Tabla 6: Caudales máximos

4.1.8 Determinación del caudal máximo de la zona de estudio

La determinación del caudal base se ha realizado utilizando la ecuación (14) que está en función del área, pendiente y el tiempo de concentración de la zona de estudio, cuyo resultado es: Qmax=227.37 m3/s. En la siguiente tabla se muestran los caudales máximos para diferentes períodos de retorno de la zona de estudio, los cuales fueron calculados con la ecuación (15):

Tiempo de retorno (años)

Qmax (m3/s)

5 319.28 10 355.20 25 408.96 50 454.96 75 484.24 100 506.14 200 563.08 Tabla 6: Caudales máximos

Los caudales máximos calculados para diferentes períodos de retorno, la pendiente promedio y los coeficientes de Manning de la zona de estudio son los valores que se introducen para el modelamiento hidráulico.

Figura 9. Inicio de la zona de estudio y delimitación aguas arriba de la cuenca

4.2 Modelamiento hidráulico

El modelamiento hidráulico comprendió la ejecución de tres fases: el pre proceso con el HecGeoRAS, el modelamiento con HecRAS y el post proceso con el HecGeoRAS para lo cual fue necesario la determinación del coeficiente de rugosidad, las condiciones de contorno y la introducción de los caudales máximos para diferentes período de tiempo (ver Tabla 6).

Del modelamiento hidráulico se obtienen los niveles de agua para los diferentes periodos de retomo, en el entorno del programa HecRAS y, las áreas de inundación se visualizan en el entorno del programa ArcGIS utilizando la herramienta HecGeoRAS.

4.2.1 Coeficiente de rugosidad

La estimación del valor del coeficiente de rugosidad se realizó de forma visual en los diferentes tramos considerados para el modelamiento de la zona de intervención. En las fotografías 4, 5 y 6 se puede observar los diferentes valores tomados en cuenta en la determinación del coeficiente de rugosidad.

La zona fue dividida en tres tramos debido a que presenta cierto grado de homogeneidad en cuanto a su fisiografía y componente de materiales. Al inicio del tramo de estudio, en la margen izquierda se observa el lecho del río con presencia de piedras y relleno consolidado (n=0.032), mientras que en la margen derecha se observa el lecho del río con presencia de arbusto y vegetación en general (n=0.033). En la siguiente fotografía se muestra el punto de inicio del tramo de estudio que corresponde al río seco (Km: 0+000):

Fotografía 4. Punto de inicio del tramo (río seco) de estudio

En la siguiente fotografía se observa la parte intermedia de la zona de intervención donde el lecho del río tiene presencia de piedras en ambas márgenes (n=0.032)

Fotografía 5. Parte intermedia (Km: 0+600) del tramo de estudio

En la siguiente fotografía se puede observar el final del tramo de intervención donde es posible apreciar que el lecho de río tiene presencia de arbustos y vegetación en general en ambas márgenes del río (n=0.033):

Fotografía 6. Punto final (Km: 1+194) del tramo de estudio

4.2.2 Pre proceso

El pre proceso de la zona de estudio se realizó en el software ArcGIS 10.4, con la extensión HecGeoRAS 10.4 y la herramienta RAS Geometry. Utilizando las opciones del HecGeoRAS/RAS Geometry/ Create RAS Layers se creó el eje del río (Stream centerline), los bordes del río (Banks) y la trayectoria del flujo (flow path). En cada shapefile creado fue necesario editar y completar la información de topología, estaciones y elevaciones. Éstos se pueden apreciar en la siguiente figura:

Figura 10. Delimitación del eje, bordes y trayectoria del río en la zona de estudio

Así mismo, utilizando las opciones del HecGeoRAS/RAS Geometry se establecieron y delimitaron las secciones transversales (XS Cut Lines) con un espaciamiento de 20m y un ancho de 200m. Se tuvo en cuenta que dos secciones consecutivas no deben cortarse y que las líneas de las secciones deben cortar perpendicularmente al eje del flujo, desde el margen izquierdo al margen derecho.

En la siguiente figura se observan las secciones transversales en la zona de estudio:

Figura 11. Secciones transversales

Desde las opciones del HecGeoRAS/RAS Geometry y el TIN creado anteriormente se añadió la topología y elevación al cauce (Stream Certerline Atributes/All) y a las secciones transversales (XS Cut Line Attributes/All). Finalmente se creó el archivo de exportación (GIS2RAS.sdf).

4.2.3 Proceso en HecRAS

En la siguiente figura se visualiza la geometría del tramo de estudio (Km: 0+000 al Km: 1+194) en el entorno del HecRAS con seccionamientos cada 20m en la dirección del flujo.

Figura 12. Geometría del río en HecRAS

A continuación se visualizan los perfiles transversales más representativos en el entorno del HecRAS

Figura 13. Perfiles transversales Km: 0+020; 0+100; 0+300; 0+430

Figura 14. Perfiles transversales Km: 0+480; 0+620; 0+780; 0+860

Figura 15. Perfiles transversales Km: 0+900; 1+000; 1+060; 1+100

De acuerdo al análisis realizado se consideraron los diferentes valores del coeficiente “n” de Manning: En el margen izquierdo (n=0.033), en la parte central (n=0.032) y en el margen derecho (n=0.029). Además, para las condiciones de contorno se calculó la pendiente del río Santa en el tramo de Challhua, resultando el valor de 1.15%.

En las siguientes figuras se visualizan los niveles de agua para las secciones transversales más representativas de la simulación para los diferentes caudales máximos y periodos de retorno (5, 50, 100 y 200 años).

Figura 16. Niveles de agua, perfil transversal Km: 0+020

Figura 17. Niveles de agua, perfil transversal Km: 0+100

Figura 18. Niveles de agua, perfil transversal Km: 0+300

Figura 19. Niveles de agua, perfil transversal Km: 0+400

Figura 20. Niveles de agua, perfil transversal Km: 0+480

Figura 21. Niveles de agua, perfil transversal Km: 0+620

Figura 22. Niveles de agua, perfil transversal Km: 0+900

Figura 23. Niveles de agua, perfil transversal Km: 1+060

Figura 24. Niveles de agua, perfil transversal Km: 1+100

4.2.4 Post proceso

En esta etapa se importó el archivo generado en la etapa anterior a través del software HecGeoRAS y la herramienta RAS Mapping, donde se visualizan secuencialmente las áreas de inundación y los niveles de agua alcanzados para el caudal base y los caudales en los diferentes períodos de retorno, tal como se observan en las Figuras 25 y 26.

En la siguiente tabla se muestran los niveles de agua alcanzados y las áreas de inundación para el caudal base (Qbase) y los caudales en los diferentes períodos de retorno en el río Santa sector Challhua, donde la variación del nivel de agua (m) y el incremento de área (%) fueron calculadas teniendo en cuenta el caudal base:

N° T (Años) Nivel máx.

agua (m) Variación nivel agua (m)

Área inundación (m2) Incremento área (%)

1 Qbase 2.35 0.00 371.49 0.00 2 5 2.97 0.62 787.64 112..02 3 10 3.21 0.86 1042.31 180.58 4 25 3.52 1.17 1260.61 239.34 5 50 3.73 1.38 1382.11 272.05 6 75 3.86 1.51 1672.49 350.21 7 100 3.94 1.59 1802.25 385.14 8 200 4.16 1.81 1927.08 418.74 Tabla 7. Niveles de agua y áreas afectadas para diferentes períodos de retorno

Figura 25. Áreas de inundación (Caudal base)

Figura 26. Áreas de inundación para diferentes períodos de retorno (5, 50, 100 y 200 años)