Resultados de simulacion río nepeña

INFORME TECNICO
Guía Metodológica para Proyectos de Protección y/o Control de Inundaciones
en Áreas Agrícolas o Urbanas.
DELIMITACIÓN DE ZONAS DE INUNDACIÓN
Río Nepeña
Sector Cerro Blanco - Nepeña
JUNIO 2015
Río Nepeña
Cerro

DELIMITACION DE LAS ZONAS INUNDABLES PARA EL PROYECTO “MEJORAMIENTO DE DEFENSA RIBEREÑA CON
ENROCADA EN EL RIO NEPEÑA, SECTOR CERRO BLANCO, DISTRITO DE NEPEÑA, SANTA, ANCASH”
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INDICE
I. RIESGO DE INUNDACIÓN...........................................................................................................3
1.1.- REGIMEN HIDRAULICO.........................................................................................................3
1.1.1.- RÉGIMEN PERMANENTE UNIDIMENSIONAL.............................................................3
2.0 SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIÒN ...........................................................5
2.1. MODELO MATEMATICO DE SIMULACIÓN EMPLEADO .................................................5
2.2. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD............................................................................................5
2.3. CONDICIONES DE BORDE .....................................................................................................5
2.4. CAUDALES .................................................................................................................................5
3. RESULTADOS.................................................................................................................................6
3.1. SIMULACIÓN UNIDIMENSIONAL ...............................................................................................6
3.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIÓN..................................................................7
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..............................................................................7
4.1. CONCLUSIONES. ......................................................................................................................7
4.2. RECOMENDACIONES ..............................................................................................................9
5. ANEXOS............................................................................................................................................9

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I. RIESGO DE INUNDACIÓN
La inundación es uno de los desastres más grandes de mayor impacto económico
y humano. El riesgo de inundación, se puede interpretar como el producto de la
amenaza por la vulnerabilidad. La amenaza está relacionada a la solicitación
hidráulica, es decir está determinada por la escala del diseño hidrológico de las
estructuras para el control de agua. De este modo la probabilidad que un evento
ocurra al menos una vez en “n” años sucesivos, considerando un tiempo de
retorno (Tr), es conocido como riesgo o falla R y se representa por:
n
rT
R )
1
1(1  (Ecuación 1.1)
El presente informe se basa en las recomendaciones expuestas en la Guía
Metodológica, en la cual se define tiempos de retorno de 10, 25 y 50 años para
obras de defensa de zonas agrícolas y poblacionales.
1.1.- REGIMEN HIDRAULICO
1.1.1.- Régimen permanente unidimensional
Se puede simplificar el flujo del agua en un cauce natural como
unidimensional, es decir, la profundidad y velocidad sólo varían en la
dirección longitudinal del canal, cuyo eje se supone aproximadamente
una línea recta, la velocidad es constante en cualquier punto de una
sección transversal.
Si mantenemos la hipótesis metodológica de un flujo permanente, es
decir que el caudal no varía con el tiempo, pero con una variación
paulatina de la velocidad en el espacio, y por tanto del tirante, al no
modificarse el caudal, el régimen recibe el nombre de gradualmente
variado, y en él se produce una distribución hidrostática de las
presiones. Los perfiles pueden analizarse considerando régimen
supercrítico y subcrítico. Para la estimación de velocidades y calados se
suele aplicar el denominado método de paso estándar (Standard Step
Method), que resuelve la ecuación dinámica del flujo gradualmente

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variado igualando la energía en dos secciones consecutivas mediante un
procedimiento cíclico de aproximaciones sucesivas. Para ellos se
empleó el modelo computacional HEC-RAS (River Analysis System;
USACE),
El modelo HEC-RAS realiza los cálculos de niveles de agua utilizando
la ecuación de la energía (Ecuación 3.2):
H
g
VP
Z
g
VP
Z 
22
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1 



(Ecuación 1.2)
Figura 1.1. Representación del balance de energía.
Donde:
Zn + Pn / (m)
Nivel de la superficie libre de agua en los extremos
del tramo.
Vn (m)
Velocidad media en la sección mojada en los extremos
del tramo.
1, 2,
Coeficiente de la no-uniformidad de distribución de
las velocidades en la sección mojada.
g = 9.81 m3
/s Aceleración por gravedad
 H (m)
Total de pérdidas de energía en el tramo del curso de
agua considerado en el cálculo, de una longitud L.

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2.0 SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIÒN
2.1.MODELO MATEMATICO DE SIMULACIÓN EMPLEADO
Para la aplicación del modelo matemático se ha empleado el Sistema de Análisis
de Ríos del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos HEC –
RAS versión 4.1.0 y su aplicación en entorno GIS denominado HEC – GeoRAS
4.1.0
Este software realiza cálculos hidráulicos de cursos naturales o artificiales en
una dirección (unidimensional) y cuenta además con los procedimientos de
cálculo para simular los efectos hidráulicos debido a estructuras hidráulicas.
Puede manejar una red completa de canales, una localización singular en un río
y es capaz de modelar perfiles en régimen subcrítico, supercrítico o mixto.
2.2. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD
La metodología empleada para la elección del n de Manning y definición del
cauce principal consistió en la asignación de valores mediante tablas para cauce
de ríos con acarreo irregular.
Se consideró un n = 0.030, para ambas márgenes y 0.35 en el centro.
Cabe mencionar que en cursos naturales, los valores de “n” no son constantes
debido a la complejidad del cauce. Sin embargo, generalmente se evalúa la
formula de Manning bajo condiciones de n = constante para tramos cortos.
2.3. CONDICIONES DE BORDE
El tramo en análisis se analiza bajo régimen permanente y mixto
(subcritico y supercrítico). Como condiciones de contorno se ha utilizado el
criterio de tirante normal con una pendiente de 0.015
2.4. CAUDALES
El presente estudio considera el análisis del flujo en régimen permanente es
decir, el caudal no varía con el tiempo. Los efectos de laminación de avenidas no

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es representativo en el modelo debido al tramo de longitud menor considerado
(2.2 km aproximadamente). Se considera el caudal pico en cada avenida
3. RESULTADOS
3.1. SIMULACIÓN UNIDIMENSIONAL
Los resultados de las simulaciones realizadas, consistente en la descripción de
valores máximos obtenidos para el tirante y velocidad de diseño, corresponde a
la avenida de 50 años de tiempo de retorno (Q = 244 m3
/s). Esto se puede
apreciar en los planos 02 y 03.
Las secciones del río, se han obtenido por medio de la importación del
archivo de salida del Hec-GeoRas con estaciones de control hacia aguas arriba
para cada tramo:
Tramo 0+000.00 hasta 1+000.00
- Es necesario distinguir el dique enrocado en el tramo final del sector en
análisis. Este dique se considera con sus dimensiones originales, los cuales
ante la avenida extraordinaria presentará rebose, afectando los terrenos
próximos.
Fig. 3.1. GEOMETRÌA HEC – RAS Y MODELO DE ELEVACION
DIGITAL DEL TERRENO (msnm)
41 secciones transversales

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3.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIÓN
Las zonas inundables por la circulación del caudal correspondiente a las
crecidas de periodo de retorno de 10, 25 y 50 años se muestran en anexo.
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. CONCLUSIONES.
Con respecto a la hidrología:
- De acuerdo a la recopilación de información hidrológica, para el diseño
de las estructuras de protección de zona agrícola y poblacional tal como
el sector Cerro Blanco, un evento máximo quedaría definido con una
avenida de 50 años de tiempo de retorno. Otras avenidas de 10 y 25 años
analizadas, representan información importante para la determinación de
las obras menores y toma de decisión del proyecto.
- La simulación corresponde a un evento máximo, donde la cabecera de
cuenca logre activarse, generando los caudales pico descritos
anteriormente
Con respecto al análisis hidráulico:
- De acuerdo a las velocidades generadas en los cálculos. Para un caudal
de tiempo de retorno de 50 años se tienen valores que llegan a alcanzar
los 3.21 m/s, en algunos sectores, debido a que se trata de un río
entrelazado y al término del sector en análisis. Los tirantes llegan a 0.94
m.
- El parámetro de la velocidad deberá servir para determinar la protección
de la capa superficial por medio de recubrimientos con materiales
resistentes a dichas velocidades y de control de erosión.
- De acuerdo al número de Froude para una avenida de 50 años de tiempo
de retorno en el tramo, éste alcanza valores cercanos a 1.8. Esto nos
indica que los cauces presentan una superficie de agua con medianas
ondulaciones, es decir un flujo supercrítico.

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- La hidráulica computacional actualmente representa una herramienta
versátil en la predicción del comportamiento del río. A la fecha, aun no
se puede afirmar que un modelo computacional incluye todas las
características de un río, podemos citar el transporte de sedimento con
fenómenos de laminación de avenidas y comportamiento tridimensional
que estan a nivel de investigación y por lo tanto no se incluyen en
modelos como el HEC-RAS. Sin embargo es la mejor aproximación para
proyectos de defensa ribereña.
Con respecto a la topografía y cartografía:
- La topografía recopilada y accesible en el sector, corresponde al rio y
algunas áreas de riberas del río, estas últimas, definidas mediante tramos
de trocha carrozable de acceso al río, no obstante por ser limitación al
momento de representar el alcance y extensión de una inundación, la
información se complementó con el levantamiento topográfico
correspondiente.
- Se tuvo como referencia algunas vistas satelitales y se comparo el
catastro SIG en dicha zona. Definiendo una sola margen (derecha),
debido a la presencia del cerro aledaño.
Con respecto a los resultados:
- Con los tirantes obtenidos, la información topográfica y su complemento,
se ha logrado realizar una aproximación del área inundable. Así, se
tendría para un evento de avenida de 50 años de tiempo de retorno (Q =
244 m3
/s) un total de 55.92 Has inundadas. Este valor indica la
inundación directa, que podría ocurrir, por no contar con una protección
en dicha zona.
- Para los eventos de 25 y 10 años se obtienen valores menores de área
inundable: 31.26 Has y 25.84 Has respectivamente.

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4.2. RECOMENDACIONES
 Se tuvo limitaciones en cuanto a la información topográfica, el cual consistió en
curvas a nivel de 1m en el canal central y algunas áreas de las riberas de río.
Seria ideal la obtención de dichas curvas a lo ancho del valle en el sector
analizado o su equivalente a un ancho considerable y así representar el
fenómeno de inundación en su totalidad. Esto queda a criterio de los
formuladores del proyecto, un levantamiento topográfico al detalle es más
complejo e inaccesible si se abarcan predios que no fueron previamente
informados acerca del proyecto.
 Establecer los planes y programas de gestión de eventos extremos a nivel de
Cuenca Hidrográfica, esto incluye la participación conjunta de usuarios de la
parte alta, media y baja. Tal como se presenta el escenario actual, el problema de
sedimentación en el cauce puede disminuir drásticamente a mediano plazo si se
realiza un plan de manejo del recurso forestal y pastizal en la cuenca alta. En la
cuenca media, la cual forma parte de este estudio, se requiere de planes de
ordenación territorial con criterios de sostenibilidad para el beneficio económico
del sector.
5. ANEXOS
- RESULTADOS DEL MODELO
- PLANOS

SECCIONES TRANSVERSALES
AGUAS ARRIBA HACIA AGUAS ABAJO
(WS PF3 = Nivel de agua para 244 m3
/s, WS PF2 = Nivel de agua para 173 m3
/s, WS PF1= Nivel de agua para 101 m3
/s)

DELIMITACION DE LAS ZONAS INUNDABLES PARA EL PROYECTO “MEJORAMIENTO DE DEFENSA RIBEREÑA CON ENROCADA EN EL RIO NEPEÑA, SECTOR CERRO BLANCO,
DISTRITO DE NEPEÑA, SANTA, ANCASH”
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