Oct-2005 Desarrollo y aplicación de una metodología de

UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA “ JOSE SIMEON CAÑAS” DESARROLLO Y APLICACIÓN DE UNA METODOLOGÍA DE ORDENAMIENTO TERRITORIAL EN ZONAS SUSCEPTIBLES A INUNDACIÓN EN LA CUENCA DEL RÍO JIBOA TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERO CIVIL POR EDUARDO ANTONIO CHÁVEZ REYES MARGARET TATIANA MOLINA MENJIVAR SEPTIEMBRE 2005 SAN SALVADOR, EL SALVADOR, C.A. RECTOR JOSÉ MARÍA TOJEIRA, S.J. SECRETARIO GENERAL RENÉ ALBERTO ZELAYA DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA CELINA PÉREZ RIVERA COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL WALTER SALAZAR DIRECTOR DE TRABAJO ANA DEYSI LÓPEZ RAMOS LECTORES JACQUELINE CATIVO ROBERTO CERON ii AGRADECIMIENTOS § A nuestra asesora, Ing. Ana Deysi y a nuestros lectores, Ing. Roberto e Ing. Jacqueline, por todo su apoyo, comprensión y ayuda. § Al Servicio Nacional de Estudios Territoriales (SNET) por facilitarnos la información necesaria para realizar este trabajo. § Al Ing. Arturo Escalante, del departamento del GIS de la UCA, por su apoyo y ayuda cuando lo necesitamos. § A la casa de la cultura de Cantón Las Isletas, por ayudarnos a conocer el área y a las personas de la zona, especialmente a Cristián Vásquez, Ronald (Vatita) y Lupita. iii Muchas gracias a todos, especialmente a mi familia. Eduardo Chávez iv Agradezco a Dios y a la Virgen por llevarme de la mano todo este tiempo, dándome la fortaleza, discernimiento, paz y alegría que necesitaba en todo momento. A mi familia les agradezco por todo el apoyo y amor que nunca me falta en mi vida. A mis demás familiares y amigos, porque todos me han ayudado de una manera u otra a seguir adelante. Gracias a todos. Taty v SUMARIO En el presente trabajo se desarrolla y aplica la metodología para ordenamiento territorial en zonas susceptibles a inundación en la cuenca del Río Jiboa. Para comenzar el estudio, se obtuvo una serie de caudales máximos instantáneos de la estación hidrométrica de Montecristo, con los cuales se hizo un análisis estadístico. En este análisis, se ocuparon los caudales en diferentes funciones de distribución de probabilidad para luego someterlas a pruebas de bondad de ajuste, donde se identificó qué función de probabilidad se ajustaba mejor a los datos de la estación hidrométrica de Montecristo. Con la función de distribución de probabilidad seleccionada se determinaron caudales para diferentes períodos de retorno; estos caudales junto con la geometría y topografía del río fueron los datos de entrada en el programa HECRAS para modelar el comportamiento hidráulico del río. Con la modelación del flujo del río y el uso de una metodología Italiana modificada para las condiciones locales, se delimitaron las zonas de riesgo debido a inundaciones y se identificó el tipo de vulnerabilidad en áreas puntuales dentro de tales zonas de riesgo. i vi INDICE Abreviaturas y Siglas viii Simbología ix Prólogo x 1. Generalidades 1.1 Descripción y justificación 1 1.2 Antecedentes 4 1.2.1 Plan Maestro de Desarrollo y Aprovechamiento de los Recursos Hídricos de El Salvador 1.2.2 Plan Maestro de Desarrollo Agrícola Integrado de la Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador 6 7 1.2.3 “Metodología para la Delimitación de Áreas Vulnerables a Riesgo de Inundación y su Estado de Desequilibrio.” Caso de Estudio: Cuenca del Río Paz. 7 Huracán Mitch. 1.2.4 Estrategia Compartida para el Desarrollo Nacional 1.3 Objetivos 8 8 1.3.1 Objetivos generales 8 1.3.2 Objetivos específicos 8 1.4 Alcances 9 1.5 Limitantes 10 2. Marco Teórico 2.1 Inundaciones y crecidas 11 2.1.1 Crecidas 11 2.1.2 Tipos de inundaciones 12 A. Clasificación por causas de inundaciones 12 B. Clasificación de acuerdo a zonas afectadas 13 2.1.3 Factores que afectan una inundación 13 2.1.4 Identificación de riesgo 15 A. Peligrosidad o amenaza natural 15 B. Riesgo 15 C. Vulnerabilidad 16 2.1.5 Controles de inundación 16 ii A. Acciones estructurales 16 B. Acciones no estructurales 17 C. Acciones preventivas 17 2.2 Conceptos de hidrología e hidráulica 2.2.1 Hidrología 17 17 A. Funciones de probabilidad 18 B. Pruebas de bondad de ajuste 22 2.2.2 Hidráulica 23 2.2.3 Modelación hidráulica 25 2.2.4 Conceptos de ingeniería de ríos 26 2.3 Conceptos para la metodología de ordenamiento territorial 28 3. Descripción y estudio de la cuenca 3.1 Descripción de la cuenca 33 3.1.1 Clima 36 3.1.2 Geología y fisiografía 38 3.1.3 Suelos 38 3.1.4 Vegetación 40 3.1.5 Uso de suelo actual 41 3.2 Análisis estadístico 44 3.3 Metodología de regionalización 48 3.4 Topografía 52 3.4.1 Metodología 52 A. Visitas de campo 52 B. Medición topográfica 56 3.4.2 Equipo 57 3.4.3 Resultados 58 4. Modelación hidráulica 4.1 Introducción de datos 61 4.2 Calibración del modelo 69 4.3 Análisis de los resultados hidráulicos 70 5. Ordenamiento territorial 5.1 Aplicación de la metodología 73 5.2 Vulnerabilidad 78 iii 6. Recomendaciones y conclusiones 6.1 Recomendaciones 85 6.2 Conclusiones 86 Glosario 87 Bibliografía 89 Anexos iv INDICE DE TABLAS Tabla 2.1. Valores de μy , σy para muestras relativamente pequeñas. 19 Tabla 3.1 Información climatológica de la región 37 Tabla 3.2 Resumen de resultados de análisis estadístico 47 Tabla 3.3 Caudales del programa SMADA y distribución PEARSON tipo III 47 Tabla 3.4 Caudales introducidos al programa HECRAS 48 Tabla 3.5 Regiones hidrologicamente homogéneas delimitadas 49 Tabla 3.6 Factor de ajuste para el cálculo de caudales máximos 50 Tabla 3.7 Ecuaciones de relaciones entre caudales máximos Q2.33 y el área de la 51 cuenca Tabla 3.8 Caudales introducidos al programa HECRAS 51 Tabla 4.1 Tabla de Rugosidad, N de Manning 64 Tabla 4.2 Resultados de calibración del modelo 69 Tabla 4.3 Resumen de resultados 71 Tabla 5.1 Análisis de crecidas máximas 74 Tabla 5.2 Analogía entre los términos del esquema y los del plano 75 v INDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador 2 Figura 1.2 Relieve de la cuenca del Río Jiboa 3 Figura 1.3 Evidencia testimonial de una inundación en la zona que ocurrió en 1934 tomada en Cantón Las Isletas Figura 1.4 Evidencia testimonial de efectos de la inundación provocada por el Huracán Fifí en la zona de estudio, foto tomada en Cantón Las Isletas. Figura 2.1. Diagrama de la energía específica para un caudales de descarga constantes en un canal rectangular 5 6 24 Figura 2.2 Vista en planta de meandros simples y compuestos 27 Figura 2.3 Definición de áreas de riesgo para inundación 30 Figura 3.1 Ubicación de la zona de estudio 33 Figura 3.2 Mapa de los principales tributarios del Río Jiboa 34 Figura 3.3 Mapa de pendientes de la República de El Salvador 35 Figura 3.4 Mapas de formación y edad geológica 38 Figura 3.5 Litología de la subcuenca 39 Figura 3.6 Vegetación en el área de estudio 40 Figura 3.7 Vegetación en el área de estudio 40 Figura 3.8 Cultivos en la zona de estudio 41 Figura 3.9 Vegetación y uso de suelo del área de estudio 42 Figura 3.10 Ganado en la zona de estudio 43 Figura 3.11 Ganado en la zona de estudio 43 Figura 3.12 Mapa de infraestructuras de la zona de estudio 44 Figura 3.13 Gráfica de distribución LOGNORMAL 45 Figura 3.14 Gráfica de distribución PEARSON TIPO III 46 Figura 3.15 Gráfica de distribución GUMBEL 46 Figura 3.16 Mapa de regiones hidrológicas homogéneas 50 Figura 3.17 Desalojo desordenado de arena del lecho del río 54 Figura 3.18 Cambios de cauce del Río Jiboa 55 Figura 3.19 Métodos de poligonal abierta y radiación 56 Figura 3.20 Toma de datos con estación total 58 Figura 3.21 Resultado de estudio topográfico 59 Figura 4.1 Introducción de esquema del río 62 Figura 4.2 Pantalla en HECRAS para introducir las secciones transversales del río 63 Figura 4.3 Introducción de puente a HECRAS 65 Figura 4.4 Introducción de caudales en HECRAS 66 vi Figura 4.5 Introducción de altura de marea conocida en HECRAS 66 Figura 4.6 Pantalla de HECRAS para correr un análisis de flujo estático 67 Figura 4.7 Vista de resultados gráficos en HECRAS 68 Figura 4.8 Tabla de resultados proporcionada por HECRAS 68 Figura 5.1 Esquema de Metodología de Ordenamiento Territorial Modificada 75 Figura 5.2 Mapa de áreas de inundación 77 Figura 5.3 Casa afectada por inundaciones en Cantón El Achiotal 78 Figura 5.4 Casa afectada por inundaciones en Cantón El Achiotal 79 Figura 5.5 Mapa de áreas vulnerables 80 Figura 5.6 Acercamiento en zona crítica de Cantón El Pedregal 81 Figura 5.7 Acercamiento en zona crítica de Cantón El Achiotal 82 Figura 5.8 Acercamiento en zona crítica de Cantones Las Hojas y San Marcelino 83 Figura 5.9 Mapa de cultivos compatibles y no compatibles con las inundaciones 84 vii ABREVIATURAS Y SIGLAS BID Banco Interamericano de Desarrollo CNR Centro Nacional de Registros GNDCICNR Grupo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Grupo Nacional para la Defensa de la Catástrofe Hidilógica del Consejo de Investigación Nacional) GPS Se refiere a equipo con sistema de posicionamiento global (Global Positioning System) HECRAS Programa computacional hidráulico, cuyas siglas en inglés significan Hydrologyc Engineering CenterRiver Análisis System IILA Instituto Italo Latinoamericano JICA Agencia de Cooperación Internacional del Japón MAG Ministerio de Agricultura y Ganadería SIG Sistema de Información Geográfica SNET Servicio Nacional de Estudios Territoriales viii SIMBOLOGÍA d Valor crítico para determinar si una función de distribución pasa la prueba de bondad de ajuste de KolmogorovSmirnov, que depende del número de datos y el nivel de significancia seleccionado. E Energía especifica del flujo. F(x) Función de distribución de probabilidad para la variable aleatoria continua. Fr Número de Froude. Hf Altura del nivel de agua en estación Montecristo de acuerdo a fórmula proporcionada por SNET. Hp Altura del nivel de agua en estación Montecristo obtenida de programa HECRAS. k Intervalos de clase. LE Línea de energía de un flujo. LP Línea piezométrica de un flujo. m Número de parámetros estimados a partir de los datos (utilizado en la prueba Chi cuadrado). n Número total de datos en una serie estadística. Rh Radio hidráulico, que se define como el área hidráulica entre el perímetro mojado. S Desviación estándar. T Período de retorno. xi Variable aleatoria continua (Caudal máximo anual). y Profundidad del flujo. α Nivel de significancia. γ Coeficiente de sesgo utilizado en la distribución de probabilidad Pearson tipo III. ei Parámetro utilizado en la prueba de ajuste Chicuadrado y representa el número esperado de eventos en un intervalo. ν Grados de libertad. qi Parámetro utilizado en la prueba de ajuste Chicuadrado y representa el número observado de eventos en el intervalo i. c Media aritmética. ix PRÓLOGO El presente trabajo está compuesto de seis capítulos. El primero de ellos trata de la descripción de la cuenca del Río Jiboa, así como también de una recopilación de antecedentes de la zona de estudio, mostrándose un resumen de cada uno de ellos. Se presentan, además, las generalidades del documento. El segundo capítulo es el marco teórico del documento, donde se definen los conceptos de inundación y crecida, se aclara la diferencia entre los términos de peligrosidad, riesgo y vulnerabilidad. Por último se abordan los conceptos necesarios de Hidrología, Hidráulica, Ingeniería de ríos y de la metodología italiana de ordenamiento territorial con el objetivo de entender lo elaborado en éste estudio. El tercer capítulo se enfoca en describir solamente la parte estudiada de la cuenca del río Jiboa y se desarrolla el análisis estadístico con los caudales máximos instantáneos provistos por la estación hidrométrica de Montecristo. Al final del capítulo se describe la metodología ocupada para realizar el estudio topográfico del cauce del río y la planicie de inundación. El cuarto capítulo se describe de forma general el programa HECRAS, incluyendo una breve explicación del ingreso de datos para obtener en las diferentes secciones transversales del río su respectiva altura hídrica para los diferentes períodos de retorno. En el quinto capítulo se menciona el concepto de ordenamiento territorial enfocado en la selección de áreas vulnerables a inundación, con el propósito de proteger a la población e infraestructura. Además, se explica porqué se modifica la metodología Italiana para delimitar áreas de riesgo por inundación, terminando con una breve descripción del plano de las áreas vulnerables. Este es el primer párrafo de todo el documento donde se menciona la metodología que se empleará en el estudio, por lo que recomiendo aclarar un poco más este punto. En el último capítulo se presentan las conclusiones y recomendaciones del trabajo. x 1. GENERALIDADES Desde el comienzo de las civilizaciones, las inundaciones han formado parte de la vida del hombre. Prueba de esto es la evidencia histórica y las muchas leyendas y mitos acerca del tema. En algunos casos, la evidencia histórica las demuestra como bendiciones para el hombre, como en el Antiguo Egipto, quienes gracias a las inundaciones del Río Nilo podían cultivar y sobrevivir en el árido clima. Por otro lado, existen mitos y leyendas que las exponen como maldiciones o castigo divino, como la historia del gran diluvio que aparece en la Biblia y una similar de Pira y Deucalión de la mitología GrecoRomana, donde la humanidad es destruida por una gran inundación. Las inundaciones, entonces, se tornan en un problema cuando el hombre en sus procesos de desarrollo comienza a ocupar los cauces de crecidas de ríos y a alterar su geomorfología. Por esto, es importante conocer el comportamiento del río ante eventos extremos y adecuar el desarrollo de una civilización, o el ordenamiento territorial para reducir los riesgos y vulnerabilidades de la zona. En el presente trabajo, se estudia una parte de la cuenca del Río Jiboa con un área de 156 Km 2 . El estudio se enfoca en la parte de la cuenca ubicada en la planicie costera, lo cual provoca que sea muy susceptible a las inundaciones. Por ser una zona en creciente desarrollo, tanto agrícola, comercial como industrial, es de suma importancia conocer el comportamiento del río para saber adecuar su desarrollo y ordenamiento territorial para disminuir los riesgos a la población e infraestructura. DESCRIPCIÓN Y JUSTIFICACIÓN La cuenca hidrológica del Río Jiboa posee un área total de 605.05 km 2 , desde su inicio cerca de San Rafael Cedros, Cuscatlán, hasta su desembocadura en el Océano Pacífico, ver figura 1.1. El estudio realizado abarca solamente un tramo del río, que inicia desde la Estación hidrométrica Montecristo hasta su desembocadura al mar, aproximadamente 22 km de longitud, ver figura 1.2. 1 Fig. 1.1 Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador[SIGSNET] 2 Fig. 1.2 Relieve de la cuenca del Río Jiboa [SIGSNET] 3 Por ser una zona de poca pendiente, es propensa a inundaciones. A pesar de esto, existe muy poca información básica a escala adecuada para crear planes de ordenamiento territorial que orienten al desarrollo futuro de la zona conociendo la susceptibilidad de inundaciones de la misma. Además, siendo una zona principalmente agrícola y ganadera, pero posicionada muy cerca de zonas industriales y del Aeropuerto Internacional de Comalapa (ver figura3.11), promete un considerable crecimiento tanto económico como poblacional. Por lo anterior, es de suma importancia planificar su desarrollo, orientándolo a través de una metodología de ordenamiento territorial a las zonas inundables. ANTECEDENTES La cuenca baja del Río Jiboa es un área que promete un considerable desarrollo económico y social, por lo que se han hecho diferentes estudios para impulsar esta zona. Entre estos estudios se encuentran el Plan Maestro de Desarrollo y Aprovechamiento de los Recursos Hídricos de El Salvador hecho en el año de 1980 por el gobierno de El Salvador a través del Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG); el Plan Maestro de Desarrollo Agrícola Integrado de la Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador elaborado por el Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG) y la Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA) entre los años 1996 y 1997; y la Estrategia Compartida para el Desarrollo Nacional hecho por la Comisión Nacional de Desarrollo con el apoyo del Banco Interamericano de Desarrollo (BID) en noviembre de 2004. Otro trabajo relacionado al tema de estudio es la Metodología para la Delimitación de Áreas Vulnerables a Riesgo de Inundación y su Estado de Desequilibrio, Caso de Estudio: Cuenca del Río Paz. Huracán Mitch elaborado por Ing. Ana Deysi López Ramos, a través del Ministerio de Agricultura y Ganadería, la Universidad Degli Studi di Padova y el Instituto Italo Latinoamericano (IILA) en el año 1999. Debido a este prometedor crecimiento en la zona, resulta de vital importancia conocer los problemas actuales que posee, como las inundaciones y las razones por las cuales ocurren. Una de ellas es la carencia de suficiente cubierta vegetal en la parte alta de la cuenca, causando que la lluvia no pueda infiltrarse adecuadamente, sino que fluya rápidamente hacia la parte baja. Otra razón es la reducción de la pendiente longitudinal del río, haciendo depósitos de materiales gruesos y finos transportados desde la cuenca alta, decreciendo la capacidad hidráulica del cauce del río y promoviendo a transportistas a retirar los materiales finos (arena) sin ningún control, lo cual agrava severamente la problemática de erosión aguas arriba y de sedimentación aguas abajo. Por último, la existencia de niveles freáticos superficiales a lo largo de la ribera reducen la capacidad de infiltración e incrementan el escurrimiento. Al incrementar el escurrimiento, la capacidad de transporte del río se reduce porque hay mayor cantidad de agua a trasladar. 4 Como parte de la problemática es importante conocer también las inundaciones que han ocurrido en la zona. Entre ellas se encuentra la causada por el huracán Mitch en 1998, el Huracán Fifi en 1974 y la ocurrida en 1934, de la cual no existen registros sino solamente recuentos históricos, como se puede evidenciar en las siguientes fotografías tomadas en el Cantón Las Isletas. En la fotografía del Huracán Fifí, la comunidad se confundió de fecha, ya que la indican como ocurrida en 1975, aunque fue en 1974, corroborándose con los datos de caudales máximos de la estación hidrométrica de Montecristo. Fig. 1.3 Evidencia testimonial de una inundación en la zona que ocurrió en 1934, tomada en Cantón Las Isletas 5 Fig. 1.4 Evidencia testimonial de efectos de la inundación provocada por el Huracán Fifí en la zona de estudio, foto tomada en Cantón Las Isletas. En la actualidad, aunque no de tan grande magnitud como los ejemplos anteriores, las inundaciones siguen ocurriendo, como puede ser evidenciado por la noticias en El Diario de Hoy con fecha del 24 de julio del presente año, ver Anexo A. 1.2.1 Plan Maestro de Desarrollo y Aprovechamiento de los Recursos Hídricos de El Salvador El Plan Maestro de Desarrollo y Aprovechamiento de los Recursos Hídricos de El Salvador fue elaborado en el año de 1980 por el gobierno de El Salvador, a través del Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG). En este documento se evalúan los recursos hídricos, la calidad y demanda de los mismos. Se presentan las características generales de la zona de estudio, denominada Región Hidrográfica “F”, así como la geología, geomorfología, suelos, clima y situación socioeconómica. Se estudia, además, la distribución y variación de la precipitación, así como los recursos hídricos tanto superficiales como subterráneos, determinando si se puede usar el agua para consumo 6 humano o para algún otro uso. Por último, se hace un estudio de los usos existentes en la zona, tanto agrícolas como comerciales y sus demandas, analizando también las de uso doméstico y se determina en qué momentos y por cuáles recursos estas demandas son satisfechas y cuándo no. Se analiza la construcción de una posible presa hidroeléctrica en el Río Jiboa en el Cantón Chacastal, estableciendo, entre otros factores, que el caudal provisto en esta zona es suficiente para que el proyecto sea viable 1.2.2 Plan Maestro de Desarrollo Agrícola Integrado de la Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador Este documento fue elaborado por el Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG) y la Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA) entre los años 1996 y 1997. Al igual que en el Plan Maestro de Desarrollo y Aprovechamiento de los Recursos Hídricos de El Salvador, en este documento se presentan datos geológicos, topográficos, socioeconómicos, meteorológicos, hidrológicos y de uso de suelos, entre otros. El estudio se enfoca en la zona de la cuenca del Río Jiboa, proporcionando datos más específicos del área. Se hacen estudios de las precipitaciones y caudales de la zona con las 3 estaciones climatológicas y 12 estaciones pluviométricas existentes en ese tiempo. Además, se analiza la producción agrícola, distribuyéndola espacialmente como cultivos en la cuenca alta, media o baja, y temporalmente, elaborando un calendario de cultivos; adicionalmente se verifica la importancia de la crianza de ganado en la zona así como de la pesca. Se estudian los diversos problemas que tiene el área, como la deforestación en la cuenca alta, las inundaciones en la cuenca baja y la erosión de los suelos en general. 1.2.3 Estrategia Compartida para el Desarrollo Nacional Este documento elaborado por la Comisión Nacional de Desarrollo con el apoyo del Banco Interamericano de Desarrollo en noviembre de 2004 presenta la estrategia de desarrollo para diversas zonas del país y las prioridades que el sector público debe tener para afrontar esta estrategia. La zona estudiada es clasificada bajo la región de Comalapa, donde se prevé una ciudad aeroportuaria, el desarrollo del corredor industrial e impulsar la producción agrícola. En la cuenca baja del Río Jiboa, lo que más relevancia posee es la promoción de la producción agrícola, ya que la ciudad aeroportuaria y el corredor industrial se encuentran en una región más al norte. Con este desarrollo agro productivo se propone apoyar a los cultivos existentes en la zona, como el plátano, marañón, coco y frutas para extracción de concentrado, así como el resurgimiento del cultivo del kenaf y añil. Para impulsar el desarrollo ganadero se crearán instalaciones procesadoras de leche y productos lácteos, ya que en la actualidad este sector no se encuentra muy desarrollado. 7 1.2.4 “ Metodología para la Delimitación de Áreas Vulnerables a Riesgo de Inundación y su Estado de Desequilibrio.” Caso de Estudio: Cuenca del Río Paz. Huracán Mitch. Este documento fue elaborado por la Ing. Ana Deysi López Ramos, a través del Ministerio de Agricultura y Ganadería, la Universidad Degli Studi di Padova y el Instituto Italo Latinoamericano en Padova en el año 1999. En él se estudia el Río Paz y el desbordamiento ocasionado por el Huracán Mitch. Se obtienen los parámetros físicos que describen el comportamiento de la cuenca del río ante un evento extremo y se determina el período de retorno para el caso estudiado del Huracán Mitch. Luego, por medio de una simulación de las crecidas, utilizando el programa HEC RAS, se determina la capacidad hidráulica, los volúmenes excedentes y puntos críticos de desbordamiento, delimitando además las zonas sujetas a inundación para tormentas con diferentes períodos de retorno. Por último, se determina la vulnerabilidad de estas áreas sujetas a inundación y se propone un ordenamiento territorial de acuerdo a ello, usando una propuesta del gobierno italiano. En este estudio, al igual que para el caso a investigar, se propone analizar la cuenca de un río salvadoreño e identificar las zonas vulnerables a través de un estudio hidráulico y un ordenamiento territorial propuesto para diferentes períodos de retorno, con la misma metodología pero ajustada a las condiciones locales. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Proponer un ordenamiento territorial basándose en la delimitación de zonas de riesgo debido a inundación, además de enmarcar las áreas vulnerables dentro de estas zonas, en la parte baja de la cuenca del Río Jiboa, adecuando y aplicando la metodología de ordenamiento territorial propuesta por el gobierno italiano. OBJETIVOS ESPECÍFICOS · Obtención de información básica para el estudio a ejecutar, que incluye los planos de topografía, uso de suelos, infraestructura e inundación para definir el área susceptible a inundaciones ante eventos hidrometeorológicos extremos. · Hacer un análisis estadístico en el cual se determinará qué función de distribución de probabilidad aporta caudales, para diferentes períodos de retorno, similares a los proporcionados por la estación hidrométrica Montecristo. 8 · Ejecutar el análisis hidráulico del Río Jiboa, utilizando los caudales máximos de la función de distribución de probabilidad seleccionada; para introducirlos en el modelo hidráulico distribuido de propagación de caudales HECRAS, para obtener las alturas de inundación. · Trazar los mapas de inundación y áreas vulnerables, usando los planos de infraestructura, uso de suelos, topografía y los resultados del análisis hidráulico. · Determinar el grado de desequilibrio (vulnerabilidad) y peligrosidad de las áreas sujetas a inundación, identificadas en el estudio de la metodología de ordenamiento territorial propuesto por el gobierno italiano. · Replantear la metodología del gobierno Italiano para que sea aplicable a las condiciones locales. ALCANCES · Se estudia la cuenca baja del Río Jiboa, desde la estación hidrométrica de Montecristo hasta su desembocadura en el Océano Pacífico, por ser susceptible a inundaciones por poseer un territorio de bajas pendientes y niveles freáticos superficiales. · Representar las diferentes crecidas que podría presentar el Río Jiboa por medio del programa HECRAS, ocupándose para ello un modelo hidráulico que supone un flujo permanente, gradualmente variado con caudal constante. · Se calibraron los resultados del programa HECRAS, con lo tirantes hídricos de la sección del río en la estación hidrométrica Montecristo para los períodos de retorno de 2 y 5 años, mientras que para los demás períodos de retorno se usaron los datos históricos proporcionados por la gente de la localidad. · Levantamiento topográfico del cauce del Río Jiboa, desde la Carretera El Litoral hasta su desembocadura en el Océano Pacífico, tomando secciones transversales con separaciones desde 5 metros hasta 700 metros, dependiendo de la visibilidad, ya que el río presenta muchos meandros y frondosa vegetación. Donde no era accesible, se ocuparon los planos topográficos de escalas 1:25,000 y datos recopilados con equipo GPS para complementar la información faltante. · Se considera el efecto de la marea sobre el nivel del río Jiboa, para ello se considera un nivel de marea de 5 metros sobre el nivel medio del mar. · Se aplica una Metodología modificada para la determinación de la vulnerabilidad de las zonas susceptibles a inundación. · Los planos de uso de suelos y de infraestructura utilizados en el estudio tienen una escala 1:25,000. 9 LIMITANTES · Para obtener resultados más completos y recomendar propuestas relativas al manejo integral de la cuenca, sería conveniente realizar el análisis de toda la cuenca del río, pero por efectos de tiempo y disponibilidad de información, el estudio se realizó solamente para la cuenca baja del río. Sin embargo, se espera que este trabajo siente precedente para futuras investigaciones. · Se usaron solamente los datos de caudales recopilados de la estación hidrométrica Montecristo, ya que posee suficiente información histórica para poder hacer un análisis hidrológico confiable. Los datos de caudales máximos instantáneos de la estación datan desde el año de 1961 a 1996, pero se usaron solamente 20 datos entre estas fechas, ya que son los que poseen suficiente confiabilidad. · Se trabajó con los dos afluentes de Río Jiboa que se encuentran aguas abajo de la estación hidrométrica de Montecristo, el Río Tilapa y Río Sepaquiapa. Sin embargo, en éstos no existen estaciones que monitoreen su comportamiento, por lo que fue necesario calcular su caudal de aporte al Río Jiboa por medio del método de regiones hidrológicamente homogéneas. · El área de estudio no es muy accesible topográficamente en época de invierno, por lo que el trabajo topográfico se vio restringido con un menor número de secciones transversales del río. · El tiempo que se tiene para este estudio (5 meses), es insuficiente para realizar un trabajo detallado técnicamente y socioculturalmente. 10 2. MARCO TEÓRICO CRECIDAS E INUNDACIONES Como se mencionó anteriormente, las inundaciones pueden ser consideradas como amenazas o bendiciones. La diferencia entre ellas reside en el conocimiento de sus características, los diferentes tipos que existen y cuándo se convierte ésta en un riesgo para una población determinada. Antes de comenzar a estudiar inundaciones, se debe de conocer qué es una crecida y su diferencia con las inundaciones, ya que muchas veces se confunden los términos de crecida e inundación. Una crecida es la respuesta de una cuenca hidrográfica ante la ocurrencia de una precipitación que abarcó total o parcialmente a su área de aporte, dependiendo de las características de la cuenca y la precipitación. Una inundación es la condición temporaria de ocupación parcial o completa de tierras generalmente secas por parte del agua proveniente del desborde de un río, y/o la acumulación inusual de agua desde cualquier fuente. De esto radica que una crecida no necesariamente provoca una inundación, ya que puede o no desbordarse de su cauce natural. CRECIDAS Una crecida puede preverse en un determinado lugar a corto o largo plazo. Cuando se prevé a corto plazo se le llama pronóstico en tiempo real e implica el seguimiento de la crecida cuando la precipitación es conocida o prevista. Esto se puede lograr de diversas maneras, como mediante el uso de un modelo matemático hidrológicohidráulico que calcula el caudal (o nivel) del río en base a la precipitación conocida, mediante el uso de relaciones precipitaciónnivel o relaciones nivel nivel. Cuando se prevé a largo plazo, se debe hacer de manera estadística, ya que no se puede estimar la precipitación o caudal de un lugar con demasiada anticipación. Al hacerlo estadísticamente implica tener que calcular las probabilidades de ocurrencia de cierto nivel o caudal a partir de datos históricos del lugar, si se tienen, o de un lugar con características similares. Las crecidas pueden clasificarse estadísticamente, dependiendo principalmente de su período de retorno. Si el período de retorno es menor a diez años, se le denomina como ordinaria. Si posee un período de retorno entre diez y cien años, se le llama extraordinaria, mientras que si es mayor a cien años se le conoce como excepcional. Sin embargo, es una crecida episódica cuando tiene un período de retorno de más de cien años y existen rasgos geológicos y geomorfológicos en el paisaje[Bertoni y Morelli, 2005]. 11 TIPOS DE INUNDACIONES A. Clasificación por causas de inundaciones 1. Inundaciones por precipitaciones “ InSitu” Este tipo de inundación es la que se produce por la acumulación de agua de lluvia en un determinado lugar sin que ese fenómeno coincida necesariamente con el desbordamiento de un cauce fluvial. Este tipo de inundación es causado por una serie de precipitaciones intensas o persistentes, lo cual se puede dar en dos casos. Puede producirse por una lluvia intensa durante considerablemente poco tiempo o por una lluvia persistente o moderada durante un extenso período de tiempo. El primero de estos casos es el que posee el mayor peligro para la población y sus bienes y el que plantea los principales inconvenientes a los servicios de coordinación e intervención para prevenir y controlar sus daños, ya que hacen que el tiempo de respuesta de la población y de los servicios de emergencia sea más reducido. 2. Inundaciones por acciones del mar Estas inundaciones pueden clasificarse en dos tipos de acciones: dinámicas y estáticas. Son acciones dinámicas del mar aquellas que son provocadas por un tsunami o maremoto. Sin embargo, este tipo de inundaciones no es muy común en el país. Las acciones estáticas del mar no originan por sí solas las inundaciones pero contribuyen de manera directa a su generación, ya que con marea alta, por ejemplo, obstaculizan el drenaje de los ríos en sus desembocaduras y de esta manera frenan la evacuación de las aguas fluviales al mar abierto, que es su desagüe natural final. 3. Inundaciones por desbordamientos de los ríos Entre las causas de los desbordamientos de los ríos se encuentran los excedentes de agua o precipitación, los deslizamientos del terreno, los arrastres de sólidos, la acumulación de sedimentos, los estrechamientos, los puentes, la deforestación, entre otros. Pero la razón más trascendental del desbordamiento de los ríos es la provocada por las crecidas, suceso que sólo o combinado con las causas anteriormente citadas provocan el desbordamiento e inundación de sus márgenes. Algunos de los efectos de estos desbordamientos son el peligro de la vida de personas y animales, inundaciones de riberas, daños en las vías de comunicación, edificaciones y cambios en el curso del río. Son por ello especialmente vulnerables las zonas muy planas y los puntos en 12 los que los ríos se estrechan o pierden profundidad, especialmente en las desembocaduras donde se acumula el sedimento arrastrado por la corriente. 4. Inundación por rotura u operación incorrecta de obras de infraestructura hidráulica Se trata de un hecho circunstancial poco probable y no necesariamente relacionado con los fenómenos meteorológicos, sino más bien con los geológicos o con la técnica. Pero es evidente que la rotura de una presa, por pequeña que ésta sea, puede llegar a causar una serie de problemas no sólo a la población sino también a sus bienes, a las infraestructuras y al medioambiente. La propagación de la onda en este caso resultará tanto más dañina cuanto mayor sea el caudal, el tiempo de propagación y los elementos existentes en la zona, como asentamiento humano o infraestructura. B. Clasificación de acuerdo a zonas afectadas Las zonas afectadas se pueden dividir en tres tipos: montañosas, valles y llanuras o planicies. En cada lugar, los efectos son diferentes aunque siempre potencialmente peligrosos. Las inundaciones que se dan en las cuencas montañosas, o zonas con altas pendientes, se conocen como "crecidas instantáneas". Se caracterizan por tener una corta duración y un comienzo repentino. Aunque los daños ocurren en áreas limitadas, su alta velocidad de flujo y alto contenido de escombros ocasionan desastres fatales. En los valles, la carga de sedimentos de las zonas montañosas es depositada en los lechos de los ríos, elevando su nivel. Al mismo tiempo, la gran cantidad de escombros son detenidos o atrapados por puentes o acumulados en los canales. Como resultado de lo anterior, las crecientes tienden a fluir en forma desordenada produciendo efectos dañinos para las orillas del cauce o sus diques, donde éstos existen. Más aún, si una creciente llega a romper un dique, el área puede ser seriamente afectada por un violento flujo de lodo. Por último, las características principales de las inundaciones en llanuras aluviales son su amplia cobertura y su larga duración, debido a la atenuación de la onda de crecida a medida que se desplaza aguas abajo. Por lo tanto, los daños causados pueden ser enormes. 2.1.3 FACTORES QUE AFECTAN UNA INUNDACIÓN Las inundaciones se dan por diversos factores, muchos de ellos climatológicos, ambientales, físicos, hidráulicos e inclusive por intervención del hombre. 13 Un factor importante es la precipitación, la cual es la medición recogida por un pluviómetro, registrada en milímetros o calculada en volumen de agua precipitada por unidad de tiempo, y es determinante para conocer el alcance de una inundación. Un alto índice de precipitaciones en un corto tiempo es peligroso en cuanto las escorrentías superficiales no logran filtrarse y por ende saturan la capacidad de evacuación de los cauces. Otro factor es la topografía de la zona, especialmente las pendientes. Al aumentar la pendiente, aumenta el flujo de las escorrentías en su cauce y velocidad. Esto reduce el tiempo de concentración y aumenta la erosión del suelo, arrastrando a su paso elementos sólidos que se depositan en sus lechos, provocando la disminución de la sección de los ríos o su total o parcial obstrucción. Cuando la pendiente es pequeña, y el terreno es casi plano, se produce el efecto contrario pero igualmente dañino. En este caso, el agua tiende a estancarse y el río no alcanza a evacuar el agua o lo hace muy lentamente, fenómeno aumentado en muchas ocasiones por la escasa permeabilidad o la saturación del subsuelo. La permeabilidad del suelo contribuye a la disminución de los caudales superficiales, permitiendo la infiltración del agua para formar parte de las escorrentías subterráneas y la formación y regeneración de acuíferos. En suelos impermeables, como los arcillosos, se produce un volumen alto de escorrentía superficial o se forman lagunetas dependiendo del grado de inclinación del terreno. La permeabilidad del suelo depende en parte de la cubierta vegetal que posea, el cual es otro factor relevante. La cubierta vegetal impide la erosión, al mismo tiempo que con sus raíces absorbe una parte de ella o dificulta su avance hacia los ríos, prolongando en éstos su tiempo de concentración. Además colabora en la disminución del transporte de residuos sólidos que posteriormente afectan a los cauces. Al remover la cubierta vegetal o deforestar una zona, se aumenta el riesgo a una inundación. Otras veces las inundaciones son causadas por la intervenciones del hombre en el cauce del río. Entre las maneras en que el hombre interviene se encuentra el cambio del uso de la tierra, la deforestación, la invasión de asentamientos humanos en los cauces de los ríos, e inclusive es una forma indirecta de intervención la avería o rompimiento de una obra hecha por el hombre, como un dique o presa, la cual causa una crecida sustancial del nivel del agua y produce una inundación. 14 2.1.4 A. IDENTIFICACIÓN DE RIESGO Peligrosidad o amenaza natural La amenaza natural es, básicamente, un suceso extremo de la naturaleza, potencialmente dañino para los seres humanos y que se produce con la frecuencia suficientemente reducida para no ser considerado parte de la condición o estado normal del medio, pero sin dejar por ello de ser motivo de preocupación. [http://www.erlingsson.com/disasters/theoretical_considerations.html] Las crecidas son fenómenos naturales extremos, siendo entonces consideradas como amenazas. El impacto potencial de una amenaza natural está normalmente representado en términos de su posible magnitud o intensidad. En términos matemáticos la amenaza está expresada como la probabilidad de ocurrencia de un evento de ciertas características en un sitio determinado y durante un tiempo específico de exposición. La probabilidad de ocurrencia de eventos puede obtenerse para diferentes sitios si se tienen registros suficientes de información de eventos ocurridos en el pasado durante un período significativo. Los procesos naturales puedan causar desastres si tienen una afectación en alguno de estos aspectos: vida humana, propiedad, sociedad. B. Riesgo El riesgo es la probabilidad de que se presenten pérdidas o consecuencias económicas y sociales debido a la ocurrencia de un fenómeno peligroso. [http://cidbimena.desastres.hn/docum/ops/publicaciones/048/048.5.htm] Por lo tanto, el riesgo se obtiene de relacionar la amenaza con la vulnerabilidad, o potencialidad que tienen los elementos expuestos al evento a ser afectados por la intensidad del mismo. La condición de riesgo sólo se da entonces cuando su ocurrencia se produzca en un área ocupada por actividades humanas que deben afrontar las consecuencias de dicho fenómeno. Así, el riesgo de inundaciones está relacionado, no sólo con el grado de exposición de los elementos, sino también con la predisposición de los mismos a ser afectados por tal evento. El riesgo de inundaciones es el resultado de la identificación conjunta y combinada de dos factores fundamentales: unos físicos, como la lluvia y las condiciones de las cuencas receptoras que determinan el grado de peligro o amenaza existente; y otros humanos, mediante los cuales se expresa el grado de vulnerabilidad que la sociedad presente en el ámbito amenazado ante la ocurrencia de crecidas e inundaciones. 15 C. Vulnerabilidad Es una medida de la susceptibilidad de los elementos expuestos a una amenaza a sufrir un daño o una pérdida. [http://www.erlingsson.com/disasters/theoretical_considerations.html] Estos elementos pueden ser las estructuras, los elementos noestructurales, las personas, entre otros. La vulnerabilidad está generalmente expresada en términos de daños o pérdidas potenciales que se espera se presenten de acuerdo con el grado de severidad o intensidad del fenómeno ante el cual el elemento está expuesto. Su vinculación es directa con el nivel socioeconómico e institucional del territorio donde potencialmente pueden impactar las lluvias causantes de las crecidas e inundaciones, constituyendo un indicador de la eficacia de un determinado grupo social para adecuarse al medio en el que se instala. La relación es inversamente proporcional, ya que a mayor vulnerabilidad, menor preparación para soportar favorablemente la crecida o inundación. 2.1.5 CONTROLES DE INUNDACIÓN Para hacerle frente a las inundaciones y sus efectos, se podrían dividir las acciones en dos grandes bloques: las emergentes y las preventivas. Las actuaciones emergentes son aquellas que se derivan de la propia situación de emergencia, como la evacuación de viviendas y el rescate de vidas. Las actuaciones preventivas son las que tiene como objetivo principal disminuir el posible daño ocasionado por amenazas naturales antes de que éstas ocurran. Estas puede dividirse en tres grupos: acciones estructurales, acciones noestructurales y planificación. A. Acciones estructurales Se aplican con el objeto de obstaculizar, en lo posible, los fenómenos de formación y propagación de las avenidas. Son llamados estructurales porque suponen la construcción de una obra hidráulica o implican una manipulación del terreno por donde circula el agua. Unos ejemplos de este tipo de actuaciones son los trabajos de reforestación, limpieza de los cauces o dragados, encauzamiento de los ríos, áreas inundables predeterminadas, presas y drenajes. Estas acciones son considerablemente costosas, pero no menos costosas que los daños producidos por las inundaciones si éstas ocurrieren y no existiera la obra. Por ende, debe ser considerada una inversión a largo plazo para prevenir daños ocasionados por estas amenazas de la naturaleza. 16 B. Acciones no estructurales Estas acciones van encaminadas a impedir, reducir, minimizar o incluso anular los daños generados por las inundaciones. Sin embargo, ya no implican la construcción de una obra, sino una predicción del suceso y cálculo de las probabilidades de aparición en el tiempo y afección del entorno. Entre estas medidas noestructurales se pueden nombrar la elaboración de mapas de riesgo, la identificación y zonificación de las áreas inundables y la contratación de seguros. La elaboración de mapas de riesgos, identificación y zonificación de áreas inundables provee de una herramienta útil para las personas que viven en estas zonas y para el futuro desarrollo del área, siendo éste el objeto del estudio realizado. C. Acciones preventivas Su objetivo es el de prever el riesgo y sus efectos para estar preparados en caso de desastre, pudiendo ser a corto o a largo plazo. Las prevenciones a corto plazo son alertar a la población ribereña, la evacuación preventiva de las zonas inundables, la creación de defensas provisionales con sacos de arena u otros materiales más sólidos, la restricción de la circulación por carretera, el desalojo de maquinaria agrícola y otros bienes costosos y el traslado del ganado hacia zonas altas. Las prevenciones a largo plazo pueden incluir la concientización de la población en zonas de riesgo y su educación. Por ejemplo, las personas de la zona de estudio, que corresponde a la parte baja del Río Jiboa, se encuentran preparadas y capacitadas para saber responder eficientemente ante este tipo de eventos, especialmente los jefes de los cantones o casa de la cultura, existiendo otros planes similares a éste en formulación. Esto se puede evidenciar en la noticia en El Diario de Hoy, con fecha 11 de junio de 2005, ver Anexo A. 2.2 CONCEPTOS DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA 2.2.1 HIDROLOGIA Existen muchas definiciones de hidrología, pero nos interesa el de hidrología fluvial, que se entiende como el estudio de la secuencia en que ocurren los caudales de un río. Una idea implícita en los estudios de los ríos es que las regularidades que éste tiene se pueden estudiar en un año, pero los ríos experimentan fenómenos de crecida o avenida de carácter extraordinario, en las que se ajusta de mejor manera un caudal máximo instantáneo. Con estos valores máximos instantáneos de cada año, se forma una secuencia que se estudia estadísticamente para caracterizar la probabilidad de ocurrencia. 17 Un caudal Q tiene un período de retorno T si la probabilidad de ser superado en un año es 1 . El T "período de retorno o de recurrencia" (T) se define mejor como el intervalo medio expresado en años en el que un valor extremo alcanza o supera al valor "x", al menos una sola vez (Elías y Ruiz, 1979). El período de retorno será mayor cuanto mayor sea la importancia y la repercusión social, ecológica y económica de la obra. Así la necesidad de disponer de amplios períodos de retorno contrasta con la disponibilidad de series de datos climatológicos, por lo que se debe recurrir a estimaciones estadísticas. Un fenómeno hidrológico se estudia con una serie de datos históricos para llegar a tener una idea del comportamiento del fenómeno. A. Funciones de Probabilidad Existen muchas funciones de probabilidad, a las que se pueden ajustar de una buena forma una diversidad de fenómenos hidrológicos. Para esto se debe tener en cuenta que existen dos tipos de funciones de probabilidad. Las funciones discretas son aquellas en la que la variable aleatoria puede tomar un rango finito de valores, y las funciones continuas son aquellas en la que la variable aleatoria puede tomar una cantidad infinita de valores. En hidrología interesan principalmente las funciones continuas, por lo que en el presente trabajo se emplearan tres funciones de probabilidad, para ver cual de ellas se ajusta mejor a las muestras de caudales máximos instantáneos provistos por la estación hidrométrica Montecristo ubicada en la cuenca del Río Jiboa. Las distribuciones de probabilidad son las siguientes: 1. Gumbel 2. Pearson III 3. Lognormal 1. Distribución Gumbel Para cada muestra se debe seleccionar el máximo x de los n eventos, la función de distribución de probabilidad de x tiende a: -a ( c - b F (c ) = e -e ) (Ec. 2.1) 18 Donde α y β son los parámetros de la función Para muestras muy grandes: α = 1.2825/S b (Ec. 2.2) (Ec. 2.3) = c - 0. 45 S Para muestras relativamente pequeñas: Donde c α = σy/S (Ec. 2.4) b = c - m y / a (Ec. 2.5) y S son la media y desviación estándar respectivamente, my y sy se obtienen de la siguiente tabla, siendo n el tamaño de la muestra. Tabla 2.1. Valores de μy , σ y para muestras relativamente pequeñas [Aparicio Mijares, 2001] n μy σy 10 0.4952 0.9496 15 0.5128 1.0206 20 0.5236 1.0628 25 0.5309 1.0914 30 0.5362 1.1124 35 0.5403 1.1285 40 0.5436 1.1413 45 0.5463 1.1518 50 0.5485 1.1607 55 0.5504 1.1682 60 0.5521 1.1747 65 0.5535 1.1803 70 0.5548 1.1854 75 0.5559 1.1898 80 0.5569 1.1938 85 0.5578 1.1974 90 0.5586 1.2007 95 0.5593 1.2037 100 0.5600 1.2065 19 2. Distribución Pearson III La función de densidad de probabilidad se define como: ì c - d 1 ü 1 f (c ) = í ý a 1 G (b1 ) î a 1 þ b 1 -1 - e c -d1 a1 (Ec. 2.6) donde α1, β1, δ1 son los parámetros de la función y Γ(β1) es la función Gamma. Los parámetros α1, β1, δ1 se evalúan, a partir de n datos medidos, mediante el siguiente sistema de ecuaciones: c = a 1 b 1 + d 1 (Ec. 2.7) S 2 = a 1 2 b 1 (Ec. 2.8) 2 g = donde c (Ec. 2.9) b 1 es la media de los datos, S 2 su variancia y γ su coeficiente de sesgo, que se define como: n g =S (c i - c ) / n i =1 3 (Ec. 2.10) S 3 La función de distribución de probabilidad es: F (c ) æ c -d1 ö ÷ a1 ÷ø x - çç 1 = e è a 1 G( b1 ) ò0 æ c - d 1 ö çç ÷÷ è a 1 ø b -1 dx (Ec. 2.11) sustituyendo y = c - d1 a 1 (Ec. 2.12) 20 Por lo tanto la ecuación que involucra a F(x) se escribe como: F ( y ) = 1 G(b ) ò 1 y 0 y b -1 e - y dy (Ec. 2.13) La función anterior es una función de distribución chi cuadrada con 2β1 grados de libertad y x 2 = 2y Esta manera de usar la función de distribución Pearson III es estrictamente válida cuando β1 = ŋ/2, donde ŋ es un entero positivo cualquiera. Si, como es común, 2β es no entero, puede tomarse como el entero más próximo o bien interpolar en la tabla B.1 del Anexo B. Cuando β < 0.3, será necesario acudir a tablas de la función de distribución de Gamma de un parámetro. 3. Distribución Lognormal En esta función los logaritmos naturales de la variable aleatoria se distribuyen normalmente. La función de densidad de probabilidad es: 1 æ ln c -a ö ÷ - çç 2 è b ÷ø 2 1 1 e 2 P cb f (c ) = (Ec. 2.14) donde α y β son los parámetros de la distribución. Los valores de α y β son respectivamente la media y la desviación estándar de los logaritmos de la variable aleatoria. Esta función no necesariamente es simétrica. Los valores de α y β se estiman a partir de n observaciones xi , i = 1,2,...n, como: n a = ln c i n =1 å i (Ec. 2.15) 1 b é n (ln c i - a ) 2 ù 2 = êå ú n êë i =1 úû (Ec. 2.16) La función de distribución de probabilidad es: F ( x ) = ò x 0 1 æ ln c -a ö ÷ b ÷ø 1 1 - 2 ççè e 2 P cb 21 2 dx (Ec. 2.17) Los valores de la función de distribución de probabilidad se obtienen usando la tabla B.2 del Anexo B, donde la variable estandarizada se define como: z = ln c - a (Ec. 2.18) b B. PRUEBAS DE AJUSTE Para poder identificar cuál de las distribuciones probabilísticas se ajusta mejor a los valores obtenidos de cierta estación hidrométrica, se pueden hacer diversas pruebas de bondad de ajuste. Existen muchas en la actualidad, sin embargo, se expondrán solamente dos, la Chi Cuadrado (x 2 ) y la de KolmogorovSmirnov. 1. Prueba de Chi Cuadrado(X 2 ) Lo primero consiste en dividir los datos en un número k de intervalos de clase con el mismo tamaño. Posteriormente se calcula el parámetro D k D = 2 (q i - e i ) å i / e i (Ec. 2.19) =1 donde q i es el número observado de eventos en el intervalo i y e i es el número esperado de eventos en el mismo intervalo. ei se calcula como: e i = n[F (S i ) - F (I i )] (Ec. 2.20) i = 1,2,...,k donde F(Si) es la función de distribución de probabilidad en el límite superior del intervalo i, F(Ii) es la misma función en el límite inferior y n es el número de eventos. Una vez calculado el parámetro D para cada función de distribución considerada, se determina el valor de una variable aleatoria con distribución x 2 para υ = k1m grados de libertad y un nivel de significancia α, donde m es el número de parámetros estimados a partir de los datos. 2 Para aceptar una función de distribución dada, se debe cumplir: D ≤ x 1α,k1m El valor de x 2 1α,k1m se obtiene de tablas de la función de distribución x 2 , como la tabla B.3 del Anexo B. 22 2. Prueba de KolmogorovSmirnov Esta prueba consiste en comparar el máximo valor absoluto de la diferencia D entre la función de distribución de probabilidad observada Fo(xm) y la estimada F(xm) D = máx F 0 (c m ) - F (c m ) (Ec. 2.21) con un valor crítico “d” que depende del número de datos y el nivel de significancia seleccionado (tabla B.3 del anexo B). Si D<d, se acepta la hipótesis nula. La función de distribución de probabilidad observada se calcula como: F 0 (c m ) = 1 - m n + 1 (Ec. 2.22) donde m es el número de orden del dato xm en una lista de mayor a menor y n es el número total de datos. 2.2.2 HIDRAULICA La hidráulica es la ciencia que estudia el comportamiento de los líquidos con respecto a la presión y al flujo de los mismos. Es un tema de especial interés para ingenieros, ya que en él se intenta ordenar el flujo del agua para provecho y seguridad de la población humana. Hay una gran cantidad de clasificaciones para los flujos, pero nos centraremos en las categorías para flujo en canal abierto y que además las definiciones sean compatibles con el modelo matemático seleccionado para el estudio del Río Jiboa. § Flujo unidimensional, bidimensional: El método de análisis unidimensional se aplica al flujo entre contornos que son realmente tridimensionales, entendiendo que la dimensión única se toma sobre la línea de corriente central del flujo. Los valores medios de velocidad, presión y elevación a través de una sección normal a esta línea de corriente se consideran típicos del flujo en su totalidad, mientras que un flujo se considera bidimensional si todas las líneas de corriente son curvas planas y son idénticas en una serie de planos paralelos. § Flujo estacionario: Es aquel que conserva constantes las propiedades de un flujo con el paso del tiempo, en cualquier punto especifico. 23 § Flujo uniforme: En el caso de un canal abierto, el flujo uniforme significa que la sección transversal y la profundidad del agua se mantienen constantes tanto a lo largo de un cierto tramo del canal como en el tiempo. § Flujo subcrítico y supercrítico: En la figura 2.1 donde se grafica la energía específica (E) con respecto a la profundidad del flujo (Y), hay dos posibles valores de y para un valor dado de E, a los que se denomina profundidades alternativas. Las dos profundidades alternativas representan dos regímenes de flujo completamente distintos: lento y profundo en la zona superior de la curva (subcrítico), rápido y poco profundo en la zona inferior de la curva (supercrítico). En el punto C, para un flujo con caudal q por unidad de anchura, E tiene un valor mínimo y el flujo en este punto se denomina flujo crítico. Figura 2.1. Diagrama de la energía específica para un caudales de descarga constante en un canal rectangular [Franzini, Joseph B., 1999: p.271] En la figura anterior, K 1 = V 12 2 g y K 2 = V 22 2 g Una forma conveniente para determinar el tipo de flujo consiste en que para canales anchos y pocos profundos, se supone que el flujo central se puede considerar igual que el flujo en un canal de anchura infinita, por lo tanto al examinar un elemento pequeño de tal flujo de anchura Δb se deduce que el área de la sección transversal del flujo es y multiplicado Δb, y que la longitud del 24 perímetro mojado es solamente Δb ya que no tiene paredes laterales, por lo que el radio hidráulico viene dado por Rh = A/P = y Δb/ Δb = y (Ec. 2.23) Y recordando la fórmula del número de Froude: F r = V gR h = V gy (Ec. 2.24) El flujo es subcrítico si Fr < 1, y supercrítico si Fr > 1. § Flujo no uniforme o variable: En un canal abierto con una pendiente, el flujo se debe por la componente de la gravedad que es paralela a la pendiente del fondo del canal; ésta componente es constante mientras que la fuerza de fricción aumenta con la velocidad, por lo que al fin los dos efectos llegarán a un equilibrio y se producirá flujo uniforme. Cuando las dos fuerzas no están equilibradas, el flujo será no uniforme. § Flujo gradualmente variable y rápidamente variable: Existen dos tipos de flujo no uniforme. En el primero las condiciones variables perduran sobre una distancia larga, y en el segundo la transición se restringe a una distancia corta. 2.2.3 MODELACIÓN HIDRÁULICA En el mercado existen diversos paquetes de programas computacionales para modelaciones de flujos naturales o artificiales. Entre ellos existen en diversos grados de complejidad para introducir datos, precios y disponibilidad. Si los programas tienen un alto precio, la manera de introducir los datos es más simplificada pero se necesitan muchos datos de entrada, muchos de los cuales no se encuentran disponibles para la cuenca por la poca información recopilada y existente de la misma. Unos de los paquetes disponibles en el mercado son HECRAS, SWMM, HIDROLAB, FLOWMASTER, RIVERCAD, entre otros. Muchos de estos programas están especialmente diseñados para hidrología o hidráulica. Se escogió entre todos ellos el programa HECRAS (Hydrologic Engineering CenterRiver Analysis System), ya que es de fácil comprensión, gratuito y se poseía el manual del mismo. Este programa fue desarrollado por el Centro de Ingeniería Hidrológica de la U.S. Army Corps of Engineer. La primera versión de este programa fue creada en 1995, y desde entonces se ha actualizado en siete versiones, hasta la versión 3.1 que es la utilizada en este estudio. Este programa está disponible al 25 público en general y puede ser obtenido gratuitamente en la página de internet www.hec.usace.army.mil. El programa HECRAS posee diferentes modelaciones para flujos variables o constantes en el tiempo para canales artificiales o naturales, entre las cuales se encuentra la modelación de flujo uniforme, flujo gradualmente variado y el modelo hidrodinámico. En el modelo de flujo uniforme, el más simple de todos, admite que en las secciones transversales exista una conexión entre alturas y caudales. En el modelo de flujo gradualmente variado, con caudal constante, se puede obtener con los caudales de diferentes períodos de retorno, las diferentes alturas de inundación. Por último, en el modelo hidrodinámico, el más complejo de todos por toda la información necesaria para poderlo ejecutar, se puede obtener los planos de inundación y el tiempo que tarda en desalojar el área inundada, así como incorporar otros factores que afectan el flujo, como la marea. 2.2.4 CONCEPTOS DE INGENIERÍA DE RÍOS. “La ingeniería fluvial trata de las intervenciones humanas en los ríos para su adecuación al aprovechamiento de los recursos o a la reducción de los riesgos de daño. Pero el río no es en sí mismo objeto de la ingeniería civil, como pueden ser una carretera o un ferrocarril. El río es un elemento natural que recoge las aguas de una cuenca y las transporta en lámina libre hasta su desembocadura. [Vide, 2003: p. 21].” No existen dos ríos iguales ya que un río se desenvuelve en su clima, relieve, hidrología, respectivos, pero sí se puede hablar de características comunes. Por lo tanto se pueden hacer diversas clasificaciones, entre las cuales se encuentran la clasificación de acuerdo a la duración del cauce, efímero o perenne; según el lecho por donde fluya, aluvial o de lecho rocoso; según la pendiente, ríos torrenciales y torrentes; según el contexto geográfico, río de montaña y el río de llanura. Pero la clasificación que interesa es de acuerdo a su forma, pudiendo ser cauce trenzado o sinuoso. El cauce trenzado es muy ancho y está compuesto por una multiplicidad de cauces menores entrelazados que dejan islas (sumergibles) entre sí al unirse y separarse. Son cauces inestables en el sentido de que una crecida puede cambiarlos considerablemente. El cauce sinuoso o con meandros, como en el caso del Río Jiboa, es único pero forma curvas, llamados meandros. Los meandros son una morfología dinámica en el sentido de que presentan una evolución. En la orilla interior se depositan materiales que emergen en forma de playas. El ritmo de la evolución de los meandros depende de la resistencia de las orillas a la erosión. En el caso de ríos que discurren por llanos aluviales poco resistentes, donde no existe restricción a la libertad de esta evolución, los meandros se mueven grandes distancias. Los meandros pueden ser regulares 26 o bien irregulares, es decir “deformados”, debido especialmente a la heterogeneidad en la resistencia de las orillas. También pueden ser simples si sólo presentan una frecuencia o longitud de onda dominante, o bien compuestos, con más de una frecuencia dominante, ver figura 2.2. [Martín Vide, 2003: p. 28]. Meandro simple Meandro compuesto Figura 2.2 Vista en planta de meandros simples y compuestos La mayoría de los ríos tienen un cauce limitado por unas orillas que lo separan de las llanuras de inundación, el cual es el cauce principal, cuando por este cauce principal circula un caudal que lo llena a rebosar, se dice que éste es el caudal formativo, dominante o efectivo de la geometría hidráulica del río (ancho, calado y forma en planta). Esto es así porque cuando el río desborda levemente, el incremento de caudal simplemente inunda las llanuras adyacentes y deposita sedimento en ellas, pero no cambia sustancialmente el flujo en el cauce principal. Pero la forma y dimensiones de los causes fluviales no son solo el resultado de la interacción del agua con los materiales sólidos del cauce. También el factor vegetación influye, y su acción se percibe directamente en el suelo ya que las raíces de las plantas fijan el material suelto. Esta acción de fijación ocurre en lugares como las orillas del cauce principal, las barras en el interior del cauce o las llanuras de inundación. Por lo tanto, las secciones fluviales resultan de la interacción del agua, los sólidos y la resistencia ofrecida por la vegetación, tanto en el sentido de resistencia al flujo (rugosidad) como en el de resistencia frente al arrastre del material aluvial por lo tanto la vegetación favorece a la sedimentación de partículas transportadas por el agua y así acelera los procesos de acreción fluvial, por ejemplo en las llanuras de inundación. La llanura es una formación geológica con sedimentos del período cuaternario, siendo sus suelos muy variados debido al modo en que se han depositado los sedimentos. Fijando la atención en los ríos de llanura, existen en primer lugar los depósitos de material muy fino (arcilla) en los lugares de menor velocidad, lejos del cauce principal. En efecto, en las llanuras el proceso dominante es la sedimentación; la cota de la llanura tiende a crecer y esta clase de crecimiento se llama acreción vertical. Una avenida puede dejar un buen grosor de material fino sobre la llanura. En segundo lugar, existen los depósitos de acreción lateral que tienen su origen en el crecimiento de las barras en las partes interiores de las curvas. Dada la longitud y anchura del corredor fluvial, que puede ser barrido por los meandros en su evolución, estos depósitos pueden ocupar grandes extensiones. 27 2.3 CONCEPTOS PARA LA METODOLOGÍA DE ORDENAMIENTO TERRITORIAL El ordenamiento territorial se encarga de planear los usos adecuados de un determinado espacio para buscar un desarrollo óptimo y eficiente de una población. Para ello se realizan estudios sobre los recursos naturales y las actividades económicas de la región en particular, recomendándose así los usos más adecuados para aprovechar el espacio sin deteriorar los recursos naturales, las áreas en las que se puede urbanizar, el tipo de desarrollo urbanístico que se puede realizar, los servicios públicos que se deben mejorar y las áreas que se deben proteger. Para el caso del Río Jiboa se hace uso de una metodología Italiana en la cual se delimitan zonas con vulnerabilidades graves y moderadas en relación al riesgo por inundaciones, propuesta por el Grupo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche del Consiglio Nazionale delle Ricerche (GNDCICNR), o el Grupo Nacional para la Defensa del Catástrofe del Consejo de Investigación Nacional de Italia. [López, 1999]. La aplicación de la metodología, requiere de la realización sistemática de las siguientes actividades: 1. Recopilación de información existente 2. Estudio hidrológico para determinación de crecidas 3. Estudio Hidráulico para la delimitación de áreas inundables 4. Determinación de la vulnerabilidad. 1. Recopilación de información existente Para un mejor conocimiento de las situaciones que caracterizan a la cuenca, se debe recopilar toda la información de estudios previos relacionados con el tema. Se debe hacer un levantamiento topográfico de las secciones transversales del río, en general una planimetría con la ubicación de las secciones transversales levantadas; perfiles longitudinales del eje y de las márgenes del río en el tramo de estudio. También es importante contar con información sobre usos de suelo, infraestructura, cobertura vegetal, geología, red hidrográfica, delimitación de la cuenca, ubicación de estaciones hidrométricas y pluviométricas, asentamiento y puntos cantonales. 2. Estudio Hidrológico para la determinación de crecidas de diseño. El análisis hidrológico consistirá en la determinación de los caudales de crecida para diferentes períodos de retorno (2, 5, 10, 25, 50 y 100 años). 28 3. Estudio Hidráulico para el mapeo de las áreas inundables. La delimitación de las áreas inundables, se efectúa a través de un estudio hidráulico que identifique los niveles del agua en el río, en función de diferentes períodos de retorno, y por medio del conocimiento del relieve sobre el área afectada. El análisis hidráulico se ejecuta en el programa HECRAS y en éste se puede modelar el flujo de las formas siguientes: · Un modelo de propagación monodimensional en condiciones de régimen permanente · Un modelo hidráulico de propagación de movimiento uniformemente variado · Un modelo hidráulico bidimensional. Realizado lo anterior se procede a encontrar la región fluvial que son las áreas de interés de los fenómenos hidráulicos e influenciada por las características naturalísticapaisajística cercanas al río, esta región se puede dividir en zonas definidas según el esquema siguiente. 29 Figura 2.3 Definición de áreas de riesgo para inundación [López, 1999.] 30 Las partes que componen al esquema se presentan a continuación: § Cauce de crecida ordinaria: Es la parte de la región fluvial afectada por el caudal de una crecida ordinaria que puede corresponder a un período de retorno de T = 25 años. § Cauce de crecida Standard: Es la zona del fondo del valle reservada al libre desalojo de un caudal de crecida de referencia ó crecida Standard (Se asume que la crecida de referencia es aquella que tiene un período de retorno de 100 años). En esta región se excluye el área sumergida que no contribuye en modo significativo al desalojo de la crecida. § Cauce de crecida de referencia: cauce de inundación, es decir, el área que es inundada durante el paso del caudal de crecida de referencia. Esta área sumergida que no contribuye en modo significativo al desalojo de la crecida, en cuanto la corriente allí asume un tirante hídrico bajo y un componente longitudinal de la velocidad moderado. § Crecida excepcional: Evento con un período de retorno de T = 200 años ó puede ser la crecida histórica superior a la crecida de diseño. El período de retorno del caudal de crecida de referencia, se fija teniendo en cuenta la situación particular en cada caso. En un cauce fluvial, se pueden distinguir las siguientes franjas, pero antes de delimitar las franjas, se debe contar con lo siguiente: 1) Saber si tenemos un curso de agua de planicie ó un curso de agua aluvional (de pie de montaña). 2) Tener las secciones transversales del río que incluyan la planicie de inundación 3) Definir el período de retorno del caudal de crecida de referencia 4) Tener los caudales para períodos de retorno de 5, 30, 100 y 200 años. 5) Obtener la superficie libre, en todas las secciones, para una crecida de referencia. (esto se obtiene de los resultados del programa HECRAS). 6) Definir en tales secciones los limites por donde se transporta el 80% del caudal de una crecida Standard y los diferentes limites que dependen del tirante hídrico. 7) Delimitar las diversas franjas según los siguientes criterios. § Franja A: Definido como el cauce de “inundación” que asegura el “libre paso” de la crecida Standard. Si además, esta franja A definida, tiene un tirante hidráulico menor de 1m, se debe garantizar que el cauce sea capaz de transportar al menos el 80% de la crecida Standard. En otras palabras la franja A está delimitada a la izquierda por el limite de la crecida ordinaria y a la derecha por el punto en el terreno que delimita el paso del 80% del caudal de una crecida standard. 31 § Franja B: Comprende el “área inundable” para la crecida Standard, eventualmente comprende subfranjas: · Subfranja B1: Comprendida entre el cauce libre de crecida Standard y la línea correspondiente a un tirante hídrico de h =90 cm con un período de retorno de T =100 años ó el limite derecho puede corresponder a un tirante hídrico de 30 cm con un período de retorno de 30 años. · Subfranja B2: Comprendida entre el límite de la subfranja B1 y aquella crecida con la altura hídrica de h=30 cm con un período de retorno de 100 años. · Subfranja B3: Comprendida entre el limite de la subfranja B2 y el máximo nivel sobre el terreno alcanzado por una crecida de un período de retorno T=100 años. · Franja C: Esta es la franja de la crecida excepcional, relativa a una crecida de T=200 años o de la crecida histórica superior a la crecida de diseño. 32 3. DESCRIPCIÓN Y ESTUDIO DE LA CUENCA BAJA 3.1 DESCRIPCION DE LA CUENCA El río Jiboa nace en las cercanías de San Rafael Cedros en una altura de 700m sobre el nivel del mar desembocando en el Océano Pacífico, teniendo el curso principal una longitud de 61.484 km y un área de cuenca total de 605.05 km 2 , ver figura 1.2 La subcuenca del Lago Ilopango se une con el curso principal del río Jiboa a través de su único efluente que es el Río Desagüe. El Lago de Ilopango es una caldera con un área de la subcuenca de 205.05 km 2 . Los principales tributarios del río Jiboa son el río Chorrerón, que nace en el volcán de San Vicente, el río Tilapa y el río Sepaquiapa, que nacen al sur del lago Ilopango, ver figura 3.2. La subcuenca en estudio posee un área de 156 km 2 . Figura 3.1 Ubicación de la zona de estudio 33 Figura 3.2 Mapa de los ríos principales tributarios del Río Jiboa[SIGSNET] 34 La cuenca del Jiboa puede dividirse en tres zonas: (1) La zona del volcán de San Vicente con grandes pendientes y suelos de gran permeabilidad, lo que reduce en gran medida la escorrentía superficial y aumenta la infiltración; (2) La planicie la cual está provista de terrenos con pendientes pequeñas y suelos conformados con aluviones por lo que hay gran permeabilidad originando que la escorrentía superficial sea mínima, dándose así una escorrentía subterránea, y (3) La región ubicada entre la planicie y los volcanes, área que posee pendientes medias, y también suelos de baja permeabilidad lo que genera escorrentía superficial. Figura 3.3 Mapa de pendientes en la zona de estudio [SIGSNET] 35 La escorrentía en los ríos se da mayormente durante la estación lluviosa, aunque también en época seca corren algunos, evidenciándose la relación existente entre la escorrentía superficial y subterránea. La mayoría de los ríos afluentes no alcanzan a desembocar en el océano, desapareciendo al entrar a la planicie. El río Jiboa, en su parte alta, no tiene ninguna conexión hidráulica con el acuífero debido a la presencia de toba y otros materiales de reducida permeabilidad, sin embargo, al llegar a la altura de la planicie, recibe aporte de las aguas subterráneas. 3.1.1 CLIMA Como todo el país, la zona de la cuenca pertenece a la región climática de los trópicos semi humedos. Por su elevación sobre el nivel del mar pueden establecerse para la región cuatro zonas climáticas según Köppen. 1. La región costera o sabana tropical caliente con elevaciones comprendidas entre 0 y 800 msnm, con temperatura media mensual entre 26 y 28ºC. 2. Sabana tropical calurosa o tierra templada que va de 800 a 1200 msnm. En esta zona se encuentran temperaturas en la estación lluviosa de 24 a 22ºC y en la seca de 21.8 a 23.7ºC. 3. Clima tropical de las alturas en tierras templadas que va de 1200 a 1800 msnm en la falda de la montaña (volcán de San Vicente y cerro Las Pavas); la temperatura oscila de 20ºC a 16ºC. 4. Clima tropical de las alturas en zona de tierra fría que comprende las elevaciones de 1800 a 2700 msnm. En esta zona las variaciones de temperatura son de 16 a 10ºC aunque ésta se da en la época seca (noviembrediciembre). El clima tiene dos época bien definidas, la lluviosa y la época seca; la primer época se da de Mayo a Octubre y la segunda de Noviembre a Abril. La precipitación media anual de la cuenca es de 1,753 mm, siendo la máxima precipitación anual registrada de 1,936 mm en la estación de Cojutepeque y la mínima de 1,373 mm en la estación de Ilopango (ver figura 1.1). En la época seca sólo llueve 6% del total de la precipitación anual. La temperatura anual varía según la elevación del terreno. En la parte baja de la cuenca en donde se sitúa la estación del Aeropuerto Internacional, la temperatura media anual es de 26.5ºC con 36 una máxima de 39.8ºC y una mínima de 14ºC. En la estación de Ilopango, localizada en la parte alta de la cuenca, la temperatura media anual es de 23.0ºC, con una máxima de 38.6ºC y una mínima de 10.2ºC. La temperatura máxima se registra en los meses de marzo y abril, siendo diciembre el mes más frío. El área tiene una humedad media anual de 76%. La humedad es alta de mayo a noviembre y baja de diciembre a abril, correspondiendo al patrón de temporadas de lluvias y seca. Resumen de información climatológica de la cuenca. Tabla 3.1 Información climatológica de la región [Plan maestro de recursos y aprovechamiento hídrico, 1980: p. 15]. Periodo Climático Estación lluviosa Estación seca Duración MayoOctubre NoviembreAbril Fenómenos especiales Ocurrencia de temporales con Ocurrencia de nortes ramales lluvias, persistentes de 3 a 6 de “Northern” que soplan días; períodos máximos de desde sequía de 60 días. Precipitación las montañas de Honduras. Lluvia continental con máximo Mayoría de los días sin en Julio y Septiembre y precipitaciones locales de tipo temporales en Octubre y convectivo y de corta duración. Septiembre. Temperatura Temperatura máxima absoluta Temperatura máxima absoluta en el mes de mayo de 42.4 ºC en el mes de abril de 40.8 ºC y y mínima durante la noche de mínima de 10.6ºC en el mes 15.6ºC en octubre. de enero. Temperatura media Temperatura media mensual mensual de 36.2ºC y 19.2 máxima de 35ºC y 21.6ºC como máximos y mínimos. mínima. Humedad relativa del aire Humedad media mensual de Humedad media mensual de 80% y mínima de 27.2% 37 66.5% y mínima de 17%. 3.1.2 GEOLOGÍA Y FISIOGRAFÍA En la zona estudiada gobierna principalmente la planicie costera. Su característica predominante es su topografía plana, comenzando con la curva de nivel de 100 metros sobre el nivel del mar. Su ancho promedio es de 13.5 km y su pendiente promedio es del 3%, ver figura 3.3. La geología del lugar es de la Formación del Bálsamo, Cuscatlán y de San Salvador. Posee en su mayoría sedimentos volcánicos de la edad Terciaria y Cuaternaria, con depósitos de materiales retrabajados arrastrados por el agua lluvia o por la acción del viento. En el área de estudio predomina los aluviones intercalados con piroclastitas, piroclastitas ácidas y epiclastitas volcánicas. Figura 3.4 Mapas de formación y edad geológica [SIGSNET] 3.1.3 SUELOS En la zona predominan los suelos de cenizas volcánicas del Volcán de Ilopango y los suelos aluviales originados por éstas. Se clasifican en suelos Regosoles, Latosoles, Litosoles y aluviales. En la zona de estudio, existe principalmente los suelos aluviales de origen volcánico los suelos 38 Regasoles, que es un suelo no consolidado, desarrollado sobre las cenizas volcánicas, con estrato poco profundo y de muy buena permeabilidad. Figura 3.5 Litología de la cuenca [SIGSNET] 39 3.1.4 VEGETACIÓN En toda la cuenca existen tierras agrícolas, para plantaciones y cultivos, praderas, ya sea naturales o artificiales y áreas forestales. En la zona estudiada existen 30 km 2 de tierras agrícolas, 18 km 2 de praderas y solamente 6 km 2 de áreas forestales [Plan Maestro de Desarrollo Agrícola Integrado de la Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador, 1997]. Figura 3.6 Vegetación en el área de estudio Figura 3.7 Vegetación en el área de estudio 40 3.1.5 USO DE SUELO ACTUAL La industria predominante en la zona es la agricultura. Se cultivan especialmente la caña de azúcar, algodón, arroz y ajonjolí. Este cambio de cultivos se debió a la reforma agraria, siendo los nuevos cultivos producidos por corporativas y dueños de terrenos. Además se cultivan la sandía, maíz y sorgo. Figura 3.8 Cultivos en la zona de estudio 41 Figura 3.9 Vegetación y uso de suelo del área de estudio [MAG] 42 Otra industria importante en la zona estudiada es la ganadería. De acuerdo a la Misión de Estudio de JICA en 1996, existían 7500 vacunos, 14,119 avícolas y 591 otros, ya sea porcino, ovino o caprino [Plan maestro de la cuenca del Río Jiboa, 1996,394]. Figura 3.10 Ganado en la zona de estudio Figura 3.11 Ganado en la zona de estudio 43 La tasa de población urbana es de 30.4%, siendo 47.2% hombres y 52.8% mujeres, mientras que la rural es de 69.6%, con 49.6% hombre y 50.4% mujeres. De esto se concluye que en su mayoría la zona es rural, con una densidad poblacional de 229.2 personas /km 2 . [Plan maestro de la cuenca del río Jiboa, 1997,348]. A continuación se presenta un plano de la infraestructura de mayor importancia en la zona. Figura 3.12 Mapa de infraestructura de la zona de estudio y ubicación de cantones [SIGSNET] 3.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO A partir de los caudales máximos instantáneos anuales provistos por El Servicio Nacional de Estudios Territoriales (SNET) de la estación hidrométrica Montecristo ubicada dentro de la cuenca del Río Jiboa, se hizo un análisis estadístico para obtener los caudales para períodos de retorno determinados. Los caudales de los afluentes al río Jiboa ubicados aguas abajo de la estación hidrométrica de Montecristo (Río Tilapa y Sepaquiapa) son obtenidos en el apartado 3.2.1. 44 Se usaron datos históricos de caudal de la estación Montecristo, los cuales cubrían desde el año 1961 hasta 1996, ocupándose solamente 20 datos. Se tuvieron que eliminar los datos de ciertos años, ya que no presentaban suficiente confiabilidad, teniendo datos faltantes de varios meses en el año, e inclusive para algunos años no existían datos. Esta información fue introducida al programa estadístico SMADA para ver gráficamente qué función de distribución de probabilidad se ajustaba mejor a los datos de caudal de la estación de Montecristo. SMADA es un programa estadístico, en el cual se introducen los valores de caudales máximos instantáneos, se seleccionan los períodos de retorno de interés, para este caso son 2, 5, 10, 25, 50, 100 y 200 años. Por último, se escogen las funciones de distribución de probabilidad con las que se quiere trabajar y da como resultado las gráficas abajo mostradas. Se obtuvieron las gráficas para las distribuciones LOGNORMAL, PEARSON TIPO III y GUMBEL, respectivamente. En estas gráficas se representa en el eje de las ordenadas los valores de caudal, en el eje de las abscisas la probabilidad; la curva azul (más oscura) representa los datos reales y la línea verde (más clara) los datos de la función de distribución de probabilidad respectiva. Figura 3.13 Gráfica de distribución LOGNORMAL 45 Figura 3.14 Gráfica de distribución PEARSON TIPO III Figura 3.15 Gráfica de distribución GUMBEL De las gráficas anteriores se puede observar que las tres funciones se ajustan de buena manera a los datos reales. Sin embargo, una prueba gráfica es muy subjetiva, por lo cual se corroboran estos resultados con pruebas de bondad de ajuste, las cuales son Chi Cuadrado y KolmogorovSmirnov. A continuación se muestra el resumen de las pruebas de ajuste para las tres funciones de distribución. 46 Tabla 3.2 Resumen de resultados de análisis estadístico Funciones de diastribución Pruebas de bondad de ajuste CHI CUADRADO 8 grupos SMIRNOV KOLMOGOROV Log Normal Pearson tipo III Gumbel Limite D Pond. Limite D Pond. Limite D Pond. 11.1 6.266 3 9.49 5.663 1 11.1 5.863 2 0.29 0.095 2 0.29 0.091 1 0.29 0.101 3 Pond: Ponderación (siendo 1 el mejor valor). SR: Se rechaza la función en la ponderación. Límite: Valor máximo permisible de los parámetros D. D: Parámetro de una respectiva función de distribución, utilizado en las pruebas de ajuste. Del análisis realizado, se puede concluir que la función más aceptable es la Pearson tipo III, ya que para ambas pruebas de bondad de ajuste obtuvo la mejor ponderación, aunque cabe mencionar que las tres funciones de distribución de probabilidad pasaron satisfactoriamente las dos pruebas de ajuste, como puede apreciarse en la tabla 3.3. Y también se pueden revisar los cálculos en el anexo C. El significado de estos resultados estadísticos está explicado en el apartado 2.2.1. A continuación se presentan los caudales para los períodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50, 100 y 200 años que se obtuvieron con el programa SMADA y con la función de distribución de probabilidad PEARSON TIPO III. Los datos introducidos al programa HECRAS son los obtenidos con la función de distribución de probabilidad PEARSON TIPO III, ya que no se conocen los cálculos realizados por el programa pero sí las fórmulas usadas para obtener los resultados mediante la función de distribución. Tabla 3.3 Caudales del programa SMADA y de la distribución PEARSON TIPO III Período de retorno 2 5 10 25 50 100 200 QSMADA QPEARSON 161.01 236.23 287.72 352.93 401.14 448.83 496.23 47 166.36 246.46 288.25 345.36 384.59 417.10 453.67 Porcentaje QSMADA de diferencia QPEARSON (%) 5.35 10.23 0.53 7.57 16.55 31.73 42.56 3.21 4.15 0.18 2.19 4.30 7.61 9.38 Tabla 3.4 Caudales introducidos al programa HECRAS Período de retorno QPEARSON (m 3 /s) 2 5 10 25 50 100 200 166.36 246.46 288.25 345.36 384.59 417.10 453.67 3.3 METODOLOGÍA DE REGIONALIZACIÓN Las cuencas de los ríos Tilapa y Sepaquiapa no poseen una estación hidrométrica que monitoree su comportamiento, por lo que no se puede tener una serie histórica de caudales máximos. Por lo anterior, los caudales deben ser generados a través de métodos indirectos. En el presente trabajo se aplicará la metodología desarrollada por SNET [Adriana Erazo, 2004]. La regionalización de caudales máximos se hizo para todo El Salvador, para los períodos de retorno de 5, 10, 15, 20, 25, 50 y 100 años. Estas regionalizaciones consisten en una serie de ecuaciones y factores de ajuste, que de una forma sencilla permiten estimar los caudales. La metodología de regionalización de caudales máximos permite el cálculo de caudales máximos en cualquier cuenca que no tenga estación hidrométrica, ya que establece relaciones entre las características fisiográficas de las cuencas y los caudales máximos. Para aplicar el método de Índice de Creciente, para estimación de caudales máximos en cualquier punto del país, se hace el siguiente procedimiento: a. Ubicar la cuenca a la que se le quieren estimar los caudales en la correspondiente región hidrológica homogénea, ver tabla 3.5 ó la figura 3.16. b. Luego, se determina el caudal con un período de retorno de 2.33 años según la tabla 3.6; en donde las ecuaciones están en función del área de la cuenca, dato que se introduce en las ecuaciones con las unidades en Km 2 . c. Por último el caudal anterior se multiplica por los factores de ajuste para los diferentes períodos de retorno según la tabla 3.7. 48 Tabla 3.5. Regiones hidrológicamente homogéneas delimitadas [SNET, 2004]. Región Hidrológicamente Región Hidrográfica o Cuencas Homogénea 1 Cuenca río Paz, Región Hidrográfica Cara Sucia – San Pedro, Región Hidrográfica Sonsonate – San Pedro 2 Región Hidrográfica Comalapa – Mandinga, Región Hidrográfica Jiboa 2b Canal Principal del río Jiboa 3 Río Grande de San Miguel, Goascorán, Sirama 3b 4 5 Canal principal del río Grande de San Miguel aguas abajo de la Laguna de Olomega Cuencas de Metapán, Angue, Guajoyo Cuencas de Mojaflores, Metayate, Tamulasco, Grande de Chalatenango, Sumpul, Torola 6 Cuencas de los ríos Sucio, Suquiapa y Acelhuate 7 Cuencas de los ríos Quezalapa, Copinolapa, Titihuapa, Acahuapa, Jiotique 8 Canal principal del río Lempa 49 Figura 3.16 Mapa de regiones hidrologicamente homogéneas [SNET, 2004] Tabla 3.6 Factor de ajuste para el cálculo de caudales máximos [SNET, 2004] PR REGION 1 2 2b 3 3b 4 5 6 7 8 5 1.64 1.50 1.39 1.40 1.54 1.50 1.51 1.42 1.38 1.40 10 2.28 1.96 1.73 1.74 2.05 1.96 1.99 1.79 1.71 1.75 15 2.68 2.24 1.93 1.94 2.36 2.24 2.28 2.01 1.90 1.96 20 2.98 2.45 2.07 2.09 2.60 2.44 2.49 2.17 2.04 2.11 25 3.23 2.61 2.18 2.20 2.79 2.61 2.66 2.30 2.15 2.22 50 4.05 3.14 2.54 2.57 3.41 3.13 3.22 2.71 2.49 2.59 100 4.96 3.71 2.90 2.94 4.08 3.70 3.81 3.14 2.84 2.98 50 Tabla 3.7. Ecuaciones de relación entre el valor medio de los caudales máximos Q2.33 y el área de la cuenca [SNET, 2004]. Región Ecuación 1 Q 2.33 = 0.6839 * A + 72.986 2 Q 2.33 = 2.1408 * A – 71.75 2b Q 2.33 = 0.9257 * A – 172.78 3 Q 2.33 = 0.5871 * A + 198.91 3b Q 2.33 = 0.0701 * A + 122.32 4 Q 2.33 = 0.6758 * A + 53.357 5 Q 2.33 = 0.0008 * A 2 + 1.6108 * A + 4.2165 6 Q 2.33 = 0.3519 * A + 53.544 7 Q 2.33 = 0.4864 * A 1..107 8 Q 2.33 = 5E06 * A 2 + 0.3154 * A + 205.28 Finalmente en la tabla 3.9 se presentan los caudales que servirán como datos de entrada en la modelación hidráulica del río Jiboa tanto los generados aguas arriba de la estación hidrométrica Montecristo como los generados por los afluentes al río Jiboa aguas abajo de la estación mencionada anteriormente. El cálculo de los caudales para el Río Tilapa y Sepaquiapa se puede revisar en el anexo C. Tabla 3.8 Caudales introducidos al programa HECRAS Período de retorno 2 5 10 25 50 100 Q Montecristo Q Montecristo + Q Sepaquiapa Q Tilapa (m 3 /s) 3 3 3 (m /s) Q Tilapa (m /s) (m /s) 166.36 246.46 288.25 345.36 384.59 417.10 20.65 30.97 40.74 53.89 64.83 76.60 187.01 277.43 328.99 399.25 449.42 493.70 51 66.55 99.82 130.43 173.68 208.95 246.88 Q M+T + QSepaquiapa (m 3 /s) 253.56 377.25 459.42 572.93 658.37 740.58 3.4 TOPOGRAFÍA La topografía es la ciencia que estudia los procedimientos para obtener y determinar las posiciones de los puntos sobre la superficie de la Tierra. De esta manera, una vez obtenidos los datos de caudales para diferentes períodos de retorno, se deben obtener los datos topográficos para el río en el área estudiada. Estos datos incluyen la obtención de varias secciones transversales y el perfil del mismo. El levantamiento topográfico del cauce del río consiste en seleccionar las estaciones, la medición de ángulos y distancias entre ellos y ubicar los puntos que mejor describen dichas secciones. Es importante la selección de la ubicación de la estación, ya que se debe de poder observar la mayor cantidad de puntos de interés, como además tener suficiente visibilidad para el siguiente estacionamiento. 3.4.1 METODOLOGÍA A. VISITAS DE CAMPO Para la medición topográfica del cauce del río, se realizaron varias visitas de reconocimiento. En las dos primeras visitas, se recorrieron las zonas frecuentemente afectadas por inundaciones, como el Cantón San Marcelino, El Achiotal, Las Isletas y El Porvenir, donde se entrevistó a varias personas para indagar sobre las áreas afectadas de las comunidades. Se contactó principalmente a los líderes de las comunidades, quienes definieron dichas áreas y cómo manejaban estas situaciones. En la tercera visita, se realizó un recorrido a pie del cauce del río, desde la intersección de la Carretera El Litoral con el río hasta su desembocadura en el Océano Pacífico, donde se tomó nota de las condiciones de la zona, encontrando algunos accesos de vehículo de difícil recorrido. Durante las tres visitas, se tomaron fotografías y se realizaron esquemas para facilitar el trabajo de medición. Con la información obtenida de estas visitas e información recolectada se decidió dividir el estudio topográfico en tres partes, ver figura 3.21. Se comenzó el estudio en la estación hidrométrica Montecristo mediante el uso de equipo de posicionamiento global(GPS), ya que este primer tramo no es susceptible a inundaciones y sólo se requería la sección en la estación para calibrar el modelo hidráulico. Luego, se realizó el estudio topográfico con equipo de estación total desde la intersección del Río Jiboa con la Carretera El Litoral hasta el Cantón Las Isletas. Por último, se hizo el recorrido desde el Cantón Las Isletas hasta la desembocadura con el mar con equipo de GPS, debido a que el río en esa zona no es estable, sino que cambia constantemente, pudiendo tener un desplazamiento hasta de un kilómetro. Esta información se corroboró con las personas 52 que viven en la zona y en estudios previos realizados, tal como se muestra en el plano de cambios de curso de la Río Jiboa realizado para el Plan Maestro de Desarrollo Agrícola Integrado de la Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador, ver figura 3.18. Como se explicó anteriormente, el Río Jiboa es un río de cauce sinuoso o con meandros, siendo estos meandros los que se mueven constantemente. Esto normalmente ocurre por la poca resistencia a la erosión que presentan las orillas del cauce, lo cual se puede dar por dos casos: · La geología es muy joven, siendo el terreno propicio para que el río cambie de posiciones porque es relativamente blando en comparación con terrenos más consolidados. · Las orillas están muchas veces formadas por el mismo sedimento (arena) que el cauce deposita. El mismo cambio de posición causa que lo que el río deposita se convierta en un futuro en las orillas del mismo. Otro factor que puede afectar es el desalojo desordenado de arena en un tramo aproximado de 2 kilómetros, en las zonas cercanas al Cantón El Pedregal y Cantón Las Isletas, pudiéndose observar en la figura 3.12. Este desalojo no permite que los sedimentos se vayan depositando en la zona, sino que obligan al río a excavar constantemente y buscar otras zonas de desalojo de sus aguas. Además, la presencia de actividades humanas en el lecho del río muestra la vulnerabilidad de estas personas ante crecidas repentinas. 53 Figura 3.17 Desalojo desordenado de arena del lecho del río 54 Figura 3.18 Cambios de cauce del Río Jiboa [Plan Maestro de Desarrollo Agrícola Integrado de la Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador,1997.] 55 B. MEDICIÓN TOPOGRÁFICA El levantamiento realizado con equipo de estación total se usó el método de la poligonal abierta, ya que resultaba ser la más conveniente por su exactitud y tiempo de ejecución. Con este método se construye una poligonal, o una serie de puntos relacionados entre sí por ángulos y distancias. A los puntos de la poligonal abierta se le llaman estaciones, y de estos puntos se toman los de las secciones transversales del río mediante el método de radiación. Este consiste en tomar los ángulos y distancias de todos los puntos que se quieran situar a partir de una estación de la poligonal. Con el siguiente esquema se muestra el funcionamiento de ambos métodos. ESTACIONES RIO RADIACIONES Figura 3.19 Métodos de poligonal abierta y radiación Las secciones transversales del río se tomaron convenientemente dependiendo de donde existían cambios en dirección, ensanchamiento, etc. La visibilidad fue uno de los aspectos más importante, ya que el río poseía muchas curvas, dificultando la selección de la ubicación de las estaciones. En total, se tomaron veintinueve secciones del río con la estación total, en un tramo de aproximadamente de 9.1 kilómetros. Para el tramo realizado con el equipo con Sistema de Posicionamiento Global o GPS, se hizo tomando los puntos de interés directamente con el equipo. Sin embargo, primero se calibró el altímetro de este aparato, mediante un banco de marca adquirido en el Centro Nacional de Registros (CNR), localizado cerca de la zona de interés. Para poder verificar las coordenadas 56 tomadas con este equipo se tomaron puntos ubicados previamente con la estación total. El tramo medido utilizando GPS fue de aproximadamente 5.35 kilómetros. Para obtener todos estos datos, se requirió de 6 días, de los cuales 5 fueron dedicados a mediciones con la estación total y el último con GPS (revisar los datos obtenidos en estos equipos en el Anexo D). Por último, se requirió la sección transversal del río en la estación hidrométrica de Montecristo para poder calibrar los resultados proporcionados por el programa HECRAS. La sección en este lugar se obtuvo por medio de cinta métrica y un estadal de topografía, ya que era solamente una sección la que se iba a tomar. Para poder ubicar la estación se utilizó un aparato GPS, con el cual se ubicó y tomó la altura de la estación. Es importante hacer notar que los datos de las áreas inundadas de las secciones se obtuvieron de diversas maneras, ya que muy raras veces se podían obtener mediante el uso de la estación total por ser áreas demasiado amplias y no proveer suficiente visibilidad. De esta manera, se obtuvieron estos datos mediante el uso del GPS y por medio del uso de cuadrantes a escala 1:25,000. 3.4.2 EQUIPO El equipo utilizado para el levantamiento fue una estación total marca LEICA TC605 y dos extensiones con prisma. Este equipo tiene la ventaja que almacena todos los datos digitalmente para luego poder procesar la información por medio de programas computacionales. Esta estación total da un error en sus medidas de aproximadamente 3 milímetros, de acuerdo al manual provisto por la compañía fabricante. 57 Fig. 3.20 Toma de datos con estación total El GPS utilizado fue un ETREX Summit de la compañía Garmin. Este GPS posee un altímetro y compás electrónico. El error que da en planimetría es de aproximadamente 5 metros, mientras que en altura, da un error de 1 metro. 3.4.3 RESULTADOS A continuación se presentan los planos de las secciones que se tomaron en la cuenca estudiada. 58 Fig. 3.21 Resultados de estudio topográfico 59 60 4. MODELACIÓN HIDRÁULICA En el presente capítulo se presenta la modelación hidráulica del tramo en estudio del Río Jiboa, desde el Puente sobre la Carretera El Litoral hasta la desembocadura en el Océano Pacífico. Este análisis se realizó por medio del programa HECRAS, con los datos proporcionados del análisis estadístico de caudales y el estudio topográfico de la cuenca descritos en el capítulo 3. Para los fines del estudio, se utilizó el modelo de flujo gradualmente variado con caudal constante, ya que no se posee la suficiente información para hacer un modelo hidrodinámico, dejándose este modelo para futuras investigaciones. Con el modelo seleccionado, se pueden obtener los niveles a los cuales llega la superficie del flujo en las secciones transversales del río, así como las velocidades y el perfil del río para el caudal de diseño escogido. 4.1 INTRODUCCIÓN DE DATOS El programa organiza la información en proyectos, los cuales están compuestos por archivos de datos asociados con un río en particular. Esto datos son geométricos, topográficos e hidrológicos. En un proyecto pueden existir diversas combinaciones de datos geométricos e hidrológicos. Una vez introducidos los datos, se pueden variar estos datos para contemplar y estudiar diferentes situaciones y condiciones. Para comenzar un proyecto, lo primero que se debe hacer es introducir los datos geométricos necesarios, obtenidos con los estudios topográficos. Como primer paso se debe introducir un esquema del río , ya sea dibujando el río con todos sus afluentes o proporcionando las coordenadas xy del mismo, ver figura 4.1. 61 Figura 4.1 Introducción de esquema del río Una vez dibujado el río se introducen las secciones transversales. Como se puede observar en la figura 4.2, se deben introducir las coordenadas, la distancia que hay entre la que se introduce y la siguiente y los valores de rugosidad de Manning para poder calcular la pérdida de energía. 62 Figura 4.2 Pantalla en HECRAS para introducir las secciones transv ersales del río Los valores de coeficiente de rugosidad de Manning (n) se revisaron en la tabla siguiente, donde se indican diferentes valores para canales naturales y artificiales. Para los canales naturales se dan valores diferentes para el canal principal y flujos en planicies. 63 Tabla 4.1 Tabla de Coeficiente de Rugosidad, N de Manning [ Chow,1994:110111] CANALES NATURALES Mínimo 1. Canal Principal a. Limpio, recto, lleno, son corrientes o huecos 0.025 b. Igual que arriba pero con más piedras y algas 0.030 c. Limpio, con curvas, algunos hoyos y bancos de arena 0.033 d. Igual que arriba pero con más piedras y algas 0.035 e. Igual que arriba pero con las secciones aguas abajo 0.040 f. Igual que "d" pero con menos piedras 0.045 g. Canales lentos, con algas y hoyos grandes 0.050 h. Canales con bastantes algas, hoyos profundos o ríos 0.070 2. Flujos en áreas de inundación a. Pasto sin troncos 1. Grama corta 2. Grama larga b. Áreas cultivadas 1. Sin cosecha 2. Cosecha madura en filas 3. Cosecha madura en campos abiertos c. Troncos 1. Troncos dispersos, pasto espeso 2. Troncos y árboles escasos en invierno 3. Tronos y árboles escasos en verano 4. Troncos, árboles medio a abundante invierno 5. Troncos y árboles de medio a abundante en verano d. Árboles 1. Terreno libre con árboles sin retoño 2. Igual que arriba pero con bastantes retoños 3. Bosque espeso, poco árboles caídos, pocos 4. Igual que arriba pero con flujo en las ramas 5. Mimbrera densa, verano, recto Normal Máximo 0.030 0.035 0.040 0.045 0.048 0.050 0.070 0.100 0.033 0.040 0.045 0.050 0.055 0.060 0.080 0.150 0.025 0.030 0.030 0.035 0.035 0.050 0.020 0.025 0.030 0.030 0.035 0.040 0.040 0.045 0.050 0.035 0.035 0.040 0.045 0.050 0.050 0.060 0.070 0.070 0.060 0.080 0.011 0.070 0.100 0.160 0.030 0.050 0.080 0.100 0.110 0.040 0.060 0.100 0.120 0.150 0.050 0.080 0.120 0.160 0.200 Para terminar de introducir los datos geométricos, se incluye el puente sobre la Carretera El Litoral. Esto se hace en la pantalla Bridge/Culvert que se encuentra en la página principal de los datos geométricos. En esta pantalla, se introduce la geometría y ubicación del puente, como se observa en la siguiente figura. 64 Figura 4.3 Introducción de puente a HECRAS Una vez introducidos todos los datos geométricos se pueden introducir los datos de flujo, tanto para el río principal como para sus tributarios. Como se dijo anteriormente, se utilizará el modelo de flujo gradualmente variado con caudal constante, por lo cual se escoge hacer un análisis de flujo permanente, o steady flow data. En esta pantalla se introducen los valores de caudales obtenidos del análisis estadístico y los valores de límites necesarios para que el programa comience a hacer los cálculos. Estos límites pueden ser la altura crítica, un nivel conocido, la pendiente de energía, entre otros. Para este estudio se seleccionó la altura crítica como el límite, con excepción de la última sección. Esta última sección fue introducida con una 65 altura conocida de marea para tomar en consideración el efecto de ésta en el río. Se le puso una altura conocida de 5 metros sobre el nivel del mar, ya que se le introdujo también de 3 metros pero no se observaron cambios considerables entre los resultados de las dos alturas de marea. A continuación las pantallas para introducir los valores de caudales. Figura 4.4 Introducción de caudales en HECRAS Figura 4.5 Introducción de altura de marea conocida en HECRAS 66 Una vez introducidos los datos de caudal y geométricos, se puede crear un plan o escenario para correr el programa. Al crear un plan, se escoge el archivo geométrico y de caudales que se desea combinar. De esta manera se pueden tener varios planes para el mismo proyecto, pudiendo variar los diferentes factores para analizar la zona estudiada. Además, se escoge el régimen del flujo, si en subcrítico o supercrítico. Para este estudio, se escoge el flujo subcrítico. Figura 4.6 Pantalla de HECRAS para correr un análisis de flujo estático Los resultados obtenidos al correr el programa son los niveles de la superficie de agua para los diferentes caudales, las velocidades del flujo, las pérdidas de energía, entre otros. Esta información se puede ver en forma de tablas o gráficas. 67 Figura 4.7 Vista de resultados gráficos en HECRAS Figura 4.8 Tabla de resultados proporcionada por HECRAS 68 CALIBRACIÓN DEL MODELO Para validar los resultados obtenidos d la modelación hidráulica, se calibró el modelo con datos de la estación hidrométrica Montecristo. Esto se logró mediante una ecuación que relacionaba altura con caudal, ecuación que fue provista por Servicio Nacional de Estudios Territoriales (SNET): (H + A ) B Q = C * (Ec. 4.1) Donde: 3 Q : caudal en m /s C : constante = 30.792 H : Altura de nivel de agua A : constante = 0.2569 B : constante = 2.027 Es importante hacer notar que esta ecuación es válida solamente para la estación hidrométrica de Montecristo y para valores de altura de agua entre 0.43 y 2.58 metros. Por la razón anterior, se usó la fórmula sólo para calibrar los períodos de retorno de 2 y 5 años, ya que para período de retorno mayores, las alturas eran superiores a estas permitidas. A continuación Tabla 4.2 Resultados de calibración del modelo PR 2 5 10 25 50 100 Hf (m) Hp (m) 2.30 2.58 2.79 3.09 3.30 3.59 3.76 3.89 Donde: PR : Período de retorno, en años Hf : Altura del nivel de agua en estación Montecristo de acuerdo a fórmula proporcionada por SNET Hp : Altura del nivel de agua en estación Montecristo obtenida de programa HECRAS Para la calibración del modelo para los períodos de retorno de 2 a 5 años, se modificaban los valores de n de Manning, ya que al principio se usaron los valores proporcionados en la tabla 4.1 como normal. Estos valores se incrementaron y disminuyeron, según las condiciones de campo, pero permaneciendo en los rangos establecidos por la tabla como máximos y mínimos. 69 Los valores obtenidos proponen una diferencia menor a 50 centímetros, lo cual para fines de este estudio, se considera satisfactorio. Para la calibración de los períodos de retorno mayores, especialmente el de 100 años, se usaron las niveles de altura proporcionadas por las personas de la zona, según sus experiencias y datos históricos. Se entrevistó a personas que habitaban en los cantones El Pedregal, San Felipe, Las Isletas, El Achiotal y San Marcelino. Entre las personas entrevistadas se encontraba el presidente de la comunidad del Cantón El Achiotal, Sr. Luis Hernández, y el encargado de la Casa de la Cultura del Cantón Las Isletas, Sr. Cristián Vásquez. Sin embargo, en algunos lugares de la modelación hidráulica no se alcanzó este nivel, pudiendo ser por las simplificaciones que se han hecho en el trabajo, como no incluir la precipitación local. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS HIDRÁULICOS A continuación se presenta una tabla resumen de los resultados proporcionados por HECRAS. 70 Tabla 4.3 Resumen de resultados DESPUES DEL RIO SEPAQUIAPA ANTES ENTRE EL RIO TILAPA Y EL RIO DEL RIO SEPAQUIAPA TILAPA UBICACIÓN ESTACION NIVEL DEL ANCHO N Manning N Manning N Manning DE RIO AGUA MAX Izquierda Centro Derecha 38 3.89 38.59 0.025 0.033 0.035 37 3.32 35.73 0.025 0.030 0.025 36 6.03 47.47 0.025 0.030 0.025 35.5 6.34 111.22 0.030 0.035 0.030 35 3.37 158.68 0.030 0.035 0.030 34 3.22 292.80 0.030 0.040 0.035 33 2.52 311.63 0.030 0.035 0.030 32 2.82 231.90 0.030 0.040 0.030 31 2.40 345.54 0.030 0.040 0.030 30 3.07 592.54 0.030 0.040 0.030 29 3.17 413.19 0.030 0.040 0.030 28 3.02 252.47 0.030 0.035 0.030 27 3.61 165.77 0.030 0.040 0.030 26 3.89 128.71 0.030 0.040 0.030 25 3.95 242.68 0.035 0.040 0.035 24 4.15 377.24 0.030 0.040 0.030 23 3.36 334.00 0.035 0.040 0.025 22 2.98 574.10 0.035 0.040 0.030 21 3.37 317.80 0.035 0.040 0.030 20 3.10 548.60 0.030 0.040 0.035 19 2.90 879.45 0.030 0.040 0.040 18 2.83 546.20 0.030 0.040 0.035 17 3.00 766.69 0.030 0.040 0.035 16 2.89 468.84 0.030 0.040 0.030 15 2.77 789.20 0.035 0.033 0.030 14 3.20 301.33 0.035 0.033 0.030 13 2.90 366.46 0.030 0.040 0.030 12 2.57 773.89 0.030 0.040 0.035 11 3.06 539.39 0.030 0.040 0.030 10 3.23 398.16 0.030 0.035 0.030 9 2.55 223.30 0.030 0.035 0.030 8 2.70 404.50 0.025 0.033 0.025 7 2.80 590.00 0.025 0.033 0.025 6 2.70 232.10 0.030 0.040 0.030 5.5 3.36 310.31 0.030 0.040 0.030 5 2.90 449.20 0.030 0.045 0.035 4.5 3.17 544.00 0.030 0.045 0.035 4 3.14 545.30 0.030 0.045 0.030 3 2.00 488.10 0.030 0.045 0.030 PROMEDIOS 3.24 388.13 0.030 0.038 0.031 MAXIMO 6.34 879.45 0.035 0.045 0.040 MINIMO 2.00 35.73 0.025 0.030 0.025 Donde PR = Período de Retorno 71 De los resultados anteriores se puede hacer el siguiente análisis: § El ancho promedio que alcanza el cauce del río para un período de retorno de 100 años es de 388.13m, con un máximo de 879.45m (en la parte central de la zona estudiada) y un mínimo de 35.73m (al comienzo de la zona estudiada) § Los mayores anchos se obtienen en la parte central de la zona de estudio, pudiéndose deber a la geología de la zona o al mismo dinamismo del río. § Las primeras cuatro secciones pertenecen todavía a una zona montañosa, teniendo un caudal más encausado. Esto hace que no sea muy ancho el cauce pero que tenga en unas secciones una profundad considerable, llegando inclusive a tener el valor máximo para la profundidad del río (6.34m). § A medida que el río se acerca más a la costa, el valor de n de Manning para el lecho del río va incrementando, debiéndose al aumento en vegetación dentro del río, volviéndose un poco pantanoso en algunas partes. 72 5. ORDENAMIENTO TERRITORIAL En general, la ejecución de obras físicas (bordas, drenajes superficiales etc.) junto con la implementación de medidas no estructurales como son los planes de ordenamiento territorial y el manejo de la cuenca alta, ayudan a minimizar y en muchos casos a evitar pérdidas y daños, por lo que la delimitación de áreas de riesgo y el establecimiento de las condiciones de desequilibrio juegan un papel importante en la planificación de las medidas preventivas o correctivas a implementar en la zona. En este documento el ordenamiento territorial se enfocará en ser una guía para un desarrollo ordenado en las zonas susceptibles a la inundación. Para lograr esto se delimitaron las áreas de riesgo hidráulico y su vulnerabilidad a las inundaciones. Habiéndose obtenido los resultados de la modelación hidráulica del río con diferentes períodos de retorno para delimitar las zonas afectadas por las diferentes crecidas, se puede aplicar la metodología. 5.1 APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA La meta de este análisis se enfoca en determinar las condiciones actuales de vulnerabilidad en las zonas que se ven afectadas por la inundaciones debido al desbordamiento del Río Jiboa, ocasionado por eventos hidrometeorológicos con diferentes períodos de retorno y por la influencia de la marea. Los períodos de retorno seleccionados son de 5, 25 y 100 años, aunando un nivel de marea de 5.0 metros sobre el nivel medio del mar; esta última consideración se hizo debido a que la zona de estudio es una planicie costera. Por lo tanto, se pone en clara evidencia la influencia de la marea cuando ocurren eventos hidrometeorológicos extremos. Los pasos efectuados para esta metodología son los siguientes: 1. Definición de conceptos de crecidas y franjas fluviales, se puede encontrar en el apartado 2.3 2. Elaboración de mapas de delimitación de áreas inundadas, ver figura 5.2. Estos mapas se elaboraron a partir de un análisis estadístico, en el cual se utilizaron una serie de caudales máximos instantáneos de la estación hidrométrica de Montecristo. Además, se utilizó el método de regiones hidrológicamente homogéneas para determinar los caudales producidos por afluentes al Río Jiboa en secciones aguas abajo de la de Montecristo, 73 determinando de esta manera los diferentes niveles de crecida para sus respectivos períodos de retorno. En la tabla siguiente se detallan la clasificación de crecidas. Tabla 5.1 Análisis de Crecidas Máximas en Estación Montecristo ESTACION TIPO DE CRECIDA PERIODO DE RETORNO Q máximo (m3/s) Ordinaria Standard Referencia Ordinaria Standard 5 25 100 5 25 246.46 345.36 417.10 277.43 399.25 Referencia #24 Aguas Ordinaria abajo del Río Standard Sepaquiapa Referencia 100 5 25 100 493.70 377.25 573.92 740.58 #38 Estación Montecristo #35.5 Aguas abajo del Río Tilapa 3. Superponer los mapas de áreas de inundación, uso de suelos, cultivos, infraestructura (caminos, puntos cantonales) y asentamientos. 4. Identificar la vulnerabilidad utilizando los mapas del apartado anterior y ocupando los criterios de nivel de desequilibrio de la figura 5.1. Desequilibrio moderado: Cuando estén inundadas áreas de uso agrícola no compatible con el agua, para eventos con un PR de 5 años; cuando viviendas distribuidas queden delimitadas entre eventos con un PR de 5 años con su nivel máximo y con uno de 25 años con su nivel hídrico máximo alcanzado; cuando núcleos urbanos estén asociados a eventos con un PR de 25 años con su nivel máximo y con uno de 100 años con su nivel hídrico máximo alcanzado. Desequilibrio grave: Aquellas zonas con viviendas distribuidas abarcadas por un evento con PR de 5 años; también ocurre cuando núcleos urbanos queden delimitadas entre eventos con un PR de 5 años con su nivel hídrico máximo y con uno de 25 años con su nivel hídrico máximo alcanzado. Desequilibrio gravísimo: Aquellas áreas en los que los núcleos urbanos son abarcados por eventos con un período de retorno de 5 años. Algunos criterios extras se presentan a continuación: § Cultivos de uso agrícola compatible (el daño a que se inunden no es significativo). § Uso agrícola no compatible (el daño a que se inunden es muy significativo). 74 Figura 5.1 Esquema de metodología de Ordenamiento Territorial Modificada Tabla 5.2 Analogía entre los términos del esquema y los del plano Esquema de la metodología de ordenamiento territorial Italiana Figura de áreas inundadas Áreas libres y de uso agrícola compatible Cultivos como el arroz, caña de azúcar, pasto. Áreas de uso agrícola Cultivos como el algodón, maíz. Infraestructura y viviendas distribuidas Asentamientos Centros y núcleos urbanos Puntos cantonales y zona franca. Los motivos por los cuales se modificó la metodología Italiana son: § Hay que hacer hincapié que se modificó la metodología italiana para simplificarla y estas modificaciones solamente son válidas para la cuenca del Río Jiboa, ya que se han hecho acorde a las características físicas y sociales propias de la zona. § No se consideró trabajar con la altura hídrica porque con el modelo hidráulico unidimensional que se usó, no se logra conocer el tiempo de permanencia del agua en las áreas inundadas 75 sino solamente la altura hídrica en el instante que pasa la crecida; si se desea considerar esta altura hídrica se debe trabajar con un modelo bidimensional. § Para eventos con períodos de retorno de 5 años en la cuenca del Río Jiboa se inunda una considerable cantidad de cultivos, ya sean compatibles o no con las inundaciones, mientras que en la metodología Italiana las áreas libres y de uso agrícola compatible no se ven afectadas por los anteriores períodos de retorno. § Una razón por la que se trabajó con un PR de 100 años es que si se tienen registros de eventos con este PR, como el evento en 1934 visualizado en la figura 1.4. § No se consideró un período de retorno de 200 años porque no se tienen suficientes datos para hacer una estimación de caudales por métodos estadísticos y obtener resultados confiables, ya que se considera que el máximo periodo de retorno que se puede calcular mediante métodos estadísticos equivale a multiplicar la cantidad de años de registros por un factor de 3, así: PRmáximo = 3 x n (Ec. 5.1) Donde n es la cantidad de años de registros. § Otra razón por la cual no se trabajó con PR de 200 años es debido a que un evento con este período implicaría una zona muy extensa de inundación, área que aparte de ser afectada por el desbordamiento del Río Jiboa, también se vería afectada por otros factores como el desbordamiento de otros ríos cercanos. 76 Figura 5.2 Mapa de áreas de inundación. 77 5.2 VULNERABILIDAD En el mapa de áreas vulnerables, ver figura 5.5, se resalta con un rectángulo las áreas con asentamientos humanos y núcleos urbanos con cierto desequilibrio, consideradas como zonas críticas. Se puede apreciar en el plano que a lo largo del Río Jiboa y para mayor precisión en algunas zonas de los cantones El Pedregal, Las Flores, El Achiotal, Las Isletas, El Porvenir, San Marcelino y Las Hojas, ver delimitación de cantones en figura 5.2, los cultivos anuales como el maíz, caña de azúcar, algodón, arroz y zonas destinadas a la producción agrícola se presumen como áreas bajo riesgo de inundación desde eventos con períodos de retorno bajos como el de 5 años. Como es bien sabido una inundación sobre los cultivos del maíz y el algodón representa una pérdida del cultivo, por lo tanto posee una vulnerabilidad moderada, ver figura 5.9. Otro lugar con vulnerabilidad moderada se presenta en el Cantón El Pedregal, donde se ven afectados por eventos con períodos de retorno mayores o iguales a 100 años, algunos asentamientos y parte de la zona franca El Pedregal. Por otro lado, en el Cantón El Achiotal, parte de las viviendas del núcleo urbano están dentro del margen para un evento con período de retorno de 5 años, por lo cual está en vulnerabilidad grave. El tipo de casa afectadas se puede observar en las siguientes fotos, notándose que son asentamientos recientes, después de los terremotos del año 2001, y pertenecen a caseríos que se encuentran aproximadamente a 400 m del cauce principal del río. Figura 5.3 Casa afecada por inundaciones en Cantón El Achiotal 78 Figura 5.4 Casa afecada por inundaciones en Cantón El Achiotal A lo largo de la costa, en los cantones de Las Hojas y San Marcelino, existen asentamientos con el riesgo de inundación para períodos de retorno de 5 años, teniendo así una vulnerabilidad grave. Existen viviendas ubicadas dentro del cauce de las crecidas del río, generando de una forma directa una vulnerabilidad grave. Sin embargo, por su misma naturaleza de estar aisladas no son tomadas en cuenta a la hora del levantamiento de mapas de asentamientos o infraestructura. Se debe hacer énfasis que las inundaciones causadas por las crecidas del Río Jiboa ocurren en el margen derecho del río, viniendo en el sentido de aguas arriba hacia aguas abajo. Sin embargo, no todas las inundaciones en la zona de estudio son causadas por crecidas del Río Jiboa, pudiendo ser ocasionadas también por estancamientos de agua. Esto es producido por la falta de un adecuado drenaje en la superficie del terreno, ya sea debido al tipo de suelo o a las bajas pendientes. Y un nivel freático superficial contribuye a que se incremente la cantidad de agua estancada. En los mapas de vulnerabilidad que se presentan a continuación se delimita el área inundada resultada de la modelación hidráulica en HECRAS para los diferentes períodos de retorno con línea continua y se delimitan las áreas inundadas según los lugareños, en algunas regiones, con línea segmentada. 79 Figura 5.5 Mapa de áreas vulnerables 80 Figura 5.6 Acercamiento en zona crítica de Cantón El Pedregal 81 Figura 5.7 Acercamiento en zona crítica de Cantón El Achiotal 82 Figura 5.8 Acercamiento en zona crítica de Cantones Las Hojas y San Marcelino 83 Figura 5.9 Mapa de cultivos compatibles y no compatibles con las inundaciones 84 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES § Se encontró que las poblaciones en la cuenca baja están organizados, ya que en ciertas zonas como en Cantón Las Isletas y El Achiotal, las inundaciones resultan muy frecuentes. En varios casos, los jefes de cantones ya están capacitados para saber responder pronta y eficazmente ante estas situaciones. Esto facilita la implementación de una zonificación de riesgo, ya que se está conciente del peligro y ésta sería una herramienta para reducir la vulnerabilidad. § La implementación de una zonificación de áreas inundables trae implícito reconocer que existen ciertos riesgos con los cuales las personas están dispuestos a vivir, por lo que debe saberse cómo adaptarse a los riesgos para disminuir la vulnerabilidad. Por ejemplo, en zonas consideradas inundables, se puede tener una restricción de no construir a nivel del terreno, sino subir éste para compensar la altura del agua de inundación. Esto es importante en nuestro país, ya que muchas personas están dispuestas a convivir con el riesgo debido al poco terreno disponible o los escasos recursos que poseen. § En el área estudiada, los asentamientos en los cantones de El Achiotal y El Pedregal presentan una vulnerabilidad moderada, ya que poseen viviendas distribuidas que quedan delimitadas entre los márgenes ocasionados por eventos con períodos de retorno entre 5 y 25 años y núcleos urbanos delimitados entre los márgenes de períodos de retorno entre 25 y 100 años. Por otro lado, los asentamientos en los Cantones de San Marcelino y Las Hojas son afectados por períodos de retorno de 5 años, por lo que presentan una vulnerabilidad grave. § El hecho que existan áreas agrícolas no compatibles con inundaciones no significa que se restrinja el cultivo de esa zona, ya que la inundación de ellos puede ser tratada con sistemas de drenaje superficial o subterráneos. § La aplicación del programa HECRAS ha sido adecuado para obtener los niveles del agua que alcanza el río para los diferentes períodos de retorno, ya que los datos necesarios para hacerlo son accesibles en el país y provee de resultados satisfactorios. § La metodología desarrollada por el Grupo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche del Consiglio Nazionale delle Ricerche (GNDCICNR) resulta ser una buena guía para los resultados obtenidos, pero debe ser modificada un poco para ajustarse a las características propias de la zona. De esta manera, siempre se debe de corroborar un modelo propuesto por gobiernos extranjeros para sus países a la hora de aplicarlo a nuestro país, para ajustarlo adecuadamente. § El área de inundación de la modelación hidráulica es menor al área de inundación propuesta por los lugareños, en ciertas zonas como el Cantón El Achiotal. La causa de esta diferencia es la precipitación local, ya que la evacuación de agua dejada por ésta se torna más lenta. Esto se debe a diversos factores, como son: la pendiente baja; la geología de la zona que no 85 permite una rápida infiltración; la abundante vegetación y cultivos que obstruyen el paso del agua; y un nivel freático superficial que contribuye al incremento de la cantidad de agua estancada. RECOMENDACIONES § El dinamismo del río puede verse afectado por diversos factores, por lo que se recomienda que se realicen estudios de erosión, estudios de transporte de sedimentos, y se analice la extracción de áridos en el lecho del río de manera desordenada y sin control. § Para obtener una mejor simulación de las áreas susceptibles a inundación y el tiempo que toma desalojar los volúmenes excedentes, se debe aplicar un modelo hidráulico bidimensional y mejorar la topografía mediante un modelo digital del terreno además de la utilización de escalas menores(1:1000 ó 1:5000). § Para las zonas críticas a inundación, se recomienda hacer un levantamiento topográfico y social más detallado para proponer soluciones más viables, tanto técnicamente como socialmente. § Se recomienda que se elabore una ordenanza municipal para la propuesta de zonificación de los municipio afectados por las inundaciones provocadas por las crecidas del Río Jiboa. § Se recomienda que se actualicen y aumente el grado de detalle a los planos usados como referencia en este trabajo. Esto se debe, por ejemplo, a que los planos existentes de vegetación unen varios cultivos en una misma categoría, no pudiéndose identificar los cultivos compatibles y no compatibles a las inundaciones. 86 GLOSARIO Área de aporte Área que contribuye a la recolección de agua que recibe un río, la cual influye en el caudal que éste conduce. Avenida Paso por tramos de un río, de caudales superiores a los normales, que dan lugar a elevaciones de los niveles de agua. Caudal Volumen de agua que fluye a través de una sección transversal de un río o canal en la unidad de tiempo. Caudal máximo instantáneo Mayor caudal registrado instantáneamente en un período determinado. Crecida Respuesta de una cuenca hidrográfica ante la ocurrencia de una precipitación que abarcó total o parcialmente a su área de aporte. Cuenca Límite natural de un recurso hídrico. Cuenca Hidrográfica Porción de la superficie del terreno que colecta el agua lluvia y la conduce mediante una red de drenaje hasta un punto de interés. Estación Hidrométrica Instalación hidráulica consistente en un conjunto de mecanismos y aparatos que registran y miden las características de una corriente. Estación Pluviométrica Estación en la que sólo se realizan observaciones acerca de la precipitación. 87 Hidrometeorología Es el estudio de la meteorología aplicada a los parámetros hídricos. La teoría hidrometeorológica en general comprende la observación, procesamiento y análisis del comportamiento de los elementos hídricos, fundamentalmente las descargas de los ríos y los volúmenes almacenados en reservorios y lagunas; y de los elementos meteorológicos, fundamentalmente la precipitación pluvial. Inundación Condición temporaria de ocupación parcial o completa de tierras generalmente secas por parte del agua proveniente del desborde de un río o arroyo, y/o la acumulación inusual de agua desde cualquier fuente. Periodo de retorno Es el intervalo medio expresado en años en el que un valor extremo alcanza o supera al valor "x", al menos una sola vez. Suelos Aluviales Suelos de origen fluvial, poco evolucionados aunque profundos. Suelos Latosoles Fases de cenizas volcánicas profundos y ondulados a alomadas, con un potencil agrícola alto. Suelos Litosoles Fases de tobas consolidadas, onduladas a fuertemente alomadas, con un potencial agrícola moderado. Suelos Regasoles Es un suelo no consolidados, desarrollado sobre las cenizas volcánicas, con estrato poco profundo y de muy buena permeabilidad con un potencial agrícola alto. 88 BIBLIOGRAFÍA § Libros de texto Aparicio Mijares, F. [2001] Fundamentos de Hidrología de Superficie. Editorial Limusa Noriega Editores S.A. México D.F. 10ª Edición. Chanson, Hubert [2002] Hidráulica del Flujo en Canales Abiertos. McGraw Hill, Bogotá, Colombia, a 1 traducción. Chow, Ven Te [1994] Hidráulica de Canales Abiertos. Mc GrawHill, Bogotá, Colombia. Franzini, Joseph B., E. John Finnemore [1999] Mecánica de Fluidos con Aplicaciones en Ingeniería. McGraw Hill, Madrid, España. 9ª Edición. Hernández Salguero, José [2002] Elementos de Probabilidad y Estadística. UCA Editores, San Salvador, El Salvador, 1 a edición. Martín Vide, Juan P. [2003] Ingeniería de Ríos. Alfaomega Grupo Editor, Barcelona, España. § Trabajos de graduación Chacón, Egly, Carías, Boris y Martínez, Miguel [2004] Validación de Metodologías para el Cálculo de Caudales Máximos en El Salvador. Trabajo de Graduación presentado para optar al grado de ingeniero civil en la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas”, San Salvador, El Salvador. Reyes Ortiz, Angel Natanael y Galdámez Martínez, Héctor Donato [2004] Modelo de Inundación del Barrio Candelaria de San Salvador. Trabajo de Graduación presentado para optar al grado de ingeniero civil en la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas”, San Salvador, El Salvador. § Otros documentos Bertoni, Juan Carlos y Morelli Tucci, Carlos Eduardo [2005] Curso sobre Gestión de Inundaciones en Áreas Urbanas, Material de Capacitación, San Salvador, El Salvador. 89 Erazo, Adriana María [2004] Regionalización de caudales máximos y medios en El Salvador. Ministerio del Medio Ambiente y Recursos Naturales. López Ramos, Ana Deysi. [1999] Metodología para la Delimitación de Áreas Vulnerables a Riesgo de Inundación y su Estado de Desequilibrio. Caso de Estudio: Cuenca del Río Paz, Huracán Mitch. Ministerio de Agricultura y Ganadería de la República de El Salvador, Universidad Degli Studi di Padiva, Instirto Italo Latinoamericano, Padova, Italia Mena, David. [2004] Estrategia Compartida Para el Desarrollo Nacional. Comisión Nacional de Desarrollo de la República de El Salvador, Editorial Maya, San Salvador, El Salvador. Plan Maestro de Desarrollo y Aprovechamiento de los Recursos Hídricos de El Salvador [1980] Documento Básico No.1, Ministerio de Agricultura y Ganadería de la República de El Salvador, San Salvador, El Salvador. Plan Maestro de Desarrollo Agrícola Integrado de la Cuenca del Río Jiboa en la República de El Salvador [1997], Ministerio de Agricultura y Ganadería de la República de El Salvador y Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA), San Salvador, El Salvador. Servicio Nacional de Estudios Territoriales [2004]. Identificación de las Condiciones de Desequilibrio de las Zonas Sujetas a Inundación, Parte Baja del Río Lempa, San Salvador, El Salvador. § Páginas de Internet El Diario de Hoy, El Salvador, http://www.elsalvador.com/noticias/2005/06/11/elpais/pais1.asp, Junio 2005. El Diario de Hoy, El Salvador, http://www.elsalvador.com/noticias/2005/07/24/nacional/nac2.asp, Julio 2005. Erlingsson Surveys. http://www.erlingsson.com/disasters/theoretical_considerations.html, Mayo 2005. InfoJardín. http://www.infojardin.net/glosario/heterogamo/hidrologia.htm , Junio 2005. Organización Panamericana de la Salud, http://cidbimena.desastres.hn/ docum/ops/publicaciones/048/048.5.htm, Mayo 2005. 90 Protección Civil en Andalucía, Jose Antonio Aparicio Florido, http://www.proteccioncivilandalucia.org/Emergencias/LluviasInundaciones.htm. Junio 2005. Universidad de Alicante, http://publicaciones.ua.es/?ExternalURL=http://publicaciones.ua.es/Deprox/8479087773.asp, Junio 2005. Comunidad Autónoma de la Región de Murcia, España. http://www.carm.es/cma/dgmn/mnatural/medfisic/caraedaf/suealuv.htm, Agosto 2005. 91 ANEXO A – NOTICIAS EN EL DIARIO DE HOY Noticia que apareció el día 24 de julio del 2005 [http://www.elsalvador.com/noticias/2005/07/24/nacional/nac2.asp]. A1 Noticia que apareció el 11 de junio del 2005 [http://www.elsalvador.com/noticias/2005/06/11/elpais/pais1.asp] Listo sistema de alerta en comunidades del río Jiboa La Paz. El proyecto es ejecutado para prevenir riesgos a raíz de posibles inundaciones en la zona. La Unión Europea aporta 4O0 mil dólares. Jesús Corvera El Diario de Hoy [email protected] Información. Líderes comunales y vecinos asistieron ayer al acto de establecimiento del plan para evitar desastres. Foto: EDH/Jesús Corvera A2 Prevenir a tiempo los posibles estragos a causa del desbordamiento del cauce. Esa es la finalidad del Proyecto Sistema de Alerta Temprana en la Cuenca del río Jiboa. El plan se comenzó a implementar desde principios del presente año, pero fue hecho oficial hasta ayer con la firma de un convenio entre representantes de Care El Salvador y del Comité de Emergencia Nacional (Coen). El acto se realizó en la Finca Buena Vista de San Antonio Masahuat, actividad en la que estuvo el embajador de Francia, Francis Roudiere, autoridades municipales, líderes comunales y alumnos de distintos centros escolares. La ejecución estará a cargo de Care El Salvador, organismo que logró el financiamiento por parte de la Unión Europea, a través de su sede en Francia. El proyecto abarca áreas como el manejo de riesgos, evaluación de daños, análisis de necesidades a raíz de los desastres y de información meteorológica. Además del municipio antes mencionado también se benefician los pobladores de El Rosario, San Emigdio, San Juan Tepezontes, San Luis Talpa, San Pedro Masahuat y Guadalupe, este último en el departamento de San Vicente, por los cuales atraviesa la ribera del Jiboa. Otros componentes dentro del plan son la alerta temprana y la elaboración de un mapa de riesgos de los sitios más vulnerables en caso de abundantes lluvias. Abarca además la reactivación de los Comités de Emergencia locales, en los cuales involucran a los habitantes, quiénes reciben capacitación sobre el tema. “Se busca que la gente de las comunidades afectadas sepa cómo afrontar los estragos antes, durante y después de un fenómeno natural”, explicó Ana Deisy López, del Servicio Natural de Estudios Territoriales (Snet). Este ente gubernamental y demás miembros del Coen darán el apoyo logístico necesario. Ligia Alvarenga, directora de Care El Salvador, sostiene que que buscan A3 fortalecer las capacidades de los habitantes. Igual opinión dio el diplomático francés. “Es un proyecto preventivo que para Europa tiene mucha importancia”, afirmó Roudiere. La inversión alcanza los 470 mil dólares; 400 mil los financia la Unión Europea, el resto por Care, de Francia. A4 ANEXO B TABLAS ESTADÍSTICAS Tabla B.1 Valores porcentiles de la distribución Chi Cuadrado [Aparicio Mijares, F., 2001] B1 Tabla B.2 Probabilidad de ocurrencia[Aparicio Mijares, F., 2001] B2 Tabla B.3 Valores críticos d para la prueba SmirnovKolmogorov[Aparicio Mijares, F., 2001] B3 ANEXO C ANÁLISIS ESTADÍSTICO 1. Resultados de Función de Distribución GUMBEL Tabla C.1 Obtención de probabilidad, media y desviación estándar para caudales reales AÑO HIDROLOGICO 19611962 19621963 19631964 19641965 19651966 19661967 19671968 19681969 19691970 19701971 19711972 19721973 19741975 19751976 19781979 19791980 19801981 19811982 19831984 19951996 ANUAL Anual de mayor a (ximedia) 2 Q F(x) menor m³/s 132.79 389.00 43974.7191 0.979225879 80.80 307.00 16307.6731 0.926917734 73.50 276.94 9533.862522 0.885539676 135.50 254.57 5665.798712 0.841474464 125.00 251.64 5233.292622 0.834677383 135.00 200.00 428.5521023 0.66635264 200.00 197.01 313.6972323 0.653501224 160.00 193.00 187.7311023 0.635715801 307.00 175.22 16.63416225 0.549595321 131.00 170.00 86.46210225 0.522254745 98.00 160.00 372.4321023 0.467752387 100.00 135.50 1918.308602 0.327757642 389.00 135.00 1962.357102 0.324894069 193.00 132.79 2163.040572 0.312273135 254.57 131.00 2332.745102 0.302102341 197.01 125.00 2948.327102 0.268472556 276.94 100.00 6288.252102 0.142881571 175.22 98.00 6609.446102 0.134298236 251.64 80.80 9701.954502 0.072161769 170.00 73.50 11193.3226 0.052471822 suma 3585.97 127238.6087 media 179.2985 desviación81.83378811 Tabla C.2 Resumen de parámetros de Distribución Gumbel alfa1 beta1 alfa2 beta2 Parámetros GUMBEL 0.015672011 Para muestras grandes 142.4732954 0.012987301 Para muestras 138.9821926 relativamente pequeñas C1 2. Resultados de Función de Distribución PEARSON III Tabla C.3 Obtención de probabilidad, media y desviación estándar para caudales reales AÑO HIDROLOGICO ANUAL Q m³/s 19611962 19621963 19631964 19641965 19651966 19661967 19671968 19681969 19691970 19701971 19711972 19721973 19741975 19751976 19781979 19791980 19801981 19811982 19831984 19951996 Anual de Parámetro mayor a (ximedia)^2 gamma menor y Chi^2 = 2y F(x) 132.79 389.00 43974.7191 80.80 73.50 135.50 125.00 135.00 200.00 160.00 307.00 276.94 254.57 251.64 200.00 197.01 193.00 307.00 131.00 98.00 175.22 16.6341622 6.1898E06 5.40445765 10.8089153 0.537 170.00 86.4621022 7.3352E05 5.25456888 10.5091378 0.515 160.00 372.432102 0.00065576 4.96742564 9.93485128 0.466 100.00 389.00 193.00 135.50 1918.3086 0.00766566 4.2639247 8.5278494 0.337 135.00 1962.3571 0.0079312 4.24956754 8.49913507 0.334 132.79 2163.04057 0.00917844 4.18610888 8.37221776 0.323 254.57 197.01 276.94 131.00 125.00 100.00 175.22 251.64 170.00 16307.6731 9533.86252 5665.79871 5233.29262 428.552102 313.697232 187.731102 0.8413499 11.5430058 23.0860117 0.981 0.19000281 9.18843127 0.08493279 8.32527869 0.03891023 7.68293926 0.03454097 7.59880629 0.00080943 6.1159986 0.00050692 6.03014277 0.00023468 5.91499833 18.3768625 16.6505574 15.3658785 15.1976126 12.2319972 12.0602855 11.8299967 0.922 0.873 0.819 0.812 0.642 0.629 0.612 2332.7451 0.01027952 4.13471024 8.26942048 0.313 2948.3271 0.01460614 3.9624243 7.92484859 0.282 6288.2521 0.04549534 3.24456619 6.48913239 0.168 98.00 6609.4461 0.04902523 3.18713755 6.37427509 0.160 80.80 9701.9545 0.08718884 2.69325117 5.38650234 0.090 73.50 11193.3226 0.10804647 2.48363661 4.96727321 0.070 suma 3585.97 127238.609 0.85113557 media 179.2985 desviaci ón 81.8337881 Tabla C.4 Resumen de parámetros de distribución Pearson III Gamma 0.85113557 beta 1 alfa 1 5.52156902 34.8258241 delta 1 GL GL: grados de libertad 12.9946917 11.043138 C2 11 3. Resultados de Función de Distribución LOGNORMAL Tabla C.5 Obtención de probabilidad, media y desviación estándar para caudales reales AÑO HIDROLOGICO ANUAL Q m³/s 19611962 19621963 19631964 19641965 19651966 19661967 19671968 19681969 19691970 19701971 19711972 19721973 19741975 19751976 19781979 19791980 19801981 19811982 19831984 19951996 Anual de Parámetro mayor a (ximedia)^2 Parámetro beta alfa menor 132.79 389.00 80.80 307.00 73.50 276.94 135.50 254.57 125.00 251.64 135.00 200.00 200.00 197.01 160.00 193.00 307.00 175.22 131.00 170.00 98.00 160.00 100.00 135.50 389.00 135.00 193.00 132.79 254.57 131.00 197.01 125.00 276.94 100.00 175.22 98.00 251.64 80.80 170.00 73.50 suma 3585.97 media 179.2985 desviació n 81.8337881 43974.7191 0.29817897 16307.6731 0.28634239 9533.86252 0.28119004 5665.79871 0.27697879 5233.29262 0.27639997 428.552102 0.26491587 313.697232 0.26416272 187.731102 0.26313451 16.6341622 0.25830212 86.4621022 0.25678992 372.432102 0.25375869 1918.3086 0.24544858 1962.3571 0.24526374 2163.04057 0.24443845 2332.7451 0.24375987 2948.3271 0.24141569 6288.2521 0.23025851 6609.4461 0.22924837 9701.9545 0.21959885 11193.3226 0.21486427 127238.609 5.09445032 0.0377692631 0.0199963254 0.0140106006 0.0099068368 0.0093982444 0.0020780887 0.0017823507 0.0014152327 0.0002562708 0.0000854833 0.0000185792 0.0017201170 0.0017893693 0.0021152416 0.0024035938 0.0035414340 0.0119697524 0.0129786382 0.0246734406 0.0317735949 0.189682458 Tabla C.6 Resumen de parámetros de distribución Lognormal Alfa Beta 5.094 0.436 C3 Z 2.00 1.45 1.22 1.02 1.00 0.47 0.43 0.39 0.16 0.09 0.04 0.43 0.43 0.47 0.50 0.61 1.12 1.17 1.61 1.83 F(X) de tabla 0.9772 0.9265 0.8888 0.8461 0.8413 0.6808 0.6664 0.6517 0.5636 0.5359 0.484 0.3336 0.3336 0.3192 0.3085 0.2709 0.1314 0.121 0.0537 0.0336 4.Resultados de Prueba de Bondad Chi Cuadrado Para esta prueba de bondad se hizo una división de 8 grupos, ya que esta división produce una buena distribución de valores en las diferentes clases. Tabla C.7 Intervalo escogido para la clasificación de 8 grupos en chi cuadrado Intervalo Límite i inferior 1 2 3 4 5 6 7 8 Límite Número superior observado(0i) 0 50 100 150 200 250 300 350 C4 50 100 150 200 250 300 350 400 0 4 5 6 0 3 1 1 20 Tabla C.8 Resumen de resultados para Xi cuadrado Función de Distribución Gumbel Pearson III Log Normal Intervalo i F(Si) F(Ii) Ei (0i Ei)^2 / Ei D 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 0.0418 0.1903 0.4203 0.6359 0.7894 0.8838 0.9375 0.9669 0.0211 0.1682 0.4137 0.6421 0.8085 0.0023 0.0418 0.1903 0.4203 0.6359 0.7894 0.8838 0.9375 0.0014 0.0211 0.1682 0.4137 0.6421 0.79 2.97 4.60 4.31 3.07 1.89 1.07 0.59 0.39 2.94 4.91 4.57 3.33 0.7892 0.3562 0.0347 0.6619 3.0700 0.6550 0.0051 0.2907 5.8629 0.3925 0.3800 0.0017 0.4489 3.3284 6 0.9141 0.8085 2.11 0.3737 7 0.9630 0.9141 0.98 0.0004 8 1 2 3 4 5 6 7 8 0.9847 0.0034 0.1314 0.4246 0.6808 0.8365 0.9192 0.9599 0.9803 0.9630 0.0000 0.0034 0.1314 0.4246 0.6808 0.8365 0.9192 0.9599 0.43 0.07 2.56 5.86 5.12 3.11 1.65 0.81 0.41 0.7371 5.6627 0.0680 0.8100 0.1273 0.1498 3.1140 1.0954 0.0425 0.8590 6.2659 Al ser una clasificación de 8 grupos y con un nivel de riesgo de 0.95, se obtiene que el valor máximo permisible para el parámetro estadístico d para 3 parámetros es 9.49, mientras que para 2 parámetros es 11.1. De los resultados anteriores, se puede observar que todas cumplían. C5 5. Resultados de Prueba de Bondad SmirnovKolmogorov Tabla C.9 Resumen de resultados para SmirnovKolmogorov m Anual AÑO ANUAL [Fo(Qm) [Fo(Qm) F(Qm) [Fo(Qm) Fo F(Qm) F(Qm) número de Q HIDRO F(Qm)] F(Qm)] Log F(Qm)] Log Pearson de mayor a (Qm) Gumbel LOGICO Gumbel Pearson Normal Normal m³/s orden menor 132.79 1.00 389.00 0.952 0.979 0.027 0.981 0.029 0.977 0.025 19611962 80.80 2.00 307.00 0.905 0.927 0.022 0.922 0.018 0.927 0.022 19621963 73.50 3.00 276.94 0.857 0.886 0.028 0.873 0.016 0.889 0.032 19631964 135.50 4.00 254.57 0.810 0.841 0.032 0.819 0.010 0.846 0.037 19641965 125.00 5.00 251.64 0.762 0.835 0.073 0.812 0.050 0.841 0.079 19651966 135.00 6.00 200.00 0.714 0.666 0.048 0.642 0.072 0.681 0.033 19661967 200.00 7.00 197.01 0.667 0.654 0.013 0.629 0.037 0.666 0.000 19671968 160.00 8.00 193.00 0.619 0.636 0.017 0.612 0.007 0.652 0.033 19681969 307.00 9.00 175.22 0.571 0.550 0.022 0.537 0.034 0.564 0.008 19691970 131.00 10.00 170.00 0.524 0.522 0.002 0.515 0.008 0.536 0.012 19701971 98.00 11.00 160.00 0.476 0.468 0.008 0.466 0.010 0.484 0.008 19711972 0.101 0.095 100.00 12.00 135.50 0.429 0.328 0.337 0.091 0.334 19721973 389.00 13.00 135.00 0.381 0.325 0.056 0.334 0.046 0.334 0.047 19741975 193.00 14.00 132.79 0.333 0.312 0.021 0.323 0.011 0.319 0.014 19751976 254.57 15.00 131.00 0.286 0.302 0.016 0.313 0.028 0.309 0.023 19781979 197.01 16.00 125.00 0.238 0.268 0.030 0.282 0.044 0.271 0.033 19791980 276.94 17.00 100.00 0.190 0.143 0.048 0.168 0.022 0.131 0.059 19801981 175.22 18.00 98.00 0.143 0.134 0.009 0.160 0.017 0.121 0.022 19811982 251.64 19.00 80.80 0.095 0.072 0.023 0.090 0.005 0.054 0.042 19831984 170.00 20.00 73.50 0.048 0.052 0.005 0.070 0.022 0.034 0.014 19951996 Mayor Parámetro D 0.101 0.091 0.095 Para esta prueba con 20 datos y un nivel de riesgo de 0.95, se tiene que el valor d debe de ser 0.29. Para cada función se obtiene el mayor valor de d, los cuales dan 0.101 para Gumbel, 0.091 para Pearson III y 0.095 para Lognormal. En conclusión, todos los valores obtenidos eran menores que 0.29, por lo que todas las distribuciones cumplen con esta prueba. Luego, la distribución que mejor se ajusta es la Pearson, por dar el menor valor de todas, o la más alejada a d. 6. Cálculo de Caudales generados por Río Tilapa y Sepaquiapa con el Método de Regionalización Ambas cuencas por estar en la región hidrológicamente homogénea número 2, ocuparán la misma ecuación para estimar el caudal para un PR de 2.33 años Q2.33 = 2.1408A 71.75 C6 (Ec. C1) En la ecuación anterior, A representa el área de la cuenca para el río en interés, donde es importante hacer notar que el área debe introducirse en las unidades de kilómetros cuadrados (km 2 ). Tabla C10. Cálculo de caudales para un período de retorno de 2.33 años Río Área cuenca (Km 2 ) Q2.33 (m 3 /s) Tilapa 43.16 20.65 Sepaquiapa 64.6 66.55 Tabla C11. Cálculo de caudales para Río Tilapa y Sepaquiapa P.R. (años) 5 10 15 20 25 50 100 Factor de ajuste Q máx estimado Q máx. estimado Tilapa (m3/s) Sepaquiapa 1.5 1.96 2.24 2.45 2.61 3.14 3.71 30.97 40.47 46.25 50.58 53.89 64.83 76.60 C7 99.82 130.43 149.06 163.04 173.68 208.95 246.88 ANEXO D DATOS DE ESTACIÓN TOTAL Y GPS Tabla D1. Datos de Estación Total ESTACIÓN E00 L310 E01 L311 L312 L313 L314 L315 L316 L317 L318 E02 L319 L320 L321 L322 L323 L324 L325 E01 E03 L326 L327 L328 L329 L330 L331 L332 L333 L334 E02 L335 E04 L336 L337 L338 L339 L340 X 1014.54 1014.56 878.31 878.33 1002.61 1001.05 985.67 979.84 970.51 944.60 1202.42 792.87 944.80 956.06 960.58 966.18 970.40 975.49 962.85 1224.58 737.51 737.49 958.10 962.97 964.62 965.04 969.09 975.26 985.62 1003.60 679.79 679.79 1079.05 1079.05 1029.76 1028.62 1022.50 1013.29 Y 1076.02 1075.98 772.19 772.17 989.57 990.76 990.73 997.69 996.62 1025.06 1131.17 781.49 986.89 984.93 980.69 972.73 967.97 964.91 941.90 1145.23 613.69 613.66 989.09 989.00 989.34 989.01 985.13 979.02 967.36 945.46 658.75 658.75 1182.92 1182.92 994.67 995.55 1000.70 1010.66 L341 E03 L342 E05 L343 L344 L345 994.14 868.19 868.19 886.18 886.18 1010.16 1008.20 1023.56 812.24 812.24 1128.37 1128.37 991.70 991.32 D1 Z CODIGO 499.36PUENTE 499.35PUENTE 499.09VAD 499.10VAD 501.41SXNT 499.87SXNT 499.64SXNT 499.47SXNT 500.88SXNT 501.04SXNT 500.54VAT 499.14VAD 501.20SXNT 499.77SXNT 499.22SXNT 499.27SXNT 499.34SXNT 499.69SXNT 501.05SXNT 500.17VAT 498.96VAD 498.96VAD 500.91SXNT 500.61SXNT 499.66SXNT 499.14SXNT 499.34SXNT 499.46SXNT 499.74SXNT 500.46SXNT 500.28VAT 500.28VAT 499.05VAD 499.05VAD 500.99SXNT 499.09SXNT 498.97SXNT 499.10SXNT SNT 500.04 500.23VAT 500.23VAT 499.42VAD 499.42VAD 501.15SXNT 499.22SXNT ESTACIÓN L346 L347 L348 E04 L349 E06 L350 L351 L352 L353 L354 L355 L356 L357 L358 E05 E07 L359 L360 L361 L362 L363 L364 E06 E08 L365 L366 L367 L368 L369 L370 L371 E07 E09 L372 L373 E08 E10 L374 L375 L376 L377 L378 L379 E09 L380 UNION L381 X 999.05 985.67 962.00 1059.89 1059.88 1012.57 1012.57 977.16 982.99 990.82 1003.64 998.39 986.65 968.20 969.97 882.47 1091.66 980.88 979.57 989.85 998.68 1001.51 1001.49 1019.41 1128.53 981.86 984.55 990.42 999.11 1014.67 1015.07 1041.09 1070.49 861.97 983.72 921.97 1106.00 755.34 949.63 954.45 952.05 950.46 948.82 948.82 751.76 751.76 978.98 965.97 Y 991.57 996.53 1005.07 1143.49 1143.49 846.89 846.89 986.23 983.35 976.79 966.94 943.03 942.47 946.89 946.57 886.97 1140.59 997.91 998.76 996.34 993.52 986.59 984.97 810.31 956.69 983.87 981.65 974.21 964.56 944.59 988.73 997.06 1110.63 991.80 1004.16 995.94 962.06 1031.56 1004.08 1002.09 992.88 984.69 982.41 982.41 992.75 992.76 950.85 873.18 D2 Z CODIGO 499.22SXNT 499.23SXNT 500.54SXNT 499.87VAT 499.87VAT 499.10VAD 499.10VAD 499.91SXNT 499.06SXNT 499.04SXNT 499.15SXNT 499.17SXNT 498.85SXNT 499.61SXNT 499.07SXNT 500.21VAT 501.12VAD 499.99SXNT 501.13SXNT 499.47SXNT 499.24SXNT 499.49SXNT 500.89SXNT 498.31VAT 498.85VAD 498.95SXNT 497.79SXNT 497.68SXNT 497.92SXNT 499.74SXNT 497.70SXNT 497.59SXNT 500.46VAT 497.72VAD 497.87PERFIL 497.64PERFIL 501.17VAT 500.03VAD 501.03SXNT 499.38SXNT 499.18SXNT 499.36SXNT 500.52SXNT 500.52SXNT 499.24VAT 499.24VAT 501.53UNION 503.07VAT ESTACIÓN L382 L383 L384 L385 E10 E12 L386 L387 L388 L389 L390 E11 L391 E13 L392 L393 L394 L395 L396 E12 E13 E13 E15 E14 E16 E16 L397 L398 L399 L400 L401 E15 E17 L402 L403 L404 L405 L406 E16 E18 E18 L407 L408 L409 L410 L411 E17 E19 X 965.97 978.99 1021.20 1021.35 940.63 1146.15 1014.24 1010.93 1005.73 996.06 981.99 985.73 886.08 886.08 972.00 982.54 989.54 997.47 1000.53 1084.53 953.66 953.67 1171.50 713.96 1354.19 1354.18 953.16 962.70 961.68 972.82 972.09 1263.44 812.05 956.93 967.28 972.25 976.62 979.33 1417.16 1065.00 1065.00 984.07 987.51 1001.12 1008.50 1064.90 909.15 1220.02 Y 873.18 950.87 962.11 962.12 998.71 1272.71 1006.71 1011.07 1017.78 1028.29 1017.72 1315.24 817.45 817.45 1031.26 1022.52 1019.58 1016.98 1016.53 1164.44 995.56 995.56 1193.20 1031.77 1172.25 1172.27 1027.70 1013.13 1000.94 988.42 975.01 1293.38 542.14 1002.25 994.40 991.18 979.56 955.15 1203.29 794.13 794.13 998.43 997.84 990.73 987.37 971.72 793.01 993.01 Z CODIGO 503.07VAT 501.56VAT 498.55VAD 498.67VAD 500.65VAT 498.24VAD 502.17SXNT 498.89SXNT 498.72SXNT 498.83SXNT 499.75SXNT 501.05VAT 499.99VAD 499.99VAD 501.60SXNT 499.47SXNT 498.84SXNT 499.36SXNT 501.81SXNT 499.32VAT 499.12VAD 500.17VAT 499.71VAD 499.61VAT 498.70VAD 498.71VAD 500.74SXNT 499.15SXNT 498.70SXNT 499.22SXNT 501.27SXNT 500.57VAT 500.35VAD 500.40SXNT 499.48SXNT 499.27SXNT 498.99SXNT 499.98SXNT 498.94VAT 497.88VAT 497.89VAT 499.50SXNT 498.44SXNT 497.17SXNT 497.83SXNT 498.87SXNT 501.40VAT 500.74VAD D3 L412 L413 L414 L415 L416 L417 L418 L419 L420 L421 L422 E18 E20 E19 E20 L423 L424 L425 L426 L427 EX E21 E21 L428 L429 L430 L431 L432 E20 E22 L433 L434 L435 L436 L437 L438 E21 E23 L439 L440 L441 L442 E22 E24 E24 L443 L444 L445 L446 976.57 974.45 963.42 951.99 943.37 936.43 1026.43 1015.92 1008.20 998.19 991.92 1073.36 1046.70 911.67 1191.87 914.73 918.21 933.65 943.03 960.31 757.94 968.02 968.05 1018.72 1017.17 1008.21 994.19 973.87 1098.79 1019.24 957.81 961.09 970.53 982.02 982.02 1007.23 971.73 1019.34 1009.69 994.01 988.81 986.59 1051.10 1237.01 1237.01 992.07 999.79 991.01 987.87 944.45 947.77 951.68 957.03 964.36 964.90 980.74 1014.90 1021.99 1028.27 1028.22 773.40 1011.90 940.83 1172.20 943.75 943.66 943.49 939.53 931.21 837.16 1140.40 1140.38 996.07 998.38 1004.86 1008.97 1019.42 1090.28 875.85 995.03 995.57 990.60 986.93 986.93 973.67 1109.60 759.93 947.29 933.10 928.26 929.18 766.83 1066.73 1066.74 973.32 973.47 987.83 993.97 500.55SXNT 499.43SXNT 499.46SXNT 498.79SXNT 499.28SXNT 500.19SXNT 500.62SXNT 499.01SXNT 498.66SXNT 499.11SXNT 500.63SXNT 498.54VAT 498.56VAD 500.55VAT 498.94VAD 500.45SXNT 498.71SXNT 498.44SXNT 498.91SXNT 499.83SXNT 500.35VAT 499.37VAD 499.36VAD 500.39SXNT 498.96SXNT 498.55SXNT 499.15SXNT 500.17SXNT 499.92VAT 499.79VAD 500.35SXNT 498.42SXNT 498.63SXNT 499.25SXNT 499.25SXNT 500.12SXNT 499.51VAT 500.84VAD 498.82SXNT 498.43SXNT 498.46SXNT 499.62SXNT 498.42VAT 499.10VAD 499.11VAD 496.77SXNT 496.92SXNT 496.56SXNT 499.55SXNT D4 E23 L447 E24 E26 E24 E26 E25 E27 L448 L449 L450 L451 L452 E26 E28 L453 L454 L455 L456 L457 E27 E29 L458 L459 L460 L461 L462 E28 E30 E29 E31 L463 L464 L465 L466 L467 L468 E30 E30 E32 E32 L469 L470 L471 L472 L473 E31 E33 E33 1023.59 1304.79 1040.30 989.44 987.62 983.47 1027.37 718.03 950.42 969.22 976.80 984.97 989.56 983.63 1319.94 988.93 979.26 972.48 963.54 963.85 631.50 1181.11 957.78 956.01 956.00 950.75 945.31 1403.49 931.11 1032.37 336.99 953.87 948.40 941.92 931.53 891.77 793.71 641.25 641.23 978.62 978.62 1029.45 1025.96 994.45 981.48 963.00 671.25 1439.98 1439.98 730.90 1193.96 616.35 1003.75 977.33 1280.09 704.38 1005.15 960.70 973.64 978.99 986.34 985.95 1258.74 872.16 1059.74 1046.36 1037.28 1027.24 1022.30 1009.81 1388.70 978.51 990.97 990.99 1005.45 1035.46 842.51 1081.55 1085.83 1153.91 958.58 957.93 967.01 981.03 1035.23 975.21 1564.14 1564.11 577.66 577.68 1008.90 1006.73 974.51 963.47 945.73 853.67 918.64 918.67 D5 500.17VAT 498.67VAD 500.62VAT 499.56VAD 499.67VAT 498.62VAD 500.68VAT 500.27VAD 499.67SXNT 498.56SXNT 498.17SXNT 498.19SXNT 500.20SXNT 499.02VAT 498.34VAD 498.25SXNT 497.62SXNT 497.31SXNT 497.15SXNT 499.39SXNT 500.96VAT 501.07VAD 499.88SXNT 498.10SXNT 498.10SXNT 498.12SXNT 499.61SXNT 498.26VAT 500.14VAD 499.16VAT 495.33VAD 498.04SXNT 495.10SXNT 494.91SXNT 495.23SXNT 496.52SXNT 496.02PERFIL 503.90VAT 503.89VAT 501.09VAD 501.08VAD 501.15SXNT 499.32SXNT 498.60SXNT 498.50SXNT 499.65SXNT 500.03VAT 497.57VAD 497.57VAD E32 E34 L474 L475 L476 L477 L478 L479 L480 L481 E35 E34 E36 E35 E37 E37 L482 L483 L484 L485 L486 E36 E38 978.17 1692.82 1402.35 1402.08 1404.93 1407.90 1419.24 1420.08 1416.69 1439.99 1869.15 1692.82 2070.18 1869.17 2507.03 2507.04 2073.57 2075.62 2080.66 2085.08 2085.12 2070.25 2508.79 578.32 826.22 826.62 830.83 860.39 869.53 887.87 890.70 924.99 918.68 646.13 826.21 915.67 646.12 873.39 873.38 917.75 914.96 905.11 893.42 893.38 915.61 872.68 501.44VAT 496.60VAT 498.25SXNT 496.75SXNT 496.90SXNT 496.72SXNT 496.75SXNT 497.56SXNT 497.60SXNT 497.53VAT 496.49VAD 496.61VAT 496.39VAD 496.49VAT 495.29VAT 495.29VAD 495.86SXNT 494.49SXNT 494.31SXNT 494.59SXNT 494.56SXNT 496.36VAT 495.29VAD Tabla D2. Datos tomados con GPS, desde Cantón Las Isletas hasta el mar # POSICION 1N13.70619 W89.21280 2N13.40268 W89.01162 3N13.35453 W89.03439 4N13.35310 W89.03160 5N13.37005 W89.03323 6N13.37018 W89.03077 7N13.37015 W89.03081 8N13.38673 W89.01852 9N13.39307 W89.01370 10N13.40161 W89.02791 11N13.40161 W89.02786 12N13.40401 W89.02695 13N13.40184 W89.01943 14N13.40304 W89.01882 15N13.40306 W89.01866 16N13.42459 W89.02486 17N13.42447 W89.02451 18N13.42446 W89.02164 19 N13.43659 W89.02542 D6 ALTURA 698 m 2.77 m 2.53 m 4.93 m 9.50 m 9.98 m 10.5 m 12.1 m 16.2 m 13.3 m 13.1 m 16.5 m 17.4 m 17.4 m 18.6 m 22.0 m 22.7 m 23.4 m 28.5 m # POSICION 20N13.43773 W89.02549 21N13.43805 W89.02516 22N13.44424 W89.02894 23N13.44434 W89.02890 24N13.44440 W89.02901 25N13.44484 W89.02923 26N13.44416 W89.02828 27N13.45241 W89.02544 28N13.45131 W89.02574 29N13.45127 W89.02597 30N13.45836 W89.01777 31N13.46300 W89.02693 32N13.46301 W89.02740 33N13.40196 W89.02965 34N13.46538 W89.02587 ALTURA 27.8 m 31.1 m 23.4 m 23.2 m 22.7 m 24.6 m 26.8 m 32.1 m 31.6 m 29.9 m 44.6 m 43.9 m 43.6 m 43.9 m 68.9 m DATOS TOMADOS PARA LA SECCIÓN TRANSVERSAL EN ESTACIÓN PLUVIOMÉTRICA DE MONTECRISTO Tabla D3. Datos tomados con GPS # POSICION 1N13.52576 W88.98545 2N13.52585 W88.98544 3N13.52577 W88.98543 4N13.52573 W88.98548 5N13.52570 W88.98575 ALTURA 98.2 m 90.2 m 85.2 m 84.0 m 81.6 m Tabla D4. Datos tomados con cinta y estadal # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X Zmedido 0 3.6 9.2 15.6 20 26.9 33.5 38.6 48.6 3.1 0 0.6 0.5 0.2 0 0.2 1.75 3.95 Para poder amarrar estas dos series de datos se usó el dato #3 tomado con el GPS y el #2 tomado con la cinta y el estadal. D7 ANEXO E RESULTADOS PROGRAMA HECRAS Figura E1. Perfil del Río Jiboa para períodos de retorno de 100 años En la figura anterior, en el eje x se presenta la distancia en el canal principal, en metros y en el eje y se dan los valores de la elevación, en metros. E1 Figura E2. Perspectiv a x,y,z del río, período de retorno de 100 años E2 SECCIONES TRANSVERSALES DEL RÍO En las figuras, el eje x da las coordenadas en x de la sección, mientras que el eje y da las coordenadas de altura, ambas en metros. Figura E3. Sección en Estación Montecristo E3 Figura E4. Sección aguas abajo de Río Tilapa Figura E5. Sección aguas abajo de Río Sepaquiapa E4 Figura E6. Sección crítica E5 ANEXO F BASE TEÓRICA DE HECRAS Para poder utilizar apropiadamente un programa computacional, es importante conocer cómo éste trabaja, bajo cuáles limitaciones y alcances. En este apartado se describirá la teoría con la cual el programa HECRAS calcula sus resultados. Los niveles de la superficie del agua son calculados al resolver la ecuación de energía de una sección a otra por medio de un proceso iterativo. Además se toman en cuenta las perdidas de energía que suceden entre secciones, resultado de la fricción, contracción o expansión del cause. A continuación se presentan las ecuaciones utilizadas. Ecuación de energía: 2 2 a V a V Y2 + Z 2 + 2 2 = Y 1 + Z 1 + 1 1 + h e 2 g 2 g (Ec. F1) En donde: Y1, Y2 : Altura del agua en la sección Z1,Z2 :Altura del canal con respecto a un punto a1, a2 :Coeficiente de velocidad g :Aceleración de la gravedad he :Pérdida de energía Ecuación de pérdida de energía h e = LS f + C a 2V 2 2 a1 V 1 2 2 g 2 g (Ec. F2) En donde: L :Longitud ponderada de un tramo del cauce Sf :Pendiente de fricción representativo entre dos secciones C :Coeficiente de pérdida por contracción o expansión L= L lob Q lob + L ch Q ch + L rob Q rob Q lob + Q ch + Q rob (Ec. F3) En donde: Llob, Lch, Lrob : Longitud del cauce entre dos secciones, para el flujo del lado izquierdo, central y derecho respectivamente Qlob, Qch, Qrob : Flujo promedio entre secciones para el lado izquierdo, central y derecho respectivamente F1 Para determinar el caudal y la velocidad promedio entre dos secciones es necesario subdividir el flujo en unidades de tal manera que la velocidad sea distribuida uniformemente. El programa subdivide las secciones donde encuentre valores de n de Manning que varíen en las áreas de inundación, utilizando la ecuación de Manning siguiente en unidades inglesas. Q = KS f 1 / 2 K = 1. 486 AR 2 / 3 n (Ec. F4) (Ec. F5) En donde: K : Valor de transporte por subdivisión n : coeficiente de Manning para cada subdivisión A : Área de flujo de cada subdivisión R : Radio hidráulico para cada subdivisión El programa entonces suma todos los valores de transporte de subdivisión (K) para el lado derecho e izquierdo, ya que para la parte central solamente toma un valor. Para el valor total de la sección transversal, suma los tres valores, el del ambos lados con el central. Fig. F 1. Método de subdivisión usado por HECRAS Como el programa de HECRAS hace análisis unidimensionales para los niveles de los perfiles, solamente se obtiene un nivel de superficie de agua y por ende, un solo nivel de energía para cada sección transversal. Para un nivel de agua determinado, el nivel de energía es obtenido promediando la energía cinética de cada subdivisión de la sección analizada (lado derecho, central e izquierdo). En la siguiente figura se demuestra cómo el programa obtendría este promedio si la sección no tuviera un lado izquierdo. F2 Fig. F 2. Cálculo de la Energía Promedio V1 = velocidad promedio para el área 1 V2 = velocidad promedio para el área 2 En el programa HECRAS las pérdidas totales de energía he se compone de dos partes, una componente de fricción hf obtenida por medio de la ecuación de Manning, y una componente de pérdidas locales ho que se relaciona con la expansión y contracción de las áreas. Para determinar si un movimiento es de contracción o expansión, el programa resta el término cinético y verifica el signo obtenido. Si el resultado es positivo, el movimiento es de expansión y si es negativo es de contracción. A continuación se presentan las ecuaciones para ambas pérdidas. he =hf + ho (Ec. F6) hf = Sf L (Ec. F7) æ Q ö S f = ç ÷ è K ø 2 a 2V 2 2 a1 V 1 2 h o = C 2 g 2 g En donde: He :pérdidas totales Hf :pérdidas por fricción Ho :pérdidas locales Sf :pendiente de fricción representativa entre dos secciones L :Longitud ponderada de un tramo del cauce, definida anteriormente C :coeficiente de expansión o contracción F3 (Ec. F8) (Ec. F9)

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