COOPERAZIONE INTERNAZIONALE

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1 ESTUDIO HIDROLOGICO IDENTIFICACION DE ZONAS DE RIESGO EN LOS DISTRITOS DE LIMA CERCADO Y EL AGUSTINO, LIMA METROPOLITANA, PROVINCIA DE LIMA INFORME FINAL ESTUDIO HIDROLOGICO DE IDENTIFICACION DE ZONAS DE RIESGO EN LOS DISTRITOS DE LIMA CERCADO Y EL AGUSTINO, LIMA METROPOLITANA, PROVINCIA DE LIMA, DEPARTAMENTO DE LIMA, PERÚ CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS ASPECTOS GENERALES DEL ÁMBITO DEL ESTUDIO METEOROLOGÍA HIDROGRAFÍA OFERTA HÍDRICA MEDIA MENSUAL DEL RÍO RIMAC ANÁLISIS DE CONSISTENCIA DE LA INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA NATURALIZACIÓN DE LA SERIE HISTÓRICA ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE LOS CAUDALES MEDIOS MENSUALES ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS ANÁLISIS DE LA PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE LOS CAUDALES MÁXIMOS INSTANTÁNEOS DEL RÍO RIMAC PARA PERIODOS DE RETORNO DE 100 AÑOS Y 500 AÑOS RESPECTIVAMENTE GENERACIÓN DE HIDROGRAMAS DE AVENIDA PARA PERIODOS DE RETORNO DE 100 AÑOS Y 500 AÑOS RESPECTIVAMENTE DETERMINACIÓN DEL PERFIL DE FLUJO Y POSIBLES ÁREAS DE INUNDACIÓN PARA PERIODOS DE RETORNO DE 100 Y 500 AÑOS PERIODO DE RETORNO DE 100 AÑOS PERIODO DE RETORNO DE 500 AÑOS EVALUACIÓN DE LOS FENÓMENOS DE SOCAVACIÓN INFORME FINAL 14/05/09 ING. EDUARDO CHAVARRI V. 1

2 6.1. EVALUACIÓN DE LOS FENÓMENOS DE SOCAVACIÓN GENERAL Y LOCAL DEL CAUCE PARA LAS CRECIENTES CON PERIODO DE RETORNO DE 100 AÑOS Y 500 AÑOS PROYECCIÓN DE LA PROFUNDIZACIÓN DEL CAUCE EN LOS PRÓXIMOS 10 Y 20 AÑOS EVALUACIÓN DE LOS CAMBIOS HIDROLÓGICOS A NIVEL DE LA CUENCA E INCIDENCIA DE LOS PROYECTOS DE PROTECCIÓN DE CAUCES ANTE LOS PELIGROS DE INUNDACIÓN CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES RECOMENDACIONES INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 2

3 Cuadros 1. Pruebas de consistencia T de Student y F de Fisher periodo antes de puesta en operación Yuracmayo y Marcapomacocha III 2. Pruebas de consistencia T de Student y F de Fisher periodo posterior a la puesta en operación Yuracmayo y Marcapomacocha III 3. Caudales medios mensuales a niveles de persistencia de ocurrencia antes la regulación de lagunas (Proyectos Yuracmayo y Marcapomacocha III) 4. Caudales medios mensuales a niveles de persistencia de ocurrencia después de la regulación de lagunas (Proyectos Yuracmayo y Marcapomacocha III) 5. Precipitación máxima 24 horas por estación para periodos de retorno de 100 y Pruebas de bondad de ajuste a distribuciones probabilísticas extremas de la serie de caudales máximos instantáneos del río Rimac 7. Tormentas máximas por subcuenca hidrográfica río Rimac para periodos de retorno de 100 (mm) 8. Tormentas máximas por subcuenca hidrográfica río Rimac para periodos de retorno de 500 (mm) 9. Información morfológica de las subcuencas húmedas de la cuenca del río Rimac 10. Áreas con problemas de inundación para un Tr= Áreas con problemas de inundación para un Tr= Calculo de la socavación para el sector Vicentelo Bajo El Agustino para Tr=100 y Tr=500 mediante el método Lischtvan Levediev 13. Calculo de la profundidad de socavación para el sector aguas abajo del Puente El Ejercito Cercado de Lima para Tr=100 y Tr=500 mediante el valor medio del calculo por diversos métodos. 14. Calculo de la socavación para el sector Vicentelo Bajo El Agustino para Tr=10 y Tr=20 mediante el método Lischtvan Levediev INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 3

4 15. Calculo de la profundidad de socavación para el sector aguas abajo del Puente El Ejercito Cercado de Lima para Tr=10 y Tr=20 mediante el valor medio del calculo por diversos métodos. Gráficos 1. Ámbito general del Estudio 2. Caracterización de los caudales medios mensuales del río Rimac registrados en la Estación Chosica 3. Histogramas de descargas medias mensuales (Septiembre 1955 a Agosto 1971) 4. Volumen descargado del sistema de lagunas reguladas (Santa Eulalia, Marcapomacocha y Yuracmayo), Volumen medio = MMC/ano 5. Análisis de frecuencia de los caudales medios mensuales del río Rimac en la estación Chosica antes del aporte de los proyectos Yuracmayo y Marcapomacocha III 6. Análisis de frecuencia de los caudales medios mensuales del río Rimac en la estación Chosica después del aporte de los proyectos Yuracmayo y Marcapomacocha III 7. Vista del perfil de flujo en el sector Vicentelo Bajo para Tr=100 y Tr= Vista del perfil de flujo en el sector aguas abajo Puente El Ejercito para Tr=100 y Tr= Perfil rasante del fondo actual y socavado para Tr=100 y Tr=500, zona Vicentelo Bajo El Agustino 10. Perfil rasante del fondo actual y socavado para Tr=100 y Tr=500, zona aguas abajo Puente El Ejercito Cercado de Lima 11. Perfil rasante del fondo actual y socavado para Tr=10 y Tr=20, zona Vicentelo Bajo El Agustino 12. Perfil rasante del fondo actual y socavado para Tr=10 y Tr=20, zona aguas abajo Puente El Ejercito Cercado de Lima INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 4

5 Anexos Anexo Nº01 Pruebas de ajuste a distribuciones probabilísticas teóricas de valores extremos para cada una de las estaciones de precipitación máxima 24 horas. Anexo Nº02 Simulación del flujo en las secciones transversales correspondientes al sector aguas abajo Puente El Ejército para Tr=100 a Tr=500 Anexo Nº03 1. Registro de descargas medias mensuales río Rimac Estación Chosica 2. Información adquirida al SENAMHI para actualizar la serie de caudales medios mensuales río Rimac Estación Chosica 3. Análisis de frecuencia Ajuste a probabilidades empíricas 4. Hidrograma máxima avenida río Rimac Estación Chosica para Tr= Hidrograma máxima avenida río Rimac Estación Chosica para Tr= Hidrograma máxima avenida quebrada Jicamarca para Tr= Hidrograma máxima avenida quebrada Jicamarca para Tr= Hidrograma máxima avenida río Rimac aguas abajo intersección Qda. Jicamarca Tr= Hidrograma máxima avenida río Rimac aguas abajo intersección Qda. Jicamarca Tr= Simulación del perfil de flujo del río Rimac entre la confluencia Qda. Jicamarca río Rimac para un Tr=100 (Condiciones de flujo permanente) 11. Simulación del perfil de flujo del río Rimac entre la confluencia Qda. Jicamarca río Rimac para un Tr=500 (Condiciones de flujo permanente) Fotos 1. Limite aguas arriba Sector Vicentelo Bajo 2. Sector de Vicentelo Bajo, vista aguas arriba Puente Pirámide del Sol 3. Levantamiento topográfico de la sección del cauce mediante Estación Total TOPCOM GTS Sector aguas abajo Puente El Ejército INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 5

6 1. Introducción El presente estudio hidrológico Identificación de zonas de riesgo en los distritos de Lima Cercado y El Agustino, Lima Metropolitana, fue solicitado por el Geógrafo Sr. César Abad Pérez en el contexto del proyecto Fomentar la participación de jóvenes e instituciones locales en actividades de preparación ante desastres en dos distritos de Lima Metropolitana, Perú. ECHO/DIP/BUD/2007/03002, co-financiado por Cooperazione Internazionale (COOPI) y la Dirección General de Ayuda Humanitaria de la Unión Europea. Las zonas de interés a ser investigadas fueron: (Gráfico N 01 y Plano P-01) La margen izquierda del río Rimac del Cercado de Lima, aproximadamente 5.0 km 2. Límites con la Av. Alfonso Ugarte al este, la Av. Oscar Benavides, la Av. Argentina al Sur, las calles Bahía y Túpac Amaru al oeste y el río Rimac al norte. El área de Vicentelo bajo al limitar con el río Rimac, en el distrito El Agustino Antecedentes Estudios antecedentes se tienen los realizados por el Instituto Nacional de Desarrollo INADE durante los dentro del Plan de Manejo y Estudios de Factibilidad del programa ambiental de la cuenca del río Rímac. Asimismo se tienen estudios de vulnerabilidad y determinación de viviendas en riesgo de colapso, desarrollados por el Instituto Nacional de Defensa Civil INDECI (2000) Finalmente el Instituto Geológico Minero y Metalúrgico INGEMMET también ha desarrollado estudios relacionados con la geodinámica de la cuenca del río Rimac Objetivos Identificar las posibles áreas inundables de los sectores adyacentes al cauce del río Rimac ante eventos de máximas avenidas. Evaluar los fenómenos de socavación general y local del cauce del río Rimac Proyectar la profundización del cauce del río Rimac en los próximos 10 y 20. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 6

7 ESTUDIO HIDROLOGICO IDENTIFICACION DE ZONAS DE RIESGO EN LOS DISTRITOS DE LIMA CERCADO Y EL AGUSTINO, LIMA METROPOLITANA, PROVINCIA DE LIMA Gráfico N 01 Ámbito general del estudio INFORME FINAL 14/05/09 ING. EDUARDO CHAVARRI V. 7

8 ESTUDIO HIDROLOGICO IDENTIFICACION DE ZONAS DE RIESGO EN LOS DISTRITOS DE LIMA CERCADO Y EL AGUSTINO, LIMA METROPOLITANA, PROVINCIA DE LIMA 2. Aspectos generales del ámbito del estudio La cuenca del río Rímac es una de las cuencas hidrográficas más importantes del país, al encontrarse dentro de ella la capital de la República del Perú, desempeñando un rol vital como fuente de abastecimiento de agua para el consumo humano, agrícola y energético. La cuenca del río Rímac se origina en la vertiente occidental de la cordillera de los Andes a una altitud de aproximadamente m.s.n.m, en el nevado Paca y aproximadamente a 132 km al nor-este de la ciudad de Lima, desembocando por el Callao en el Océano Pacífico. El área total de captación es de km², que incluye aquella de sus principales tributarios, Santa Eulalia ( km²) y Río Blanco (193.7 km²), tiene en total 191 lagunas. Conforme la cuenca se eleva de Lima hacia su fuente en la cordillera, el valle del río varía de un amplio plano costero, en el cual está situada Lima, a un perfil de valle bien definido que sirve de soporte a actividades agrícolas y a importantes centros de población tales como Vitarte, Chaclacayo, Chosica, Ricardo Palma y Matucana. En las partes más altas de la cuenca, al Este de Surco (altura de m.s.n.m), el valle se vuelve extremadamente angosto con paredes laterales con un talud muy empinado y paisajes espectaculares. Desde el punto de vista de la cantidad de agua precipitada sobre la cuenca del río Rímac, se puede distinguir dos ámbitos: Cuenca Seca La cumbre de los cerros en esta denominada cuenca seca va de a m.s.n.m salvo las nacientes de la quebrada seca de Jicamarca que bordea los m.s.n.m. La cuenca seca propia del río Rímac, entre Chosica y el mar tiene una extensión de km² y una longitud del curso de agua de 56.9 km. Se puede distinguir tres tramos bien definidos en este curso de agua: El primero entre Chosica y el ingreso de la Quebrada Jicamarca, tienen 21.5 km de longitud, con una pendiente de 2.4 por ciento y baja de los a los m.s.n.m. INFORME FINAL 14/05/09 ING. EDUARDO CHAVARRI V. 8

9 El segundo tramo, desde el ingreso de quebrada Jicamarca hasta la zona de La Menacho (ingreso del río Rímac a la ciudad de Lima), tiene 17.9 Km, de longitud, con una pendiente de 1.4 por ciento y baja de los a los m.s.n.m. El tercer tramo, desde la Menacho hasta la desembocadura del río Rímac en el mar, va por la zona urbana de la ciudad de Lima y tiene 17.5 km., de longitud, con una pendiente de 1.1 por ciento y baja de a 0.0 m.s.n.m. Cuenca Húmeda La cuenca húmeda del río Rímac, desde las estribaciones occidentales de la Cordillera de los Andes hasta Chosica tiene una extensión de km² y muestra dos subcuencas principales, la del río Santa Eulalia, con km² de extensión y la del río San Mateo, con km² de extensión. Estas subcuencas tienen, a su vez, subcuencas secundarias: dos en el Santa Eulalia y dos en el Alto Rímac o San Mateo Meteorología Temperatura Las temperaturas medias anuales registradas son 18.6 C en Campo de Marte, 19.8 C en Chosica, 14.5 C en Matucana y 5.0 C en Ticlio a 150 m., 870 m., 2380 m. y 4400 m., respectivamente. Las temperaturas mensuales varían de 15.3 C a 22.7 C en Campo de Mar te y 14.1 C a 15.2 C en la estación Matucana. Humedad La humedad media anual tiene rangos de 85% en Campo de Marte, 71% en Chosica y 67% en Matucana. Velocidad y dirección del viento La velocidad del viento mensual fluctúa en un rango de 9.3 km/día a 14.8 km/día en Campo de Marte, de 13.0 km/día a 17.2 km/día en Matucana. Se observa una constante dirección de viento SO en Campo de Marte y Matucana. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 9

10 Horas de Sol Las mayores horas de sol son 7.6 horas/día en abril en La Molina, mientras que la menor horas de sol son:0.6 h/día en agosto en la Estación Hipólito Unanue. Evaporación La evaporación anual varía principalmente con las horas de sol y la humedad relativa. La mayor evaporación es 4.6 mm/día y ha sido registrada en Matucana, mientras que la menor evaporación es 1.4 mm/día y fue registrada en la estación Hipólito Unanue Hidrografía Las principales subcuencas hidrográficas dentro de la cuenca del río Rimac son las siguientes: La subcuenca principal de Santa Eulalia tiene una extensión de km², con una longitud de cauce de 69.0 km. Se puede distinguir dos subcuencas secundarias: Macachaca y Sacsa. La subcuenca principal del San Mateo tiene una extensión de km 2, con una longitud de cauce de 59.8 km. Tiene dos subcuencas secundarias laterales: el río Blanco y la quebrada Parac. La subcuenca propia del San Mateo tiene una extensión de km² y una longitud de cauce de 59.8 km, con una pendiente de 6.5 por ciento que baja de los a m.s.n.m. La subcuenca del río Blanco, es lateral a la subcuenca del San Mateo y tiene una extensión de km², con una longitud de cauce de 33.0 km, con una pendiente de 3.3 por ciento que baja de a m.s.n.m. La subcuenca de la quebrada Parac, es también lateral a la subcuenca del San Mateo y paralela a la subcuenca del río Blanco. Tiene una extensión de km² y una longitud de cauce de 20.0 km, con una pendiente de 7.5 por ciento, que baja de los a m.s.n.m. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 10

11 3. Oferta hídrica media mensual del río Rimac La serie de caudales medios mensuales del río Rimac registrados en la Estación Chosica para el periodo septiembre 1967 a diciembre 2004 fueron utilizados como descriptores de la oferta hídrica media anual del río Rimac: - Caudal medio multianual : 30.8 m 3 /s - Máximo caudal medio multianual : m 3 /s - Mínimo caudal medio multianual : 9.6 m 3 /s La variación temporal de los caudales medios mensuales del río Rimac se muestran en el siguiente gráfico. Gráfico N 02 Caracterización de los caudales medios mensuales del río Rimac registrados en la Estación Chosica Caudal medio mensual Caudal máximo medio mensual Caudal mínimo medio mensual Caudal (m3/s) Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Meses Sin embargo debe señalarse que la serie antes mencionada fue alterada al ejecutar los proyectos Yuracmayo en 1995 y Sistema Marcapomacocha Marca III en el INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 11

12 3.1. Análisis de consistencia de la información hidrométrica Con el fin de asegurar la calidad de la información, se realizó el análisis de consistencia de la misma para los periodos de serie antes y después de la ejecución de los proyectos Yuracmayo y Marcapomacocha III. Los siguientes cuadros muestran la aplicación de las pruebas T de Student para verificar consistencia en el valor medio y F de Fisher para verificar consistencia en el valor de la variancia en ambos periodos señalados. En ambos casos como los valores calculados son menores a los tabulares, se comprueba la consistencia de las series de caudales medios mensuales. Cuadro N 01 Pruebas de Consistencia T de Student y F de Fisher Periodo antes puesta operación Yuracmayo y Marcapomacocha III Periodos T calc. T tabla F calc. F Tabla Sept 1967-Ago 1980 Sept 1980-Ago Cuadro N 02 Pruebas de Consistencia T de Student y F de Fisher Periodo posterior puesta operación Yuracmayo y Marcapomacocha III Periodos T calc. T tabla F calc. F Tabla Sept 1994-Ago 1999 Sept 1999-Ago Naturalización de la serie histórica Con el objeto de caracterizar la serie histórica natural del río Rimac registrada en la estación hidrométrica Chosica, se calculó la oferta hídrica del río antes de la puesta en operación de los proyectos Yuracmayo (1995) y Marcapomacocha III (2000). En primer término se verificó la consistencia de la información al relacionar lo aforado en el río Rimac en la estación Chosica y lo registrado por las subcuencas Santa Eulalia y San Mateo en las estaciones hidrométricas Autista y Anyahuari respectivamente. Si consideramos la serie de caudales naturales medios mensuales de la cuenca del río Santa Eulalia durante el periodo común 1955 a 1971, aforados en la Estación Autisha, se obtiene un caudal persistente al 50% del tiempo de 9.6 m 3 /s equivalente a MMC/año. De la misma manera, si consideramos INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 12

13 la serie de caudales naturales medios mensuales de la cuenca del río San Mateo, aforado en la Estación Anyahuari, se obtiene un caudal persistente al 50% del tiempo de 14.1 m 3 /s equivalente a MMC/año. La suma de ambos caudales anteriormente señalados es de 23.8 m 3 /s equivalente a MMC/año. Los cálculos anteriormente realizados son comparables y demuestran relación con lo aforado en la estación Chosica entre 1940 a 1993, que al 50% de persistencia es de 22.9 m 3 /s equivalente a MMC/año. El gráfico N 03, tiene por finalidad mostrar la rel ación entre los caudales producidos en las cuencas Santa Eulalia y San Mateo, con lo aforado en la estación Chosica. Gráfico Nº03 Histogramas de descargas medias mensuales (Setiembre 1955 a Agosto 1971) Cuencas ríos Santa Eulalia y San Mateo (Estaciones Autisha y Anyahuari), Qmedio=23.8 m3/s Cuenca del río Rímac - Estación Chosica, Qmedio=22.9 m3/s 60.0 Caudal (m3/s) Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Meses El segundo paso fue calcular el aporte hídrico de las lagunas reguladas de las subcuencas Santa Eulalia, Marcapomacocha y San Mateo. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 13

14 Según información proporcionada por SEDAPAL 1, correspondiente a la operación de las lagunas reguladas de las subcuencas Santa Eulalia, San Mateo y Marcapomacocha, el volumen promedio descargado por las lagunas reguladas durante el periodo septiembre 2000 a agosto 2004 fue en promedio de MMC, siendo la capacidad total de almacenamiento de MMC. Gráfico Nº04 Volumen descargado del sistema de lagunas reguladas (Santa Eulalia, Marcapomacocha y Yuracmayo). Vol.Medio=149.5 MMC/año Volumen (MMC/año) Año El tercer paso consistió en analizar la oferta hídrica del río Rímac después de iniciada la operación de los proyectos Yuracmayo (1995) y Marcapomacocha III (2000). Para este caso se evaluó lo aforado en la estación Chosica registrada por el SENAMHI y en bocatoma La Atarjea registrada por SEDAPAL, para el periodo común de análisis entre septiembre 2000 a agosto 2004, encontrando los siguientes resultados: - Estación Chosica: MMC/año - La Atarjea: MMC/año 1 Disponible hasta Julio 2005 INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 14

15 Finalmente, se relacionó lo calculado en el primer paso: Volumen medio anual natural de MMC/año, aforado en la estación Chosica entre 1940 a 1993 y lo calculado en el segundo paso: Volumen medio anual calculado de MMC descargado por las lagunas reguladas durante el periodo septiembre 2000 a agosto La suma de estos dos volúmenes es de MMC/año, cantidad similar a la registrada por SEDAPAL en bocatoma La Atarjea. Esto último demuestra la certeza de los cálculos realizados para la determinación del volumen natural medio anual del río Rimac y del volumen descargado por las lagunas reguladas de las cuencas Santa Eulalia, Marcapomacocha y San Mateo. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 15

16 3.3. Análisis de frecuencia de los caudales medios mensuales El análisis de frecuencia de los caudales medios mensuales del río Rimac fue realizado para antes y después de la derivación de agua desde las lagunas reguladas de las subcuencas Santa Eulalia, Marcapomacocha y San Mateo. Para caracterizar el comportamiento del caudal medio mensual del río Rimac, se utilizaron los siguientes descriptores estadísticos en función a su probabilidad de ocurrencia: - Caudal máximo medio mensual equivalente al caudal al 25% de persistencia de ocurrencia. - Caudal medio mensual equivalente al caudal al 50% de persistencia de ocurrencia. - Caudal mínimo probable para las actividades agrícolas equivalente al caudal al 75% de persistencia de ocurrencia. - Caudal mínimo probable para las actividades de abastecimiento poblacional y energético equivalente al caudal al 95% de persistencia de ocurrencia. El análisis de frecuencia de los caudales medios mensuales del río Rimac antes de la operación de las lagunas reguladas de las subcuencas Santa Eulalia, Marcapomacocha y San Mateo fue realizado a partir de la serie histórica de los hidrológicos comprendida entre septiembre 1967 a agosto 1996, en razón de que la literatura reporta cambios continuos de la ubicación de la estación antes del año Cuadro Nº03 Caudales medios mensuales a niveles de persistencia de ocurrencia antes de regulación lagunas (Proyectos Yuracmayo y Marcapomacocha III) Persistencia de Ocurrencia Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Prom. Q.máximo medio mensual = Q25% Q.medio mensual = Q50% Q.persistente al 75% prob.ocurrencia Q.persistente al 95% prob.ocurrencia El siguiente gráfico muestra la variabilidad del caudal medio mensual del río Rimac. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 16

17 Gráfico Nº Análisis de frecuencia de los caudales medios mensuales del río Rimac en la Estación Chosica antes de aporte Yuracmayo y Marcapomacocha Q.máximo medio mensual = Q25% Q.medio mensual = Q50% Q.persistente al 75% prob.ocurrencia Q.persistente al 95% prob.ocurrencia Caudal (m3/s) Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Meses El análisis de frecuencia de los caudales medios mensuales del río Rimac después de la operación de las lagunas reguladas de las subcuencas Santa Eulalia, Marcapomacocha y San Mateo fue realizado a partir de la serie histórica de los hidrológicos comprendida entre septiembre 1996 a agosto 2004, en razón de la disponibilidad de información procesada por el SENAMHI para éstos últimos. Cuadro Nº04 Caudales medios mensuales a niveles de persistencia de ocurrencia después de la regulación de lagunas (Proyectos Yuracmayo y Marcapomacocha III) Persistencia de Ocurrencia Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Prom. Q.máximo medio mensual = Q25% Q.medio mensual = Q50% Q.persistente al 75% prob.ocurrencia Q.persistente al 95% prob.ocurrencia INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 17

18 El siguiente gráfico muestra la menor variabilidad del caudal medio mensual del río Rimac con respecto al grafico Nº06. Gráfico Nº Análisis de frecuencia de los caudales medios mensuales del río Rimac en la Estación Chosica despues de la incorporación de Yuracmayo y Marcapomacocha Q.máximo medio mensual = Q25% Q.medio mensual = Q50% Q.persistente al 75% prob.ocurrencia Q.persistente al 95% prob.ocurrencia 70.0 Caudal (m3/s) Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Meses La incorporación de la regulación de las lagunas por los sistemas Yuracmayo y Marcapomacocha explica la diferencia encontrada sobre el comportamiento de los caudales medios mensuales del río Rimac en la Estación Chosica. En general se observa la disminución de los caudales máximos medios mensuales y el aumento de los caudales medios mensuales producto de la regulación de los sistemas. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 18

19 4. Análisis de máximas avenidas 4.1. Análisis de la precipitación máxima 24 horas La información de la precipitación máxima 24 horas fue sometida al análisis de frecuencia respectivo, considerando las siguientes distribuciones probabilísticas teóricas: Gumbel I, LogNormal, Lognormal 3 parámetros, Log Pearson III (Por máxima verosimilitud y momentos). El anexo Nº01, contiene los análisis respectivos por estación y periodo de retorno calculado. Los resultados encontrados para periodos de retorno (Tr) de 100 y 500 se muestran en el siguiente cuadro: Cuadro Nº05 Precipitación máxima 24 horas por estación para periodos de retorno de 100 y 500 Estación UTM (m) Periodo de retorno () Altitud (m) Norte Este Marcapomacocha Milloc Canta Pariacancha Matucana Yantac Sta. Eulalia Autisha Carampoma Huamantanga Lachaqui Ñaña Aeropuerto Internacional INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 19

20 4.2. Análisis de frecuencia de los caudales máximos instantáneos del río Rimac para periodos de retorno de 100 y 500 respectivamente El análisis de frecuencia de los caudales máximos instantáneos se realizó en base a la información de descargas máximas instantáneas procesadas por SENAMHI 2. El cuadro Nº03 del anexo Nº03, muestra el ajuste de los caudales máximos instantáneos a una distribución empírica conocida como Weilbull. El siguiente cuadro Nº06, muestra las pruebas de ajuste a las distribuciones de probabilidad teórica para eventos extremos como: Gumbel I, Log-Normal, Log- Normal 3 Parámetros y Log-Pearson III para el cálculo de parámetros mediante máxima verosimilitud y momentos. Cuadro Nº06 Pruebas de ajuste a distribuciones probabilísticas extremas de la serie de caudales máximos instantáneos del río Rimac Periodo de retorno () Caudal de máx. avenida estimada (m 3 /s) Gumbel I Log-Normal Log-Normal 3P Porcentaje del error estándar (%) Caudal de máx. avenida estimada (m 3 /s) Porcentaje del error estándar (%) Caudal de máx. avenida estimada (m 3 /s) Porcentaje del error estándar (%) Máxima Verosimilitud Caudal de máx. avenida estimada (m 3 /s) Log-Pearson III Porcentaje del error estándar (%) Caudal de máx. avenida estimada (m 3 /s) Momentos Porcentaje del error estándar (%) Se evaluó la mejor estimación mediante el valor del porcentaje de error estándar (%), resultando que la distribución teórica Log-Pearson III utilizando el 2 Estudio de defensa ribereña de los predios Parcela de San José de Huampani, Parcela El Tronco de Huampaní y Parcela El Rosario de Huampaní, Mansen + Kuroiwa, Dic-2000, pág.25 INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 20

21 método de máxima verosimilitud, reproduce mejor los caudales de máximas avenidas. Entonces para un periodo de retorno (Tr) de 100 corresponde un caudal máximo de 509 m 3 /s y para un Tr de 500 corresponde un caudal máximo de 777 m 3 /s Generación de hidrogramas de avenida para periodos de retorno de 100 y 500 respectivamente. El proceso de generación de los hidrogramas de avenida para periodos de retorno de 100 y 500 fueron realizados mediante la utilización del programa HecHMS: En base al análisis de frecuencia de la información de precipitación máxima 24 horas, se realizó el trazo de las curvas isoyetas con el objeto de encontrar la lámina de precipitación máxima 24 horas representativa de cada una de las subcuencas del río Rimac. Se asumió en base a la experiencia y observaciones de campo que las precipitaciones máximas en la cuenca húmeda tienen una duración típica de 06 horas y se distribuyen de manera normal o gaussiana. En los cuadros Nº07 y Nº08, se presentan las tormentas máximas por subcuenca hidrográfica del río Rimac para un periodo de retorno de 100 y 500 respectivamente. Los hidrogramas de avenida resultantes para el río Rimac en la estación Chosica, para periodos de retorno de 100 y 500 respectivamente previa calibración con los resultados encontrados en el cuadro Nº06, se presentan en los cuadros Nº04 y Nº05 del anexo Nº03. Una vez calibrados los hidrogramas de avenida para la estación Chosica, fueron calculados los hidrogramas de avenida para Tr = 100 y Tr = 500 resultantes en la confluencia de la quebrada Jicamarca con el río Rimac. Los resultados se muestran en los cuadros Nº06 y Nº07 del anexo Nº03. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 21

22 Cuadro Nº07 Tormentas máximas por subcuenca hidrográfica río Rimac para un periodo de retorno de 100 (mm) Macachaca Sacsa Parac Blanco Sta Eulalia San Mateo Huaycoloro Horas Porcentaje distribución Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Cuadro Nº08 Tormentas máximas por subcuenca hidrográfica río Rimac para un periodo de retorno de 500 (mm) Macachaca Sacsa Parac Blanco Sta Eulalia San Mateo Huaycoloro Horas Porcentaje distribución Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Lamina Lámina Acumulada Asimismo, la información morfológica necesaria para construir el modelo de cuenca dentro del programa HecHMS, se muestra en el siguiente cuadro Nº09. Cuadro Nº09 información morfológica de las subcuencas húmedas de la cuenca del río Rimac Subcuencas húmedas Área (km 2 ) Longitud cauce principal (km) Desnivel (m) Pendiente (%) Macachaca Sacsa Sta.Eulalia Parac Blanco San Mateo INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 22

23 5. Determinación del perfil de flujo y posibles áreas de inundación para periodos de retorno de 100 y 500 La determinación del perfil de flujo y posibles áreas de inundación para periodos de retorno de 100 y 500 se realizo mediante la simulación hidráulica en régimen permanente utilizando el programa HecRAS. La información topográfica fue obtenida de un levantamiento topográfico de los sectores en estudio mediante una estación total TOPCOM GTS-220. (Plano P- 2) En el anexo N 02, se muestran para cada uno de los sectores en estudio, las secciones transversales de las progresivas cada 200 m Periodo de retorno de 100 Las áreas urbanas propensas a inundación se muestran en el Plano P-03 y son las siguientes: Cuadro Nº10 Sector Áreas con problemas de inundación para Tr=100 Zona Urbana con problemas de inundación Progresivas Margen izquierda Margen Derecha Vicentelo bajo Malecón Miguel Checa Eguiguren cda.11 Asientamiento Humano San José de Tres Puertas a Calles Delgado La Unión, R.Delfín, E.Montes Pueblo Joven Morales Duarez Aguas abajo Pte.Ejército a Pueblo Joven Mirones Alto, Cda. 15 Av. Vicente Morales Duarez y Calles Melgarejo,La Mariscala a Cdas. 21, 22 y 23 Av. Vicente Morales Duarez Malecón Rimac, Jirones L de los Angeles, Puerto Barrios a Cda 29 Malecón Rimac INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 23

24 5.2. Periodo de retorno de 500 Las áreas urbanas propensas a inundación se muestran en el Plano P-04 y son las siguientes: Cuadro Nº11 Sector Áreas con problemas de inundación para Tr=500 Zona Urbana con problemas de inundación Progresivas Margen izquierda Margen Derecha Vicentelo bajo a Malecón Miguel Checa Eguiguren cda.11 Malecón Miguel Checa Eguiguren cdas.10 y 09 Asientamiento Humano San Jose de Tres Puertas a Pueblo Joven Morales Duarez y Calles Delgado La Unión, R.Delfín, La Cocotera, Legión Peruana, Coraceros, Ganaderos, E.Montes,General Buendía. Aguas abajo Pte.Ejército a Pueblo Joven Mirones Alto, Pueblo Joven M. Rojas y Calles 15 de Agosto, Ángeles, Monzón, Trujillo, El Milagro, Huando, Vera, M.Rojas, Progreso, Melgarejo,La Mariscala a a Cdas. 21, 22 y 23 Av. Vicente Morales Duarez Malecón Rimac, Jirones L de los Angeles, Puerto Barrios Cdas.28 y 29 Malecón Rimac INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 24

25 Gráfico N 07 Vista del perfil de flujo en el secto r Vicentelo Bajo para Tr=100 y Tr= Estudio Identificación.Zonas Riesgo Cercado Lima y El Agustino Legend WS TR 100 Year WS TR 500 Year Ground Bank Sta Gráfico N 08 Vista del perfil de flujo en el sector Aguas Abajo Puente El Ejército (Cercado de Lima) para Tr=100 y Tr=500 Estudio Identificación.Zonas Riesgo Cercado Lima y El Agustino 4800 Legend WS TR 100 Year WS TR 500 Year Ground 4400 Bank Sta INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 25

26 6. Evaluación de los fenómenos de socavación El cálculo del proceso de socavación para los sectores en estudio, se realizó en base a la información disponible en cada caso: Para el sector Vicentelo Bajo (El Agustino), el cálculo fue realizado mediante la aplicación del modelo de Lischtvan Levediev: Para el sector aguas abajo del Puente del Ejercito (Cercado de Lima), el cálculo fue realizado mediante el promedio de una serie de modelos de socavación presentes en la literatura que tienen en cuenta las características hidrodinámicas y granulometría del cauce, como son: Lischtvan Levediev, Laureen, Blench, Maza-García, Maza-Echavarria, Kellerhall, Shields, Einstein y Meyer Meter 6.1. Evaluación de los fenómenos de socavación general y local del cauce para las crecientes con periodo de retorno de 100 y 500 Los cálculos de la socavación para periodos de retorno de 100 y 500 respectivamente, se presentan en las siguientes cuadros y gráficos. Para el sector Vicentelo Bajo (El Agustino), Cuadro N 10 y Gráfico N 09. La mayor socavación calculada se registra en la progresiva con 3.24 m. para un Tr=100 y 4.29 m. para un Tr=500. La menor socavación calculada se registra en la progresiva con 0.72 m. para un Tr=100 y 0.86 m. para un Tr=500. Para el sector aguas abajo Pte del Ejercito (Cercado de Lima), Cuadro N 11 y Gráfico N 10. La mayor socavación calculada se registra en la progresiva y con 5.67 m. para un Tr=100 y 6.98 m. para un Tr=500, respectivamente. La menor socavación calculada se registra en la progresiva con 1.62 m. para un Tr=100 y 2.15 m. para un Tr=500. Los Planos P-05 y P-06 muestran los mapas de socavación para Tr=100 y Tr=500, respectivamente. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 26

27 ESTUDIO HIDROLOGICO IDENTIFICACION DE ZONAS DE RIESGO EN LOS DISTRITOS DE LIMA CERCADO Y EL AGUSTINO, LIMA METROPOLITANA, PROVINCIA DE LIMA Cuadro N 10 Progresiva Tr = 100 Cálculo de la socavación para el sector Vicentelo Bajo - El Agustino, para Tr=100 y Tr=500 mediante el método de Lischtvan Levediev Caudal m 3 /s Tirante máximo (m) Ancho superior (m) a ts (m) Prof.socavación - Hs (m) Tr = 500 Tr = 100 Tr = 500 Tr = 100 Tr = 500 Tr = 100 Tr = 500 Tr = 100 Tr = 500 Tr = 100 anis Try = 500 anis INFORME FINAL 14/05/09 ING. EDUARDO CHAVARRI V. 27

28 Gráfico N 09 Perfil rasante de fondo actual y socavada para Tr=100 y Tr=500 - Zona Vicentelo Bajo (El Agustino) Cota Min. Actual (msnm) Q=512.4 m3/s (Tr=100 anos) Q=750.5 m3/s (Tr=500 anos) Cota (msnm) Progresiva INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 28

29 Cuadro N 11 Progresiva Tr = 100 Cálculo de la profundidad de socavación para el sector aguas abajo Pte. Ejército - Cercado de Lima, para Tr=100 y Tr=500 mediante el valor medio del cálculo por diversos métodos Caudal (m 3 /s) 500 Ancho superior (m) Lischtvan Levediev Laursen Blench Maza-García Maza- Echavarria Kellerhall Shields Einstein Meyer Peter Promedio INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 29

30 Gráfico N 10 Perfil rasante de fondo actual y socavada para Tr=100 y Tr=500 - Zona Aguas abajo Pte. Ejercito (Cercado de Lima) Cota Min. Actual (msnm) Q=512.4 m3/s (Tr=100 anos) Q=750.5 m3/s (Tr=500 anos) Cota (msnm) Progresiva INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 30

31 ESTUDIO HIDROLOGICO IDENTIFICACION DE ZONAS DE RIESGO EN LOS DISTRITOS DE LIMA CERCADO Y EL AGUSTINO, LIMA METROPOLITANA, PROVINCIA DE LIMA 6.2. Proyección de la profundización del cauce en los próximos 10 y 20 Para proyectar a corto plazo el comportamiento del cauce del río Rimac se analiza el proceso de producción de sedimentos en la parte alta de la cuenca que finalmente son depositados en la parte baja de la misma donde se ubican los sectores bajo estudio. Según el Plan de Manejo y Estudios de Factibilidad del Programa Ambiental de la cuenca del río Rimac 3, la tasa de descarga de sedimentos del río Rimac corresponde al transporte del material del lecho y al producto de deslizamientos y huaycos más que a fenómenos de erosión a nivel laminar. Esto hace suponer que en hidrológicos normales en el sector aguas debajo de Puente El Ejercito, los sedimentos depositados durante el año, son en gran parte evacuados al mar durante la época de lluvias, manteniendo prácticamente invariable el acorazamiento del cauce y por consiguiente la profundidad del cauce. Sin embargo este comportamiento puede ser diferente en el sector de Vicentelo Bajo, donde los sedimentos tienden a depositarse, generando el aumento de altura del lecho de cauce. Ahora bien, si se presentara durante el corto plazo (de 10 a 20 ) una máxima avenida, esta pudiera incrementar la profundidad máxima del cauce por socavación. Es por ello que al igual que el cálculo de la socavación para periodos de retorno de 100 y 500 desarrollado en el punto anterior, se ha realizado los cálculos de la socavación máxima para periodos de retorno de 10 y 20 respectivamente. Los cálculos de la socavación para periodos de retorno de 100 y 500 respectivamente, se presentan en los siguientes cuadros y gráficos. Para el sector Vicentelo Bajo (El Agustino), Cuadro N 12 y Gráfico N 11. La mayor socavación calculada se registra en la progresiva con 1.90 m. para un Tr=10 y 2.28 m. para un Tr=20. La menor 3 Estudio Plan de Manejo y Estudios de Factibilidad del programa ambiental de la cuenca del río Rímac, Asociación Louis Berger International-Tropical Research & Development-ECSA Ingenieros, INADE INFORME FINAL 14/05/09 ING. EDUARDO CHAVARRI V. 31

32 socavación calculada se registra en la progresiva con 0.86 m. para un Tr=20. Para el sector aguas abajo Pte del Ejercito (Cercado de Lima), Cuadro N 13 y Gráfico N 12. La mayor socavación calculada se registra en la progresiva con 3.7 m. para un Tr=10 y 4.3 m. para un Tr=20, respectivamente. La menor socavación calculada se registra en la progresiva con 1.03 m. para un Tr=10 y 1.22 m. para un Tr=20. INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 32

33 ESTUDIO HIDROLOGICO IDENTIFICACION DE ZONAS DE RIESGO EN LOS DISTRITOS DE LIMA CERCADO Y EL AGUSTINO, LIMA METROPOLITANA, PROVINCIA DE LIMA Cuadro Nº12 Cálculo de la profundidad de socavación para el sector Vicentelo Bajo - El Agustino, para Tr=10 y Tr=20 mediante el método de Lischtvan Levediev Caudal (m 3 /s) Tirante máximo (m) Ancho superior (m) a ts (m) Prof.socavación - Hs (m) Progresiva Tr=10 Tr=20 Tr=10 Tr=20 Tr=10 Tr=20 Tr=10 Tr=20 Tr=10 Tr=20 AR=10 AR= INFORME FINAL 14/05/09 ING. EDUARDO CHAVARRI V. 33

34 Gráfico Nº11 Perfil rasante de fondo actual y socavada para Tr=10 y Tr=20 - Zona Vicentelo Bajo (El Agustino) Cota Min. Actual (msnm) Q=254 m3/s (Tr=10 anos) Q=319 m3/s (Tr=20 anos) Cota (msnm) Progresiva INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 34

35 Cuadro Nº13 Progresiva 10 Cálculo de la profundidad de socavación para el sector aguas abajo Pte. Ejército - Cercado de Lima, para AR=10 y AR=20 mediante el valor medio del cálculo por diversos métodos Caudal (m 3 /s) 20 Ancho superior (m) Lischtvan Levediev Laursen Blench Maza-García Maza- Echavarria Kellerhall Shields Einstein Meyer Peter Promedio INFORME FINAL 14/05/09 ING. E. CHAVARRI V. 35