CONFERENCIA

PREVENCION DE HUAICOSPREVENCION DE HUAICOS

TEMATEMA

AVANCES EN LA PREDICCION DE HUAICOSAVANCES EN LA PREDICCION DE HUAICOSAVANCES EN LA PREDICCION DE HUAICOS AVANCES EN LA PREDICCION DE HUAICOS MEDIANTE MODELOS MUMERICOSMEDIANTE MODELOS MUMERICOS

Dr. Ing. Samuel Quisca A.Dr. Ing. Samuel Quisca A.

CONTENIDOCONTENIDOCO OCO O

Introducción

Proceso de ocurrencia, tránsito y deposición de huaicos

Avances y perspectivas en el modelamiento de huaicos

Conclusiones

1.0 INTRODUCCION

PRINCIPALES PELIGROS NATURALES EN EL PERUSegún BID-CEPAL-IDEA (2004)

Ocurrencia de inundaciones y yhuaycos en cuencas del país

durante FEN 1997-98

Se muestran las cuencas del país dondeocurrieron inundaciones y flujos deocurrieron inundaciones y flujos dehuaycos durante la presencia delfenómeno El Niño 1997-98. Aquí esnecesario precisar que la combinación delas inundaciones, flujoshi d h dhiperconcentrados o huaycos se producenen las cuencas media y alta de la costa,siendo más persistente su presencia enlas cuencas de la sierra, y en la selva alta.

Fuente: Quisca (2006)

Zonas propensas a eventosZonas propensas a eventos extremos:

• Inundaciones• Huaycos• Aluviones• Precipitaciones y lluvias (97/98)

Fuente: PREDES

PLAN DE GESTION DE RIESGO DE INUNDACIONES Y HUAYCOS

100%

PELIGRO VULNERABILIDAD

X =25%

50%

75%

Dañ

os

Tipo 1Tipo 2Tipo 3

0%0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

Intensidad

Tipo 3

Intensidad del peligro Funciones de daño de bienes expuestos

RIESGO

=

Daños potenciales x Valor económico

MAPAS DE PELIGROS, VULNERABILIDAD Y RIESGOCUENCA PUYANGO TUMBES A NIVEL DE DISTRITOS

El BID-IDEA (2005) propone una metodología para medir la vulnerabilidad y el riesgo utilizando í di l ti l i l fi d f ilit l i f ió l t líndices relativos a escala nacional, a fin de facilitar el acceso a información relevante para la

toma de decisiones que permita identificar y proponer acciones efectivas de gestión de riesgo, considerando aspectos macroeconómicos, sociales, institucionales y técnicos.

CUENCA CHIRA - PIURA A NIVEL DE DISTRITOSCUENCA CHIRA - PIURA A NIVEL DE DISTRITOS

2.0 Proceso de ocurrencia, tránsito y deposición de huaicos

VERTIENTES Divisoria(Parte aguas)( g )

VALLE

Red de Cauces

Río receptor

CUENCA

Eventos de flujos hiperconcentrados y flujos de huaycosEventos de flujos hiperconcentrados y flujos de huaycos

CLASIFICACION DE LOS FLUJOS DE ESCOMBROS (CONT.)CLASIFICACION DE LOS FLUJOS DE ESCOMBROS (CONT.)

Suaréz, J. (2001)Suaréz, J. (2001) muestra una clasificación en función del perfil muestra una clasificación en función del perfil característico de cada tipo de flujo. Los flujos de detritos ocurren característico de cada tipo de flujo. Los flujos de detritos ocurren generalmente en canales de gran pendiente y tiene una longitud degeneralmente en canales de gran pendiente y tiene una longitud degeneralmente en canales de gran pendiente y tiene una longitud de generalmente en canales de gran pendiente y tiene una longitud de recorrido menor que los flujos hiperconcentrados y los flujos de lodo.recorrido menor que los flujos hiperconcentrados y los flujos de lodo.

Flujos de detritos Flujos hiperconcentrados Flujos de lodos

spec

too

Shiramizudani(China)

Torrent Río San Julian

(Venezuela)

am2

ltura

con

res

pie

del f

lujo Xikon

(China) Gamagara T

(Japón) 1997

Las camelias

(Colombia)Río Naiguata

(Venezuela)

Paez 2 (Colombia)4 km2

23.5 km2

23.6

km2

33.4 km2 562 km2

Al

al

Distancia con respecto al pie del flujoKamikamihori (Japón)Takahashi-1991

Experimentos de flujos de huaycos a escala real – The ChemolgamDebris Flow Testing Ground, Ex-URSS (1972–1991) Se realizaron 7 experimentos en la parte alta del río Chemolgan, localizado a 60 kmy al Oeste de Alma-Ata, capital de la República de Kazakhstan.Características del mayor flujo de huayco generado: Qmax=430 m3/s, V=11 m/s,Densidad mezcla bifásica = 2400 kg/m3, Rocas transportadas 3 m – 4 m

Características del 7mo. Experimento (Symposium Soviético-Chino-Japonés,p ( y p p ,12 Setiembre 1991):Volumen: 40,000 m3Qmax (agua) : 25 m3/sQmax (huayco) : 200 -300 m3/sQmax (huayco) : 200 300 m3/sDensidad huayco: 2000 – 2200 kg/m3

3.0 AVANCES Y PERSPECTIVAS EN EL MODELAMIENTO NUMERICO DE HUAICOS

MODELOS REOLOGICOS• Los primeros modelo matemáticos para la caracterización de los flujos

NUMERICO DE HUAICOS

p p jde escombros partieron de la base de la resistencia de los materiales, de acuerdo a la ecuación de Coulomb (Johnson y Rodine, 1984).

• Posteriormente se involucraron modelos hidráulicos como los dePosteriormente se involucraron modelos hidráulicos como los de Bingham y Bagnold, los cuales fueron adaptados al comportamiento de fluidos producto de la mezcla sedimento fino y agua.

• Existen 2 enfoques básicos para modelar el comportamiento de los• Existen 2 enfoques básicos para modelar el comportamiento de los flujos huaycos:– Considerar la masa entera (fluido y sólido) como un “fluido

continuo” con propiedades particulares. El modelamiento con este p p penfoque se aproxima muy bien a los flujos de lodos con material fino.

– Se considera el fluido como una mezcla de agua con sedimentos muy finos (arcilla, limos, etc.), y el material grueso por separado. El

t i l t i l di t ib ió d l t ñmaterial grueso se caracteriza por la distribución del tamaño y sus respectivas concentraciones de las partículas sólidas.

Bagnold (1954) de experimentos conpartículas cizallándose en un cilindrogiratorio encontró que el esfuerzo de corte algrano, T (definido como el esfuerzo al cortedebido a la transferencia de momentumdebido a la transferencia de momentumdentro del fluido intergranular o intersticial) yel efuerzo normal al grano, P (definido comoel esfuerzo normal ejercido por el fluidointergranular) en la región de grano inercial(grain-nertial) puede ser expresado como:

( ) dsi sendzdudaT φλρ

22 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

( ) dsi ddudaP φλρ cos

22 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

dz ⎠⎝

Donde ai es una constante numérica, ρs es ladensidad del grano, λ es la concentraciónlineal (λ=[(Cm/C)^1/3-1]^-1), d es el diámetrolineal (λ [(Cm/C) 1/3 1] 1), d es el diámetrodel grano y Φd es el ángulo “dinámico” defricción interna. Cm es la concentraciónmáxima aproximadamente igual a 0.615.

Modelo viscoso de Coulomb

φστ tannc +=

donde c es la cohesiónσn es el esfuerzo normalΦ es el ángulo de fricción interna

Johnson (1970) propuso que la resistencia dinámica total es unacombinación de resistencia de cedencia, friccionales yresistencias viscosas llamado este el modelo viscoso de Coulombresistencias viscosas llamado este el modelo viscoso de Coulomb

yuc n δδµφστ ++= tanyδ

donde, µ es la viscosidad y δu/δy es la tasa de deformación.Este es uno de los modelos más antiguos sobre flujos de escombrosEste es uno de los modelos más antiguos sobre flujos de escombros.

Modelo de Bingham y Pseudoplástico

Este modelo es muy bien relacionado con el flujo de lodo debido a la presencia de granulometría fina El esfuerzo de cedencia τ y la

uδ

presencia de granulometría fina. El esfuerzo de cedencia τy y la viscosidad µ son los dos parámetros

yu

y δδµττ +=

Este modelo ha sido frecuentemente usado en el pasado en flujos de lodo y flujos hiperconcentrados (O´Brien y Julien, 1985; Fei, 1983). Yano &Daido (1965) usaron el modelo de fluido de Bingham para describir el flujo de lodo Este modelo es probablemente el másdescribir el flujo de lodo. Este modelo es probablemente el más popular en China y en Japón (Chen, 1987). Johnson (1970) uso este modelo para describir el flujo de escombros permanentes en un canal circular.

Modelo cuadrático de O’Brien y JulienModelo cuadrático de O’Brien y Julien

Presentado por O´Brien y Julien (1985):

2

1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

yuC

yu

y δδ

δδµττ

⎠⎝ yy

dondeτ es el esfuerzo de cedenciaτy es el esfuerzo de cedenciaµ es la viscosidad dinámicaC1 es el parámetro turbulento-dispersivo

Este modelo reológico es utilizado por el software FLO-2D.

Modelo de fluido Dilatante

Basado en experimentos de Bagnold (1954) donde el esfuerzo dispersivo normal se relaciona con el esfuerzo cortante del grano

dsig yuDfa φδδλλρτ sin)(

22

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

dispersivo normal se relaciona con el esfuerzo cortante del grano por:

yδ ⎠⎝

donde:a es una constante determinado de experimentos par el régimen deai es una constante determinado de experimentos par el régimen de

inercia del grano (ai = 0.042)ρs densidad de las partículasD diámetro de la partículaλ concentración lineal de las partículasf(λ) es una función de λ

MODELAMIENTO MATEMATICO DE LOS HUAICOS

ECUACIONES PARA ALGUNOS MODELOS NUMÉRICOS HIDRÁULICOSECUACIONES PARA ALGUNOS MODELOS NUMÉRICOS HIDRÁULICOS

Continuity Momentum

0∂+

∂ qAQ 0)/( 2 ⎞⎜⎛ +∂

+∂

+∂ ShgAAQQBásica 0=−

∂+

∂ Lqtx

0)(=

⎠⎜⎝

+∂

+∂

+∂ fS

xgA

xtBásica

0)(=−

∂+∂

+∂∂

Lo q

tAA

xQ 0)/( 2

=++⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++∂∂

+∂

∂+

∂∂ BWLSS

xhgA

xAQ

tQ

fefDWOPER⎠⎝

0)(=−

∂+∂

+∂∂

Loc q

tAAs

xQ 0)/()( 2

=+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +++∂∂

+∂

∂+

∂∂ LSSS

xhgA

xAQ

tQs

iefm βDAMBRK

)( +∂∂ AAsQ )/()( 2 ⎞⎛ ∂∂∂ hAQQs β0)(=−

∂+∂

+∂∂

Loc q

tAAs

xQ 0)/()(

=++⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +++∂∂

+∂

∂+

∂∂ BWLSSS

xhgA

xAQ

tQs

fiefm βFLDWAV

Dondesm : sinuosidadβ : factor de corrección del momentumSe : efecto de expansión/contracción Si : flujo lodo/escombros L : Flujo de entrada y de salida lateral

sc : sinuosidadAo : Area inactiva

L : Flujo de entrada y de salida lateralWfB : efecto del viento

CATEGORÍA CATEGORÍA DE DE

MODELOSMODELOSMODELOMODELO DESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓN FUENTEFUENTE

MODELOSMODELOS

TEORIA DE LAS

NWS-FLDWAV Modelo unidimensional de flujo no permanente. Puede analizar fluidos del tipo Bingham.

http://www.weather.gov/ohd/hrl/rvrmech/fld_avail.htm

DAN-W Es un software geotécnico usado para el análisis de tránsito dinámico en deslizamientos y avalanchas

http://www.clara-w.com/DANWRunoutAnalysi

TEORIA DE LAS AGUAS POCO PROFUNDAS (SHALLOW

WATER)

dinámico en deslizamientos y avalanchas. s.html

DBF-1DEs un nuevo modelo de flujo de escombros unidimensional que analiza 2 fases. Predice las velocidades del flujo, tirantes, distancia recorrida y presiones de impacto.

http://www.wsl.ch/hazards/dbf-1d/dbf-1d-de.ehtml

Es un modelo de tránsito dinámico de avenidas en 2

FLO-2D dimensiones, que simula flujo en canales, superficies no confinadas y flujo en calles. Su aplicación es para flujos de avenida, flujos hiperconcentrados y flujos de escombros.

http://www.flo-2d.com

ECUACIONES Monofásico En desarrolloDE NAVIER-

STOKES Multifásico En desarrollo

TEORIA DEAVAL-1D

Es un programa exclusivo para análisis dinámico de avalanchas unidimensional que predice las distancias recorridas velocidades del flujo y presiones de impacto

http://www.slf.ch/aval-1d/TEORIA DE

FLUJO MULTIFASICOS

recorridas, velocidades del flujo y presiones de impacto.

HUAYCO-1DHUAYCO-2D

En desarrollo

AUTOMATASAUTOMATAS CELULARES Por desarrollar Por investigar

MODELOS NUMERICOS EXISTENTESMODELOS NUMERICOS EXISTENTES

MODELO NUMÉRICO FLO-2D

MODELO NUMÉRICO FLO-2D

El FLOEl FLO--2D es un modelo de tránsito de avenidas bidimensional2D es un modelo de tránsito de avenidas bidimensionalJ. O'Brien es creador del software FLOJ. O'Brien es creador del software FLO--2D2D

MODELO NUMÉRICO FLO 2D

El modelo hidráulico FLOEl modelo hidráulico FLO--2D ha sido aprobado por FEMA para estudios de ríos 2D ha sido aprobado por FEMA para estudios de ríos y análisis de avenidas. y análisis de avenidas. Las ecuaciones que rigen el modelo son la Ecuación de Continuidad y las Las ecuaciones que rigen el modelo son la Ecuación de Continuidad y las Ecuaciones de Cantidad de MovimientoEcuaciones de Cantidad de Movimiento

donde: h es la profundidad del donde: h es la profundidad del flujo; Vflujo; Vx x y Vy Vyy son las son las componentes de la velocidadcomponentes de la velocidadppmedia, t es el tiempo, g la media, t es el tiempo, g la aceleraciaceleracióón de la gravedad, Sn de la gravedad, Sffes la pendiente dees la pendiente de friccifriccióón;n; SSoo la la pendiente del lecho e i es pendiente del lecho e i es i t id d d l i it ii t id d d l i it ióóintensidad de la precipitaciintensidad de la precipitacióón.n.

MODELO NUMÉRICO DBF-1DM Ch i t (2006)Marc Christen (2006)

MODELO NUMÉRICO RAMS-2DMODELO NUMÉRICO RAMS-2D

PROCEDIMIENTO PARA LA CONCEPCION Y DISEÑO DE MEDIDAS ESTRUCTURALES PARA EL CONTROL DE FLUJOS DE HUAYCOSESTRUCTURALES PARA EL CONTROL DE FLUJOS DE HUAYCOS

• CONOCIMIENTO DE LA HIDROLOGIA Y DEL PROCESO GEOMORFOLOGICO DE LA CUENCA ORIENTADO DE IDENTIFICAR LAS ZONAS ALIMENTADORAS DECUENCA, ORIENTADO DE IDENTIFICAR LAS ZONAS ALIMENTADORAS DE SEDIMENTOS Y SUS VOLUMENES POTENCIALES.

• CONOCIMIENTO DE LAS ACCIONES ANTROPICAS Y EL MEDIO AMBIENTE DE LA CUENCA

• EVALUACION DE CAMPO DE LOS HUAYCOS OCURRIDOS, DETERMINANDO LAS FUENTES DE MATERIALES SÓLIDOS

• COMPRENDER EL MECANISMO O MECANISMOS PREDOMINANTES DE FORMACION Y OCURRENCIA DEL HUAYCO EN LA CUENCA

• DEFINIR LA ZONA DE TRANSITO O DEL PROCESO DE DESARROLLO DEL FLUJO DE HUAYCO

• CONCEPTUALIZAR EL PROCESO DE FORMACION DEL CONO DE DEYECCION EXISTENTE.

Gracias ….