CAPITULO II

ESTUDIO HIDROLOGICO

2.1 INTRODUCCION

El estudio hidrológico esta orientado a la determinación de los caudales de

avenidas del río San Ignacio correspondiente al área de la cuenca del mismo.

El río San Ignacio es un afluente del río Shambillo y este al río Pintoyacu

para luego desembocar en el río Aguaytia.

La singularidad de las cuencas de los ríos amazónicos en lo referente al

relieve y los suelos sobre el cual se desarrollan, aunados a las condiciones

ecológicas y meteorológicas que presentan, son aspectos de trascendental

importancia que inciden en una adecuada evaluación de los recursos en este

sentido, la determinación probabilística de los eventos extraordinarios, como

en el caso de las avenidas, requieren de una confiable y suficiente

información para el análisis.

La selva peruana paradójicamente es la región del país que adolece de la

mayor carencia de información, expresada en una escasa e imprecisa

cartografía a consecuencia de la abundante vegetación que presenta así

como la casi inexistente información hidrológica debido a la baja densidad de

observatorios hidrometeorológicos en tan vasta superficie hidrográfica; estos

aspectos se traducen como una limitación para el análisis estadístico de los

eventos históricos. Dentro de esta coyuntura, la metodología adoptada en el

estudio se sustenta principalmente en criterios de regionalización con

transferencia de información de áreas afines a la del estudio.

2.2 MICROCUENCA DEL RIO SHAMBILLO

2.2.1 UBICACIÓN

La Microcuenca del río San Ignacio hasta la sección del eje del puente

proyectado, se encuentra comprendido, dentro de la jurisdicción del

Departamento de Ucayali.

En las coordenadas UTM 433947.59 E y 9005577.90 N.

La altitud aproximada de la zona en estudio es de 346.50 m.s.n.m.

2.2.2 DESCRIPCION DE LA MICROCUENCA

El río San Ignacio es una microcuenca perteneciente al río Shambillo cuenca

del río Aguaytía, importante integrante del sistema hidrográfico del

Amazonas.

El curso principal del río San Ignacio se origina de un ramal de la cordillera

oriental y recorre toda la microcuenca de sur oeste a nor este, no presenta

ramificaciones dentro de la microcuenca.

2.3.0 PARAMETROS FISIOGRAFICOS

La compleja función hidrológica de una cuenca depende de sus

características físicas y climáticas que ejercen efectos determinantes en su

comportamiento, dichas características influirán en el reparto de la escorrentía

superficial a lo largo de los cursos de agua, siendo la responsable del

comportamiento y magnitud de las avenidas que se presentan en la cuenca.

Los principales parámetros hidrofisiográficos de la cuenca del río San Ignacio

son:

2.3.1 AREA DE LA CUENCA ( A )

Cuenca Área ( Km2 )

Río San Ignacio 22.00

2.3.2 PERIMETRO DE LA CUENCA ( P )

Cuenca Perímetro ( Km )

Río San Ignacio 23.00

2.3.3 ANCHO MEDIO DE LA CUENCA ( W )

W = A / L

Donde :

W : Ancho medio de la cuenca, en Km.

A : Área de la cuenca, en Km2

L : Longitud del curso más largo, en Km.

Reemplazando: W = 2.61 Km

2.3.4 COEFICIENTE DE COMPACIDAD ( Kc )

El coeficiente de compacidad nos indica la relación que existe entre el

perímetro de la cuenca y el de un círculo de área similar al de la cuenca del

estudio.

Kc = P / (2 A)

Donde :

A : Área de la cuenca, en Km2

P : Perímetro de la cuenca, en Km

Reemplazando: Kc=1.38

Este resultado nos indica que la cuenca presenta una forma alargada, por lo

tanto será gradual su respuesta hidrológica a las fuertes precipitaciones.

2.3.5 FACTOR DE FORMA (Ff )

El comportamiento de la tendencia mayor o menor de las avenidas

extraordinarias de la cuenca es representado por la relación entre el ancho

medio de la cuenca y la longitud del curso de agua más largo.

Ff = A / L2

Reemplazando: Ff = 0.31

Este valor nos indica que el río San Ignacio tendrá un incremento gradual de

las aguas al producirse fuertes precipitaciones.

2.3.6 DENSIDAD DE DRENAJE (Dd)

Es la relación entre la longitud total de los cursos de agua perennes e

intermitentes de una cuenca (curso principal y tributario) y el área de la

misma.

Este parámetro nos indica la capacidad que tiene la cuenca para drenar las

aguas de escorrentía. Su relación es:

Dd = Li / A

Donde:

Dd : Densidad de drenaje

A : Área de la cuenca, en Km2

Li : Longitudes de los cursos de agua, en Km.

Reemplazando: Dd = 0.27

2.3.7 PENDIENTE DEL CURSO PRINCIPAL (S)

Es un factor que influye en la velocidad del escurrimiento superficial.

La pendiente del curso principal se determina considerando el desnivel entre

el punto más alto del río y el más bajo (punto del puente) entre la longitud de

dicho tramo.

Luego tenemos:

S=0.005

2.3.8 ALTITUD MEDIA DE LA CUENCA ( Zc )

La altitud media de la cuenca se realizó con la curva hipsométrica y es aquella

para la cual el 50% del área de la cuenca está situada por encima de esta

altitud y el 50% está situado debajo de ella.

Reemplazando:

Zc=367.50 m.s.n.m.

2.4.0 HIDROMETEOROLOGIA

Dada la escasez de estaciones en la cuenca en estudio, se emplearon

métodos indirectos para determinar precipitación máxima diaria y tomándose

información de la más cercana que es la estación de Aguaytía operada por el

Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI), que presenta

registros de precipitaciones máximas de 24 horas para el periodo 1993-2002.

Bajo el criterio de similitud de cuencas, respaldado en aspectos ecológicos

hidrometeorológicos y parámetros geomorfológicos, se utiliza la información

meteorológica procedente de las estación de Aguaytía para la evaluación

hidrológica :

El cuadro 2.1 describe sus principales características :

CUADRO N ° 2.1: ESTACION METEOROLOGICA

Estación Tipo Lat. sur Long.

Oeste

Altitud

(m.s.n.m)

Cuenca

Aguaytía CO 09° 02’ 75° 30’ 338 m Aguaytía

2.4.1 TEMPERATURA

Esta región presenta una temperatura máxima de 34° C y una mínima de

19.20° C.

La temperatura media anual en la zona varía con la altitud, así pues presenta

una temperatura media anual de 25.50° C.

2.4.2 ANALISIS DE LA INFORMACION HIDROMETEOROLOGICA

La información meteorológica analizada nos permite determinar que el

régimen de precipitaciones presentan sus mayores magnitudes entre los

meses de Noviembre a Marzo con niveles de registros cercanos a los 250 mm

, es decir que el periodo de las avenidas comprenden un amplio espacio de

cerca de 5 meses dentro del año.

2.4.3 PRECIPITACIONES MAXIMAS

Para la información de los datos de precipitación se utilizó de la estación de

Aguaytía, tomando como base la serie histórica de precipitaciones máximas,

esta estación es del tipo climatológico que presentan registros pluviométricos.

En el cuadro N° 2.2 se muestran las precipitaciones máximas en la estación

Aguaytía de 1993-2002.

CUADRO N° 2.2SERIE HISTORICA DE PRECIPITACIONES MAXIMAS EN 24 HORAS

ESTACION AGUAYTIA

Año Precipitaciones MáximasEn 24 Horas ( mm )

1993199419951996199719981999200020012002

138.9226.1163.0152.0143.5177.1120.295.9

131.0 102.9

Aplicando la distribución de la ley de Gumbel se realizó los análisis de frecuencias para

diferentes periodos de retorno como se muestra en el cuadro N°2.3, las fórmulas para la

estimación de las precipitaciones máximas son:

X = x - K x

Donde:

X : Precipitación con una probabilidad dada.x : Media de la serie histórica.x : Desviación estándar de la serie

K : Factor de frecuencias definido para cada tiempo de retorno cuya fórmula es:.

K = 0.45+0.7797*Ln [ Ln T – Ln (T-1) ].T : Tiempo de retorno

x = 212.14 mm

x = 36.16

CUADRO N ° 2.3PRECIPITACIONES MAXIMAS EN 24 HORAS PARA DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO

Tiempo de Retorno T(Años)

Precipitación MáximaEn 24 Horas (mm )

5102050

100

171.08192.23212.14238.71258.48

2.50 ESTIMACION DEL CAUDAL DE DISEÑO

2.5.1 METODO DEL HIDROGRAMA SINTETICO ( SCS )

Para determinar la avenida de diseño se ha utilizado el método del

Hidrograma Unitario Sintético formulado por la Sociedad de Ciencias del

Suelo de los Estados Unidos de Norte América (SCS); ha sido cuantificado

con los valores de precipitaciones máximas diarias correspondientes a los

periodos de retorno ya descritos.

La ecuación correspondiente a este método es la siguiente:

Q max = 0.28* A* Pe

Tp

Donde :

Q max : Caudal de diseño en m3/s A : Área de la cuenca de drenaje en Km2 (15.00 Km2 ).

Tc : Tiempo de concentración en horas.

Tomando en consideración las características fisiográficas de la cuenca se

aplica las siguientes fórmulas según los siguientes criterios:

Según Kirpich:

Tc = 0.06628 *L 0.77 * S 0..385

Donde :

L : Longitud interesada del curso principal, en Km ( 8.4 Km )

S : Pendiente media del curso principal ( 0.005 ).

Reemplazando:

Tc = 0.04 hras.

Según José R. Témez:

Tc = 0.3[ L /S 0.25 ] 0.76

Reemplazando:

Tc = 4.14 hras.

Según Hathaway:

Tc = 0.606[ L n ] 0.467 S -0.243

n : Factor de rugosidad (0.80)

Reemplazando:

Tc = 5.34 hras.

Para el diseño se considera el valor de 5.34 horas.

D : Duración de la precipitación en horas.

D = Tc/(1+Tc) 0.2

Reemplazando:

D = 3.69 hras.

Tp : Tiempo al pico en horas.

Tp = 0.6 Tc +0.5 D

Reemplazando:

Tp = 5.05 hras.

Pe : Precipitación efectiva en mm.

Pe = (P- 0.2 S ) 2 / (P+0.8 S)

S= (1000-10N) /N

Reemplazando:

S = 6.67 pulgs.

P : Precipitación con una probabilidad dada.

N : Número de curva (60)

Los resultados se muestran en el cuadro N°2.4.

CUADRO N ° 2.4

CAUDALES MAXIMOS PARA DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO

Tiempo de Retorno T

(Años)

Caudal Máximo

( m3 /seg )

5

10

20

57.93

65.06

71.87

De los cálculos realizados tomamos el caudal de diseño para un tiempo

correspondiente a 20 años. Por lo tanto:

Q diseño = 72.00 m 3/ s ( tr = 20 años )

2.5.2 METODO SIMPLIFICADO DE LAS HUELLAS MÁXIMAS

Mediante el método simplificado de las huellas máximas se ha efectuado la

estimación del caudal con la siguiente fórmula:

Q=A*V

Donde:

Q = Caudal máximo de avenida ( m3 /seg )

A = Área hidráulica de la sección ( m2 )

V = Velocidad del flujo ( m/seg )

Observando las huellas dejadas por los máximos escurrimientos en la zona

de estudio se ha recopilado la siguiente información:

A = 52.53 m2

P = 47.29 m.

S = 0.005

n = 0.040

R = 1.11 m.

Se calcula la velocidad con la siguiente fórmula:

V= R2/3 S 1/2 / n

Reemplazando:

V = 1.90 m/s

Q = 99.60 m3 /seg

Para el diseño consideramos :

Q diseño = 100 m 3/ s ( tr = 20 años )