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UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZ ÁN ESCUELA DE POST GRADO MAESTRÍA EN MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE ESTUDIO HIDRICO DE LA SUBCUENCA DEL RIO HIGUERAS
CURSO
: GESTIÓN Y MANEJO MAN EJO DE DE CUENCAS CCUENCAS UENCAS HIDROGRAFICAS HIDROGRAFICAS
D OCENTE DOCENTE
: Ing. PEDRO DAVID DAVID CORDOVA CORDOVA TRUJILLO
M MAESTRISTAS AESTRISTAS
: Ing. ARMANDO ARMANDO ELIAS CORI TRUJILLO TRUJILLO : Ing. PATRICIA KARIM ESTELA LIVIA : Ing. EDITH EDI TH JENNY JENN Y MALLQUI ALBORNOZ ALBORNOZ : Bach. Ing. TOMAS VELA ESPIRITU
Huánuco, Marzo del 2011
GENERALIDADES
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INTRODUCCIÓN El fenó nóme men no natu atural de mayor im impa paccto soci social al y econ económ ómic ico o sobr sobre e la po pobl blac ació ión n de Huán Huánuc uco o son son las las precipit precipitacion aciones es estacion estacionales ales y extraord extraordinari inarias, as, las que originan inundaciones y desastres, por el incremento del caudal de los ríos. Este fenómeno trae consecuencias de suma importancia, por los daños y pérdidas de valor apreciable que se producen en viviendas, edificaciones, terre erreno noss agrí agríco cola las, s, ob obrras de infr infrae aest stru ruct ctur ura a vial vial,, infr infrae aest stru ruct ctur ura a de sane saneam amie ien nto, to, etc. etc.,, las las qu que e se encuentran encuentran cercanas a las riberas de los ríos.
INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓ N (Continuación) La cuen cuenca ca inte integr gral al de río río Alto Alto Hual Hualla laga ga,, desd desde e sus sus nacientes a la altura de Cerro de Pasco hasta la ciudad de Huán Huánuc uco o (Pue (Puent nte e Taruc aruca) a),, tien tiene e un una a exten xtensi sión ón aproximada de 4,789.4 Km2. Es una cuenca húmeda en su integridad, sometida a preci precipit pitaci acione oness signi signific ficat ativ ivas; as; tiene tiene dos subcue subcuenca ncass principales y subcuencas secundarias: cuatro en el Alto Huallaga y tres en el río Huertas, además tiene una subcuenca lateral del río Higueras.
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INTRODUCCIÓN (Continuación) 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% 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.
INTRODUCCIÓN (Continuación) El comportamiento hidráulico del Río Higueras y sus afluentes, los que presentan máximas avenidas durante los meses de Diciembre a Marzo, da como resultado la energía erosiva del flujo de agua y el arrastre de material sólido produciendo erosión de riberas, colmatación, que viene a ser la acumulación del material de río en el cauce del mismo. A su vez las constantes precipitaciones originan el desborde del río, lo que produce graves daños e inundaciones, perjudicando grandes extensiones de terrenos agrícolas, viviendas, caminos, puentes, redes de agua potable y alcantarillado.
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INTRODUCCIÓN (Continuación) La densidad de drenaje en la subcuenca del río Higueras es de 0.458 km/km². La vegetación natural existente varía desde la Estepa Espinosa Montano Baja caracterizado por especies representativas como la “cabuya” (Fourcroya andina), la “tara” (Caesalpina tinotorea), la “chamana” (Dodonaea viscosa), “molle” (schinus molle) entre otras.
ANTECEDENTES La zona en la que se ejecutará el estudio, presenta extensas áreas de cultivo, viviendas y edificaciones. Durante la época de lluvias, periodo comprendido entre los meses de diciembre a marzo, el caudal del río se incrementa, generando erosión de las riberas colindantes con toda infraestructura mencionada, arrastre de sedimentos y grandes volúmenes de material granular, los que incrementan la fuerza erosiva del río, a su vez, por pérdida de capacidad de transporte de sedimentos, el río deposita todo el material erosionado dentro de su cauce, alterando su forma original.
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ANTECEDENTES La zona en la que se ejecutará el estudio, presenta extensas áreas de cultivo, viviendas y edificaciones. Durante la época de lluvias, periodo comprendido entre los meses de diciembre a marzo, el caudal del río se incrementa, generando erosión de las riberas colindantes con toda infraestructura mencionada, arrastre de sedimentos y grandes volúmenes de material granular, los que incrementan la fuerza erosiva del río, a su vez, por pérdida de capacidad de transporte de sedimentos, el río deposita todo el material erosionado dentro de su cauce, alterando su forma original.
OBJETIVO El presente trabajo tiene por finalidad el estudio Hídrico de la Sub cuenca del Rio Higueras
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MARCO TEORICO Hidrología Es la Ciencia Natural que estudia el agua sobre la tierra, su ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre, sus propiedades químicas y físicas y su relación con el medio ambiente y su relación con los seres vivos. Las características hidrológicas de una región, se determinan principalmente por su clima, su estructura geológica y geográfica.
MARCO TEORICO (Continuación) Cuenca Es la Ciencia Natural que estudia el agua sobre la tierra, su ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre, sus propiedades químicas y físicas y su relación con los seres vivos. Las características hidrológicas de una región, se determinan principalmente por su clima, su estructura geológica y geográfica.
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MARCO TEORICO (Continuación) Medición de la precipitación Los instrumentos más frecuentemente utilizados para la medición de la lluvia y el granizo son los pluviómetros y pluviógrafos, estos últimos se utilizan para determinar las precipitaciones pluviales de corta duración y alta intensidad. La precipitación pluvial se mide en mm, que equivale al espesor de la lámina de agua que se formaría, a causa de la precipitación sobre una superficie de 1 m2 plana e impermeable .
MARCO TEORICO (Continuación) Caudal Se denomina caudal al volumen de agua que arrastra un río, o cualquier otra corriente de agua para preservar los valores ecológicos en el cauce de la misma. Se mide en metros cúbicos por segundo. Asociados al término anterior:
• • •
Caudal sólido: Denominación para el material arrastrado por la corriente de agua. Caudal regularizado: Determinación de la capacidad reguladora de un embalse. Régimen fluvial: Se refiere a las variaciones en el caudal de un río a lo largo de un año
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MARCO TEORICO (Continuación) Estiaje El estiaje es el nivel de caudal mínimo que alcanza un río o laguna en algunas épocas del año, debido principalmente a la sequía. El término se deriva de estío o verano, debido a que en la región del Mediterráneo, el estío es la época de menor caudal de los ríos debido a la relativa escasez de precipitaciones en esta estación. Cuando nos referimos al régimen de un río, el estiaje es el período de aguas bajas. El estiaje de un río no depende solamente de la escasez de precipitaciones, sino que también se debe a la mayor insolación y, por ende, al mayor potencial de evapotranspiración (de las plantas) y de la evaporación más intensa de los cursos de agua.
MARCO TEORICO (Continuación) Software HEC-RAS Software desarrollado por el Hydrologic Engineering Center for the U.S. Army Corps of Engineers. HEC-RAS está diseñado para cálculos hidráulicos unidimensionales. . HEC-RAS contiene 4 componentes: (1) flujo estacionario, (2) flujo no estacionario, (3) transporte de sedimentos-flujo casi estacionario y (4) calidad de agua. Régimen subcrítico, supercrítico y mixto.
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MARCO TEORICO (Continuación) Aforos (Hoja de Cálculo para determinar el control de descargas)
MARCO TEORICO (Continuación)
Dispositivos para medición del Caudal
Aforos con Método del molinete: El molinete es un instrumento que tiene una hélice o rueda de cazoletas, que gira al introducirla en una corriente de agua. El de tipo de taza cónica gira sobre un eje vertical y el de tipo hélice gira sobre un eje horizontal. En ambos casos la velocidad de rotación es proporcional a la velocidad de la corriente; se cuenta el número de revoluciones en un tiempo dado. Los molinetes pueden ir montados en soportes o suspendidos de cables. Antes de ser usados en el campo, deben ser calibrados por el fabricante para determinar la relación entre la velocidad de rotación de la hélice y la velocidad del agua.
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MARCO TEORICO (Continuación)
Dispositivos para medición del Caudal
Aforos con Método del molinete: Según sea el grado de precisión que se quiera obtener en el aforo, se tomarán mayor o menor número de puntos de medida en la sección. Cuando se pretende obtener una alta precisión, se elegirán mayor número de verticales en la sección y se calculará la velocidad media en cada vertical. Para cada sección entre dos verticales de medida, el área se calcula como el producto del promedio del alto por el ancho, y la velocidad media como el promedio de las velocidades medias en las verticales. El caudal de cada sección resulta directamente como el producto del área y la velocidad media, mientras que el caudal total se calcula como la suma de los caudales entre verticales.
UBICACIÓN DEL PROYECTO
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UBICACIÓN GEOGRÁFICA. La Cuenca del rio Higueras, forma parte de la gran Cuenca del río Huallaga y pertenece al distrito de riego del Alto Huallaga. Cuenca Hidrográfica : Alto Huallaga. Valle : Huánuco. Río : Higueras. Altitud : 1,911.00 m.s.n.m. Coordenadas UTM : 8’901,501 Norte. 361,390 Este.
UBICACIÓN POLÍTICA. Región Departamento Provincia Distrito
: Huánuco. : Huánuco. : Huánuco. : Huánuco
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ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA
TOPOGRAFÍA La cuenca del río Higueras está comprendida entre las cotas 1,950 a 4,463 m.s.n.m., la primera sitúa la desembocadura del rio Higueras en el río Huallaga, la segunda, inicia el nacimiento de los tributarios del río Higueras. En la parte alta, su configuración topográfica es variada, desde ligeramente ondulada, con laderas de gradiente moderada, hasta fuertes relieves de quebrada, que en muchos casos presentan afloramientos rocosos. La cuenca en su parte media, posee una configuración topográfica dominante de quebrada, donde los cursos principales son encañonados; denota relieves muy accidentados en laderas de fuertes pendientes y áreas que fisiográficamente ocupan laderas largas y paredes de Valle, típicos de los valles interandinos.
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TOPOGRAFÍA (Continuación) En su parte baja, el piso del valle es de suave topografía, largo y estrecho, limitado por laderas de fuertes pendientes. El 67% del total de la superficie de la cuenca, está ocupada por terrenos cuyas pendientes se encuentran en el rango 31% a más de 60%, las que difícilmente pueden ser incorporadas a riego, por la limitante de la pendiente, en esta área de la cuenca existen graves problemas de erosión por lo que requiere un plan de protección. El 25% del área total, posee pendientes del 16% 30%, donde sí podría implantarse cultivos en laderas, pero con una infraestructura adecuada de conservación de suelos. Finalmente, los terrenos que poseen pendientes del 0-15%, representan el 8%, en donde sí se podría implantar una agricultura intensiva bajo riego.
HIDROLOGÍA. La principal fuente de recursos hídricos en la zona lo constituye el río Higueras, por lo que a continuación se presenta el Estudio Hidrológico de la Cuenca del Río Higueras, elaborado en base a datos de campo tomados en la zona, estudios hidrológicos ejecutados en zonas cercanas y datos proporcionados por el SENAMHI.
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PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS. Los parámetros geomorfológicos, describen las características del complejo físico de la Cuenca. Su determinación matemática se efectúa con el fin de poder ser usados con otros índices como juicio adicional en el estudio de la geometría y los aspectos mecánicos de la misma. Es claro, que la relación entre las características físicas, prácticamente estáticas, de la Cuenca y sus características hidrológicas, altamente estocásticas, son de gran complejidad. Superficie. La cuenca del río Higueras abarca una superficie de 720.57 Km Perímetro. El perímetro de la cuenca del río Higueras es de 1 39 Km Relaciones de Forma: Cualitativamente determinan las características de las descargas de agua a lo largo del curso principal, en gran parte responsable de las crecientes..
RELACIONES DE FORMA Coeficiente de compacidad (Kc).Expresa la relación entre el perímetro de la cuenca y una circunferencia cuya área es igual a ella. Del análisis de los valores obtenidos del Cuadro respectivo, podemos deducir en primera instancia, que las sub cuencas Huancapallac, Chullay y Margos tienen las mismas características de forma igualmente irregulares y pueden ser correlacionadas en tanto que se esperan de ellas, la misma tendencia a sus crecientes; para Kotosh y Chaulán los valores son sensiblemente menores que las anteriores, demostrando más irregularidad en su forma y mayor su tendencia a crecientes; comparativamente, la Cuenca del río Higueras muestra un índice de irregularidad mayor que las anteriores así como su tendencia a mayores crecientes es menor. Resumiendo, el orden de irregularidad que presentan las cuencas son: Kotosh (1.21) Chaulán (1.23) Chullay (1.29) Margos (1.29) Huancapallac (1.29) Cuenca del río Higueras (1.44)
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RELACIONES DE FORMA (Continuación) Factor de forma (Ff).La forma de la cuenca afecta los hidrogramas de escorrentía y las tasas de flujo máximo, un factor de forma 0.7854 indica una cuenca circular, para valores menores la cuenca es, más estrecha y alargada. El Cuadro respectivo, muestra los valores del Factor de Forma, pudiéndose comparar los valores de las Sub cuencas Kotosh con Margos y Chaulán con Chullay. El valor de Huancapallac indica que es más alargada. El valor de 0.28 de la Cuenca Higueras Huancapallac indica que es más alargada. El valor de 0.28 de la Cuenca Higueras indica que es medianamente alargada.
RELACIONES DE FORMA (Continuación) Rectángulo equivalente.Es un rectángulo que tiene la misma superficie y el mismo perímetro de ella, las rectas paralelas al lado menor representan las curvas de nivel. El cuadro presentado resume los valores encontrados, cuya secuencia de cálculo consta en el cuadro 1 y figura 2. muestra la comparación de la cuenca del rio higuera con cada una de las subcuencas.
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Cuadro 1: Parámetros geomorfológicos de la cuenca y subcuenca del Río Higueras
Figura 1: Rectángulo equivalente de la cuenca y subcuenca del Río Higueras
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SISTEMA DE DRENAJE El sistema de drenaje de una cuenca, esta conformada por un curso principal y sus tributarios. Grado de ramificación y longitud total de los ríos.- el cuadro respectivo, muestra que las sub cuencas: Huancapallac y Kotosh, tienen la mayor longitud total de ríos exceptuando la cuenca del rio Higueras. Densidad de drenaje (Dd).- es la longitud media de los cursos de agua por unidad de área. Los valores encontrados de Densidad de Drenaje para la Cuenca del río Higueras y Sub Cuencas, son los siguientes: Sub-cuenca Kotosh 1 .09 , Sub cuenca Huancapallac 0.74, Cuenca del río Higueras 0.67, S ub cuenca Chullay 0.62, Sub cuenca Margos 0.62 y Sub cuenca Chaulán 0.46. Estos resultados indican que la Sub cuenca Kotosh tiene un sistema de drenaje más denso, inclusive sobrepasa a la cuenca total. La Densidad de Drenaje también es un índice de la erosión que se produce en la Cuenca el cual es mayor en la Sub-cuenca Kotosh. Frecuencia de los ríos (Fr).- Parámetro que relaciona el número total de los cursos de agua con el área de la cuenca. Se expresa en numero de ríos por kilometro cuadrado. El cuadro expuesto muestra los valores obtenido s.
ALTITUD DE LOS TERRENOS Altitud media de la cuenca.- representa la altura de carga hipotética potencial a la que están sujetos los volúmenes de exceso de lluvia, considerada como si estuviesen distribuidas uniformemente sobre la superficie de la cuenca; por lo tanto, esta altura constituye un factor que afecta el tiempo que tardan las aguas de lluvia en llegar a la estación de aforos, el cuadro expuesto presenta los valores de altitud media obtenidos de la cuenca y sub cuencas. En el cuadro 1, se presenta la secuencia de cálculos respectivos. Cabe indicar que los valores obtenidos en el método empleado, es el resultante de un promedio ponderado. Las subcuencas Chaulán y Margos poseen mayores altitudes y que pueden relacionarse con mayores volúmenes de precipitación.
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ALTITUD DE LOS TERRENOS (Continuación) Polígono de Frecuencia de altitudes.- Diagrama que relaciona las superficies parciales, expresadas en porcentajes, y las alturas relativas a dichas áreas comprendidas entre las curvas de nivel. En el cuadro 2, se tabula el proceso de obtención de datos para elaborar el grafico de lso polígonos de frecuencia; la figura 2, muestra los polígonos de la cuenca y sub cuencas. Del análisis de este gráfico, deviene que en la Cuenca las alturas se distribuyen uniformemente para los intervalos de 1 ,8 00 a 4,200 msnm., descendiendo abruptamente la frecuencia a partir de la cota 4,200 para adelante. Caso similar p la Sub cuenca Huancapallac Para las Sub-cuencas Kotosh y Chullay su agrupamiento de barras muestra cierta similitud, no así, en el caso de las Sub cuencas Chaulán y M argos, cuya distribución de frecuencia no guarda similitud con otras sub cuencas estudiadas, no mostrando ambas una uniformidad, presentando mayor frecuencia para intervalos de altura de 4,000 a 4,200 msnm.
Figura 2: Polígono de Frecuencia de la cuenca y subcuenca del Río Higueras
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ALTITUD DE LOS TERRENOS (Continuación) Curva hipsométrica.- Determina la distribución altimétrica de las áreas de la cuenca e indica el porcentaje de áreas de drenaje que se encuentra por encima o debajo de cada altitud considerada, caracterizando en cierto modo su relieve y la evolución del ciclo fluvial, figura 3; la secuencia de cálculo se encuentra en el Cuadro 1. Respecto a la evolución de su ciclo fluvial, la curva hipsométrica de la Sub cuenca Kotosh indica que es una cuenca senil, la sub cuenca Huancapallac, es una cuenca muy joven, la sub cuenca Chullay, una cuenca madura; mientras que para Chaulán y Margos de joven a madura.
Figura 3: Curva Hipsométrica de la cuenca y subcuenca del Río Higueras
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GEOLOGIA
En la Cuenca del río Higueras, se hallan rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas; así como también, material no consolidado. La descripción estratigráfica se ha realizado en base a deducciones de datos bibliográficos y de mapas geológicos. La secuencia estratigráfica encontrada, abarca eras desde el Pre cámbrico hasta el Cenozoico. ÁREA TOTAL DE LA CUENCA Se considera así a toda el área del terreno cuyas precipitaciones son evacuadas por el sistema de drenaje del río Higueras, comprendida desde la divisoria de aguas, hasta su desembocadura. A =720.57 Km2
Área De La Cuenca
P =139 Km.
Perímetro (P)
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SISTEMA HIDROGRÁFICO El sistema hidrográfico del río Higueras está formado por los siguientes ríos: río Milpo y río Niño-Yarumayo que forman el río Cozo, este a su vez confluye con el río Mito para dar origen al río Higueras. Estos ríos provienen de una serie de tributarios que nacen en las quebradas de caudal perenne y otros temporales, cuyo escurrimiento se produce solo en meses lluviosos; además, existen lagunas y aportes subsuperficiales o escorrentía base. El recorrido del curso principal incluye los ríos Milpo, Cozo e Higueras, cuya longitud total es de 50.7 Km y una pendiente de 0.045. La cuenca del río Higueras se inicia en la cota 4,463 msnm. Presenta un caudal promedio anual de 6.2 m3/seg. (Cuenca de recepción) con fluctuaciones notorias en los meses de lluvia y estiaje, estimándose caudales que oscilan entre 16m3/seg. Y 2.5 m3/seg. Respectivamente, esta información refleja las características físicas promedio de las subcuencas, a continuación se describen cada una de las subcuencas.
SISTEMA HIDROGRÁFICO (Continuación) El sistema hidrográfico del río Higueras está formado por los siguientes ríos: río Milpo y río Niño-Yarumayo que forman el río Cozo, este a su vez confluye con el río Mito para dar origen al río Higueras. Estos ríos provienen de una serie de tributarios que nacen en las quebradas de caudal perenne y otros temporales, cuyo escurrimiento se produce solo en meses lluviosos; además, existen lagunas y aportes subsuperficiales o escorrentía base. El recorrido del curso principal incluye los ríos Milpo, Cozo e Higueras, cuya longitud total es de 50.7 Km y una pendiente de 0.045. La cuenca del río Higueras se inicia en la cota 4,463 msnm. Presenta un caudal promedio anual de 6.2 m3/seg. (Cuenca de recepción) con fluctuaciones notorias en los meses de lluvia y estiaje, estimándose caudales que oscilan entre 16m3/seg. Y 2.5 m3/seg. Respectivamente, esta información refleja las características físicas promedio de las subcuencas, a continuación se describen cada una de las subcuencas.
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