analisis hidrologico de la crecida del rio tumbes con hec-hms y hec-ras
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SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGIA E HIDROLOGIADIRECCION GENERAL DE HIDROLOGIA Y RECURSOS HIDRICOS
ANALISIS HIDROLOGICO DE LA CRECIDA EXTRAORDINARIA DEL RIO TUMBES DEL
27/02/2006
Ing. Oscar Felipe Obando
Hidrólogo del SENAMHI
SAN CARLOS 15 MAYO-2007
CONTENIDO
I. INTRODUCCION
II. OBJETIVO
III. MATERIALES Y METODOS
IV. RESULTADOS PRELIMINARES
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
I. INTRODUCCION El río Tumbes es uno de los ríos de mayor aporte hídrico de los
ríos del territorio peruano que drenan a vertientente del Pacífico. Durante el periodo de avenidas de febrero – marzo, y durante años de excesos hídricos, las crecidas súbitas ocasionan inundaciones que provocan desastres en la ciudad de Tumbes, ubicada en la zona norte del Perú, en el límite con el Ecuador.
En la presente exposición se aborda el análisis hidrológico de la crecida extraordinaria del río Tumbes, ocurrida el 27 de febrero del 2006, bajo un enfoque de la modelización hidrológica e hidraúlica del Evento, metodología que debe ser incorporada en la componente de predicción hidrológica del Sistema Alerta Temprana de la Región Tumbes.
II. OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL
Describir y analizar las Tormentas que provocaron la crecida extraordinaria del ríos Tumbes y mediante simulación hidrológica e hidraúlica determinar el caudal pico que ocasionó el desborde y las áreas de afectación.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Desarrollar Hidrogramas Sintéticos a partir de tormentas registradas en estaciones remotas en la cuenca. Los resultados generados se analizan y calibran contrastándolos con caudales registrados en un punto de control establecido sobre el cauce principal.
Simular el caudal máximo de la crecida del río Tumbes, mediante la aplicación del modelo HEC-HMS.
Simular perfiles hidráulicos para el caudal de crecida del río Tumbes, mediante la aplicación del modelo HEC - RAS
III. MATERIALES Y METODOS3.1 DESCRIPCION GENERAL DEL AREA DE ESTUDIO
El río Tumbes, es un río internacional que tiene sus nacientes en territorio ecuatoriano, y donde es conocido como río Puyango, al ingresar al territorio peruano toma el nombre de río Tumbes. Su cuenca de drenaje políticamente comprende las provincias de El Oro y Loja en la República del Ecuador y el departamento de Tumbes en la República del Perú.
En territorio peruano la extensión de la cuenca es de 1893,0 km/2 y la longitud del río es de 142,0 km.
CUENCA DEL RIO TUMBES
3.1.1 PARAMETROS HIDROMORFOLOGICOS DE LA CUENCA
Modelo Numérico del TerrenoAtlas hidrológico de la cuenca
SC-1
SC-2
3.1.2 CARACTERISTICAS HIDROCLIMATICAS DE LA CUENCA
ISOYETAS ANUALES
Temperatura max : 30 ºCTempertaura mín : 18 ºCPrecipitación media : 800 mm/añoHumedad Relativa : De 72% a 80%Et : 1000.00 a 1100,0 mm/año Caudal promedio anual : 111,5 m3/sCaudal promedio de ave : 223,0 m3/sCaudal promedio estiaje : 35,5 m3/sCaudal Màximo histórico : 3713,0 m3/s Niño 82/83
CARACTERISTICAS HIDROCLIMATICAS ............CONTINUACIONPRECIPITACION MENSUAL EN AÑOS NORMALES
ESTACION : RICAPLAYA
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
SET. OCT. NOV. DIC. ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO.
Año Hidrológico
Pp (m
m)
PRECIPITACION MENSUAL EN AÑOS "EL NIÑO" ESTACION : RICAPLAYA
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400.0
1600.0
SET. OCT. NOV. DIC. ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO.
Año Hidrológico
Pp (m
m)
CARACTERISTICAS HIDROCLIMATICAS ..............CONTINUACION
Caudal promedio mensual durante Años NormalesEstación : El Tigre
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO
Año Hidrológico
Caud
al (m
3/s)
Caudal promedio mensual durante Años El NiñoEstación : El Tigre
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
800.00
900.00
SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO
Año Hidrológico
Caud
al (m
3/s)
Caudal promedio mensual del río Tumbes Estación : El Tigre
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1963
1964
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Caud
al (m
3/s)
1982-83
1997-98
caudal (m3/s)
Perc
ent
350030002500200015001000500
40
30
20
10
0
Histograma de caudales màximos instantáneos del río Tumbes250 < Qmax < 750 m3/s : 35%
750 < Qmax < 1250 m3/s : 9 %
1250 < Qmax < 1750 m3/s : 22%
1750 < Qmax < 2250 m3/s : 13%
2250 < Qmax < 2750 m3/s : 13%
2750 < Qmax < 3750 m3/s : 8 %
Caudales Máximos Instantáneos
Máximos promedio decadales
1979 - 89 Q promedio máx : 1458,0
3 - 99 Q promedio máx : 1400,0
1999 - 06 Q promedio máx : 1312,0
CARACTERISTICAS HIDROCLIMATICAS ..............CONTINUACION
Ajuste probabilistico de los caudales maximos a una Distribución Gamma
T Qmax10000 7140 4350 99202000 6170 3870 84601000 5740 3660 7830200 4730 3130 6330100 4280 2890 568050 3820 2640 501020 3200 2270 412010 2690 1970 34205 2160 1620 27003 1740 1320 21602 1340 1000 1670
Interval de confianza (95%)
Curvas de persistencia mensual de caudales del río Tumbes
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
SET. OCT. NOV. DIC. ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO.
Cau
dal (
m3/
s)10%
20%
50%
75%
80%
90%
Curvas de Persistenciade Caudal
3.2 CURVAS IDF
Periodode retorno
(Años) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1203 113.4 67.5 49.8 40.1 33.9 29.6 26.4 23.8 21.8 20.2 18.8 17.65 154.8 92.1 67.9 54.7 46.3 40.4 36.0 32.6 29.8 27.5 25.6 24.010 211.3 125.6 92.7 74.7 63.2 55.1 49.1 44.4 40.7 37.6 35.0 32.8
20 266.7 158.6 117.0 94.3 79.8 69.6 62.0 56.1 51.3 47.4 44.2 41.450 337.7 200.8 148.2 119.4 101.0 88.1 78.5 71.0 65.0 60.1 55.9 52.4
100 391.4 232.8 171.7 138.4 117.1 102.1 91.0 82.3 75.3 69.6 64.8 60.7
Intensidades máximas .- Estación El Tigre (mm/hora)Duración en minutos
Periodode retorno
(Años) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1203 118.1 70.2 51.8 41.8 35.3 30.8 27.4 24.8 22.7 21.0 19.6 18.35 144.3 85.8 63.3 51.0 43.1 37.6 33.5 30.3 27.8 25.7 23.9 22.410 176.7 105.0 77.5 62.5 52.8 46.1 41.1 37.1 34.0 31.4 29.2 27.420 207.8 123.6 91.2 73.5 62.2 54.2 48.3 43.7 40.0 37.0 34.4 32.250 246.0 146.2 107.9 87.0 73.6 64.2 57.2 51.7 47.3 43.7 40.7 38.1100 273.7 162.7 120.1 96.8 81.8 71.4 63.6 57.5 52.7 48.7 45.3 42.4
Intensidades máximas .- Estación Cabo Inga (mm/hora)Duración en minutos
Periodode retorno
(Años) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1203 111.9 66.5 49.1 39.6 33.5 29.2 26.0 23.5 21.5 19.9 18.5 17.45 147.7 87.8 64.8 52.2 44.2 38.5 34.3 31.1 28.4 26.3 24.5 22.910 195.7 116.4 85.9 69.2 58.5 51.1 45.5 41.1 37.7 34.8 32.4 30.420 240.8 143.2 105.6 85.1 72.0 62.8 55.9 50.6 46.3 42.8 39.9 37.350 299.6 178.2 131.5 105.9 89.6 78.2 69.6 63.0 57.7 53.3 49.6 46.5
100 344.7 204.9 151.2 121.9 103.1 89.9 80.1 72.5 66.3 61.3 57.1 53.5
Intensidades máximas .- Estación Rica Playa (mm/hora)Duración en minutos
Curva Inte nsidad - Duración - Fre cue ncia Es tación : El Tigre
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 20 40 60 80 100 120Duración de la torm e nta (m inutos)
Inte
nsi
dad
(mm
/h)
Tr = 3 años Tr = 5 años Tr = 10 años
Tr = 20 años Tr = 50 años Tr = 100 años
Curva Intens idad-Duración-Fre cue nciaEs tación : Rica Playa
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 20 40 60 80 100 120
Duración de la Torm e nta (m inutos )
Inte
nsi
dad
(mm
/hr)
Tr = 3 años Tr = 5 años Tr = 10 añosTr = 20 años Tr = 50 años Tr = 100 años
Intensidad - Duración - Fre cue ncia Estación : Cabo Inga
0
50
100
150
200
250
300
0 20 40 60 80 100 120
Tr = 3 años Tr = 5 años Tr = 10 años
Tr = 20 años Tr = 50 años Tr = 100 años
MAPAS TEMATICOS
MAPA
ECOLÓGICO
MAPA
COBERTURA VEGETAL
MAPA
HIDROGRAFICO MAPA BASE
3.3 MAPAS
3.4 INFORMACION HIDROMETEOROLOGICA
TRMM 3B42.060227.06
GOES 27 FEB 06:UTC
Tormentas entre el 23 y 27 febrero 2006
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
8 10 12
14
16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14
16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14
16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14
16
18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14
16
18
20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16
Inte
nsid
ad (m
m/h
)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Cau
dal h
orar
io (m
3 /s)
Pp Horaria
Qhorario
Qpico = 1500,0 m3/s 10 : 00 27 febTRMM Pp Acum
17:30 – 20:30 26 Feb
TRMM Pp Acum 20:30 – 23:30 26 Feb
Hidroestimador CPTECC 18:00 horas – 26Feb
Hidroestimador CPTECC 20:00 horas 26 Feb
Hidroestimador CPTECC 23:00 horas 26 Feb
Evolución de Tormentas y Caudal horario
23 Feb 24 feb 25 Feb 26 Feb 27 Feb
Pp estinada Satélite TRMM
Pp estimada Satélite GOESS
4. RESULTADOSMODELIZACION HIDROLOGICA E HIDRAULICA
4.1 SIMULACION CON HEC-HMS A) MODELO DE CUENCA : Se dividió la cuenca en 03 sub
cuencas, estrayendo de los mapas temáticos sus características de suelos, pendiente del terreno, área, cobertura vegetal, usos del suelo.
H – El Tigre
H-Cabo Inga
4.1.1 PARAMETROS DE SUBCUENCAS
Area (km2) Method CN % imper
769 SCS Curve No 87 2209.9 SCS Curve No 88 3303 SCS Curve No 89 1
Initial LossTumbes 7.6Puyango 6.9
Cazaderos 6.3
Loss RateSub Cuenca
Sub Cue nca Me thod Tc (hrs) Stora ge coe ficcie n (hr)Tumbes Clark 6.9 10.35Puyango Clark 7.5 11.25
Cazaderos Clark 5.7 8.55
Tra nsform
Sub Cuenca Method Initial Q (m3/s) Recession constant Threshhold Q Tumbes Recession 288.1 0.9 0.3Puyango Recession 78.3 0.9 0.3
Cazaderos Recession 113.5 0.9 0.3
Baseflow Method
Initial Loss (mm) = 0.20*(25400 - 254*CN)/CN
Tc = promedio de métodos de Kirpich y TemezStorage coeficcient = 1.5 * Tc
A) Infiltración
B) Hidrograma Unitario
C) Caudal base
PARAMETROS DE SUBCUENCAS ...continuación
PARAMETROS DE SUBCUENCAS ...continuación
4.1.2 TRANSITO HIDROLOGICO
Tramo Cabo Inga – El Tigre
B) MODELO METEOROLOGICO : Ingreso de lluvias horarias de los registros pluviográficos. Tormenta de 8 horas de duración
C. ESPECIFICACIONES DE CONTROL
Corrida del programa para simular los caudales horarios generados desde el inicio de la Tormenta, hasta la recesión de los caudales.
4.1.3 SALIDAS DELPROGRAMA
4.1.4 CAUDALES OBSERVADOS Y SIMULADOS
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
18192021222324 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223
Q(m
3 /s)
Q observado Q simulado
Q = 1500 m3/sQ = 1480 m3/s
Descripción Qobservado QsimuladoTiempo al pico (hr) 11 9Qmax (m3/s) 1500 1460V escurrido (MMC) 52 58
4.2 SIMULACION HIDRAULICA CON HEC-RAS
HLG – El TigreProgresiva 31 + 000 Km
Pte TumbesProgresiva 0 + 000 Km
Caudal de crecida en la Estación El Tigre
Imagen satelital del tramo del río a modelizar desde El Tigre hasta Pte
Tumbes
SIMULACION HIDRAULICA CON HEC-RAS continua......
b) Secciones transversales del río Tumbes
a) Esquema geométrico del tramo a modelizar
El Tigre
Pte. Tumbes DATOS GEOMETRICOS
SIMULACION HIDRAULICA CON HEC-RAS continua......
Características del caudal en régimen permanente
Condiciones de borde del flujo superficial con tirante de agua conocido aguas arriba
SIMULACION HIDRAULICA CON HEC-RAS continua......
1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000
5
10
15
20
25
Geom: Rio Tumbes (Desde Pto. El Cura a Pte. Tumbes)River = RIO TUMBES Reach = EL TIGRE-PTE.TUM RS = 10300
Station (m)
Ele
vatio
n (m
)
Legend
EG Q=1500
WS Q=1500
Ground
Bank Sta
.045 .035
.045
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40004
5
6
7
8
9
10
11
Geom: Rio Tumbes (Desde Pto. El Cura a Pte. Tumbes)River = RIO TUMBES Reach = EL TIGRE-PTE.TUM RS = 10100 Qda.Cristales
Station (m)
Ele
vatio
n (m
)
Legend
EG Q=1500
WS Q=1500
Ground
Bank Sta
.045 .035
.045
600 800 1000 1200 1400 16004
5
6
7
8
9
10
11
Geom: Rio Tumbes (Desde Pto. El Cura a Pte. Tumbes)River = RIO TUMBES Reach = EL TIGRE-PTE.TUM RS = 9900
Station (m)
Elev
atio
n (m
)
Legend
EG Q=1500
WS Q=1500
Ground
Bank Sta
.045 .035 .045Tabla de las caracetrísticas hidraúlicas de las secciones transversales cuando se ejecuta el programa
SIMULACION HIDRAULICA CON HEC-RASINUNDACION : TRAMO 07 + 00 KM – 10+500 KM
KM 7 +00
KM 10 +500
Tacural
Santa María
La Peña
Cabuyal
Limón Oídor
Vaquería
REGISTROS FOTOGRAFICOS DE LA INUNDACION
Distrito Corrales: Inundación de terrenos agrícolas, perdida de
cosechas y maquinaria
Inundación del sector Pueblo Nuevo, margen derecha del Río Tumbes.
Viviendas y tierras agrícolas afectadas
Inundación de la Carretera Panamericana, en dirección al distrito de La Cruz. Cosechas completas de
arroz afectadas.
Inundación del Barrio San José. Esquina C.E N° 001 y Hospital JAMO
CONCLUSIONESLa precipitaciones que generaron las condiciones más críticas de escorrentía se presentaron en territorio peruano de la cuenca, inducida por factores meteorológicos locales.
El modelo hidrológico reproduce bien en los caudales pico en magnitud y volumen de escorrentia, más no en oportunidad, con respecto a los valores observados.
Las zonas de inundación que simula el modelo hidraúlico son coherentes con las áreas de afectación real en tramos entre las progresivas 7+00 y 12+00 Km. La inundación también alcanzó sectores urbanos del distrito de Tumbes comprendidos entre las progresivas 3+00 y 5+00 km. Hay aportes de quebradas que no han sido considerados en el modelo, por otro lado falta una actualización de la data topogràfica por los cambios morfológicos que experimenta el cauce del río en su parte baja.
CONCLUSIONESEl modelo hidrológico resulta adecuado para el pronóstico de crecidas en tiempo real.
El modelo hidraúlico resulta apropiado para identificar niveles críticos de desborde en el curso principal del río Tumbes, y elaborar Mapas de amenaza de inundación, para caudales probabilísticos para diferentes tiempos de retorno.
ACCIONES A IMPLEMENTAR
Ampliar la red hidrometeorológica automática, incluyendo las cuencas de Zarumilla y Bocapán para tener un sistema de alerta a nivel de toda la regin Tumbes.
Validar los caudales máximos de 1982 y 1998, con HEC-HMS
Sumular caudales máximos de avenidas para diferentes tiempos de retorno.
Determinar areas de Amenaza de Inundación en la cuenca.
Validar las precipitaciones estimadas por satélite con tormentas observadas.
Actualizar la base topográfica del río Tumbes y quebradas tributarias
Validación de precipitaciones estimadas por el satélite TRMM con otras tormentas históricas.
Validación de otras crecidas históricas en la cuenca del río Tumbes, El Niño 82-83, 97-98 complementados con HEC GEO-HMS
Modelación hidraúlica con soporte HEC-GEO RAS.
M U C H A S G R A C I A S