ING. CIP. IVAN ARTURO AYALA BIZARRO DOCENTE - CONSULTOR UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL I SIMPOSIUM DE TRABAJOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS INTERFACULTADES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA HIDROLOGÍA DETERMINÍSTICA PARA LA ESTIMACIÓN DE AVENIDAS MÁXIMAS EN LA CUENCA DEL RIO ICHU ING. CIP. IVAN ARTURO AYALA BIZARRO DOCENTE - CONSULTOR

INTRODUCCIÓN LOS MODELOS EN HIDROLOGÍA SE INICIAN EN 1956-1966 CON EL STANFORD WATERSHED MODEL. MODELO DETERMINÍSTICO : Relación causa-efecto (Input-Output) MODELO PROBABILÍSTICO: Relación de probabilidades. MODELO ESTOCÁSTICO: Nace en CSU (Colorado State University)

INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES : Desbordamiento del río Ichu febrero 2011-2012. El alto grado de saturamiento en la cuenca y las precipitaciones Máximas de 24 horas con intensidades regulares y altas provocan inundaciones a lo largo del río Ichu – parte Urbana. Se observó puentes peatonales y muros de contención con desbordamiento parcial y total en algunos tramos.

La cuenca del rio ichu La cuenca del río Ichu al punto de aforo en la comunidad de Pucarumi, tiene un área de 548.14 km^2, por lo que corresponde a una cuenca grande según su clasificación por magnitud. Para el análisis se realizan 08 subdivisiones, tratándose éstas como micro cuencas independientes con aportaciones hídricas y características morfológicas y edafológicas totalmente independientes.

Cartografía cuenca rio ichu Identifica las características geométricas de la cuenca. Mapa cartográfico (lado Izquierdo) Mapa altitudinal (lado derechoo)

DETERMINACIÓN DEL ÁREA DE DRENAJE El área de las cuencas, son determinadas mediante vistas satelitales digitales y cartas nacionales a escalas 1/100 000 y 1/25 000 con apoyos de programas informáticos tales como ArcGis 10 y Google Earth. Descripción   Area (km2) Perímetro (km) Sub Cuenca 01 213.10 72.44 Sub Cuenca 02 137.92 58.44 Sub Cuenca 03 25.68 24.65 Sub Cuenca 04 79.24 61.81 Sub Cuenca 05 20.15 19.60 Sub Cuenca 06 35.64 28.33 Sub Cuenca 07 24.03 21.21 Sub Cuenca 08 12.38 18.90 Total 548.14 305.40

Análisis de cuenca Indice de compacidad K=0.28 P A =1.63 Índice de Forma 𝐹= 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 = 𝐵𝑥𝐿 𝐿𝑥𝐿 = 𝐴 𝐿 2 𝐹=0.23 Rectángulo Equivalente 58.6 km 9.34km

Análisis hidrológico – procesamiento de datos Estación Huancavelica: Altitud : 3860.00 msnm. Latitud : 12°46’ Longitud : 75°02’ Estación Lircay: Altitud : 3150.00 msnm. Latitud : 12°58’00” Longitud : 74°43’00” Estación Tellería: Altitud : 3050.00 msnm. Latitud : 12°22’48” Longitud : 75°06’54” Estación Pilchaca: Altitud : 3586.00 msnm. Latitud : 12°24’00” Longitud : 75°05’00” Estación Acostambo: Altitud : 3650.00 msnm. Latitud : 12°21’42” Longitud : 75°03’09” Estación Mejorada: Altitud : 2820.00 msnm. Latitud : 12°32’12” Longitud : 74°56’06”

Análisis de precipitaciones – estación huancavelica Análisis Estadístico - Estación Huancavelica Se emplea el análisis estadístico de las distribuciones probabilísticas de las precipitaciones máximas diarias (24 horas) de la Estación Huancavelica, donde se dispone el registro de datos desde el año 1988 hasta el año 2007. Mediante estos datos se lleva a cabo el análisis de frecuencias de las precipitaciones máximas de 24 horas, aplicándose los ajuste de distribución Gamma 2 parámetros, Gumbel, Log Gumbel, Log Normal 2 Parámetros y Normal, cuyos resultados se muestra en la figura.

Análisis de precipitaciones – estación lircay Análisis Estadístico - Estación Lircay Datos registrados periodo 1993-2006. Se observa un mejor ajuste a Log-Pearson Tipo III

Ecuación iila senamhi uni-83 Las precipitaciones máximas e intensidades máximas de tormentas, han sido comparadas regionalmente por el “Estudio de la Hidrología del Perú” hecho por el IILA- SENAMHI-UNI, 1983, cuyas fórmulas que tienen la siguiente forma: 𝑝 𝑡,𝑇 =𝑎(1+𝐾 𝑙𝑜𝑔𝑇) 𝑡 𝑛 𝑖 𝑡,𝑇 =𝑎 1+𝐾 𝑙𝑜𝑔𝑇 𝑡 𝑛−1 Según la Metodología empleada por IILA, las fórmulas válidas para tiempos entre [3-24 ] horas. a, K y n : son constantes regionales. Se considera una relación creciente de la precipitación con la altitud. Es por esta razón que se ha zonificado el área de influencia, tomándose los parámetros correspondientes según las características regionales de las Cuencas.

Iilla senamhi: precipitaciones – curva idf

Iilla senamhi: método del bloque alterno Intervalo Precipitaciones Hietograma: Método del bloque alterno (mm) Tr: 25 años Tr: 50 años Tr: 100 años Tr: 200 años Tr: 500 años Tr: 1000 años (min) P Increm. P (mm) 0-20 8.00 0.78 8.73 0.85 9.47 0.92 10.20 0.99 11.18 1.08 11.91 1.16 10-20 5.20 0.87 5.68 0.95 6.15 1.03 6.63 1.11 7.26 1.22 7.74 1.30 20-30 3.79 4.14 1.09 4.49 1.18 4.84 1.27 5.30 1.39 5.65 1.48 30-40 2.97 3.24 3.51 1.38 3.78 4.15 1.62 4.42 1.73 40-50 2.43 1.40 2.65 1.53 2.88 1.66 3.10 1.79 3.39 1.96 3.62 2.09 50-60 2.05 1.78 2.24 1.94 2.11 2.62 2.27 2.87 2.49 3.06 60-70 70-80 1.57 1.71 1.86 2.00 2.19 2.34 80-90 90-100 1.51 1.89 100-110 110-120 1.07 1.17 1.37 1.50 1.60 120-130 130-140 0.93 1.01 1.10 140-150 150-160 0.82 0.90 0.97 1.05 1.15 160-170 170-180 0.74 0.80 0.94 Fuente: Elaboración propia, Ing. Iván A. Ayala Bizarro

CONSTRUCCIÓN DE HIETOGRAMAS PARA LOS TRs

PROCESAMIENTO DE DATOS Cálculo de la Curva Número La curva número (CN), es un parámetro que influye en la escorrentía de la cuenca y depende del tipo hidrológico del suelo, del uso y manejo del terreno. Descripción CN Grupo de Sub Cuencas   Suelo Sub Cuenca 01 74 B Sub Cuenca 02 76 Sub Cuenca 03 Sub Cuenca 04 72 Sub Cuenca 05 Sub Cuenca 06 78 Sub Cuenca 07 79 Sub Cuenca 08

PROCESAMIENTO DE DATOS Cálculo de la Abstracción Inicial Para aplicar el modelo SCS o número de curva, se necesita conocer el tipo de uso actual de la tierra, la cobertura vegetal que tiene la cuenca y el tipo de suelo relacionado al grado de infiltración que   𝑆= 25400−254𝐶𝑁 𝐶𝑁 𝐼 𝑎 =0.2𝑆 DESCRICIÓN CN S Ia Sub Cuenca 01 74.00 89.24 17.85 Sub Cuenca 02 76.00 80.21 16.04 Sub Cuenca 03 Sub Cuenca 04 72.00 98.78 19.76 Sub Cuenca 05 Sub Cuenca 06 78.00 71.64 14.33 Sub Cuenca 07 79.00 67.52 13.50 Sub Cuenca 08

PROCESAMIENTO DE DATOS Cálculo del tiempo de concentración El tiempo de concentración está en función de las características geográficas y topográficas de la cuenca en estudio. Es el tiempo transcurrido desde que una gota de agua cae en el punto más alejado de la cuenca hasta que llegue a la salida de ésta. Para el estudio, se emplea las fórmulas de Kirpich y Temez. Sub Cuencas Parteaguas Desembocadura Longitud (km) Tiempo de Concentración (hr)   Alt. (msnm) Kirpich Temez Promedio Sub Cuenca 01 4,850.00 4,100.00 30.00 3.77 2.16 2.96 Sub Cuenca 02 4,900.00 21.00 2.43 1.52 1.98 Sub Cuenca 03 4,700.00 4,050.00 8.20 0.89 0.65 0.77 Sub Cuenca 04 3,700.00 16.10 2.34 1.35 1.84 Sub Cuenca 05 4,600.00 3,900.00 6.30 0.64 0.50 0.57 Sub Cuenca 06 4,550.00 3,750.00 9.02 0.92 0.68 0.80 Sub Cuenca 07 4,400.00 3,740.00 5.76 0.59 0.46 0.52 Sub Cuenca 08 4,420.00 3,710.00 4.80 0.38 0.42

SELECIÓN DE METODOLOGÍA HIDROLÓGICA Para la selección de la metodología mencionada, existen diversos criterios entre modelamientos matemáticos. Por un lado se toma en cuenta los rastros dejados por las avenidas pasadas donde estos se corroboran durante la inspección de los puntos de aforo (puentes y pontones), quebradas y el trabajo batimétrico. Finalmente, se realiza distintas Simulaciones Hidrológicas, mediante los hietogramas de la Ecuación Regional y la distribución de Tormenta Tipo II (SCS) de la Estación Huancavelica y se concluye que los resultados corresponden con un mejor ajuste para un periodo de retorno de 100 años a la Ecuación Regional IILA SENAMHI, según los parámetros considerados para el departamento de Huancavelica.

Modelamiento DETERMINÍSTICO HEC-HMS El modelo HEC-HMS, de dominio público, desarrollado por el Centro de Ingeniería Hidrológica (Hydrologic Engineering Center) del cuerpo de ingenieros de la armada de los EE.UU. (US Army Corps of Engineers), surge como evolución del conocido y ampliamente utilizado HEC-1, con varias mejoras con respecto a éste, entre las que destaca la interface gráfica de usuario que facilita las labores de preproceso y postproceso y la posibilidad mediante HEC GeoHMS de conectar con el sistema de información geográfica ArcGIS. La aplicación incluye un modelo precipitación - escorrentía para la estimación de avenidas.

ESQUEMA GENERAL – HEC-HMS

Subcuenca 01: QmÁx= 130.10 m3/s, a = 213.10 km2, CN = 74

Subcuenca 02: QmÁx= 132.70 m3/s, a = 137.92 km2, CN = 76

Subcuenca 03: QmÁx= 36.5 m3/s, a = 25.68 km2, CN = 76

Subcuenca 04: QmÁx= 53.40 m3/s, a = 79.24 km2, CN = 72

Subcuenca 05: QmÁx= 30.20 m3/s, a = 20.15 km2, CN = 76

Subcuenca 06: QmÁx= 60.5 m3/s, a = 35.64 km2, CN = 78

Subcuenca 07: QmÁx= 50.9 m3/s, a = 24.03 km2, CN = 79

Subcuenca 08: QmÁx= 36.5 m3/s, a = 12.38 km2, CN = 76

Resumen total QmÁX tr = 100 años = 355.70 m3/s

RESUMEN DE RESULTADOS FINALES PARA LAS DIFERENTES SUBCUENCAS Caudal (m3/s) Area (km2) CN Subcuenca 01 130.10 213.10 74 Subcuenca 02 132.70 137.92 76 Subcuenca 03 36.50 25.68 Subcuenca 04 53.40 79.24 72 Subcuenca 05 30.20 20.15 Subcuenca 06 35.64 78 Subcuenca 07 24.03 79 Subcuenca 08 12.38

CAUDALES DE MÁXMAS AVENICAS PARA TR = 100 AÑOS - CUENCA RIO IHU - HUANCAVELICA

CONCLUSIONES La respuesta hidrológica de una cuenca, está en función de los parámetros geomorfológicos, topológicos y precipitaciones sobre el área de la cuenca, por lo que es necesario implantar Estaciones Meteorológicas dentro de la cuenca de Huancavelica, para la estimación de resultados más precisos y consistentes. La ciudad de Huancavelica es altamente vulnerable para los efectos de avenidas máximas, cuyas estructuras hidráulicas de defensa no garantizan la protección urbana. Los estudio hidrológicos para la determinación de avenidas máximas, son fundamentales para garantizar la seguridad del dimensionamiento de las estructuras hidráulicas.

G R A C I A S