Hidrologia Rio Huallaga en La Esperanza[1]

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EVALUACION HIDROLOGICA DEL RIO HUALLAGA EN LA ESPERANZA – AMARLIS – HUANUCO

1. DESCRIPCION GENERAL DE LA CUENCA

La Cuenca Alta del rio Huallaga se forma por la confluencia de los ríos

Ticlayan, Pariamarca y Pucurhuay que nacen cerca de la ciudad de cerro de

pasco y el rio Huertas ubicado al Noreste del poblado Huacar de Ambo, siendo

esta una de las principales tributarias del Huallaga, que se caracteriza por ser

uno de los ríos más caudalosos. El rio Huallaga discurre en dirección Sur a

Norte pasando pos localidades de: La Quinua, Huariaca, San Rafael y Ambo

entre otras. Los principales tributarios del Huallaga son: los ríos Tingo,

Condorgaga, Chupihuaranga, Coquin y Quio.

La subcuenca del Alto Huallaga, hasta el pueblo de Ambo, tiene una extensión

de 1,582.3 km2, con una longitud de cauce de 83 kms. Se puede distinguir

cuatro subcuencas secundarias: río Tingo, río Ticlacayam, río Pucurhuay y río

Blanco. La línea de cumbres de la subcuenca bordea los 4,800 m.s.n.m. y

desciende a 3,200 m.s.n.m. en su extremo inferior. El fondo del cauce está

entre 200 y 1,200 m, por debajo de la línea de cumbres. La pendiente promedio

del cauce es de 2.8 por ciento que baja de los 4,400 a 2,850 m.s.n.m.

El rio Huertas tiene una extensión de 2,083.4 km² y una longitud de cauce de

93.5 km, con una pendiente media de 2.5 por ciento. Se puede distinguir tres

subcuencas secundarias; Río Yanacocha, río Chaupuhuranga y río Quio. La

línea de cumbres de la subcuenca bordea los 4,500 m.s.n.m. y baja a 3,200

m.s.n.m. en su extremo inferior. El fondo de cauce baja de los 4,400 a los 2,050

m.s.n.m. y está de 800 a 1,100 m, por debajo de la línea de cumbres.

La subcuenca lateral del río Higueras, que ingresa al río Huallaga en las

cercanías de la ciudad de Huánuco, tiene una extensión de 738.1 km² y una

longitud de cauce de 88 kms, y una pendiente de 2.8 por ciento que baja de los

3,900 m.s.n.m. presentando un cauce mediforme. La línea de cumbres, en este

tramo, va de los 3,200 a los 3,000 m.s.n.m.

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Cuenca Hidrográfica del Rio Huallaga

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2. ANALISIS DE FRECUENCIAS

2.1 ANÁLISIS DE VALORES EXTREMOS

Debido a la escasez de información a nivel diario tal como caudales

máximos diarios o precipitaciones máximas diarias para toda la cuenca,

hemos decidido usar el software HEC HMS, para determinar los Caudales

Máximos Instantáneos para diferentes Periodos de Retorno, en la

subcuenca del Alto Huallaga.

2.2 Análisis de la Precipitación Máxima Diaria para Diferentes Periodos

de Retorno

Las precipitaciones máximas diarias para diferentes períodos de retorno,

se ha calculado en base al Estudio de la Hidrología del Perú realizado por

IILA-SENAMHI-UNI (1983), donde se han propuesto ecuaciones

regionalizadas en función a las zonas pluviométricas:

P24 = εg(1+kLogT)

Donde:

P24 = Máxima precipitación de 24 horas

tg = Duración de la lluvia diaria, asumido en promedio de 15.2 para Perú

K = K'g

εg = Parámetro para determinar P24

Y = Altitud media de la cuenca m.s.n.m.

La subcuenca del Alto Huallaga se ubica en la zona 12310.

De donde se desprenden las siguientes ecuaciones:

εg = 6.0 + 0.005Y

K´g = 0.553

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Reemplazando los valores siguientes:

Y = 3215.00 m.s.n.m.

Tenemos:

εg = 22.075

K'g = 0.553

Por lo tanto la Precipitación Máxima Diaria para diferentes Periodos de

Retorno tienen los valores que se muestran en el Cuadro Nº 01.

Cuadro Nº 01

Precipitación Máxima Diaria para Diferentes Periodos de Retorno

periodo de retorno (Años)

5 10 20 50 100

Precipitación. Máxima Diaria (mm)

30.68 34.36 38.04 42.91 46.60

Fuente: Elaboración Propia del Autor

2.3 Análisis de la Tormenta de Diseño

La Tormenta de Diseño es un patrón de precipitación definido que se

utiliza en el diseño de un sistema hidrológico, esta se define mediante un

valor de altura de precipitación en un punto dado.

Por lo general una Tormenta de Diseño es la entrada a un sistema de

cálculo, los caudales resultantes que caracterizan a una cuenca se

calculan mediante procedimiento de lluvia escorrentía y la circulación de

estos caudales por los cauces de la cuenca de drenaje.

Para la estimación de la Tormenta de Diseño, se recurrió al principio

conceptual, referente a que los valores extremos de lluvias de alta

intensidad y corta duración aparecen, en el mayor de los casos,

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marginalmente dependientes de la localización geográfica, con base en el

hecho de que estos eventos de lluvia están asociados con celdas

atmosféricas las cuales tienen propiedades físicas similares en la mayor

parte del mundo.

Para efectos del conocimiento de las Tormentas de Diseño del proyecto,

se ha calculado la precipitación máxima para 1, 2, 3, 6, 12 horas en

función a la precipitación máxima de 24 horas para los Períodos de

Retorno de 5, 10, 20, 50 y 100 Años, aplicando el Modelo de Dick y

Peschke (Guevara, 1991), mediante la expresión siguiente:

25.0

241440

dPP hd

Donde:

Pd = precipitación total (mm)

d = duración en minutos

P24h = precipitación máxima en 24 horas (mm)

Los resultados de la aplicación del modelo se muestran en el Cuadro N°

02.

Cuadro Nº 02

Tormentas de Diseño para Diferentes Periodos de Duración y

Periodos de Retorno, en Función de la Precipitación Máxima Diaria

T (Años)

Precipitación Máxima

Diaria (mm)

Duración en Minutos

60 120 180 360 720 1440

100 46.60 21.05 25.03 27.71 32.95 39.18 46.60

50 42.91 19.39 23.06 25.52 30.34 36.08 42.91

20 38.04 17.19 20.44 22.62 26.90 31.99 38.04

10 34.36 15.52 18.46 20.43 24.30 28.89 34.36

5 30.68 13.86 16.48 18.24 21.69 25.80 30.68

Fuente: Elaboración del Autor

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2.4 Calculo del Tiempo de Concentración y el Tiempo de Retardo

El tiempo de concentración representa el tiempo que demora una

partícula de agua para trasladarse del punto más remoto de la cuenca

hasta el punto de desagüe. Cuando haya transcurrido este tiempo toda la

cuenca estará contribuyendo a formar el caudal de la escorrentía que

tendrá en consecuencia un valor máximo.

Existen varias formas de hallar el tiempo de concentración, Tc, de una

cuenca; una de ellas es usando las fórmulas empíricas que a continuación

se desarrollan y cuyos resultados se muestran en el Cuadro Nº 03.

2.4.1 Formula de KIRPICH:

tc = 0.01947 L 0.77 J -0.385

Donde:

tc = Tiempo de Concentración en minutos.

L = Longitud del Cauce en m.

J = Pendiente del Cauce Principal en m/m.

2.4.2 Fórmula de Californiana (del U.S.B.R.)

tc = 0.066 (L/J1/2)0.77

Donde:

tc = Tiempo de Concentración en horas.

L = Longitud del Cauce en Km.

J = Pendiente del Cauce Principal en m/m.

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2.4.3 Formula de Guiandotti

tc = (4A0.5 + 1.5L)/(25.3(JL)0.5)

Donde:


A = Área de la Cuenca en km2.

L = Longitud del Cauce en a Km.

J = Pendiente del Cauce Principal.

2.4.4 Formula de Ventura – Heras

tc = αA0.5/J, 0.04 < α < 0.13

Donde:




2.4.5 Fórmula de Passini.

tc = β (AL)1/3/J0.5, 0.04 < β < 0.13

Donde:





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2.4.6 Fórmula de Témez.

tc = 0.3(L/J1/4)0.76

Donde:




2.4.7 Fórmula de California Culvert Practice.

tc = 60(11.9L3/H)0.76

Donde:

tc = Tiempo de Concentración en minutos.

L = Longitud del Cauce en millas.

H = Diferencia de Niveles.

Cuadro Nº 03

Tiempos de Concentración

Cuenca

Tiempo de concentración (minutos)

Kirpich

(min)

U.S.B.R.

(min)

Guiandotti

(min)

Ventura -

Heras

(min)

Passini

(min)

Temez

(min)

California

Culvert

Practice

(min)

HUALLAGA 590.88 588.61 645.02 6,845.08 1,201.03 1,227.09 40,124.36

Para el siguiente estudio seleccionamos el tiempo de

concentración de Kirpich, por ser el más consistente y confiable.

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2.5 Simulación de Caudales Máximos con Aplicación del Modelo

Hidrológico HEC HMS 3.5, en la cuenca Huangush

Como no se cuenta con datos de caudales, la descarga máxima para el

Periodo de retorno de 50 años, ha sido estimada mediante Simulación de

Caudales Máximos con Aplicación del Modelo Hidrológico HEC HMS 3.5.

El HEC HMS es un programa complejo que calcula el hidrograma

producido por una cuenca si le facilitamos datos físicos de esta, en este

caso ingresaremos datos de las Tormentas de Diseño para Diferentes

Periodos de Duración y Periodos de Retorno, en Función de la

Precipitación Máxima Diaria y las características principales de cuenca de

acuerdo a como se muestran en el Cuadro Nº 03 y 04 respectivamente.

2.5.1 Componentes del Proyecto

a. Modelo de la Cuenca

En el Cuadro N° 04 se muestran las características de la

subcuenca del rio Huallaga en La Esperanza.

Cuadro Nº 04

Características Principales de la Cuenca del Rio Huallaga en La

Esperanza

Cuadro Nº 05

Área de la Cuenca del Rio Huallaga

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b. Modelo Meteorológico

En el presente estudio para separar la precipitación neta (Loss

Method), usaremos el Modelo del Número de Curva del SCS

(SCS Curve Number) y para transformar la precipitación neta a

escorrentía directa (Transform Method), usaremos el Modelo del

Hidrograma Unitario Sintético del SCS (SCS Unit Hydrograph). En

los Cuadros Nºs 06 y 07 se muestran los parámetros de ingreso

del modelo y en los Cuadros Nºs 08, 09, 10, 11 y 12 se muestran

las tormentas de diseño, para los Periodos de Retorno de 5, 10,

20, 50 y 100 Años respectivamente.

Cuadro Nº 06

Umbral de Escorrentía y Número de Curva

Cuadro Nº 07

Periodo de Retardo

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Cuadro Nº 08

Tormenta de Diseño para un Periodo de Retorno de 5 años

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Cuadro Nº 09


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Cuadro Nº 10


14

Cuadro Nº 11


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Cuadro Nº 12


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2.6 Resultados de la Simulación Hidrológica de las Tormentas de Diseño

para los Periodos de Retorno de 5, 10, 20, 50 y 100 años, con

Aplicación del Modelo Hidrológico HEC HMS 3.5

Los resultados de los caudales de máxima avenida para los Periodos de

retorno de 5, 10, 20, 50 y 100 años, se presentan en los Cuadros Nºs 13, 14,

15, 16 y 17.

Cuadro Nº 13

Caudal Máximo de Entrada para un Periodo de Retorno de 5 años

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Cuadro Nº 14


Cuadro Nº 15


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Cuadro Nº 16


Cuadro Nº 17


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La simulación de la tormenta de diseño así como los hidrogramas de

avenida del rio Huallaga en Ambo, para los Períodos de Retorno de 5, 10,

20, 50 y 100 Años, se muestran en los Cuadros Nºs 18, 19, 20, 21 y 22

asimismo en los Gráficos Nºs 01, 02, 03, 04 y 05 respectivamente.

Cuadro Nº 18

Simulación de la Tormenta para un Periodo de Retorno de 5 años

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Gráfico Nº 01

Hidrograma de Avenida para un Periodo de Retorno de 5 años

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Cuadro Nº 19


22

Gráfico Nº 02

Hidrograma de Avenida para un Periodo de Retorno de 10 años

23

Cuadro Nº 20


24

Gráfico Nº 03

Hidrograma de Entrada para un Periodo de Retorno de 20 años

25

Cuadro Nº 21


26

Gráfico Nº 04


27

Cuadro Nº 22


28

Gráfico Nº 05


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3. CONCLUSIONES

Los Caudales Máximos Instantáneos del Rio Huallaga, para diferentes

Periodos de Retorno son los siguientes:

Periodo de

Retorno

(Años)

Caudal Máximo

Instantáneo

(m3/s)

5 549.60

10 735.70

20 938.90

50 1228.80

100 1462.20

4. RECOMENDACIONES

Diseñar el dique proyectado para el tránsito de avenida con un caudal pico de

1228.80 m3/s, descarga correspondiente a un Periodo de Retorno de 50

Años.

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