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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:
tc = Tiempo de Concentración en horas.
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:
tc = Tiempo de Concentración en horas.
A = Área de la Cuenca en km2.
J = Pendiente del Cauce Principal.
2.4.5 Fórmula de Passini.
tc = β (AL)1/3/J0.5, 0.04 < β < 0.13
Donde:
tc = Tiempo de Concentración en horas.
A = Área de la Cuenca en km2.
L = Longitud del Cauce en Km.
J = Pendiente del Cauce Principal.
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2.4.6 Fórmula de Témez.
tc = 0.3(L/J1/4)0.76
Donde:
tc = Tiempo de Concentración en horas.
L = Longitud del Cauce en Km.
J = Pendiente del Cauce Principal.
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
Tormenta de Diseño para un Periodo de Retorno de 10 años
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Cuadro Nº 10
Tormenta de Diseño para un Periodo de Retorno de 20 años
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Cuadro Nº 11
Tormenta de Diseño para un Periodo de Retorno de 50 años
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Cuadro Nº 12
Tormenta de Diseño para un Periodo de Retorno de 100 años
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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
Caudal Máximo de Entrada para un Periodo de Retorno de 10 años
Cuadro Nº 15
Caudal Máximo de Entrada para un Periodo de Retorno de 20 años
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Cuadro Nº 16
Caudal Máximo de Entrada para un Periodo de Retorno de 50 años
Cuadro Nº 17
Caudal Máximo de Entrada para un Periodo de Retorno de 100 años
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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
21
Cuadro Nº 19
Simulación de la Tormenta para un Periodo de Retorno de 10 años
22
Gráfico Nº 02
Hidrograma de Avenida para un Periodo de Retorno de 10 años
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Cuadro Nº 20
Simulación de la Tormenta para un Periodo de Retorno de 20 años
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Gráfico Nº 03
Hidrograma de Entrada para un Periodo de Retorno de 20 años
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Cuadro Nº 21
Simulación de la Tormenta para un Periodo de Retorno de 50 años
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Gráfico Nº 04
Hidrograma de Entrada para un Periodo de Retorno de 50 años
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Cuadro Nº 22
Simulación de la Tormenta para un Periodo de Retorno de 100 años
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Gráfico Nº 05
Hidrograma de Entrada para un Periodo de Retorno de 100 años
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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.