Rio la leche proyecto

ESTUDIO DE CAUDALES MÁXIMOS DE LA CUENCA DEL RÍO LA LECHE PARA LA PLANEACIÓN Y DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS FACULTAD DE INGENIERIA, ARQUITECTURA Y URBANISMO

AUTOR: ARRIOLA CARRASCO Guillermo Gustavo

ESCUELA DE INGENIERIA ASESORES:PROFESIONAL Msc .Ing. JOSÉ ARBULÚ RAMOS CIVIL Ing. JAVIER GONZALES BERNILLA

ÁREA: HIDRÁULICA, HIDROLOGÍA Y RECURSOS HÍDRICOS 0

ESTUDIO DE CAUDALES MÁXIMOS DE LA CUENCA DEL RÍO LA LECHE DEL PARA LA PLANEACIÓN Y DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS I.- INTRODUCCIÓN: Dentro de un estudio de los caudales máximos sea para diferentes ríos donde se requieran hacer evaluaciones hidrológicas e hidráulicas, se encuentra enmarcada una “Cuenca Hidrográfica”, la cual es considerada como la base o pilar de múltiples actividades de producción emprendidas en ellas, que mayormente se asocian a la agricultura lo cual se hace prioritario que se conozcan y se manejen los instrumentos del manejo y gestión de cuencas a nivel no solo local sino también nacional e internacional, entonces dado el acelerado proceso de degradación de los recursos naturales y del medio ambiente que sufren la mayor parte de los países del mundo especialmente los de escasos recursos, es de particular importancia conceptuar y estudiar a una cuenca, considerándola como la unidad de planificación y diseño de obras hidráulicas a partir de los caudales máximos, en la cual se debe organizar, programar, desarrollar y monitorear las diferentes acciones necesarias a fin de lograr un desarrollo sustentable.

II.- RESUMEN: El presente proyecto de investigación lo considero como un aporte a la Ingeniería Hidráulica y a la Hidrología (que sin lugar a dudas enmarca a la Ingeniería Civil), siendo para este caso el estudio de caudales máximos, teniéndose en cuenta que el caudal es la base fundamental para el cálculo, diseño y planeación de obras hidráulicas, dicho estudio se ha realizado en la Cuenca del Río La Leche ubicada dentro de lo que es parte de la Jurisdicción de los Departamentos de Lambayeque y Cajamarca, abarcando las provincias de Lambayeque, Ferreñafe y Chota, y dentro de estas, los distritos de Incahuasi, Miracosta, Tocmoche, Pitipo, Pacora, Túcume y Mórrope, entre los paralelos de latitud Sur 6°08´ y

6°40'30" y los

meridianos de longitud Oeste 79°12' y 80°00´. También limita por el Norte con las Cuencas de los ríos Salas, Chóchope y Huancabamba, por el Este con la Cuenca del río Chotano, por el sur con la Cuenca del río Chancay y por el Oeste con el Océano Pacífico. En el presente estudio se ha utilizado para esto una descripción general de la cuenca, luego sus características geológicas, geomorfológicas, geométricas, informaciones meteorológicas y finalmente proyecciones estadísticas por diversos métodos, para la determinación de dichos caudales máximos para diferentes períodos de retorno, con sus respectivos resultados y conclusiones. Finalmente este trabajo pretende servir como una guía para otros trabajos de investigación o tesis que se pretendan hacer buscando siempre correctas y adecuadas evaluaciones no solo desde el área de la Hidráulica, sino también de las demás disciplinas de la Ingeniería Civil.

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III.- JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA: El río La Leche, así como otros ríos de nuestro departamento, constituyen un componente estratégico para el abastecimiento de agua ya que éste es un recurso hídrico que permite el desarrollo social y económico de la población siendo a su vez como parte de una “Cuenca hidrográfica”, permitiendo un correcto drenaje de las máximas avenidas que puedan presentarse, producto de las precipitaciones y aportes de los diversos cursos que conforman la cuenca, ya que con la aparición de eventos hidrológicos máximos, ocasionan ciertos daños en zonas agrícolas, infraestructura de riego y drenaje, caminos de servicio y centros poblados, por dicho motivo, se requiere de estos tipos de estudios que permitan la atenuación de estos eventos aplicando para ello correctos conceptos matemáticos ingenieriles adquiridos durante la experiencia académica universitaria.

IV.- OBJETIVO GENERAL: Estudiar los caudales máximos de la Cuenca Hidrográfica del Río La Leche para la planeación y diseño de obras hidráulicas considerando para ello estudios de hidrología, informaciones meteorológicas y proyecciones estadísticas de diversos métodos sean matemáticas o experimentales. 4.1.- Objetivos Específicos:  Describir la situación actual y demás características geológicas, geomorfológicas y geométricas de la Cuenca del Río La Leche.  Conocer cuáles son los métodos estadísticos y matemáticos que se adecuan dentro del estudio de una Cuenca para la determinación de los caudales de diseño y por ende permitan la planeación y diseño de las obras hidráulicas.

V.- MARCO TEÓRICO Y EXPERIMENTAL: 5.1.- Antecedentes de la Investigación: En el presente trabajo, se ha tomado en cuenta investigaciones y trabajos de campo realizados (anteriores y recientes), por diferentes profesionales, instituciones y entidades relacionadas con el manejo de cuencas, así como la relación del medio ambiente con el agua, también estudios de la Cuenca de río La Leche en obras de encauzamientos y defensas ribereñas, demandas máximas relacionados con El Fenómeno del Niño y el uso de software para una mejor adecuación de los datos obtenidos.

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5.1.1.- El Niño y crecidas anuales en los Ríos del norte del Perú (Dpto. de Geografía – Universidad de Florida. EEUU – Año 1987): Las crecidas máximas anuales que tienen lugar en los Ríos del Norte del Perú, se ajustan bien a un modelo planteado para una distribución Gumbel mixta basada en tres componentes. Estos Ríos muestran una gran variedad interactual de caudal y sus cambios de descarga obedecen a tres condiciones océano –atmosféricas: Años de aguas cálidas excepcionales (“El Niño) y la alta pluviosidad que producen ciertas crecidas catastróficas; años de aguas frías excepcionales y de muy baja pluviosidad (anti - El Niño); años en los cuales tienen lugar lluvias estivales normales y variacionales. 5.1.2.- Conexiones entre caudales de algunos Ríos de la Costa Norte y Central del Perú y El Niño (Civil and Environmental Engineering Departament -

UCLA - Los

Ángeles. EEUU – Año 1998): Diferentes estudios han demostrado que existe una relación significativa entre El Niño – Corriente del Sur y los caudales de los ríos de los países que se encuentran en la Cuenca del Pacífico, e incluso en países que no pertenecen a esta cuenca. Esta relación es importante ya que puede ser usada para predecir caudales, los cuales pueden ser utilizados en las políticas de operación de embalses, para evitar pérdidas debido a inundaciones, etc. En un estudio preliminar, el caudal de seis ríos peruanos (Chancay, Moche, De La Leche, Chillón, Zaña y Jequetepeque), es analizado y correlacionado con los diferentes índices utilizados para describir El Niño – Corriente Sur… y las temperaturas oceánicas superficiales. 5.1.3.- Capitulo II: Los Efectos Físicos y las amenazas asociadas a las variaciones climáticas (Años 2000 al 2004): De acuerdo con el comportamiento climático y oceanográfico reseñado en el Capítulo I, el Fenómeno El Niño 1997-98 se inició en abril de 1997 y se extinguió en junio de 1998. El calentamiento del mar fue el primer signo de su presencia y fue también el último en desaparecer. En la cuenca Motupe - La Leche se presentaron caudales máximos instantáneos nunca antes vistos, de acuerdo a versiones de expertos que fueron recogidas por los medios de prensa. Lamentablemente no se cuenta con registros de los caudales de ese río. Las descargas de esta cuenca dieron lugar a la formación de una gran laguna en el desierto, dado que este río no tiene extensión de salida hacia el mar. Situación similar ocurrió con la Laguna Ramón que recibe las aguas de la cuenca del Río Piura, la cual amplió extraordinariamente su diámetro normal. Al adquirir mayor tamaño, llegó a unirse con las aguas del Río Motupe-La Leche formando una sola laguna grande, la cual fue bautizada por la comunidad con el nombre de Laguna La Niña. Esta laguna paulatinamente fue

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reduciendo su extensión, hasta secarse algunos meses después, debido a la infiltración del suelo y a la evaporación. Es importante destacar que durante los años de mucha precipitación, como corresponde a los años Niño, es usual que los ríos mencionados (Piura, Cascajal, Olmos, Motupe, La Leche), los cuales raramente llegan al mar, formen esas lagunas en el desierto de Sechura. Estos lagos son explotados aprovechando las especies piscícolas que se desarrollan (por ejemplo, lisa). 5.1.4.- Modelos integrales de cuencas hidrográficas y prognosis de escenarios de gestión. SWAT, aplicado al manejo de Cuencas en todo el mundo (Grupo de Ríos y Embalses, CEAMA, Universidad de Granada. España – Años 1995 al 2004): SWAT (Soil and Water Assesment Tool) es un modelo integral de cuenca desarrollado en Texas por el Dr. Jeff Arnold para el USDA Agricultural Research Service (ARS), avalado por su amplia aplicación a cuencas de todo el mundo con las más diversas características, que contempla e integra un número muy considerable de submodelos. Surge como una evolución de los programas CREAMS (Knisel, 1980) y EPIC (Williams et al., 1984), entre otros, con más de 25 años de experiencia en el cálculo hidrológico, de calidad de aguas y sedimentos. Básicamente, los submodelos (módulos) que forman parte de SWAT se pueden agrupar en climáticos, hidrológicos, de erosión, de nutrientes, agrícolas y urbanos. El módulo principal, que sirve de sustento a todos los demás, es el hidrológico, lo que significa que cualquier error en su calibración puede invalidar todos los resultados posteriores obtenidos con el resto de módulos.

5.1.5.- Río La Leche: “Balance hídrico superficial de la Cuenca” (Estudio conjunto de: Universidad de Piura, Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología, Instituto Nacional de Meteorología, UNESCO - Año 1996): 2.2.1.- Parámetros fisiográficos: 2.2.1.1.- Área de la Cuenca: Es el parámetro geomorfológico más importante base a cual se establecen relaciones fisiográficas. Se refiere al área proyectada en un plano horizontal.

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Su magnitud repercute directamente sobre la captación de las precipitaciones, sobre los escurrieminetos superficiales y sobre los volúmnes y las fluctuaciones de las masas resulatantes.Para la cuenca del Río La Leche el área de 2091.42 km2. 2.2.1.2.- Perímetro de la Cuenca: Es la longitud del contorno de área de la cuenca, definida también como línea de división de aguas (Divortium Aquarium). La cuenca del río La Leche presenta un perímetro de 325 km. 5.1.6.- Estudio de Encauzamiento y Defensas Ribereñas de la Margen Izquierda del Río La Leche (Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo – Tesis de la FICSA, Escuela Profesional de Ingeniería Civil – Año 1998): 4.2.4.5.- Antecedentes del tramo en estudio: 1.- Después de la ocurrencia de las avenidas extraordinarias del año 1983, la Dirección Ejecutiva del Proyecto Hidráulico Tinajones – DEPTI, encargó al Consorcio Salzgitter – Lagesa el “Estudio Evacuación de avenidas extraordinarias a nivel de Factibilidad Técnica” en dicho estudio se establecieron dos (02) alternativas de evacuación de las avenidas del Río La Leche, una de las cuales debía implantarse en el futuro para afrontar la ocurrencia de eventos extraordinarios como el ocurrido en 1983, donde río La Leche desbordó, ingresando al valle Chancay, causando considerables daños al inundar grandes áreas de cultivo, así como también en centros poblados y en la infraestructura de riego y drenaje, principalmente en las zonas de Mochumí, Muy Finca, Sasape y Mórrope. Alternativa I: Esta alternativa consistía en evacuar las avenidas distribuyendo un 15% por el brazo de Huaca La Cruz y el 85% por su propio cauce, pasando este caudal por el puente sobre a Panamericana hasta su confluencia con río Motupe. Alternativa II: Esta alternativa a la inversa de la anterior consistía en evacuar las avenidas distribuyendo un 85% por el brazo de Huaca de la Cruz y el 15% por su propio cauce hasta su confluencia con el río Motupe. 4.2.4.6.- Criterios específicos de diseño: 1.- El encauzamiento se proyecta teniendo como objeto principal la protección contra las inundaciones de la margen izquierda del río, donde se ubican áreas agrícolas desarrolladas y centros poblados rurales. 2.- El nivel de caudal de máximas avenidas correspondiente a 900 m3/s es el que se ha tenido en cuenta para comprobar y asegurar que no resbalará sobre diques existentes, además de garantizar un caudal máximo que pueda ser conducido por la caja del puente.

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5.1.7.- Estudio Integral de la Cuenca Hidrográfica del Río La Leche (Universidad Señor de Sipán – FIAU, Escuela Profesional de Ingeniería Civil – Año 2009): Este estudio fue realizado en el curso de Hidrología que duró aproximadamente cuatro meses con un contínuo asesoramiento del Msc. Ing. José Arbulú Ramos, donde se ha verificado y contrastado la información con un trabajo de vital importancia: “Estudio de Encauzamiento y Defensas Ribereñas de la Margen Izquierda del Río La Leche Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo – Tesis de la FICSA, Escuela Profesional de Ingeniería Civil – Año 1998. Entonces para el presente trabajo de investigación se ha utilizado como base fundamental ambos estudios ya que la información con la que se cuenta actualmente en diversas entidades no es muy accesible, a continuación presento los temas tratados en dicho Estudio Integral (se han considera temas puntuales y centrales): I.- DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA CUENCA DEL RÍO LA LECHE: 1.- Ubicación geográfica de la cuenca.

5.- Fisiografía.

2.- Cima.

6.- Vegetación

3.- Ecología.

7.- Drenaje

4.- Recursos Hidráulicos II.- GEOLOGÍA DE LA CUENCA DEL RÍO: 1.- Generalidades.

4.- Suelos y rocas de la cuenca.

2.- Constitución Geológica de la cuenca.

5.- Aguas subterráneas.

3.- Geología de la cuenca del río. V.- CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS DE LA CUENCA: 1.- Área de la Cuenca del río.

6.- Índice de compacidad o Graveliuss.

2.- Perímetro de la Cuenca del río.

7.- Curvas características.

3.- Longitud mayor del río.

8.- Rectángulo equivalente.

4.- Ancho promedio de la Cuenca.

9.- Redes de drenaje.

5.- Factor de Forma.

10.- Longitud y orden de los ríos.

VI.- PERFIL LONGITUDINAL Y PENDIENTE DE LA CUENCA 1.- Criterios para determinar la pendiente VII.- HIDROLOGÍA DE LA CUENCA 1.- Información pluviométrica e hidrométrica.

5.- Evaporación.

2.- Información Hidrométrica.

6.- Escorrentía.

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3.- Análisis de las precipitaciones.

7.- Análisis de máximas descargas.

4.- Curvas isócronas.

5.2.- Base Teórica: 5.2.1.- Descripción general de la Cuenca del río La Leche: La cuenca del río La Leche, está formado por los ríos de las Sub cuencas Sangana y Moyán; el río Sangana nace en la cordillera de los Andes, de la confluencia de las aguas provenientes de la Laguna de Pozo con Rabo y de las Lagunas de Quimsacoha, desde sus nacientes y hasta su desembocadura (Puente La Leche) tiene una longitud de 90.05 Km. El río Moyán nace en la Laguna Tembladera, desde sus nacientes y hasta su desembocadura (Puente La Leche) tiene una longitud de 91.47 Km. El río La Leche es aforado inmediatamente después de la confluencia de los ríos Moyán y Sangana en la estación hidrométrica Puchaca que se encuentra ubicada a 250 m.s.n.m. en las coordenadas geográficas 6o 23' de latitud Sur y 79° 30' de longitud Oeste. 5.2.2.- Ecología, fisiografía, vegetación y drenaje: El río La Leche incluido en el Valle La Lache presenta la formaciones de desierto sub tropical, maleza desértica sub tropical y bosque espinoso sub tropical, predominando la formación de desierto sub tropical También por sus características geomorfológicas, presenta rápidas crecientes de caudales de escorrentía que generalmente disminuyen en forma abrupta en función de la duración de las precipitaciones pluviales que ocurren en su cuenca receptora. El relieve de la cuenca es variado desde muy accidentado en la parte alta hasta muy suave en la zona de pampas, próximo a la confluencia con el río Motupe. En la formación de desierto sub tropical, específicamente en las márgenes derechas, donde no existe riego y la precipitación es escasa, solo se encuentra vegetación. En las zonas aledañas a las de cultivo y dentro del área de cultivo, específicamente en la margen izquierda del encauzamiento proyectado, encontramos abundantes plantas de algarrobo de buen desarrollo; así mismo, en las zonas salinas abunda la grama salada. Las tierras ubicadas en las partes medias y altas de la cuenca, por su topografía e inclinación hacia la parte baja, tienen asegurado su drenaje natural, pero es necesario proteger la zona baja contra los procesos de salinización. Las zonas bajas, debido a su posición y vecindad del mar, así como por un restringido drenaje natural, presentan condiciones de drenaje deficiente.

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5.2.3.- Características Geológicas de la Cuenca del río La Leche: a.- Zona Alta: La zona de montaña se ha venido estabilizando, el clima y la hidrología han ido cambiando y con ellos la morfología de la zona, dando forma al valle actual. b.- Zona Media: Esta zona está formada por una compleja formación geológica que abarca a los sectores de Tinajones y La Leche. Las estribaciones andinas se encuentran constituidas por rocas sedimentarias, de origen marino y continental. Aquí se encuentran por areniscas, areniscas ciarcíticas y cuarcitas que constituyen las formaciones: La Leche, Tinajones, Chulee y Pariatambo y Pulluicana c.- Zona Baja: Comprende la faja costera hasta las proximidades a las estribaciones andinas, en el sector de influencia de los cauces de transporte y sedimentación del río Motupe, río Motupe Viejo y río La Leche colindante con el desierto de Mórrope. La parte central de la zona baja está constituida

básicamente

depósitos

aluviales,

fluviales

y

eólicos,

constituidos

por

conglomerados, gravas, arenas, limos etc. formando los pisos de los valles. Esto es precisamente en la zona donde se han proyectado las obras: desvío del río La Leche hacia el desierto de Mórrope. 5.2.4.- Características geomorfológicas de la Cuenca del río La Leche: La Cuenca en estudio refleja las acciones reciprocas entre el suelo, factores geológicos, agua y vegetación proporcionando un resultado de efecto común: escurrimiento o corriente de agua, por medio del cual los efectos netos de las acciones recíprocas sobre este resultado pueden ser apreciadas y valoradas. Numerosos son los estudios que tratan de establecer relaciones entre el comportamiento del régimen hidrológico de una cuenca y las características geomorfológicos de la misma. 5.2.5.- Características geométricas: a) Área de la Cuenca: La superficie de la cuenca y sub cuencas han sido calculadas teniendo como base archivos revisados en referencias bibliográficas e internet así como planos de la cuenca principal y sub cuencas del río La Leche, elaborado sobre la base de las cartas nacionales a escala 1:100000, habiéndose delimitado las áreas de las sub cuencas y con cuya sumatoria se ha

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obtenido el área total de la cuenca. En el cuadro N° 01 se presenta el área total de la cuenca; así como también, de las sub cuencas que la componen: Cuadro N° 01: Área total de la Cuenca del río La Leche y Sub Cuencas Características de la Cuenca CUENCA ALTA

CUENCA MEDIA

Sub cuenca Moyán Sangana

Superficie Km2 325.96 413.02

Zanjón

375.65

La Leche Centro La Leche Norte

346.23

CUENCA BAJA La Leche TOTAL (Km2)

Total 738.98

721.88

162.49 70.98

233.47 1694.33

b) Perímetro de la Cuenca del río La Leche: El perímetro de la cuenca está definido por la longitud de la línea de división de aguas o Divortium Aquarium la que ha sido posible determinar en base a las curvas de nivel indicadas en las cartas nacionales en el cuadro N° 02 se presenta el perímetro de la cuenca y sub cuencas del río La Leche. Cuadro N° 02: Perímetro de la Cuenca y Sub Cuencas SUB CUENCA

PERÍMETRO (Km)

MOYAN SANGANA ZANJÓN

64.87 59.44 102.76 101.60

LA LECHE CENTRO LA LECHE NORTE

43.72

LA LECHE SUR

23.20

La Cuenca del río La Leche tiene un perímetro 375.35 Km. c) Longitud del curso de agua más largo: Recibe este nombre el mayor cauce longitudinal que tiene una cuenca determinada, siguiendo todos los cambios de dirección (sinuosidales) hasta un punto fijo, que puede ser una estación o la desembocadura. La longitud del curso de agua más largo del río La Leche

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en este caso, se está considerando desde la sub cuenca Moyán hasta el puente en la Panamericana antigua. Cuadro N° 03: Factor de forma de la Cuenca y Sub Cuencas del río La Leche Cuenca / Sub cuencas

L(Km)

Ff

LA LECHE Moyán

Área (Km2) 1694. 33 325.96

94.35 36.00

0.19 0.24

Sangana

413.02

37.00

0.30

Zanjón

375.65

43.00

0.20

La Leche Centro

346.23

45.00

0.17

La Leche Norte

162.49

26.00

0.24

La Leche Sur

70.98

29.00

0.08

Cuando el factor de forma (Ff) es bajo, nos indicará que la cuenca es larga y estrecha, no propensa a crecientes. d) Factor de Forma: Es otro índice numérico con el que se puede expresar la forma y la mayor tendencia a crecientes de una cuenca; esta representado por la relación entre el ancho medio de la cuenca y la longitud del curso de agua más largo. Am A/ L A   2 ......( Ecuación 3.2) L L L Donde : Factor de forma Am : Ancho medio de la cuenca L : Longitud del curso de agua más largo Ff 

Cuadro N° 04: Órden de los ríos y longitud total de los mismos Cuenca

LA LECHE

Orden

N°de ríos

Li: Longitud (Km)

1er

193

510.43

2do

51

175.12

3er

12

86.85

3

96.68

260

885.78

4to 5to

Total

10

Cuando el factor de forma (Ff) es bajo, nos indicará que la cuenca es larga y estrecha, no propensa a crecientes.  Elevación de los terrenos: El estudio de la variación de la elevación de los terrenos con referencia al nivel del mar, es una característica que representa la declividad de una cuenca. Dentro de ella tenemos los siguientes índices:  Altitud media de la cuenca: Este parámetro se obtiene mediante la siguiente relación:

H

 hi.Si ............( Ecuación 3.6) A

Siendo: hi = Altitud media de cada área parcial comprendida entre las curvas de nivel. Si = Área parcial entre curvas de nivel. A = Área total de la cuenca. Cuadro N° 04: Parámetros relativos a las variaciones altitudinales de la Cuenca del Río La Leche COTA BAJA

50

COTA ALTA

400

400 800 800 1200 1200 1600 1600 2000 2000 2400 2400 2800 2800 3200 3200 3600 3600 3800 TOTAL

Por lo tanto:

ALTITUD MEDIA DE

ÁREA PARCIAL Si (Km2)

CADA ÁREA PARCIAL hi (m) 225.00

680.43 225.56 132.29 96.33 93.15 92.27 94.17 102.09 127.21 50.83 1694.33

H 

( hi x Si )

600.00 1000.00 1400.00 1800.00 2200.00 2600.00 3000.00 3400.00 3700.00

(hi x Si)  1975.10 (m.s.n.m) A

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153096.75 1353366.00 132290.00 134862.00 167670.00 202994.00 244842.00 306270.00 432514.00 188071.00 3´315975.75

e) Delimitación de la Cuenca del río La Leche:

f) Pendiente media de la cuenca: Este parámetro es empleado para determinar la declividad de un curso de agua entre dos puntos y se determina mediante la siguiente relación:

Ic 

HM  Hm *100 1000L

... ( Ecuación 3.9)

Siendo: lc = pendiente media del río. L = longitud del río en Km. HM y Hm = altitud máxima y mínima (en metros) del lecho del río, referidas al nivel medio de las aguas del mar.

3800  50 x100% 1000 * 91.47 Ic  0.04099 Ic  4.09% Ic 

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Siguiendo este criterio y como una referencia importante se determinó la pendiente media del curso principal de cada sub cuenca del río La Leche, valores que se presentan en el cuadro N° 05. Cuadro N° 05: Pendiente media del curso principal del río La Leche y del curso principal de las Sub Cuencas CÓDIGO

CUENCA Y SUB CUENCAS

LONGITU(m.) DIVISORIASALIDA

DESNIVEL (m.) DIVISORIA-SALIDA

PENDIENTE DIVISORIASALIDA

1

La Leche

91 470

3 750

0.041

1a

Moyán

36 000

3 450

0.096

1b

Sangana

37 000

3 250

0.088

1c 1d

Zanjón

43 000 45 000

720 720

0.017 0.016

26 000

750

0.029

29 000

650

0.022

1e 1f

Intercuenca La Leche Norte Intercuenca La Leche Central Intercuenca La Leche Sur

f.1) Criterios para determinar la pendiente: Con respecto a los criterios para determinar la pendiente, se debe tener muy en cuenta el comportamiento del recurso hídrico en la cuenca ya que por ejemplo, para determinar un aprovechamiento hidroeléctrico o para la solución de los problemas de inundación. Existen tres criterios conocidos como: - Método pendiente uniforme (el cual este método se ha adoptado para el presente H S estudio): L - Método de compensación de áreas. - Método de la ecuación de Taylor y Shawarz. 3.2.6.- Hidrología de la Cuenca: a) Información pluviométrica: Las fuentes de obtención de los datos obtenido son las estaciones pluviométricas; constituyéndose esta información en todo el análisis pluviométrico realizado en este trabajo. El análisis pluviométrico

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se desarrollo con datos correspondiente alas precipitaciones máximas anuales de las siguientes estaciones pluviométricas: ESTACION

LATITUD

LONGITUD

PLUVIOMETRICA

ALTITUD

CUENCA

(m.s.n.m.)

JAYANCA

6º 23´

79º 46´06”

102.7

MOTUPE

PUCHACA

6º 23´

79º 28´

355

LA LECHE

FERREÑAFE

6º 37´56”

79º 47´32”

63.7

CHANCAY

TOCMOCHE

6º 24´20”

79º 21´21”

1450

LA LECHE

INCAHUASI

6º14´

79º 19´

3400

LA LECHE

TINAJONES

6º 38´42”

79º 24´59”

235

CHANCAY

También para el presente estudio se ha tenido en cuenta los registros pluviométricos de año 1998 donde ocurrió el fenómeno del niño, el cuál presento un evento extraordinario de avenidas, registradas por las estaciones. b) Información Hidrométrica: La única estación hidrométrica que se tiene en la cuenca de río La Leche, es la estación de aforos de Puchaca, se cuenta con datos de caudales máximos medios diarios anuales, incluso hasta e evento extraordinario de 1998, los mismos que también han sido utilizados para tener una referencia importante de dichos caudales provenientes de la parte alta de la cuenca. c) Análisis de las precipitaciones:  Precipitación: La cuenca del Río La Leche se encuentra bajo la influencia del clima del Océano Pacífico y del Atlántico. Las precipitaciones relativamente escasas en la zona cercana a la costa se deben principalmente a la temperatura de las aguas de la Costa Nor peruana, mientras que las precipitaciones en La parte superior dependen del clima de la cuenca del Amazonas y de la humedad proveniente de Pacífico.  Temperatura: Dentro de las investigaciones hidrológicas juega un papel secundario ya que no existen fuertes precipitaciones. Para el presente estudio hidrológico se cuenta con observaciones de temperatura de la estación Jayanca, los cuales se presentan en el Cuadro Nº 10: Cuadro Nº 10: Temperaturas Promedio Diarias

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Máximas, Medias y Mínimas en la Estación Jayanca

MESES DEL AÑO

Tº PROMEDIO SIN CONSIDERAR EL

HIDROLÓGICO

AÑO 1983 (ºC)

Tº PROMEDIO DE 1983 (ºC)

MAXIMA

MEDIA

MINIMA

MAXIMA

MEDIA

MINIMA

OCTUBRE

29.3

22.3

15.3

30.3

24.3

18.2

NOVIEMBRE

29.9

22.9

15.9

31.1

25.9

20.6

DICIEMBRE

31.4

24.6

17.7

32.4

27.8

23.2

ENERO

32.3

26.1

19.8

33.0

28.8

24.6

FEBRERO

33.4

27.3

21.1

33.2

28.7

24.2

MARZO

33.2

27.1

20.9

33.7

29.0

24.2

ABRIL

31.4

25.5

19.6

32.2

28.3

24.3

MAYO

29.9

23.6

17.3

31.6

28.0

24.3

JUNIO

28.0

21.7

15.3

30.6

26.8

23.0

JULIO

26.8

20.6

14.4

29.5

24.4

19.3

AGOSTO

27.3

20.9

14.4

28.4

22.6

16.7

SETIEMBRE

28.8

21.8

14.8

29.0

22.4

15.8

PROMEDIO

30.1

23.7

17.2

31.3

26.4

21.5

ANUAL

CUADRO Nº 11: TEMPERATURA MEDIA MENSUAL (ºC) EN LA CUENCA DEL RIO LA LECHE (SERIE 1965 – 1971)

ESTACIONES

MESES DEL AÑO HIDROLÓGICO

JAYANCA

PUCHACA

TINAJONES

OCTUBRE

22

21.8

22.4

15

NOVIEMBRE

22.3

21.9

22.7

DICIEMBRE

24.1

22.2

24.1

ENERO

26.3

25

26.4

FEBRERO

26.7

24.5

26.2

MARZO

26.7

24.7

26.4

ABRIL

25.6

22.8

25.7

MAYO

23.3

21.2

23.7

JUNIO

21

20.2

21.4

JULIO

19.9

17.8

20.7

AGOSTO

20.7

18.5

21.1

SETIEMBRE

21.6

20.5

21.9

MEDIA ANUAL

23.4

21.6

23.6

5.3.- Hipótesis: Si se realiza un adecuado estudio de los caudales máximos de la Cuenca del Río La Leche, considerando las características geológicas, geomorfológicas, geométricas, informaciones meteorológicas y proyecciones estadísticas y/o matemáticas, entonces se logrará una mejor planeación y diseño de obras hidráulicas no solo en nuestro departamento, sino también a nivel nacional.

VI.- METODOLOGÌA DE LA INVESTIGACIÒN 6.1.- Métodos y procedimientos para la recolección de datos: Teniendo como fundamentos los aspectos descritos anteriormente tanto en el marco teórico y en la base teórica, se aplicaron los siguientes métodos: A.- Método de la Cuenca Vecina. B.- Método del Análisis Regional. C.- Método de Kresnik. D.- Métodos Estadísticos: D.1.- Método de Nash.

16

D.2.- Método de Lebediev. D.3.- Método de Logaritmo Pearson III. También se tiene el método de Gumbel, pero que en el presente estudio no se ha utilizado por no estar muy correlacionado con los datos de registros de los caudales máximos, así como la diferencia distante con los otros métodos estadísticos y matemáticos. También se tuvieron que realizar algunas visitas a la Junta de Regantes de Ferreñafe, SEHAMHI, a la UNPRG y a Uyurpampa (en el Distrito de Incahuasi), con lo cual se accedió a la información y datos necesarios para la aplicación de los métodos mencionados anteriormente así como también la información adjunta en los anexos, complementando de esta manera el presente proyecto, además sirvió de base algunas recomendaciones brindadas por el docente del curso (asesor). Otro aspecto importante es el referido a la organización de los datos, ya que de esta manera se ha podido hacer el correcto análisis de los caudales máximos obtenidos así como el cruce de la información respectiva. 6.2.- Análisis Estadísticos de los Datos: Para el completo análisis estadístico de los datos se tuvo que aplicar los métodos mencionados en el ítem 4.1, explicados a continuación con sus respectivas fórmulas, dependiendo todos directamente de la mayor cantidad de registros (caudales máximos registrados

para

diferentes

años

y

precipitaciones

máximas

de

las

estaciones

pluviométricas).

6.2.1.- Método de Nash: Nash considera que el caudal máximo para un período de retorno se puede calcular con la T ecuación: Q máx  a  b log ( ) T -1

Donde: a y b: Constantes en función del registro de caudales máximos anuales. Q máx: Caudal máximo para un período de retorno determinado, en m3/s. T: Período de retorno en años. Los parámetros a y b se estiman utilizando el método de mínimos cuadrados, con la ecuación lineal:

Q máx  a  b X

17

a  Qm - bXm

N

b

 X Q  NX i

Qm

i

m

X

- NX 2m

i 1

N

i 1

2 1

Siendo: X i  log ( log (

Donde:

T )) T -1

N: Número de años de registro. Qi: Caudales máximos anuales registrados, en m3/s. N

Qm:

Q i 1

N , caudal medio en segundos

i

Xi: constante para cada caudal Q registrado, en función de su período de retorno correspondiente. N

Xm:

X i 1

i

N , valor medio de las X s

Para calcular los valores Xi correspondientes a los Qi, se ordena en forma decreciente, asignándole a cada uno un número de orden mil; al Qi máximo le corresponderá el valor 1, al inmediato siguiente 2, etc. Entonces, el valor del período de retorno para Qi se calculará utilizando la fórmula de Weibull con la ecuación:

T 

N 1 mi

Finalmente e intervalo dentro del cual puede varias el Qmáx, se calculará con la ecuación:

S qq

2

S 1 1 Q  2  (X  XM ) ( )( )( S qq  qq ) 2 N ( N  1) N  2 S xx S xx Siendo:

2

S xx  N  X i2  ( X i ) 2 S qq  N  Q i2  ( Q i ) 2 S xq  N  Q i X i  ( Q i )( X i )

18

El caudal máximo de diseño para un cierto período de retorno, se calcula con: Qd  Qmax  Q

Los demás cuadros y datos obtenidos se adjuntan el anexo.

6.2.2.- Método de Lebediev: Este método está basado en suponer que los caudales máximos anuales son variables aleatorias Pearson Tipo III. El caudal de diseño se obtiene a partir de la fórmula: Donde:

Qd  Qmax  Q

Q máx  Qm (KCv  1) A E r Qmáx y Q   N A: Coeficiente que varía de 0.7 a 1. 5, dependiendo del número de de años del registro. Si N es mayor de 40 años, se toma el valor de 0.7

 Qi   1   i  1  Qm  Cs  3 N Cv N

Cs: Coeficiente de asimetría, se calcula como:

3

Por otra parte, Lebediev recomiendo los siguientes valores: Cs = 2 Cv para avenidas producidas por deshielos. Cs = 3 Cv para avenidas producidas por tormentas. Cs = 5 Cv para avenidas producidas por tormentas en cuencas ciclónicas. Entre estos valores y el que se obtiene la ecuación, se escoge el mayor. Cv: Coeficiente de variación que se obtiene de la ecuación:

 Qi   1   i  1  Qm  N N

Cs 

2

Er: Coeficiente que depende de los valores de Cv y de la probabilidad P = 1/T.

19

K: Coeficiente que depende de la probabilidad P = 1/T. N: Años de observación. Q  int ervalo de confianza, en m3/s

Qd: Caudal de diseño, en m3/s. N

Qi: Caudales máximos anuales observados, en m3/s.

Qm 

Qm: Caudal promedio, en m3/s, el cual se obtiene de:

Q i 1

i

N

Qmax: Caudal máximo probable obtenido para un período de retorno determinado, en m3/s.

6.2.3.- Método de Logaritmo Pearson Tipo III: Esta es la distribución estándar para un análisis de frecuencias de caudales máximos anuales de los Estados Unidos (Benson 1968). La transformación Qd = Log Qt, se usa para reducir la asimetría; en caso de que la asimetría para esta situación valga cero la distribución Log Pearson III se reduce a una Log Normal. Los demás datos y cuadros obtenidos se adjuntan el anexo. Qd = Log Qt _______

Log QT  LogQ K  LogQ Donde: Qt: Máxima avenida correspondiente al período de retorno T. _______

LogQ : Promedio de los logaritmos de la serie Qi, siendo: _______

LogQ   LogQ i / N Log Q : Desviación estándar de los logaritmos de la serie Qi, cuya fórmula es: ______   Log Q   ( LogQi  LogQ ) 2 /( N  1)   

1/ 2

K: Factor de frecuencia correspondiente a un T dado. Este factor se obtiene del cuadro mediante el Coeficiente de Sesgo (Cs). El Coeficiente de Sesgo se calcula mediante la siguiente fórmula: ______

N  ( LogQi  LogQ )3 Cs log Q  ( N  1)( N  2)( Log Q ) 3 20

6.2.4.- Método de la Cuenca Vecina: Q = K x h x A^(0.75)

1.- SEGÚN SOKOLOVSKY :

…(1)

Donde: A: Área de la cuenca vecina = 52217.7 (km2) – Cuenca del Río Chancay h: Precipitación que produce la creciente (mm) K: Coeficiente que incluye la geometría, evaporación y factores de transformación de unidades

6.2.5.- Método del Análisis Regional: 1.- Según el método del análisis Regional, para la Cuenca del Río La Leche se tiene:

Q = (C1 + C2) x LogT x (A^(m / A^n))

Donde: Q: Caudal con período de retorno (m3/s) C1 (adimensional):

0.10

C2 (adimensional):

1.28

T: Período de Retorno en años A1 (km2):

1684.19

m (adimensional):

1.02

n (adimensional):

0.04

Los cuadros y demás datos se adjuntan el anexo del presente proyecto. 6.2.6.- Método de Kresnik: (Los cuadros y demás datos obtenidos se adjuntan el anexo del presente proyecto). 1.- SEGÚN KRESNIK :

Q = (K x 32 x A) / (0.5 + (A)^(1/2))

Donde:

21

K: Coeficiente adimensional que varía entre 0.03 a 0.61 A: Área de la Cuenca: 1694.33 km2 Q: Caudal en m3/s Una de las principales características cuando se analizaron los datos para obtener los caudales máximos, es que se han considerado las máximas avenidas como la del año de 1998 (ocurrencia del Fenómeno El Niño) y como resultado se da en que afectan de manera significativa a los datos agrupados de los caudales máximos obtenidos. VII.- RESULTADOS: De los datos y el cruce de la información se ha obtenido las siguientes aclaraciones, así como también los resultados obtenidos de forma coherente y ordenada de acuerdo a los métodos aplicados en el presente proyecto (para ello se ha seguido cada uno de los procedimientos para cada método explicados en el ítem 4.2): 

Para los resultados se analizó las precipitaciones que se tenían de las diferentes estaciones pluviométricas que se encuentran actualmente en la Cuenca del Río La Leche, como son: Jayanca, Incahuasi, Tocmoche, Ferreñafe, Puchaca y Tinajones, resaltándose que por la falta de registros de precipitaciones en las estaciones pluviométricas Ferreñafe y Tinajones en varios años respectivamente (siendo esta última donde

se

hallaron

varios

datos

faltantes

de

precipitaciones

en

un

70%

aproximadamente) no se han tomado en cuenta ya que se distorsionarían los datos para determinar los caudales máximos en la aplicación del “Método de la Cuenca Vecina (ítem 4.2.4)“.  En las estaciones donde se ha observado una mayor varianza de precipitaciones máximas diarias, es en las estaciones Jayanca y Puchaca presentando unos valores mínimos de 3.40 y 4.20 mm respectivamente variando en unos máximos de 112.50 y 150.50 mm respectivamente.  En la estación donde se ha observado un menor varianza de los datos es en la estación de Incahuasi (de 17.50 a 81 mm) que de una u otra manera uniformiza los datos y por ende dará un valor muy aproximado del caudal máximo que se obtendrá.  Con respecto a los métodos estadísticos y matemáticos, así como la correspondencia de estos (con graficas y datos analizados) en los anexos se obtuvieron los siguientes resultados: 1.- El primer método aplicado fue el de la Cuenca Vecina (ver ítem 4.2.4), para un período de retorno de 50 años, el cual dió un caudal máximo de 644.327 m3/s, como 22

valor promedio ya que el programa Ms Excell considera más de 10 cifras de aproximación contando con la crecida instantánea de 1500 m3/s de la Cuenca vecina (Cuenca del río Chancay) y un área de 5227.7 m3/s. 2.- El segundo método “Método del Análisis Regional”, es un método que fue utilizado para el estudio de obras de encauzamientos y defensas ribereñas de un puente, ubicado en un

tramo de la cuenca del río La Leche (ver ítem 4.2.5) y también

corroborado en la tesis de la UNPRG “Estudio de Encauzamiento y Defensas Ribereñas de la Margen Izquierda del Río La Leche” (ver ítem 3.1.6 de Antecedentes de investigación), se calculó para diferentes período de retorno que para el presente estudio (en los demás métodos también se siguió este mismo criterio), se incidió para 50 años, arrojando un caudal máximo de 653.08 m3/s, variando en casi mas 30.5 unidades con lo calculado parta 60 años de retorno (683.52 m3/s). 3.- Para el método de Kresnik se ha considerado muy importante ya que es uno de los métodos empíricos, prácticos y sencillos que mas se acerca a los datos calculados por los métodos que se han utilizado para el presente proyecto, utilizando los diferentes valores de coeficientes que utiliza este método (ver ítem 4.2.6), lo cual dió para un coeficiente K igual a 0.5 un caudal máximo de 650.69 m3/s. 4.- Con respecto a los métodos estadísticos desarrollados en el presente proyecto de investigación: a) Método de Nash (ver ítem 4.2.1), se obtuvo un caudal máximo para un período de retorno de 50 años, de 617.271 m3/s variando en más de 60 m3/s respecto a 100 años de retorno (para 100 años dio 677.381 m3/s). b) Método de Lebediev (ver ítem 4.2.2), se obtuvo un caudal máximo para un período de retorno de 50 años, de 456.996 m3/s variando en más de 128 m3/s respecto a 100 años de retorno (para 100 años dio 584.66 m3/s). c) Método de Logaritmo Pearson III (ver ítem 4.2.2), se obtuvo un caudal máximo para un período de retorno de 50 años, de 505.431 m3/s variando en más de 258 m3/s respecto a 100 años de retorno (para 100 años dio 763.194).

VIII.- CONCLUSIONES:  El área de la cuenca del río La Leche en la cual se ha tenido es de 1694.33 km2, sirviendo de esta manera para aplicarlo en uno de los métodos utilizados en la presente investigación, además corresponde al área aguas arriba de la estación de

23

aforos Puchaca hasta al área de la Cuenca Alta, formada por las sub cuencas Moyán y Sangana.  El perímetro de la cuenca del río La Leche es de: 375.35 km con un índice de compacidad (Kc) es 2.55, lo que significa que es de forma irregular. (ALARGADA), así como la altitud media de la cuenca es H = 1238.216 m.s.n.m.  Los valores de aproximación de los coeficientes de sesgo, varianza, asimetría, constantes y demás, han sido corroborados por las referencias bibliográficas y también por el desarrollo en el curso de Hidrología, con lo cual se puede decir que los resultados son confiables y pueden ser utilizados como referencia para la planeación y diseño de obras hidráulicas de otros proyectos.  El registro de los datos de los caudales con la que se ha contado (ver anexo) son a partir del año 1960 hasta el 2005 en diferentes meses, teniéndose para ello sus máximos, mínimos y promedios destacando los caudales máximos de los años donde se produjeron máximas avenidas como la de 1975, 1983 y 1998, así como las del 2001 y 2002 de crecidas, llegando hasta un valor de 579.75 m3/s (mes de Febrero del año 1998).

24

Las imágenes corresponden a una visita de campo realizado a un tramo de la Cuenca del Río La Leche (Sub cuencas: Moyan y Sangana), en el curso de Hidrología, donde se pudieron analizar algunas características geológicas, ambientales, geométricas sirviendo como sustento para el presente proyecto de investigación

 También se han utilizado gráficos y cuadros (ver cuadro adjunto) donde se han agrupado a los métodos aplicados (es decir los estadísticos) concluyendo que el método que mas se aleja de los datos del registro es el método de Logaritmo de Pearson III y el que más se acerca es el método de Lebediev.  Con respecto a todos los métodos aplicados se concluye que el caudal máximo más alto que se ha podido obtenido para un T = 50 años (T significa período de retorno) es el correspondiente al “Método del Análisis Regional” con un valor de 653.08 m3/s y el menor es el correspondiente al “Método estadístico de Lebediev” (obtenido para un T = 50 años), igual a 456.996 m3/s.  También se consideró que de los métodos estadísticos que más se acerca a los datos del registro y distribución de datos, es el método de Lebediev (con un caudal para T = 50 años, un caudal máximo de 456.996 m3/s), aunque también el método del “Análisis Regional” con la diferencia de que este último se realiza generalmente para estudios mas profundos y de mucha experiencia con el cual se requiere mayor información como registros de muchos años anteriores, así como constantes sondeos meteorológicos, entre otros, concluyéndose finalmente que el método de Lebediev sería el adecuado y por ende con un caudal de diseño apropiado considerando para ello pérdidas por infiltración, así como aportes de algunas quebradas, aguas subterráneas y precipitaciones, tal y como se muestra a continuación:

Pérdidas: Pérdida por infiltración

-15%

Aportes: Quebradas

15%

Aguas Subterráneas

10%

Área de influencia (precip.)

40%

Q diseño =

m3/s

812.089

25

 Finalmente se recomienda realizar estos tipos de análisis y criterios en la Ingeniería Civil (como en este caso el área de Hidráulica), como el estudio de los caudales máximos para diferentes ríos y cuencas de nuestro país, contribuyendo de esta manera a un mejor manejo integral de una cuenca, así como una óptima planeación y diseño de obras hidráulicas que permitan la administración integral permanente de sus planes y programas de desarrollo orientados a la conservación, protección y rehabilitación de los recursos naturales: agua, suelo, flora y fauna, teniendo como objetivo el desarrollo sustentable y sostenible de la población, en función al crecimiento económico, equidad social y sustentabilidad ambiental.

IX.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:  AMORÓS HUIRSE, Jorge e INFANTE C. Leonardo. Módulo: Metodología de la Investigación Científica – Programa Académico de Formación General. Universidad Privada Señor de Sipán. Pimentel 2007.  ARBULÚ RAMOS, José. Hidrología aplicada al diseño de obras de Ingeniería Vial. Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo. Chiclayo 2004.  ARRIOLA CARRASCO, Guillermo y ARAUJO CERCADO, David. “Estudio Integral de la Cuenca Hidrográfica del Río La Leche” (Proyecto Integrador del curso de Hidrología). Universidad Señor de Sipán. Escuela Profesional de Ingeniería Civil. Pimentel 2009.  CIVIL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING DEPARTAMENT. “Conexiones entre caudales de algunos Ríos de la Costa Norte y Central del Perú y El Niño”. UCLA. Los Ángeles. EEUU. 1998.  DEPARTAMENTO DE GEOGRAFÍA. “El Niño y crecidas anuales en los Ríos del norte del Perú”. Universidad de Florida. EEUU.1987.  ESTUDIO CONJUNTO DE: UNIVERSIDAD DE PIURA, SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGÍA E HIDROLOGÍA, INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGÍA, UNESCO. Río La Leche: “Balance hídrico superficial de la Cuenca”. Lima. 1996.  GRUPO DE RÍOS Y EMBALSES, CEAMA. “Modelos integrales de cuencas hidrográficas y prognosis de escenarios de gestión. SWAT, aplicado al manejo de Cuencas en todo el mundo”. Universidad de Granada. España. 1995 al 2004.

26

 SAMAMÉ, Jorge. “Estudio de Encauzamiento y Defensas Ribereñas de la Margen Izquierda del Río La Leche” (Tesis de la FICSA). Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo. Escuela Profesional de Ingeniería Civil. Lambayeque 1998.  ORFELIO, León y MONTERO, Ignacio. “Diseño de Investigaciones”. Editorial MacGraw - Hill. España. 1995.  VILLÓN BEJAR, Máximo. “Hidrología”. Ediciones de Instituto de Costa Rica. Costa Rica. 1998.  VILLÓN BEJAR Máximo, “Hidrología Estadística”. Ediciones del Instituto de Costa Rica. 1998.  XVI CONEIC, Tarapoto – 2008. “Revista de información profesional a nivel nacional e internacional – Ponencias”. Comité Organizador de la Universidad Nacional de San Martín. Tarapoto. 2008.

LINKOGRAFÍA:  Biblioteca de consulta Encarta 2008.  www.uni.edu.pe  www.unprg.edu.pe  www.pucp.edu.pe

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ANEXOS

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29

30