01 para el río La Leche 2, inmediatamente aguas arriba de La Calzada (subcuenca de tramo



30106).

Fig. 7 Cuenca del río La Leche, mostrando la red hidrográfica en rojo y los límites de las subcuencas enmorado (Haga click para maximizar).

6.3 Pendientes del terreno



Las pendientes del terreno a través de la cuenca La Leche se muestrearon en una malla de 1km2. Las pendientes medias del terreno se muestran en el Cuadro 5. Las pendientes medias delterreno varían entre un mínimo de 19.7% en la Quebrada Tembladera y un máximo de 50.3% enel río Sangana 2, con un promedio de 33.7% para toda la cuenca La Leche [a La Calzada] (Fig.8).

6.4 Lluvias de evento

Las lluvias de evento [o tormentas] se definen en términos de la profundidad, duración, tipo yfrecuencia. La longitud hidráulica en la cuenca de La Leche es de aproximadamente 44,600 m.Dada la alta rugosidad presente en la mayoría de las quebradas y ríos, las velocidades medias

durante las inundaciones son de 4 m/s (Fig. 18). Por lo tanto, el tiempo de concentración escerca de 3 horas. De acuerdo a prácticas establecidas, la duración de la tormenta del diseño esde 24 horas (Ponce, 1989). Las tormentas tipo de 24 horas [NRCS] contienen las tormentas más

cortas, desde 0.5 horas hasta 12 horas.

Para elegir un tipo de tormenta, las características climatologías y geográficas de la cuenca LaLeche se comparan con las cuatro regiones en los Estados Unidos para las cuales se han

desarrollado tormentas tipo. La tormenta Tipo I, aplicable al Sur y Centro de la costa deCalifornia, una región árida/semiárida cercana al Océano Pacífico, pero con características

orográficas importantes, se juzga muy similar a las condiciones locales y regionales de la cuenca



La Leche (Ponce, 1989).

En el caso de la cuenca La Leche, para lo cual un valor generalizado de la Precipitación MáximaProbable (PMP) no está disponible, es práctica común sustituir el período de retorno de 10,000años. Por lo tanto, las precipitaciones de diseño para represas grandes en la cuenca La Lecheson las siguientes (Servicio de Conservación de los Recursos Naturales, 1985a; Ponce, 1989):

Hidrograma del aliviadero principal:

Phvp = P100

Hidrograma del aliviadero de emergencia:

Phve = P100 + 0.26 (P10,000 - P100)

Phve = 0.74 P100 + 0.26 P10,000

Hidrograma del borde libre:

Phbl = P10,000

El hidrograma del aliviadero principal se utiliza para determinar: (1) la capacidad del aliviaderoprincipal, (2), la elevación de la cresta del aliviadero de emergencia, y (3) el volumen delalmacenamiento de retención. El hidrograma del aliviadero de emergencia se utiliza para

determinar: (1) la capacidad del aliviadero de emergencia, (2), la máxima elevación de diseño delpelo de agua, y (3) el volumen de almacenamiento de detención. El hidrograma de borde libre se

utiliza para determinar la elevación mínima de la cresta de presa y para evaluar la integridad

estructural del sistema de aliviaderos (Fig. 9).

Fig. 8 Pendientes típicas de la cuenca del río Moyán.



Fig. 9 Niveles y volmenes de almacenamiento en un reservorio(Ponce, 1989).

Las tormentas máximas de 24 horas para las estaciones de Puchaca, Tocmoche, e Incahuasi,hasta 1998, se obtuvieron de Pérez Becerra (2006). El resto del registro (hasta el año 2002 para

Puchaca, y 2007 para Tocmoche e Incahuasi), se obtuvo en el SENAMHI (Lima, Perú). Losvalores ordenados se muestran en el Cuadro 6.

6.5 Grupos hidrológicos de suelo

Los grupos hidrológicos de suelo para la cuenca de La Leche han sido estimados por elConsorcio Salzgitter-Lagesa (1984) de la siguiente manera: D para la cuenca superior, y B paralas cuencas media y baja. Pérez Becerra (2006) ha estimado los grupos hidrológicos de suelovariando entre B, C y D, con tres tipos de usos de la tierra: (1) suelo o roca impermeable, (2)pastizales, y (3) arbustos.

Para estimar los grupos hidrológicos de suelos para las subcuencas, se hicieron una series demediciones de la textura del suelo, durante la semana del 9 al 13 de junio del 2008. Veintiúnpruebas fueron efectuadas en lugares apropiados a lo largo de las cuencas del Moyán ySangana. En base a estas pruebas, los grupos hidrológicos de suelos se estimaron como B-C(arena limosa y limo arenoso) en la mayoría de los sitios de prueba. El uso de la tierra



predominante es una mezcla de roca impermeable, bosques/pastizales y tierras de cultivo (Fig.10). El porcentaje de cobertura aérea y la condición hidrológica de la superficie se ha estimadoutilizando el software GoogleEarth Pro©. Los números de la curva [para diferentes suelos y usosde la tierra] son dados por Ponce (1989), entre otros.

Fig. 10 Uso de la tierra mixto en la cuenca Moyán.

El Cuadro 7 muestra los valores ponderados de CN. Los valores de la última columna de estecuadro se ponderan con las respectivas áreas de las subcuencas de drenaje para obtener unvalor aplicable a toda la cuenca CN = 80. Este valor corresponden a una condición de humedadantecedente media, es decir, CNII. Para el presente caso se asume la condición de humedadantecedente húmeda (AMCIII). Por tanto, esto corresponde a CNIII = 91 (Ponce, 1989).

6.6 Coeficientes de Manning y secciones transversales

Los coeficientes de fricción de Manning mostrados en el Cuadro 8 se estiman en base ainspecciones de campo, usando las referencias bibliográficas usuales (Chow, 1959; Barnes,1967). Las observaciones de campo indican que los afluentes del río La Leche son capaces demover grandes cantos rodados, algunos de más de 2 m de diámetro (Fig. 18). Por lo tanto, losvalores de los coeficientes de Manning para la mayoría de los tramos aguas arriba de laconfluencia del Moyán y Sangana se estiman en n = 0.08, con dos valores tan altos como n =



0.1. Los valores de Manning para el canal central del río La Leche propiamente dicho varíanentre n = 0.04 y n = 0.06.

Los datos de secciones transversales típicas se recolectaron en las cuencas de los ríos La leche,Moyán, y Tocmoche. Algunas secciones transversales se estimaron por similitud, basada en elorden de los tramos, el área de drenaje, y la experiencia de campo. Las secciones transversalestípicas se muestran en el Cuadro 9.

7. FRECUENCIA DE PRECIPITACIONES

La modelación de la frecuencia de precipitaciones se realizó utilizando los métodos de LogPearson III y Gumbel (U.S. Interagency Advisory Committee on Water Data, 1983; Ponce, 1989).Los valores mostrados en el Cuadro 6 se utilizaron para calcular las tormentas de 24 horas, de

100 y 10,000 años, para las tres estaciones: Puchaca, Tocmoche, e Incahuasi. Estos valores semuestran en el Cuadro 10, junto con los valores adoptados, tomados como la media de los dosmétodos. También se muestran en el Cuadro 10 las precipitaciones de 24 horas para elhidrograma del aliviadero principal, aliviadero de emergencia, y borde libre (Sección 6.4).

Las tormentas de diseño de 100 y 10,000 años, y los datos de elevación mostrados en elCuadro 10 se tomaron como referencia. Para cada subcuenca, las tormentas de diseño fueronobtenidas por interpolación logarítmica, dada la elevación del centroide de la subcuenca. Lastormentas de diseño se muestran en el Cuadro 11. Ponderando las tormentas con lasrespectivas áreas de drenaje conduce a la tormenta de diseño aplicable a toda la cuenca,mostrada en la última fila del Cuadro 11.

8. RESULTADOS DEL MODELO

Las tormentas de diseño del Cuadro 11 son utilizadas para correr el modelo RAINFLO©. Losnúmeros de la curva se muestran en el Cuadro 7. Se asume la condición antecedente dehumedad AMCIII. La transformación de precipitación en escorrentía se efectúa utilizando losdatos del Cuadro 4 y el Cuadro 5. Los datos de fricción y secciones transversales se muestranen el Cuadro 8 y el Cuadro 9.

El modelo se ha corrido por un período de 48 horas utilizando un intervalo de tiempo de 7.5minutos. Para asegurar la precisión del método de tránsito de avenidas, los números de Courant

se mantuvieron cerca a C = 1 (Ponce y Theurer, 1982; Ponce, 1989). Los hidrogramas deavenida fueron transitados a través de los tramos de canales usando el método de Muskingum-Cunge de parámetros variables (VPMC) (Ponce y Yevjevich, 1979). Este procedimiento preservalas características no lineares del hidrograma de avenidas, es decir, que la celeridad ydifusividad hidráulica varían en función del caudal prevaleciente.



Los hidrogramas de diseño se muestran en las Figuras 11, 12, y 13. Las ordenadas digitalizadasde los hidrogramas se muestran en los siguientes enlaces: hidrograma del aliviadero principal,hidrograma del aliviadero de emergencia, e hidrograma del borde libre. El Cuadro 12 muestra unresumen de los caudales de diseño.

Fig. 11 Hidrograma del aliviadero principal en La Calzada.



Fig. 12 Hidrograma del aliviadero de emergencia en La Calzada.

Fig. 13 Hidrograma del borde libre en La Calzada.



Cuadro 12. Caudales de avenida para la presa en La Calzada.

Hidrograma Caudaldeavenida(m3 /s)

Volumen delhidrograma

(hm3)

Tormentade 24 horas(mm)

Volumen deescorrentía

(hm3)

Escorrentía(%)

Hidrograma delaliviaderoprincipal

3,608 86.6 121 109.8 0.79

Hidrograma delaliviadero deemergencia

4,244 107.4 145 131.6 0.82

Hidrograma delborde libre

6,147 166.5 213 193.3 0.86

El pico inicial que se muestra en las Figs. 11 a 13 refleja la contribución temprana de laQuebrada Cincate (Colán) (número topológico 20501, Fig. 6), el cual está localizado cerca delsitio de presa en La Calzada. La rapidez de subida del hidrograma (empinamiento) refleja elmodo no linear de cálculo del tránsito, en el cual los parámetros son función del caudalprevaleciente.

Los tributarios principales del Río La Leche en La Calzada son: (1) Río Moyán, (2) Río Sangana,y (3) Arroyo Cincate. En base at hidrograma del aliviadero principal (la avenida de 100 años),estos tributarios contribuyen los siguientes volúmenes al pico de avenida en La Calzada: (1) RíoMoyán: 27.3%, (2) Río Sangana: 43.6%, (3) Arroyo Cincate: 16.6%, lo que hace un total de87.5%. El volumen remanente (12.5%) está contribuído por el propio Río La Leche entre lasconfluencias de los ríos Moyán-Sangana y Arroyo Cincate (7.8%), y por el Río La Leche entre suconfluencia con el Arroyo Cincate y La Calzada (4.7%).

9. PRESA EN CALICANTRO

Se realizó una evaluación de los hidrogramas de diseño para la presa y embalse propuestos enCalicantro. La delimitación de la cuenca se muestra en la Fig. 14. El eje de la presa se encuentradonde hay un antiguo muro, denominado "Muro" en Rinconada Calicantro (Fig. 14). El modeloRAINFLO© fue utilizado para calcular los caudales de diseño. Se consideraron dos subcuencas:una subcuenca de cabecera [1], aguas arriba de La Tranca, y una subcuenca de tramo [10101],en Rinconada Calicantro propiamente dicha (Quebrada Huerequeque). Una inspección ocular el13 de junio del 2008 confirmó que la Quebrada Huerequeque, que drena la Rinconada



Calicantro, tiene dimensiones de consideración y correspondientes flujos de avenida.

Los procedimientos para Calicantro son los mismos que los utilizados para La Calzada (Véase laSección 6). Los datos de Calicantro se muestran en el Cuadro 13 (propiedades hidrológicas),

Cuadro 14 (números de la curva), Cuadro 15 (coeficientes de Manning), Cuadro 16 (datos desecciones transversales), y Cuadro 17 (tormentas de diseño).

Los hidrogramas de avenida de diseño se muestran en las Figs. 14, 15 y 16. Las ordenadasdigitalizadas de los hidrogramas se muestran en los siguientes enlaces: hidrograma delaliviadero principal, hidrograma del aliviadero de emergencia, e hidrograma del borde libre. ElCuadro 18 muestra un resumen de los caudales de diseño.



Fig. 14 Delimitación de la cuenca para la presa Calicantro.



Fig. 15 Hidrograma del aliviadero principal en Calicantro.

Fig. 16 Hidrograma del aliviadero de emergencia en Calicantro.



Fig. 17 Hidrograma del borde libre en Calicantro.

Cuadro 18. Caudales de avenidas para la presa en Calicantro.

Hidrograma

Caudal

deavenida(m3 /s)

Volumen delhidrograma

(hm3)

Tormenta

de 24 horas(mm)

Volumen deescorrentía

(hm3) Escorrentía(%)

Hidrograma delaliviaderoprincipal

294 5.33 203 5.96 0.89

Hidrograma delaliviadero deemergencia

370 6.81 253 7.43 0.92

Hidrograma delborde libre

516 11.03 397 11.66 0.95

10. CONCLUSIONES



Se ha utilizado un modelo computacional de precipitación-escorrentía, determinístico/conceptual, distribuído, de evento, para calcular los caudales de diseño aplicables a los vertidosde la presa en el río La Leche en La Calzada, en Lambayeque, Perú. Tambien se han efectuadolos cálculos para el proyecto de sitio de presa en la localidad vecina de Calicantro (Sección 9).

El modelo está impulsado por tormentas máximas de 24 horas, las cuales toman en cuenta todoel registro de precipitaciones, incluyendo los episodios de El Niño (Fig. 1). Estos fenómenosmeteorológicos, los cuales suelen repetirse cada 12 a 15 años, producen grandes cantidades deprecipitación. Las inundaciones resultantes amenazan a los asentamientos humanos existentesen la parte baja de la cuenca del río La Leche.

Los datos geométricos, fisiográficos, de suelos, hidrológicos, y de la fricción, y las seccionestransversales son ensambladas en forma adecuada para alimentar al modelo computacional. Sehan calculado los hidrogramas de diseño, el pico de las avenidas, los volúmenes de loshidrogramas, los volúmenes de las tormentas, y el porcentage de escorrentía, aplicables al

diseño del aliviadero principal, aliviadero de emergencia, y borde libre (Cuadros 12 y 18). Estoshidrogramas pueden ser utilizados para dimensionar el tamaño del almacenamiento deretención, el almacenamiento de detención, y el borde libre (Fig. 9).

BIBLIOGRAFÍA

Barnes, H. A. 1967. Roughness characteristics of natural channels. U.S. Geological SurveyWater-Supply Paper 1849, Washington, D.C.

Consorcio Salzgitter-Lagesa, 1984. Rehabilitación y reconstrucción de los sistemas de riego y

drenaje del valle Chancay-Lambayeque: Estudio de evacuación de avenidas extraordinarias anivel de factibilidad técnica. Tomo 1: Resumen e investigaciones básicas, marzo.

Cunge, J. A., 1969. On the subject of a flood propagation computation method (Muskingummethod). Journal of Hydraulic Research, Vol. 7, No. 2, 205-230.

DEPOLTI (Dirección Ejecutiva del Proyecto Especial Olmos-Tinajones), 1998. Actualización de lafactibilidad tecnico-económica del embalse en el río La Leche, Chiclayo, Peru, 339 p.

Hayami, S., 1951. On the propagation of flood waves. Disaster Prevention Research Institute,Kyoto University, Bulletin No. 1, Diciembre.

Horton, R, E., 1933. The role of infiltration in the hydrologic cycle. Transactions, AmericanGeophysical Union, Vol. 14, 446-460.

Natural Resources Conservation Service, 1985a. Earth dams and reservoirs. Technical ReleaseNo. 60 (TR-60), revisado Octubre.



Natural Resources Conservation Service, 1985b. National Engineering Handbook, Section No. 4- Hydrology, Washington, D.C.

Perez Becerra, M. A., 2006. Estudio hidrológico e hidráulico en el río La Leche: Generación delas descargas y niveles máximos por avenidas en la zona del proyecto "Puente Colgante Pítipo."Proyecto Especial Olmos-Tinajones, Gerencia de Desarrollo Tinajones, Mayo.

Ponce, V. M., y D. B. Simons, 1977. Shallow wave propagation in open channel flow. ASCE Journal of Hydraulic Engineering , Vol. 103, No. 12, Diciembre.

Ponce, V. M., y V. Yevjevich, 1979. Muskingum-Cunge method with variable parameters. ASCE Journal of Hydraulic Engineering , Vol. 103, No. 12, Diciembre.

Ponce, V. M., y F. D. Theurer, 1982. Accuracy criteria in diffusion routing. ASCE Journal of Hydraulic Engineering , Vol. 108, No. 6, Junio.

Ponce, V. M., 1985. Large basin deterministic hydrology: A case study. ASCE Journal of Hydraulic Engineering , Vol. 111, No. 9, Septiembre.

Ponce, V. M., 1989. Engineering Hydrology, Principles and Practices. Prentice Hall, EnglewoodCliffs, New Jersey.

Ponce, V. M., y R. H. Hawkins, 1996. Runoff curve number: Has it reached maturity? ASCE Journal of Hydrologic Engineering , Vol. 1, No. 1, Enero.

Seddon, J. A., 1900. River hydraulics. ASCE Transactions, Vol. XLIII, 179-243, Junio.

Ponce, V. M., H. A. Castro, A. E. Espinoza, R. Celis, y F. Perez. 2005. Flood hydrology of TecateCreek, Tecate, Baja California, Mexico. Informe en línea.

U.S. Interagency Advisory Committee on Water Data, 1983. Guidelines for determining flood flowfrequency. Hydrology Subcommitee, Bulletin No. 17B, issued 1981, revisado 1983, Reston,Virginia.



Fig. 18 El río Moyán, mostrando la presencia de grandes cantos rodados en su lecho.

Cuadro 1 Cuadro 2 Cuadro 3 Cuadro 4 Cuadro 5 Cuadro 6 Cuadro 7 Cuadro 8 Cuadro 9 Cuadro 10

Cuadro 11 Cuadro 12 Cuadro 13 Cuadro 14 Cuadro 15 Cuadro 16 Cuadro 17

Cuadro 18 Cuadros

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