ESTUDIO HIDROLOGICO DEL PROYECTO “MEJORAMIENTO
Y AMPLIACION DEL SISTEMA DE RIEGO SHALLAP – HUAPISH – TOCLLA EN EL DISTRITO DE HUARAZ, PROVINCIA DE HUARAZ - ANCASH”
I.
ASPECTOS GENERALES GENERALES 1.1 INTRODUCCION El recurso hídrico representa el elemento vital para el abastecimiento de uso poblacional, agrícola pecuario, minero, energético, ecológico y otros, por lo que es importante el uso óptimo, racional y sostenible de este recurso enmarcado en un enfoque integral, evaluando la disponibilidad, calidad y su uso. Dentro de un Proyecto de Riego, uno de los estudios básicos que se realiza, es el Estudio Hidrológico, con la finalidad de determinar la disponibilidad de agua, determinar la demanda de agua; que nos permita dimensionar adecuadamente la obra de captación y la de conducción, que satisfaga las necesidades, que en el presente caso se trata de satisfacer con fines de riego. La finalidad del presente estudio hidrológico es de describir, evaluar, cuantificar y simular el funcionamiento de la cuenca como un sistema hidrológico integral, para ser empleada en la gestión de los recursos hídricos y en el diseño de las obras hidráulicas proyectadas (captación, conducción, obras de arte, regulación, excedencia, etc.). El contenido del Estudio Hidrológico precisa: la disponibilidad de agua, la demanda de agua, balance hídrico, el estudio de máximas avenidas. La elaboración del informe se ha realizado en dos etapas: Trabajo de campo y el procesamiento de datos.
1.2 OBJETIVOS 1.2.1 General Realizar el estudio hidrológico del proyecto de irrigación Shallap – – Huapish – Toclla.
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1.2.2 Específicos Sistematización de la información información cartográfica cartográfica de la quebrada de aporte Sistematización Determinar las características características físicas físicas de la la quebrada quebrada de aporte aporte Análisis climatológico de la quebrada de aporte Evaluación del comportamiento comportami ento de la precipitación precipitac ión de la quebrada de aporte comportami ento hidrométrico de la quebrada de aporte Evaluación del comportamiento Generació n de las descargas medias en la quebrada de aporte Generación Determinar la disponibilidad de la quebrada de aporte Determinar la demanda hídrica de la quebrada de aporte Balance hídrico de la quebrada de aporte Análisis de máximas avenidas 1.3 METODOLOGIA DE TRABAJO 1.3.1 Métodos de Recolección de Datos Se ha recopilado la información siguiente: Información impresa impresa y digital de las cartas nacionales nacionales correspondientes correspondientes a la Micro cuenca Shallap. Información temática climática, ecológica, geológica de los suelos, coberturas vegetal, a nivel de la Micro cuenca Shallap. río Quillcay. Quillcay. Información hidrológica de las descargas del río Información climatológica climatológica y meteorológica meteorológica de las las estaciones ubicadas ubicadas dentro dentro de la Micro cuenca del río Shallap y en cuencas aledañas.
1.3.2 Actividades preliminares Se ha coordinado acciones con instituciones relacionadas con el uso de los recursos hídricos que existen dentro del ámbito del estudio: ANA, ALA, Junta de Usuarios Callejón de Huaylas, Comité de Regantes Shallap – Huapish – Huapish – – Toclla, Toclla, PRFUDUA.
1.3.3 Trabajos de campo Luego de revisar la información existente de los estudios afines, cartas digitales e impresas y otros elementos que son necesarios para el desarrollo del Estudio Hidrológico, se programó el reconocimiento de la quebrada de aporte Shallap, contando para ello con Cartas Nacionales.
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1.2.2 Específicos Sistematización de la información información cartográfica cartográfica de la quebrada de aporte Sistematización Determinar las características características físicas físicas de la la quebrada quebrada de aporte aporte Análisis climatológico de la quebrada de aporte Evaluación del comportamiento comportami ento de la precipitación precipitac ión de la quebrada de aporte comportami ento hidrométrico de la quebrada de aporte Evaluación del comportamiento Generació n de las descargas medias en la quebrada de aporte Generación Determinar la disponibilidad de la quebrada de aporte Determinar la demanda hídrica de la quebrada de aporte Balance hídrico de la quebrada de aporte Análisis de máximas avenidas 1.3 METODOLOGIA DE TRABAJO 1.3.1 Métodos de Recolección de Datos Se ha recopilado la información siguiente: Información impresa impresa y digital de las cartas nacionales nacionales correspondientes correspondientes a la Micro cuenca Shallap. Información temática climática, ecológica, geológica de los suelos, coberturas vegetal, a nivel de la Micro cuenca Shallap. río Quillcay. Quillcay. Información hidrológica de las descargas del río Información climatológica climatológica y meteorológica meteorológica de las las estaciones ubicadas ubicadas dentro dentro de la Micro cuenca del río Shallap y en cuencas aledañas.
1.3.2 Actividades preliminares Se ha coordinado acciones con instituciones relacionadas con el uso de los recursos hídricos que existen dentro del ámbito del estudio: ANA, ALA, Junta de Usuarios Callejón de Huaylas, Comité de Regantes Shallap – Huapish – Huapish – – Toclla, Toclla, PRFUDUA.
1.3.3 Trabajos de campo Luego de revisar la información existente de los estudios afines, cartas digitales e impresas y otros elementos que son necesarios para el desarrollo del Estudio Hidrológico, se programó el reconocimiento de la quebrada de aporte Shallap, contando para ello con Cartas Nacionales.
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1.3.4 Trabajos de gabinete En esta actividad se ha analizado, procesado y depurado la información recopilada relacionada con el trabajo y se ha dispuesto los parámetros necesarios para realizar el Estudio.
1.4 INFORMACIÓN BÁSICA 1.4.1 Información cartográfica La información cartográfica y mapas temáticos consiste en: Cartas Nacionales a escala 1/100,000 del IGN, con equidistancia equidistanc ia mínima de curvas de nivel de 50 m, confeccionado por métodos estéreo-fotogramétricos con control terrestre - 1971. Hojas 20-h (Huaraz), 20-i (Recuay), 19-h (Carhuaz) y 19-i (Huari). Cartas Nacionales a escala 1/25,000 del IGN digitalizadas en Sistema de Información Geográfica (SIG); cobertura: red hidrográfica, curvas de nivel y nombres de la red hidrográfica. Mapas temáticos temátic os como el de hidrológico, ecología, geología, grupos de suelos y capacidad de uso, y cobertura vegetal del Callejón de Huaylas, elaborados por ONERN; los cuales han sido corregidos y actualizados, y ha servido para la generación de los mapas de capacidad de uso.
1.4.2 Información hidrometeorológica La Información hidrometeorológica de la cuenca recopilada y empleada en el trabajo pertenece a las entidades EGENOR y SENAMHI-Lima. La primera continúa con parte de las estaciones instaladas por la ex Empresas Eléctricas Asociadas y la segunda, con sus propias estaciones desde su instalación hasta la fecha.
1.4.2.1 Información hidrométrica La descarga mensual en el Río Quillcay, ha sido recopilada de la Estación hidrométrica hidrométr ica Quillcay que se ubica en la parte baja de la obra de captación que está proyectada. Aguas arriba del puente Quillcay (aproximadamente (aproximadamente a 50 metros), se ubica la estación hidrométrica del río Quillcay, Qu illcay, entre las coordenadas geográficas 9°31’24” Latitud Sur, 77°31’39” y a una altitud de 3091 m.s.n.m., el período de registro de 3
datos es de 45 años (1954-1998), en la actualidad no se registran datos debido a que la Empresa EGENOR, lo tiene abandonada.
1.4.2.2 Información meteorológica La información meteorológica, consistente en precipitación total mensual, temperatura, humedad relativa y evaporación; se ha recopilado de las estación Huaraz y de las estaciones vecinas a la quebrada en estudio, además algunas estaciones complementarias para la completación de datos para aquellas estaciones que tienen registro de corto periodo. En el siguiente Cuadro Nº 1.1 se muestran la información y el período de registro de las variables climatológicas de las estaciones recopiladas, de las cuales se ha considerado 06 estaciones con información pluviométrica (ver Cuadro N° 1.3) y las demás estaciones se han considerado para el análisis climatológico de la quebrada en estudio. CUADRO Nº 1.1 ESTACIONES METEOROLOGICAS DE LA SUB CUENCA DEL RIO QUILLCAY Y SUBCUENCAS VECINAS
N°
ESTACION
UBICACIÓN POLITICA
LATITUD
LONGITUD
ALTITUD
DISTRITO
PROVINCIA
SUR
OESTE
Huaraz
Huaraz
09° 29' 34"
77° 30' 49"
3050
Independencia
Huaraz
09° 26' 00"
77° 27' 00"
4639
Cátac
Recuay
09° 41' 05" 09° 19' 10"
77° 15' 17" 77° 34' 30"
4550 2840
09° 35' 00"
77° 19' 00"
4692
09° 43' 12"
77° 27' 00"
3394
01
HUARAZ
02
LLACA
03
CAHUISH
04 05
CHANCOS URUASHRAJU
Marcará Marcará
Carhuaz Carhuaz
06
RECUAY
Recuay
Recuay
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II.
DESCRIPCION GENERAL DE LA MICROCUENCA DE APORTE 2.1 UBICACIÓN Y DEMARCACION DE LA MICROCUENCA SHALLAP La Micro cuenca de aporte Shallap, perteneciente a la sub cuenca del rio Quillcay se encuentra localizada en la región central y occidental del territorio Peruano.
2.1.1 Ubicación geográfica La Micro cuenca de aporte Shallap se encuentra ubicada entre las coordenadas UTM 235660.69mE y 245553.46mE y entre 8946256.86mN y 8952366.91mN, ver mapa de la Figura N° 2.1.
Figura 2.1: Ubicación Geográfica de la Micro cuenca Shallap
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2.1.2 Ubicación hidrográfica La Micro cuenca de aporte Shallap pertenece hidrográficamente a la Sub Cuenca del Río Quillcay, Cuenca del Río Santa y a la vertiente del Pacífico; la Micro cuenca Shallap nace en la parte occidental de la Cordillera Blanca y recorre de Este a Oeste hasta confluir con la quebrada Cojup para conformar el río Quillcay. El detalle se indica en la Figura Nº 2.2. La Micro cuenca Shallap posee una extensión de 31.40 km 2, con una longitud de 28.27 km, el 100% del área corresponde a la parte húmeda. El escurrimiento natural del río se origina como consecuencia de las precipitaciones estacionales y del aporte de glaciares. En época de estiaje, durante los meses de junio a noviembre, la Micro cuenca Shallap cuenta con caudal permanente, de acuerdo a los registros de la estación Quillcay; debido a la presencia de nevados que contribuyen con sus deshielos a elevar el caudal de estiaje, asimismo la regulación natural de la Laguna Shallap. Las características generales del régimen de descargas de la Micro cuenca Shallap son similares a las que presentan la mayoría de los ríos de la Vertiente del Pacífico con descargas irregulares, torrentoso y marcadas diferencias entre sus parámetros extremos.
2.1.3 Ubicación política Políticamente la Micro cuenca Shallap se encuentra ubicada en el distrito y provincia de Huaraz, correspondiente al departamento de Ancash.
2.1.4 Demarcación administrativa La entidad administrativa que regula el uso de los recursos hídricos en la quebrada Shallap, es la Administración Local de Agua Huaraz, que depende de la Autoridad Nacional del Agua-ANA, adscrita al Ministerio de Agricultura.
2.2 DESCRIPCION GENERAL DE LA MICRO CUENCA SHALLAP La Micro cuenca Shallap tiene sus orígenes en los deshielos de los nevados Ancos Punta, Carhuascancha, Tunsho, Santa Rosa y Collpaco que se ubican a altitudes superiores a los 5400 msnm, alimentándose con las precipitaciones que caen en la parte alta de su cuenca colectora y con la descarga natural de la Laguna Shallap. 6
La Micro cuenca Shallap se encuentra ubicada geográficamente entre los meridianos 77°19’03” y 77°24’28” de longitud Oeste y los paralelos 09°28’11” y 09°31’28” de latitud Sur. Políticamente la Micro cuenca Shallap se encuentra ubicada en el departamento de Ancash; enmarcándose en la provincia y distrito de Huaraz. Limita por el Norte con la Micro cuenca Quellcayhuanca, por el Sur con Micro cuenca Pariac, por el Este con la Micro cuenca del río Carhuascancha y por el Oeste con la Subcuenca del Río Quillcay, que es la confluencia de las Micro cuenca Paria y Auqui. La Micro cuenca del río Shallap abarca 31.4044 km.², es de forma rectangular alargada (Noreste a Noroeste), en ella se encuentra la laguna Shallap, que tiene un aporte importante por su regulación natural. La topografía del área de estudio es ondulada y oscila entre 15 y 45% de pendiente. La Micro cuenca del río Shallap se localiza en la parte alta del río Quillcay, extremo Sureste, ocupa una superficie de 31.4044 km² y representa el 12.9% de área total de la Sub cuenca del río Quillcay. Cuya longitud de cauce principal es de 11.27 km.
2.3 GEOMORFOLOGIA 2.3.1 Generalidades La geomorfología.- es la rama de la geografía física que estudia de manera descriptiva y explicativa el relieve de la Tierra, el cual es el resultado de un balance dinámico, que evoluciona en el tiempo entre procesos constructivos y destructivos, dinámica que se conoce de manera genérica como ciclo geomorfológico. Morfología de la cuenca.- La morfología de una cuenca queda definida por su forma. Para un mejor enfoque sobre el estudio de las cuencas se establece los parámetros de forma, parámetros de relieve y parámetros de la red hidrográfica, generalmente. Las características físicas desempeñan un papel esencial en la respuesta hidrológica de una cuenca hidrográfica. Recíprocamente, el carácter hidrológico de la misma contribuye considerablemente a formar sus características físicas.
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2.3.2 Descripción geomorfológica de la Micro Cuenca Shallap La Micro cuenca Shallap tiene una superficie de 31.4044 km², El perímetro de la Micro cuenca Shallap es 28.27 km. El índice de compacidad de la Micro cuenca Shallap, es de 1.412; lo que indica que la Micro cuenca Shallap es alargada. La altura media de la Micro cuenca Shallap es 4815 msnm.
2.3.3 Caracterización geomorfológica de la Micro Cuenca Shallap 2.3.3.1 Parámetros de forma de la Micro cuenca Shallap El contorno de la Micro cuenca define la forma y superficie de ésta, lo cual posee incidencia en la respuesta, en el tiempo que poseerá dicha unidad, en lo que respecta al caudal evacuado. Así, una cuenca alargada tendrá un diferente tiempo de concentración que una circular, al igual que el escurrimiento manifestará condiciones disímiles. Por ejemplo, en una cuenca circular, el agua recorre cauces secundarios antes de llegar a uno principal; en una cuenca alargada se presenta en general un solo cauce que es el principal y por ende, el tiempo de concentración será menor que el anterior caso. Los principales factores de forma son: A. Área de la Micro cuenca (A). B. Perímetro de la Micro cuenca (P). C. Longitud del cauce principal (L). D. Coeficiente de compacidad o índice de Gravelius ( Kc). E. Rectángulo equivalente (RE). F. Área de glaciares (Ag)
A.- Área de la Micro Cuenca de Aporte Shallap (A) Es la superficie de la cuenca comprendida dentro de la curva cerrada de divortium acuarium. La magnitud del área se ha obtenido con el uso del programa ARC GIS 9.3. Dependiendo de la ubicación de la cuenca, su tamaño influye en mayor o menor grado en el aporte de escorrentía, tanto directa como de flujo de base o flujo sostenido. El área de la Micro cuenca Shallap es 31.4044 km 2, Ver Cuadro N° 2.1.
B.- Perímetro de la Micro cuenca (P) Es la longitud de la línea de divortium acuarium es de 28.2698km. El perímetro de la Micro cuenca Shallap es de 28.2698km, Ver Cuadro N° 2.1. 8
C.- Longitud del cauce principal (L) Es la longitud mayor de recorrido que realiza el río, desde la cabecera de la cuenca, siguiendo todos los cambios de dirección o sinuosidades, hasta un punto fijo de interés, que en el presente caso corresponde a la captación del Sistema de Riego Shallap – Huapish - Toclla, expresado en unidades de longitud. La longitud del cauce principal de la Micro cuenca Shallap es de 11.2651km.Ver Cuadro N° 2.1.
D.- Coeficiente de compacidad o índice de Gravelius (Kc) Parámetro a dimensional que relaciona el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de igual área que el de la cuenca. Este parámetro, al igual que el anterior, describe la geometría de la cuenca y está estrechamente relacionado con el tiempo de concentración del sistema hidrológico. Las cuencas redondeadas tienen tiempos de concentración cortos con gastos pico muy fuerte y recesiones rápidas, mientras que las alargadas tienen gastos pico más atenuado y recesiones más prolongadas.
Donde: P = perímetro de la cuenca (km). A = área de la cuenca (km²). De la expresión se desprende que Kc siempre es mayor o igual a 1, y se incrementa con la irregularidad de la forma de la cuenca. Este factor a dimensional constituye un índice indicativo de la tendencia de avenida en una cuenca. Una cuenca de forma circular posee el coeficiente mínimo igual a 1 y tiene mayor tendencia a las crecientes en la medida que el valor de Kc se aproxima a la unidad; cuando se aleja de la unidad, presenta una forma más irregular con relación al círculo. Cuando el Kc = 1: tiempo de concentración menor, cuenca circular, mayor tendencia a crecientes y Kc = 2: tiempo de concentración mayor, cuenca de forma alargada, menor tendencia a crecientes.
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El coeficiente de compacidad de la Micro cuenca Shallap es de 1.412, indica que la cuenca es de forma alargada debiendo estar menos expuesta a las crecientes que una cuenca de forma redondeada. Ver cuadro N° 2.1.
E.- Rectángulo equivalente (RE) Es la representación geométrica de una cuenca definida como un rectángulo que tenga la misma área de la cuenca. La longitud de sus lados está dado por:
= √ 1.1 2 (1+ 1 −(1.12) ) = √ 1.1 2 (1− 1 −(1.12) ) Donde: L = Longitud mayor del rectángulo en km. l = Longitud menor del rectángulo en km. A = Área de la cuenca (km2). La longitud mayor y menor de la micro cuenca Shallap: 11.37km y 2.76km. Respectivamente. Ver el Cuadro N° 2.1.
F. Área de glaciares (Ag) El área de glaciares de la micro cuenca Shallap fue hallado a partir de la delimitación de la micro – cuenca. El área de glaciares es de 14.25 km 2.Ver el Cuadro N° 2.1
2.3.3.2 Parámetros de Relieve de la Micro cuenca Shallap El relieve posee una incidencia más fuerte sobre la escorrentía que la forma, dado que a una mayor pendiente corresponderá un menor tiempo de concentración de las aguas en la red de drenaje y afluentes al curso principal. Es así como a una mayor pendiente corresponderá una menor duración de concentración de las aguas de 10
escorrentía en la red de drenaje y afluentes al curso principal. Los parámetros de relieve tienen mayor influencia sobre la respuesta hidrológica de la quebrada. Las relaciones área – elevación han sido determinadas por las curvas y alturas características de la Micro cuenca Shallap. Para describir el relieve de una cuenca existen numerosos parámetros que han sido desarrollados por varios autores; entre los más utilizados destacan: A. Curva hipsométrica. B. Polígono de frecuencias. C. Altitud media de la cuenca (Hm). D. Altitud más frecuente. E. Pendiente media de la cuenca. F. Pendiente del cauce principal G. Índice de pendiente de la cuenca (Ip ).
A.- Curva hipsométrica Es utilizada para representar gráficamente cotas de terreno en función de las superficies que encierran. Para su trazado se debe tener en cuenta que sobre la sección de control (altitud mínima de la cuenca), se tiene el cien por ciento de su superficie. Si se ubica en el punto más alto de la cuenca y se calcula a partir de cada curva de nivel, las áreas acumuladas por encima de ellas, se puede construir la curva hipsométrica (Martínez et al, 1996). En general, tanto las alturas como las superficies son definidas en términos porcentuales. Llamada también Curva de Área – Elevación, representa gráficamente las elevaciones del terreno en función de las superficies correspondientes. Se define como curva hipsométrica a la representación gráfica del relieve medio de la Cuenca, construida llevando en el eje de las abscisas, longitudes proporcionales a las Superficies proyectadas en la cuenca, en km 2 o en porcentaje, comprendidas entre curvas de nivel consecutivas hasta alcanzar la superficie total, llevando al eje de las Ordenadas la cota de las curvas de nivel consideradas. Las curvas hipsométricas también son asociadas con las edades de los ríos de las Respectivas cuencas. Ver figura N° 2.1
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FIGURA N° 2.1
CURVA HIPSOMETRICA - MICRO CUENCA SHALLAP
6000 ) 5500 m . n s m (5000 d u t i t l A
CURVA HIPSOMETRICA
4500
4000 0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
Area Km^2
B.- Polígonos de frecuencia Se denomina así a la representación gráfica de la relación existente entre altitud y la Relación porcentual del área a esa altitud con respecto al área total. En el polígono de frecuencias existen valores representativos como: la altitud más Frecuente, que es el polígono de mayor porcentaje o frecuencia. La distribución gráfica del porcentaje de superficies ocupadas por diferentes rangos de altitud para la Micro cuenca Shallap se distingue en las Figura N° 2.2.
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FIGURA N° 2.2
POLIGONO DE FRECUENCIA - MICRO CUENCA SHALLAP
6000
0.196
5800
)
0.686
5600
3.107
m . 5400 n - 5200 s m ( 5000 d 4800 u t i t l 4600 A
6.531 15.246 26.204 19.572 11.681
4400
9.245
4200 4000
7.337 0.195
0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
Porcentaje de area (%)
C.- Altitud media de la micro cuenca Corresponde a la ordenada media de la curva hipsométrica, y su cálculo obedece a un promedio ponderado: elevación – área de la cuenca. La altura o elevación media tiene importancia principalmente en zonas montañosas donde influye en el escurrimiento y en otros elementos que también afectan el régimen hidrológico, como el tipo de precipitación, la temperatura, etc. La altitud media de la micro cuenca Shallap es de 4815 m.s.n.m. Ver cuadro N° 2.1.
D.- Altitud más frecuente Es la altitud predominante con mayor porcentaje de área de la cuenca. En la Figura N° 2.1) curva hipsométrica y en la figura N° 2.2) polígonos de frecuencia, para la micro cuenca Shallap la altitud predominante se encuentra entre el intervalo de las cotas de 4800 a 5000 msnm, es donde se tiene mayor porcentaje de área de la micro cuenca Shallap. Ver cuadro N° 2.1.
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E.- Pendiente de la micro cuenca Este parámetro de relieve es importante debido a su relación con el comportamiento Hidráulico de drenaje de la cuenca, y tiene una importancia directa en relación a la Magnitud de las crecidas. Para su estimación se emplea el sistema del “Rectángulo Equivalente”.
Donde: Sm = Pendiente media de la cuenca. H=
Desnivel total (cota en la parte más alta-cota en la parte más baja), en km.
Lm = Lado mayor del rectángulo equivalente (km). La micro cuenca Shallap tiene una pendiente 0.1583 m/m. Ver el Cuadro Nº 2.1.
F. Pendiente del cauce principal Es un parámetro importante, en el estudio del comportamiento del recurso hídrico. En general, la pendiente de un tramo de un cauce de un rio, se puede considerar como el cociente, que resulta de dividir, el desnivel de los extremos del tramo, entre la longitud horizontal de dicho tramo, Se obtiene usando el método de la Ecuación de Taylor y Schwarz.
Donde n : Número de tramos iguales, en los cuales se subdivide el perfil S1,S2,...Sn : Pendiente de cada tramo S = H / L S : Pendiente media del cauce La pendiente del cauce principal es de 0.064 m/m. 14
F. Índice de Pendiente (Ip) Es una ponderación que se establece entre las pendientes y el tramo recorrido por el rio. Con este valor se puede establecer el tipo de granulometría que se encuentra en el cauce. Además, expresa en cierto modo, el relieve de la cuenca. Se obtiene utilizando el rectángulo equivalente, con la siguiente ecuación:
Donde: Ip : Índice de pendiente n : Número de curvas de nivel existente en el rectángulo equivalente, incluido los extremos a1, a2, a3, ..,an : Cotas de las n curvas de nivel consideradas, en km β : Fracción de la superficie total de la cuenca comprendida entre las cotas ai ai-1 βι : Ai / At L: Longitud del lado mayor del rectángulo equivalente, en km La micro cuenca Shallap tiene un Índice de Pendiente (Ip) igual a 0.372 m/m. Ver el Cuadro Nº 2.1
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Cuadro N° 2.1: Parámetros geomorfológicos de la micro cuenca Shallap
PARAMETROS
Área total de la micro - cuenca Perímetro de la micro - cuenca Longitud del cauce principal Coeficiente de Compacidad Área de Glaciares Lado mayor Rectángulo equivalente Lado menor Curva hipsométrica Polígonos de frecuencia de altitudes Altitud media de la micro cuenca Altitud mas frecuente Pendiente de la micro - cuenca Pendiente del cauce principal Índice de pendiente (Ip)
UNIDAD DE MEDIDA
MICRO – CUENCA Shallap
km² km
31.40 28.27
km ---km² km km ------m.s.n.m m.s.n.m % % ----
11.27 1.412 14.25 11.37 2.76 ------4815 4800-5000 15.83 6.4 0.372
2.4 ASPECTOS ECOLÓGICOS DE LA UNIDAD HIDROGRÁFICA La vegetación natural en las zonas bajas y medias está formada en su mayor parte por las mismas especies de los Andes Meridionales Tropicales. En las zonas altas, por encima de los 3800 m. se hallan especies arbóreas de los géneros Polylepis, Budleja y Escallonia, los cuales forman bosques residuales aislados, los cuales se encuentran en mayor cantidad en la Cordillera Blanca. Así mismo podemos encontrar pastos naturales. Tanto en la Cordillera Negra y Blanca se encuentran los Rodales de Puya raimondii “puya”. Según la clasificación de Holdrige las zonas ecológicas que se tiene en la zona del proyecto son las siguientes:
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Bosque húmedo-Montano Tropical (bh-MT) Esta formación ecológica se localiza por debajo de los 4000 msnm, caracterizada por presentar un clima húmedo. Con un amplio rango de temperatura y una eficiencia hídrica adecuada para los fines agropecuarios y forestales, toda vez que la relación de Evaporación Potencial es menor que uno. Las precipitaciones anuales fluctúan entre 700 y 900 mm aproximadamente. La temperatura media anual oscila entre 12 y 6°C. El relieve es dominantemente empinado ya que conforma la porción superior de las laderas de estos valles interandinos. Por lo general, aquí dominan suelos relativamente profundos. Actualmente la vegetación natural clímax no existe o se reduce a algunos pequeños relictos o bosques residuales de “quinual”, “ulcumano”, etc., encontrándose además arbustos y árboles, tales como “mutuy”, “chilca” y “sauco”. En las partes altas o superiores de esta Zona de Vida, se observa la presencia de grandes extensiones de pastos naturales altoandinos, constituido principalmente por especies de la familia de las gramíneas: Stipa, Calamagrotis, Festuca y Poa, entre las más importantes. En esta zona de vida se fija el centro de la agricultura de secano, se cultiva preferentemente plantas autóctonas de gran valor alimenticio, como la “papa”, el “olluco”, el “haba” y la “arveja”.
Bosque seco-Montano Bajo Tropical (bs-MBT) Esta formación ecológica, se localiza sobre la zona de vida estepa espinosa-Montano Bajo Tropical y por debajo de los 3 400 msnm, caracterizada por presentar un clima subhúmedo y templado, con precipitaciones pluviales anuales que fluctúan entre 500 y 700 mm aproximadamente, según se trate del nivel inferior o superior de la formación, respectivamente. La temperatura medio anual oscila entre 15 y 12°C. El relieve varía de suave a plano, propio de las terrazas de los valles interandinos, a inclinado, típico de las laderas que encierran el valle. El patrón edáfico está constituido generalmente por suelos de textura media a pesada, de reacción neutra a calcárea, de buen drenaje. 17
La vegetación natural ha sido sustituida en gran parte por cultivo de bajo riego o secano. Son típicos de esta área la "retama”, el “maguey”, el “eucalipto”, el “capulí”, la “chamana”, “tara”, “molle”, “higuerón”, etc. El potencial de esta Zona de Vida se resume en los recursos edáficos, desarrollándose una agricultura de secano limitada por precipitaciones relativamente mínimas. Bajo riego se cultiva el maíz, trigo, papa, haba, arveja, hortalizas y algunos frutales.
páramo pluvial – Subalpino tropical (pp – sat) Se ubica en una franja territorial que se extiende desde los 3,800 hasta los 4,800 msnm. El clima es Perhúmedo Frío, porque el promedio de precipitación total anual varía entre 600 y 900 milímetros y la biotemperatura media anual entre 2º C y 8º C, que determinan una condición de humedad del suelo: PERHÚMEDO, que significa que la cantidad de lluvia que precipita en esta zona de vida es 2 a 4 veces más de lo que realmente se necesita para satisfacer la evapotranspiración potencial total anual que varía entre 170 y 350 milímetros de agua anualmente. Son terrenos ondulados a semiaccidentados con pendientes moderadas que varían entre 10% y 25% y también laderas con pendientes inclinadas a muy inclinadas que oscilan entre 30% y más de 50%, también presentan sectores de topografía abrupta o muy accidentada que son las limitantes para el mejor aprovechamiento de las superficies de pastoreo. La vegetación típica predominante está constituida por gramíneas forrajeras. También se hallan diseminadas en el área especies arbustivas y/o arbóreas de los géneros Buddleia y Escallonia, entre los principales que conforman bosques residuales aislados. Esta zona de vida la vegetación natural aprovechable está constituida básicamente de gramíneas de tipo forrajero.
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III.
CLIMATOLOGIA DE LA MICROCUENCA SHALLAP En general, existe una relación de dependencia entre las condiciones climáticas de una zona y el desarrollo de los diversos campos económicos y sociales, tales como la agricultura, la ganadería, la caza, la industria, el transporte, la vivienda, etc., obteniendo los óptimos beneficios cuando el clima es científicamente aprovechado. Las características climáticas de la micro cuenca Shallap permiten definir la zona, según la clasificación del Dr. L.R. Holdrige, como una formación Páramo muy húmedo Sub-Alpino, la que se encuentra ubicada en el sector andino conocido como puna y se extiende entre las cotas 3800 y 4800 msnm. El ambiente se caracteriza por presentar un clima muy húmedo y frígido; es decir con precipitaciones cuyo promedio anual esta alrededor de 1342.30 mm, con oscilaciones de 940.7 a 1845.27 mm, principalmente presentados en el período diciembre-marzo, en relación directa con la altitud.
3.1 PARÁMETROS CLIMATOLÓGICOS Los principales parámetros climáticos que definen o caracterizan el clima de la Micro cuenca Shallap y la zona de cultivos son: precipitación, temperatura, humedad relativa, evaporación, horas de sol y viento; son los de mayor importancia en cuanto a la tipificación o caracterización de la climatología de la Micro cuenca Shallap. Estos parámetros provienen de los registros de las distintas estaciones meteorológicas instaladas en la Sb cuenca del Río Quillcay y Sub cuencas vecinas. A continuación se muestra la descripción de los parámetros climatológicos.
3.1.1 Precipitación La precipitación se considera como la primera variable hidrológica y es la entrada natural del agua, dentro del balance hídrico de los agro-ecosistemas y de las cuencas hidrográficas. Se puede llamar precipitación a la caída del agua de las nubes ya sea en estado sólido o en estado líquido. Las pequeñas gotas de agua que forman las nubes son de dimensiones tan diminutas que se necesita reunir unos cuantos cientos de miles de esas pequeñas gotitas para formar una gota de llovizna, y varios millones de gotas para formar una gota grande de lluvia. 19
La información pluviométrica en la Micro cuenca proviene de los registros de 06 estaciones pluviométricas, que se ubican cercanos a la zona en estudio. 3.1.1.1 Régimen de la precipitación estacional Las características estacionales del clima en la Micro cuenca Shallap, se manifiestan principalmente en la variación del régimen de las precipitaciones. En el Cuadro Nº 3.1 se presenta el promedio multimensual de la precipitación total mensual de cada una de las estaciones pluviométricas, asimismo en la Figura Nº 3.1, se aprecia la uniformidad de variación de la precipitación en todas las estaciones, lo que demuestra el carácter estacional de la precipitación en toda la región. El comportamiento estacional de la precipitación de las estaciones pluviométricas consideradas en el presente estudio, de acuerdo a los periodos de lluvia, invierno y meses de transición, se detallan a continuación: El período de lluvias de mayor magnitud comienza a partir del mes de octubre y se prolonga hasta marzo, corresponde el 76.71 % en promedio de las estaciones, de las precipitaciones totales anuales. El período seco (invierno), comprende los meses de mayo a setiembre, las precipitaciones con sus mínimos valores llegan a ser del 12.30 % en promedio de las estaciones, de las precipitaciones totales anuales. Los meses transitorios corresponden a abril, octubre a noviembre, presentan el 2 8.44 % en promedio de las estaciones, de las precipitaciones totales anuales. En el Cuadro Nº 3.1 se muestran la variación mensual de las precipitaciones totales mensuales en cada estación meteorológica.
20
Cuadro Nº 3.1 Precipitación total mensual – Promedio multimensual Estaciones de la Sub cuenca del río Quillcay y Sub cuencas vecinas
Nº
Altitud
Estación
MES
msnm
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Total Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
Anual
1
Cahuish
4550
142.5
171.6
178.8
118.7 61.6 12.4 3.7
9.9 56.5
95.4
77.3
129.8
1058.3
2
Llaca
4639
193.8
203
173.4
140.3 70.5 66.9 0.9 10.3 61.5
83.6
89.6
120.3
1214.1
3
Chancos
2668
82.2
93.2
127.8
8.8
37.8
41.3
53.5
543.1
4
Uruashraju
4692
214.1
174.3
193
12 67.9
120.7
118.8
139.6
1244.3
5
Huaraz
3063
105.5
126.9
122.5
65.8 30.7
6.2 2.4
5.1 34.9
61.4
74.2
88.5
724.2
6
Recuay
3394
114.7
119.8
137.8
80.9
4.2 2.4
8.2 30.2
91.9
81.6
95.5
809.5
76.5
18.6
1.5 0.3
129.4 45.6 26.1 2.8 27
1.7
Fuente: Elaboración propia
Figura Nº 3.1 Variación Mensual de la Precipitación – Promedio multimensual Estaciones de la Sub cuenca del río Quillcay y Sub cuencas vecinas
1000 900 800 700 Cahuish
600
Llaca Chancos
500
Uruashraju 400
Huaraz Recuay
300 200 100 0 Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
21
3.1.1.2 Régimen de la precipitación anual La precipitación es una de las variables climáticas más importantes que influyen en la producción agrícola, puesto que la precipitación pluvial es, normalmente, la única fuente de humedad proporcionada al suelo. La información pluviométrica utilizada en el presente estudio proviene de los registros de 06 que están ubicadas cercanas al ámbito de la Micro cuenca. En la Figura Nº 3.2 se presenta en forma gráfica la distribución de precipitación total anual en la región de la Micro cuenca Shallap. Se observa que la precipitación total anual en la cuenca varía de 543.1 mm (Chancos) a 1244.3 mm (Uruashraju). Los valores más altos se registran en la parte alta de la Micro cuenca. Esta particularidad es a consecuencia de la alta radiación, vientos generalmente más fuertes a niveles más bajos.
Figura Nº 3.2 Precipitación total anual – Promedio multianual Estaciones de la Sub cuenca del río Quillcay y Sub cuencas vecinas
1400 1244.3
1214.1 1200
1058.3
1000 809.5 724.2
800 543.1
600 400 200 0 Cahuish
Llaca
Chancos
Uruashraju
Huaraz
Recuay
3.1.1.3 Variación espacial de la precipitación en la cuenca En la Figura Nº 3.3, mediante el trazado de las isolíneas de precipitación (isoyetas) se presenta la distribución espacial de la precipitación anual a nivel de la Micro cuenca del río Shallap, se observa que los valores de la precipitación total anual en la Micro cuenca Shallap varían de 1220 mm a 1380 mm. 22
Figura Nº 3.3 Distribución espacial de la precipitación total anual (mm) – Isoyetas Micro cuenca del río Shallap
23
3.1.2 Temperatura La temperatura del aire y sus variaciones diarias y estacionales son muy importantes para el desarrollo de las plantas, constituyendo uno de los factores primordiales que influyen directamente en la velocidad de su crecimiento, longitud de su ciclo vegetativo y en las fases de desarrollo de plantas perennes. La temperatura media mensual para la zona de cultivos, ha sido calculada tomando como referencia los datos de temperatura media mensual de la estación Huaraz, que se ubica cercano a la zona del proyecto. En el cuadro Nº 3.2, se muestra la temperatura media mensual para la zona del proyecto.
Cuadro Nº 3.2 Temperatura Media mensual (°C) para la zona de cultivos Estación de Referencia “Estación Huaraz”
Ene Feb
Mar
Abr
May Jun
Jul
Ago Sep
Oct
Nov
Dic
Medio
14.2 14.1 13.9 13.5 13.5 12.8 12.9 13.5 14.4 14.3 13.9
14
13.75
Las temperaturas medias más bajas se producen en el mes de junio, mientras que las más elevadas se registran en los meses de setiembre a marzo, por lo general centradas en Enero. La representación gráfica de la variación mensual de la temperatura media se ve en la Figura N° 3.4.
24
Figura Nº 3.4 Variación mensual de la temperatura media (ºC) – Promedio multimensual Estación Huaraz
15 14.5 14 13.5 13 12.5 12 Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
3.1.3 Humedad relativa Las estaciones cercanas al Litoral ofrecen registros con el más alto porcentaje de humedad y al mismo tiempo muy pequeña oscilación tanto en su valor promedio anual como en sus valores máximos y mínimos extremos; pero a medida que se avanza tierra adentro, si bien el promedio se hace más bajo, todos los valores sufren mayor oscilación. Los valores diarios de la humedad por lo general siguen los ciclos de la temperatura. Durante el día el valor de la humedad es bajo, mientras que en la noche tiende a aumentar como consecuencia de las temperaturas más bajas. Para el proyecto es recomendable usar los datos de la estación Huaraz, por ser la estación que se ubica cercana, con respecto a la zona de cultivos. La humedad relativa media mensual calculada para la zona de cultivos, se muestra en el cuadro Nº 3.3.
25
Cuadro Nº 3.3 Humedad Relativa Media mensual (°C) para la zona de cultivos Estación de Referencia “Estación Huaraz”
Ene
Feb
Mar
Abr
71
74
76
75
May Jun 70
62
Jul 63
Ago Sep 61
66
Oct
Nov
Dic
72
68
68
Total 68.83
La humedad relativa media mensual más bajas se producen en el mes de agosto, mientras que las más elevadas se registran en los meses de febrero a abril. La representación gráfica de la variación mensual de la humedad relativa media mensual se ve en la Figura N° 3.5.
Figura Nº 3.5 Variación mensual de la humedad relativa media (%) – Promedio multimensual Estación Huaraz 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
3.1.4 Evaporación La evaporación va en estrecha relación con la radiación solar, pues de la intensidad de esta última depende la mayor o menor temperatura del suelo, la cual se manifiesta a través de la evaporación de la humedad retenida. La evaporación media mensual para la zona en estudio, se muestra en el cuadro Nº 3.4. 26
Cuadro Nº 3.4 Evaporación Media mensual (°C) Estación de Referencia “Estación Huaraz”
Ene
Feb Mar
Abr
May
Jun
93.6
75.6
86.6
109.2
130.5 160.4 159.3 134.4 102.9 122.1 113.9
73.8
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Total
13.5
La evaporación media mensual más bajas se producen en el mes de marzo, mientras que las más elevadas se registran en los meses de julio a agosto. La representación gráfica de la variación mensual de la evaporación media mensual se ve en la Figura N° 3.69.
Figura Nº 3.6 Variación mensual de la evaporación media (mm) – Promedio multimensual Estación Huaraz 180 160 140 120 100 80 60 Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
27
IV.
PLUVIOMETRIA 4.1 GENERALIDADES Desde el punto de vista de la ingeniería hidrológica, la precipitación es la fuente primaria del agua de la superficie terrestre, y sus mediciones y análisis, forman el punto de partida de los estudios concernientes al uso y control del agua. Para poder explicar de mejor forma el suceso de la escorrentía superficial en la Micro cuenca del río Shallap, es necesario relacionarla con la precipitación y de esta forma, no sólo validar la información histórica disponible, sino también practicar una modelación matemática que reproduzca el proceso precipitación –escorrentía, para lo cual se requiere previamente cuantificar la incidencia simultánea de la precipitación sobre la cuenca, a lo que denominamos cálculo de la precipitación areal utilizando métodos convencionales de cálculo .
4.2 RED DE ESTACIONES METEOROLÓGICAS La información pluviométrica disponible corresponde a una red de seis (06) estaciones meteorológicas para el estudio de la precipitación, que están ubicadas cercanas a la Micro cuenca Shallap. Ver Cuadro 3.1.
4.3 ANÁLISIS DE CONSISTENCIA DE LA INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA El análisis de consistencia de la información hidrometeorológica es una técnica que permite detectar, identificar, cuantificar, corregir y eliminar los errores sistemáticos de la no homogeneidad e inconsistencia de una serie hidrometeorológica. Antes de proceder a efectuar el Modelamiento Matemático de cualquier serie hidrometeorológica es necesario efectuar el análisis de consistencia respectivo a fin de obtener una serie homogénea, consistente y confiable; porque la inconsistencia de datos puede producir un sobre y subdiseño de estructuras hidráulicas. El análisis de consistencia se realiza con tres métodos, tales como son:
Análisis visual de hidrogramas. Análisis de doble masa. Análisis estadístico.
28
Análisis Visual de hidrogramas Este análisis se realiza para detectar y identificar la inconsistencia de la información pluviométrica en forma visual, e indicar el período o los períodos en los cuales los datos son dudosos, lo cual se puede reflejar como “picos“ muy altos o valores muy bajos, “saltos” y/o “tendencias”, los cuales se deben comprobarse si son fenómenos naturales que efectivamente han ocurrido o son producidos por errores sistemáticos, mediante un gráfico o hidrograma de las series de análisis, en coordenadas cartesianas ploteando la información histórica de la variable pluviométrica a nivel anual y mensual; en las ordenadas se ubica los valores anuales o mensuales de la serie pluviométrica en unidades respectivas y en las abscisas el tiempo en años y meses.
Análisis de Doble Masa Después de haber analizado los hidrogramas de las series respectivas se realiza el análisis de doble masa. El diagrama de doble masa se obtiene ploteando en el eje de las abscisas el volumen anual promedio acumulado de la variable pluviométrica de las estaciones en unidades respectivas y en el eje de las ordenadas los volúmenes anuales acumulados de la variable pluviométrica en unidades correspondientes de cada una de las estaciones consideradas en el estudio. De los gráficos de doble masa se selecciona una estación más confiable, la que presenta el menor número de quiebres, la cual se usará como estación base para el análisis de otras estaciones. En este análisis, los errores producidos por los fenómenos naturales y sistemáticos son detectados mediante los “quiebres” que se presentan en los diagramas y permite determinar el rango de los períodos dudosos y confiables para cada estación en estudio, la cual se debe corregirse utilizando ciertos criterios estadísticos.
Análisis estadístico Análisis de Saltos Después de haber analizado los hidrogramas originales y los diagramas de doble masa se obtiene los períodos de posible corrección y los períodos de datos que se mantendrán con sus valores originales, se procede al análisis estadístico de Saltos, en los parámetros como la media y la desviación estándar. 29
La consistencia en la media se realiza mediante la prueba estadística "T" de Students y para la desviación estándar el análisis estadístico consiste en probar, mediante la prueba estadística de "F" de Fisher. Si los parámetros la media y la desviación estándar de los períodos considerados en el análisis son iguales estadísticamente, entonces no se corrige la información de lo contrario se debe corregirse. Después de todo el análisis respectivo la información es una serie homogénea, confiable y consistente al 95% de probabilidad. La fuente de análisis de consistencia de la precipitación, se ha tomado del Informe Final Propuesta de Asignación de Agua Superficial en Bloques – Cuenca Alta del Río Santa, elaborado por A. Quesquén – PROFODUA – FASE II, IRH-INRENA, en dicho informe han sido analizadas treinta y cinco (35) estaciones de precipitación, agrupándose de acuerdo a su período común. La agrupación de las estaciones se presenta para las estaciones consideradas en el presente estudio.
Grupo 1, este grupo se conformó para analizar cuatro (04) estaciones en el período de 1953/1971 y se constituyó con las estaciones Chancos, Huaraz, Llanganuco y Parón; y sus valores acumulados se compararon con la estación promedio, conforme se presenta en el Cuadro DDM-A1 y Fig. DDM-A1, en la cual se observa que el diagrama de la estación Chancos no presenta quiebres significativos, considerándose como estación base para verificar la consistencia de las otras estaciones, conforme se presenta en el Cuadro DDM-A2 y Fig. DDM-A2, en la cual se observa que la estación Llanganuco es consistente y la estación Parón con mayores quiebres, necesitándose una análisis estadístico. Grupo 2, este grupo se conformó para analizar seis (06) estaciones en el período de 1954/1993 y se constituyó con las estaciones Recreta, Yanacocha, Cahuish, Pachacoto, Querococha y Shacaypampa; primeramente se compararon los valores acumulados con el promedio acumulado de estas estaciones conforme se presenta en el Cuadro DDM-A3 y Fig. DDM-A3, en la cual se observa que el diagrama de la estación Pachacoto sigue una tendencia lineal sin quiebres significativos, la cual se ha tomado como base para analizar la consistencia de las otras estaciones, conforme se presenta en el Cuadro DDM-A4 y Fig. DDM-A4, en la cual se observa que las estaciones Yanacocha y Shacaypampa, se consideran consistentes por su tendencia lineal y los valores de las estaciones Recreta, Cahuish y Querococha presentan mayores quiebres, necesitándose una análisis estadístico para verificar su consistencia.
30
Grupo 3, este grupo se conformó para analizar cuatro (04) estaciones en el período de 1966/1969-2001/2005 y se constituyó con las estaciones Aija, Cajamarquilla, Recuay y Pira; primeramente se compararon los valores acumulados con el promedio acumulado de estas estaciones conforme se presenta en el Cuadro DDM-A5 y Fig. DDM-A5, en la cual se observa que el diagrama de la estación Recuay sigue una tendencia lineal sin quiebres significativos, la cual se ha tomado como base para analizar la consistencia de las otras estaciones, conforme se presenta en el Cuadro DDM-A6 y Fig. DDM-A6, en la cual se observa que las tres (03) estaciones restantes presenta quiebres significativos, necesitándose un análisis estadístico para verificar su consistencia. Grupo
4, este grupo se conformó para analizar tres (03) estaciones en el período de 1984/1901 y se integró con las estaciones Huarapasca, Uruashraju y Llaca; primeramente se compararon los valores acumulados con el promedio acumulado de estas estaciones conforme se presenta en el Cuadro DDM-A7 y Fig. DDM-A7, en la cual se observa que el diagrama de la estación Huarapasca tiene una tendencia lineal sin quiebres significativos, la cual se ha tomado como base para analizar la consistencia de las otras dos estaciones, tal como se presenta en el Cuadro DDM-A8 y Fig. DDM-A8 en que se observa que la estación Llaca presenta quiebres significativos, por lo que necesita un análisis estadístico para verificar su consistencia.
Análisis de Homogeneidad Este análisis efectuó con la finalidad de verificar la homogeneidad de los valores aparentemente confiables de precipitación de las estaciones que presentan quiebres significativos, analizados en los diagramas de doble masa, para lo cual se ha dividido el registro de precipitación en dos períodos, uno de los cuales es considerado homogéneo y el otro dudoso. En el Cuadro N° 4.1, se presentan estos períodos. Se ha utilizado la prueba “T” para la verificación de la hipótesis de igualdad de medias y la prueba de “F” para verificar la hipótesis de igualdad de la desviación estándar; ambos con un nivel de confiabilidad del 95 %. En el Cuadro N° 4.2, se muestran los estadísticos del análisis de homogeneidad, resultando que 15 estaciones no son homogéneas en sus valores históricos las cuales fueron homogenizadas utilizando cualquiera de las dos (02) expresiones siguientes: 31
A)
X’t1 = Xt – X1 * S2 + X2 S1
B)
X’t2 = Xt – X2 * S1 + X1 S2
Donde: X't1 y X’t2 = Valor homogenizado. Xt = Valor que se va a corregir. X1, S1 = Media y desviación estándar del primer período. X2, S2 = Media y desviación estándar del segundo período. La expresión A), se aplica cuando el período 2 es homogéneo y la B), cuando el período 1 es homogéneo. En nuestro caso se aplicó la expresión A .
Cuadro Nº 4.1 Analisis de Doble Masa Períodos Dudosos y Confiables Grupo
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 4
Estaciones
Periodo Dudoso
Periodo Confiable
Huaraz
1953/1971
1972/1993
Parón
1953/1974
1975/1994
Recreta
1954/1972
1973/1993
Cahuish
1954/1968
1969/1993
Querococha
1954/1967
1968/1993
Llaca
1988/1991
1984/1987
Uruashraju
1988/1991
1984/1987
FUENTE: A- QUESQUEN “PROPUESTA DE ASIGNACION DE AGUA SUPERFICIAL EN BLOQUES (VOLÚMENES ANUALES Y MENSUALES) PARA LA FORMALIZACION DE LOS DERECHOS DE USO DE AGUA CUENCA ALTA DEL RIO SANTA – MICROCUENCAS CASCA Y MONTERREY (2006)”
32
Cuadro Nº 4.2 Analisis de homogeneidad
Estaciones
Prueba de "T"
Prubea de "F"
Tcalculado Ttabular Fcalculado Ftabla
Media U(1)
U(2)
Desviación Estandar Dest(1) Dest(2)
Varianza Var(1)
Var(2)
Periodos
Homo-
P(1)
P(2)
géneo
Cahuish Histórica Cahuish Homogenizada
-1.826
1.964
1.462
1.240
72.655
85.156
63.794
77.130 4069.710 5949.055
1954/1968
1969/1993
NO
0.080
1.964
1.017
1.240
85.738
85.156
76.469
77.130 5847.440 5949.055
1954/1968
1969/1993
SI
Huaraz Histórica Huaraz Homogenizada
-3.484
1.965
1.364
1.250
43.646
61.055
50.547
59.042 2554.962 3485.994
1953/1971
1972/1993
NO
0.000
1.965
1.011
1.250
61.055
61.055
59.364
59.042 3524.039 3485.994
1953/1971
1972/1993
SI
Llaca
0.996
1.994
1.154
1.740
109.803
92.011
87.548
81.499 7664.640 6642.123
1984/1987
1988/1991
SI
Recuay Histórica Recuay Homogenizada
-1.455
1.984
1.910
1.580
52.167
68.319
46.338
64.037 2147.178 4100.732
1966/1969
2001/2005
NO
0.042
1.984
1.019
1.580
68.841
68.319
63.449
64.037 4025.748 4100.732
1966/1969
2001/2005
SI
* : Información corregida
(1) y (2) : Periodo 1 y periodo 2
FUENTE: A- QUESQUEN “PROPUESTA DE ASIGNACION DE AGUA SUPERFICIAL EN BLOQUES (VOLÚMENES ANUALES Y MENSUALES) PARA LA FORMALIZACION DE LOS DERECHOS DE USO DE AGUA CUENCA ALTA DEL RIO SANTA – MICROCUENCAS CASCA Y MONTERREY (2006)”
4.4 COMPLETACION Y EXTENSION DE LA INFORMACION PLUVIOMETRICA La completación y extensión de la información pluviométrica se realiza con el fin de obtener una serie completa y de un período uniforme. Para la completación y extensión de la información pluviométrica se ha utilizado el software hidrológico denominado Hec-4 Monthly Streamflow Simulation, desarrollado por el Hydrologic Engineering Center de los Estados Unidos de América. La completación y extensión de registros de la información pluviométrica, se ha desarrollado utilizando la información consistente y confiable obtenida en el análisis anterior. Los registros de precipitaciones mensuales de las estaciones consideradas en el presente estudio, se han completado y extendido del período 1953-2006. Para la completación y extensión de la información histórica y homogenizada, las estaciones se asociaron en siete grupos:
Grupo 1:
Parón, Chancos, Huaraz, Llanganuco, Pachacoto y Shacaypampa.
Grupo 2:
Shacaypampa, Recreta, Yanacocha, Cahuish y Querococha.
Grupo 3:
Cahuish, Huarapasca, Llaca, Paccharuri, Urushjaru y Yanamarey.
33
La completación se realizó en base a la primera estación, así tenemos que en el grupo 1, se completó y extendió las 06 estaciones que se señalan en el mencionado grupo; en el grupo 2, se completó y extendió 04 estaciones: Recreta, Yanacocha, Cahuish y Querococha; y el grupo7, se completó y se extendió 05 estaciones: Huarapasca, Llaca, Paccharuri, Urushjaru y Yanamarey. La data de la información de precipitación completadas y extendidas se, se han utilizado para elaborar las isoyetas de la Micrco cuenca de Shallap. En el cuadro 4.3 se muestra la información del promedio multimensual, de las precipitaciones mensuales completadas y extendidas.
Cuadro Nº 4.3 Precipitación total mensual (mm) – Promedio multimensual (1953-2006) Estaciones de la Sub cuenca Quillcay y Sub Cuencas vecinas
Nº
MES
Estación Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Total Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
Anual
1
Cahuish
142.5
171.6
178.8
118.7 61.6 12.4 3.7
9.9 56.5
95.4
77.3
129.8
1058.3
2
Llaca
193.8
203
173.4
140.3 70.5 66.9 0.9 10.3 61.5
83.6
89.6
120.3
1214.1
3
Chancos
82.2
93.2
127.8
8.8
37.8
41.3
53.5
543.1
4
Uruashraju
214.1
174.3
193
12 67.9
120.7
118.8
139.6
1244.3
5
Huaraz
105.5
126.9
122.5
65.8 30.7
6.2 2.4
5.1
34.9
61.4
74.2
88.5
724.2
6
Recuay
114.7
119.8
137.8
80.9
4.2 2.4
8.2 30.2
91.9
81.6
95.5
809.5
76.5 18.6
1.5 0.3
129.4 45.6 26.1 2.8 27
1.7
4.5 PRECIPITACION AREAL EN LA MICROCUENCA SHALLAP Es aquella precipitación hidrológica que cae sobre una cuenca determinada. Esta precipitación se puede calcular mediante los métodos de polígono de Thiessen, las Isoyetas y el aritmético, los más usados en hidrología. La precipitación total mensual sobre la Micro cuenca Shallap, se ha calculado según el método de Thiessen modificado, a partir de las estaciones meteorológicas dentro y alrededor de la cuenca, teniendo en cuenta la gradiente de lluviosidad calculada de datos a partir de las mismas estaciones.
34
Método de Thiessen modificado Cuando el cálculo de la precipitación en una cuenca debe hacerse repetidas veces (por ejemplo, año a año en una serie larga), puede resultar tediosa la confección de un número tan grande de planos de isoyetas, éste método se inspira en el proceso Thiessen, pero intenta subsanar algunas de sus deficiencias. La primera objeción al mismo se debe al criterio seguido en la delimitación de área de influencia, atendiéndose exclusivamente a la distribución en planta de las estaciones pluviométricas y situando fronteras en mediatrices. Convendrá establecer esos límites con un sentido menos geométrico y más hidrológico, por ejemplo, haciéndolos coincidir con la divisoria de las cadenas de montañas que puede existir en el interior de la cuenca. Pero la primera impresión del método de Thiessen consiste en admitir, con carácter general, como lluvia media de un área de influencia, la precipitación de la estación a ella asociada, cuando frecuentemente se encuentra casos en que la diferencia entre ambos valores es apreciable. Una aproximación al problema es considerar que la fluctuación de ambas precipitaciones sigue una misma distribución espacial, es decir, oscilando homogéneamente manteniendo sus proporciones relativas; (esta aproximación es más exacta cuando mayor sea el periodo de tiempo considerado), dicho de otra forma; la relación entre la precipitación media en ese entorno y la de la estación, es la misma de un año a otro e igual a la deducida del plano de isoyetas medias anuales del periodo considerado . Denominando: m
P a
S Si m
P i
m
P ai
: Precipitación media areal sobre la cuenca (deducible del plano de isoyetas) : Superficie total de la cuenca : Superficie del área de influencia de la estación i : Precipitación media de la estación i : Precipitación media areal sobre el área de influencia de la estación i (deducible del plano de isoyetas) 35
n
: Número de polígonos o áreas de influencia dentro de la cuenca de las estaciones consideradas.
Haciendo: m
K i
P ai
m
P i
Igualando los volúmenes de precipitación sobre la cuenca. n m
P a
n m
S P ai S i i 1
K
i
m
P i S i
i 1
Se deduce: n K i S i m P i C i P i m S i i n
m
P a
1
1
Siendo Ci los coeficientes de Thiessen modificado que son igual a S i S
K i S i S
, donde
coincide con los coeficientes de un Thiessen puramente geométrico.
Admitiendo la hipótesis de Ci permanece constante cualquiera que sea el periodo considerado, se obtiene: n
P
a j , k
C i P i j , k i 1
Donde: Ci
: Coeficiente de ponderación de Thiessen modificado correspondiente a la estación i Pi j,k : Precipitación en la estación i en el mes j y año k Pa j,k : Precipitación areal sobre la cuenca en el mes j y año k n : Número de estaciones cuyos polígonos de influencia afectan a la cuenca Los coeficientes pluviométricos de Thiessen Modificado de las estaciones pluviométricas en la Micro cuenca del río Shallap se muestran en el Cuadro Nº 4.4.
36
Cuadro N° 4.4 Área de influencia de las estaciones pluviométricas – Micro Cuenca río Shallap Isoyeta Estación
A C A L L
U J A R H S A U R U
PP Entre Area Entre Isoyetas Isoyetas
i
Inf.
Z A R A U H
PP Media Areal de la Est. i
- Sup.
Pi
Ai
Pi * Ai
1240 - 1260
1250
0.44
550.00
1260
1280
1270
2.28
2 895.60
1280
1300
1290
3.45
4 450.50
1300 - 1320
1310
0.91
1 192.10
S
7.08
9 088.20
1300 - 1320
1310
0.88
1 152.80
1320 - 1340
1330
1.67
2 221.10
1340 - 1360
1350
1.49
2 011.50
1360 - 1380
1370
1.21
1 657.70
1380 - 1400
1390
0.80
1 112.00
1400 - 1420
1410
0.29
408.90
1420 - 1440
1430
0.09
130.13
S
6.43
8 694.13
1280 - 1300
1290
0.47
606.30
1300
1320
1310
2.32
3 039.20
1320
1340
1330
2.55
3 391.50
1340
1360
1350
2.77
3 739.50
1360
1380
1370
3.56
4 877.20
1380
1400
1390
2.97
4 128.30
1400
1420
1410
2.19
3 087.90
1420 - 1440
1430
1.05
1 501.50
S
17.88
24 371.40
PP Media de la Est. i
Pai / Pi
Coeficiente SAi / SAt Pluviométrico
i
Ki * ci
A Pai
Pi
Ki
ci
Ci
1283.64
724.20
1.77
0.225
0.400
1351.91
1214.10
1.11
0.20
0.23
1363.05
1244.30
1.10
0.57
0.62
La precipitación mensual generada para la Micro cuenca Shallap, por el método de Thiessen Modificado, se muestra en el Cuadro Nº 4.5.
37
Cuadro N° 4.5 Generación Precipitación Mensual – Método Thiessen Modificado - Micro Cuenca río Shallap Año/m es
Ene
Feb
Mar
Abr
Oct
Nov
Dic
Total
1953
209.86
230.73
193.91
190.27
25.54
37.98
0.47
3.70
56.73
106.14
155.67
130.44
1341.44
1954
306.66
149.26
182.86
214.20
44.08
16.78
0.05
2.12
59.62
110.34
117.86
165.56
1369.39
1955
212.04
279.01
1 95.08
204.17
42.62
2.69
1.95
7.97
60.65
85.28
132.38
199.70
1423.54
1956
274.65
303.95
186.77
144.54
52.60
14.53
1.25
15.68
73.45
71.93
123.63
121.66
1384.64
1957
146.33
191.11
179.48
165.97
112.69
44.77
0.45
4.83
66.30
114.58
202.00
153.30
1381.81
1958
152.53
1 81.09
1 46.48
1 64.44
44.32
7.18
1.02
3.71
48.20
2 11.54
81.90
35.83
1078.24
1959
195.39
228.42
202.47
109.74
37.62
20.48
1.21
9.45
61.64
132.21
94.95
125.97
1219.55
1960
286.11
186.70
165.42
214.72
38.31
386.24
0.56
21.43
47.02
90.08
135.29
161.39
1733.27
1961
347.03
149.37
274.22
189.16
33.27
37.27
0.00
0.12
95.62
63.44
119.78
182.72
1492.00
1962
276.83
190.57
2 43.45
119.16
34.91
18.61
0.50
0.71
76.58
65.46
119.88
97.93
1244.59
1963
229.38
170.39
254.04
174.96
20.38
113.03
0.00
0.67
47.85
171.00
139.12
137.44
1458.26
1964
196.94
154.84
209.37
139.92
57.38
46.32
3.96
17.22
33.52
122.05
116.60
77.67
1175.79
1965
192.76
182.88
214.15
109.32
60.52
17.41
0.69
1.61
107.39
272.44
94.10
93.17
1346.44
1966
137.72
210.69
140.31
128.92
44.46
10.41
1.25
1.50
50.23
232.23
108.27
120.32
1186.31
1967
227.63
253.17
2 49.59
96.98
71.45
37.39
1.16
13.09
53.31
340.75
89.33
20.83
1454.68
1968
180.15
178.25
1 92.18
85.38
43.18
35.44
1.08
26.91
61.03
228.82
87.02
47.97
1167.41
1969
133.33
175.34
154.00
153.68
32.92
17.77
0.65
22.63
31.71
73.67
104.82
226.40
1126.92
1970
235.87
156.41
190.58
156.41
78.09
42.29
0.00
8.65
105.56
97.11
129.53
170.18
1370.68
1971
160.15
217.25
276.69
124.41
61.76
5.57
0.81
30.50
65.92
96.94
125.81
221.31
1387.12
1972
181.47
170.11
308.35
108.58
63.97
20.58
1.83
11.00
99.01
73.30
150.11
202.51
1390.82
1973
215.07
192.46
188.08
170.54
35.70
22.29
0.12
15.06
70.40
157.26
125.50
163.27
1355.75
1974
230.51
232.10
1 51.43
133.05
40.15
4.79
9.56
5.23
93.68
66.83
112.16
179.59
1259.08
1975
295.53
181.09
334.93
110.44
57.60
2.57
1.97
29.88
89.37
112.30
116.58
148.61
1480.87
1976
301.46
182.20
186.53
170.08
53.36
11.81
5.19
7.12
56.47
49.79
121.98
142.47
1288.46
1977
209.13
263.97
207.03
148.58
52.08
76.39
0.50
5.64
68.03
72.30
147.06
206.29
1457.00
1978
196.24
214.61
129.13
177.41
76.97
2.95
2.58
10.95
112.51
75.14
137.97
195.82
1332.28
1979
135.64
172.68
2 51.89
96.54
56.56
10.17
0.56
4.44
87.49
46.69
131.47
186.09
1180.22
1980
205.96
179.89
182.49
88.03
65.09
81.17
0.62
17.24
57.48
190.22
159.72
167.02
1394.93
1981
197.03
302.76
211.38
97.48
33.67
28.41
2.40
54.53
45.34
86.24
124.88
144.49
1328.61
1982
183.25
265.49
174.74
113.40
105.47
6.82
0.28
5.81
58.48
86.35
194.17
142.11
1336.37
1983
178.73
126.49
1 97.64
173.20
60.56
39.08
8.45
5.25
82.42
70.89
97.30
184.04
1224.05
1984
226.06
321.96
320.33
120.30
76.16
36.55
25.61
10.15
52.72
167.35
87.79
150.74
1595.72
1985
128.58
210.36
232.38
78.41
58.33
13.50
9.17
26.58
154.97
51.80
116.11
208.93
1289.12
1986
222.93
211.97
189.04
167.51
24.68
0.05
11.55
40.38
25.98
55.95
146.22
112.90
1209.16
1987
261.34
220.77
197.71
170.40
113.77
5.39
21.33
17.92
68.93
78.99
152.49
200.41
1509.45
1988
268.18
246.02
142.42
185.28
86.69
15.27
0.16
0.27
72.08
101.12
122.29
144.92
1384.70
1989
279.93
231.76
2 05.54
145.20
41.86
9.68
0.00
32.61
47.43
149.69
57.45
15.39
1216.54
1990
181.31
119.61
160.99
100.23
96.55
35.59
9.99
1.50
34.84
155.26
120.82
97.21
1113.90
1991
151.47
95.12
169.24
155.19
124.35
0.00
0.00
0.00
55.35
107.44
126.21
110.55
1094.92
1992
135.48
1 64.06
1 29.77
1 05.49
57.78
27.01
0.00
26.06
59.24
94.00
85.65
55.53
940.07
1993
252.04
224.01
224.01
137.50
35.52
101.42
0.14
30.16
104.27
200.38
200.48
335.34
1845.27
1994
312.68
220.53
2 57.09
153.05
27.95
66.93
0.02
0.59
35.58
32.34
114.01
99.52
1320.29
1995
192.43
180.41
196.03
152.33
52.27
48.50
0.46
6.15
81.61
38.93
116.89
201.54
1267.55
1996
312.62
239.91
218.67
125.06
67.93
29.84
3.76
6.60
48.96
304.70
99.60
105.44
1563.09
1997
196.08
158.74
158.36
114.90
67.32
51.69
4.02
2.87
74.51
118.50
107.47
130.60
1185.06
1998
244.51
202.36
205.22
141.22
54.05
22.94
0.00
9.11
67.55
128.74
115.37
102.07
1293.14
1999
279.06
299.48
301.93
101.94
62.97
48.86
1.66
0.81
79.49
93.59
135.42
169.74
1574.95
2000
249.24
285.24
251.49
129.70
62.05
11.73
1.30
9.40
83.73
79.34
118.67
230.92
1512.81
2001
281.09
184.87
251.95
136.28
46.99
8.95
4.44
7.02
99.87
108.02
154.26
205.38
1489.12
2002
229.63
246.99
264.20
117.21
55.40
13.73
1.68
3.77
91.66
136.59
162.11
184.84
1507.81
2003
199.38
180.88
1 87.13
130.04
51.06
27.34
1.28
8.41
63.55
100.76
94.61
86.87
1131.31
2004
172.21
224.36
165.84
113.81
64.65
20.43
6.12
3.67
87.74
113.14
150.76
188.56
1311.29
2005
257.73
177.06
266.75
113.14
53.94
14.80
0.25
16.89
72.92
132.55
105.50
245.55
1457.08
2006
208.87
188.07
207.62
137.43
47.13
7.49
1.63
16.76
111.70
97.24
117.18
159.82
1300.94
128.58 95.12 129.13 78.41 20.38 347.03 321.96 334.93 214.72 124.35 219.89 205.70 208.86 138.99 56.79
0.00 386.24 34.02
0.00 25.61 2.88
Min. Max. Prom.
May
Jun
Jul
Ago
Sep
0.00 25.98 32.34 57.45 15.39 940.07 54.53 154.97 340.75 202.00 335.34 1845.27 11.90 70.33 118.88 124.15 149.91 1342.29 38
4.6 ANÁLISIS DE PERSISTENCIA DE LAS DESCARGAS MEDIAS MENSUALES Según recomendaciones nacionales e internacionales, la disponibilidad de agua para atender las demandas de riego se deben determinar con un nivel de persistencia de 75% de probabilidad. El análisis estadístico de probabilidad de ocurrencia de las descargas medias mensuales, para fines de riego, la fórmula de Weibull es universalmente utilizada, cuya ecuación es la siguiente: P ( X
m x ) N 1
(4.1)
m
Donde: n : Número total de datos de la muestra. m : Posición de un valor en una lista ordenada por magnitud descendente del respectivo valor de caudal al que se refiere la probabilidad P de excedencia. Para el análisis de persistencia de las precipitaciones medias mensuales en la Micro cuenca Shallap (1953-2006), se ha empleado la información de precipitación generada, que se indica en el Cuadro Nº 4.5. Utilizando la información de las precipitaciones mensuales generadas para la Micro cuenca Shallap, y aplicando la ecuación (4.1), se ha realizado el análisis de persistencia al 50, 75, 90 y 95% de probabilidad. En el cuadro 4.6 se muestra el resultado del análisis de persistencia de las precipitaciones medias de la Micro cuenca Shallap.
Cuadro Nº 4.6 Persistencia de las precipitaciones medias mensuales (mm) – Micro Cuenca Shallap Persistencia Promedio P(50%) P(75%) P(90%) P(95%)
Ene 219.9 211.0 181.4 142.0 134.9
Feb 205.7 191.8 176.6 152.1 124.8
Mar 208.9 197.7 178.3 149.0 137.7
Abr 139.0 136.9 112.5 97.2 87.4
May 56.8 54.0 41.4 33.1 25.3
Mes Jun 34.0 20.5 10.0 3.9 1.9
Jul 2.9 1.1 0.3 0.0 0.0
Ago 11.9 8.2 3.7 0.7 0.2
Set Oct Nov Dic 70.3 118.9 124.2 149.9 66.9 100.9 120.4 152.0 53.2 73.6 107.0 109.3 40.5 53.9 88.6 66.6 33.1 44.8 84.7 32.1
Prom. Anual 1342.3 105.12 87.28 68.97 58.91
39
Gráfico Nº 4.1 Variación mensual de las precipitaciones medias (mm) – Micro Cuenca Shallap 1000.0 900.0 800.0 700.0 P(95%)
600.0
P(90%) 500.0
P(75%)
400.0
P(50%)
300.0
Promedio
200.0 100.0 0.0 Ene Feb Mar Abr May Jun
Jul
Ago Set
Oct Nov Dic
40
V.
HIDROMETRIA 5.1 GENERALIDADES La hidrometría se encarga de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río, canal o tubería en la unidad de tiempo. Los escurrimientos en una cuenca se dividen en tres componentes: superficial, subsuperficial y subterráneo, en el presente se trata del primero. El superficial es el que se manifiesta por encima del terreno natural, primariamente laminar hasta que luego se va concentrando en cauces, y sale finalmente de la cuenca. Se lo denomina rápido, por el tiempo es el primer escurrimiento que se manifiesta en la sección de control de la cuenca. Sistema hidrométrico.- Es el conjunto de actividades y procedimientos que permiten conocer los caudales de agua que circulan en los cauces de los ríos y canales de un sistema de riego, con el fin de registrar, procesar y programar la distribución del agua. El sistema hidrométrico tiene como soporte físico la red hidrométrica. Red hidrométrica.- Es el conjunto de puntos ubicados estratégicamente en el sistema hidrográfico. Los puntos de medición deben ser adecuadamente ubicados a fin de determinar el caudal que circula en toda la red hidrográfica. Puntos de control.- Son los lugares donde se registran los caudales de agua que circulan por una sección hidráulica que pueden ser: estaciones hidrométricas, estructuras hidráulicas, compuertas, caídas, vertederos, medidores Parshall, RBC, ASC (Aforador Sin Cuello), miras, etc. Caudal.- Es el volumen de agua por unidad de tiempo que pasa por una sección de un cauce. Sus unidades normales son m 3/s ó l/s.
5.2 ESTACION HIDROMETRICA QUILLCAY La estación hidrométrica Quillcay, geográficamente se localiza en las coordenadas geográficas de 09°31'24'' de latitud sur y 77°31'39'' de longitud oeste, y a una altitud de 3091 msnm. 41
Se ubica en la parte baja de la Sub cuenca del río Quillcay, mide todo el escurrimiento de la sub cuenca, incluida la Micro cuenca Shallap. El registro histórico disponible de descargas medias mensuales en la estación hidrométrica Quillcay es continuo del período 1954-1998, con 45 años de información, lo cual corresponde a caudales naturales, actualmente no se registran datos debido a que la Empresa EGENOR, lo tiene abandonada.
5.3 ANÁLISIS DE CONSISTENCIA DE LA INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA El análisis de consistencia de las descargas medias mensuales, se ha realizado similarmente con la misma metodología descrita en el análisis de la información pluviométrica. La fuente de análisis de consistencia de las descargas mensuales, se ha tomado del Informe Final Propuesta de Asignación de Agua Superficial en Bloques – Cuenca Alta del Río Santa, elaborado por A. Quesquén – PROFODUA – FASE II, IRHINRENA, en dicho informe han sido analizadas treinta y cinco (15) estaciones hidrométricas, agrupándose de acuerdo a su período común. La agrupación de las estaciones se presenta para las estaciones consideradas en el presente estudio.
Grupo 1, este grupo se conformó para analizar dos (02) estaciones en el período de 1970/1998 y se formó con las estaciones Olleros y Quilcay; se compararon los valores acumulados con el promedio acumulado de estas estaciones conforme se presenta en el Cuadro DDM-B1 y Fig. DDM-B1, en la cual se aprecia que el diagrama de la estación Quilcay tiene una tendencia lineal sin quiebres significativos, tomándose como base para analizar la consistencia de la otra estación, conforme se presenta en el Cuadro DDM-B2 y Fig. DDM-B2, en la cual se observa que la estación Olleros presenta quiebres aparentemente significativos, necesitándose un análisis estadístico para verificar su consistencia.
5.4 ANÁLISIS DE PERSISTENCIA DE LAS DESCARGAS MEDIAS MENSUALES Utilizando la información de las descargas medias de la estación Quillcay, y aplicando la ecuación (1), se ha realizado el análisis de persistencia al 50, 75, 90 y 95% de probabilidad. En los cuadros 5.1 y 5.2 se muestra el resultado del análisis de persistencia de las descargas medias y volúmenes de descargas del río Quillcay, respectivamente.
42
Cuadro Nº 5.1 Persistencia de las descargas medias mensuales (m3 /s) – Estación Quillcay Mes
Persistencia Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
Anual
10.48
11.54
11.37
8.58
5.44
3.73
2.99
3.41
4.07
5.38
7.55
9.10
6.97
10.040 11.617 11.321 8.368 5.354 3.739 3.145 3.382 3.857 5.338 7.105 8.869
6.84
Promedio P(50%)
Prom.
P(75%)
8.799
9.511
8.777 7.057 4.723 3.087 2.357 3.083 3.427 4.558 6.025 6.878
5.69
P(90%)
7.369
8.869
7.722 5.084 4.324 2.605 1.803 2.345 3.153 4.390 5.359 5.322
4.86
P(95%)
6.215
6.712
7.002 4.081 3.637 2.355 1.582 1.764 3.069 2.904 3.815 3.423
3.88
Cuadro Nº 5.2 Volumen de descargas medias mensuales (hm3 /) – Estación Quillcay Mes
Persistencia Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Prom. Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
Anual
Promedio
28.06 27.92 30.44 22.25
14.58 9.66
8.01 9.12 10.55 14.42 19.58 24.39
18.25
P(50%)
26.89 28.10 30.32 21.69
14.34 9.69
8.42 9.06 10.00 14.30 18.42 23.75
17.92
P(75%)
23.57 23.01 23.51 18.29 12.65 8.00
6.31 8.26
8.88 12.21 15.62 18.42
14.89
P(90%)
19.74 21.46 20.68 13.18 11.58 6.75
4.83 6.28
8.17 11.76 13.89 14.25
12.71
P(95%)
16.65 16.24 18.75 10.58
4.24 4.72
7.95
10.15
9.74 6.10
7.78
9.89
9.17
43
Gráfico Nº 5.1 Variación mensual de los volúmenes de descargas medias (hm3) – Estación Quillcay 140.00 120.00 100.00 P(95%) 80.00
P(90%) P(75%)
60.00
P(50%) Promedio
40.00 20.00 0.00 Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
44
VI.
DISPONIBILIDAD DE AGUA 6.1 GENERARALIDADES En las zonas de Shallap, Huapish y Toclla, ubicados en la cuenca Alta del río Santa, los cultivos son irrigados con las aguas superficiales producidos por las lluvias y los deshielos que se producen en esta zonas, estos últimos aseguran un caudal constante en el período de estiaje con los cuales permite cubrir una demanda sostenida, aunque en las últimas décadas se está produciendo un proceso acelerado de descongelamiento de los nevados existentes. El río Shallap abastece de agua a las zonas de Riego que abarca el proyecto, en donde la distribución de agua bajo riego, se realiza a través de los canales existentes en estos valles interandinos. Todos los ríos de la margen derecha de la cuenca Alta del río Santa, mantienen sus volúmenes de agua, mas no los de la margen izquierda y prácticamente se mantienen con caudales durante todo el año, sobresaliendo los mayores volúmenes en los primeros meses del año y disminuyendo en el período de estiaje, en donde los deshielos conservan un caudal constante. La información hidrológica está referida a los datos históricos de precipitación total mensual y de descargas medias mensuales que se han registrado en la cuenca Alta del río Santa. La información existente en esta cuenca, data desde la década de los años 40, hasta nuestros días, siendo registradas por Instituciones como Electroperú, SENAMHI; y en los últimos años, por Egenor, Unidad de Glaciología y Recursos Hídricos (UGRH) del Inrena. Se ha recopilado información de estas Instituciones y también de estudios realizados tanto de ONERN, como de otras fuentes, con las cuales se ha realizado un análisis previo para obtener finalmente una información consistente, homogenizada y extendida a un período común que permita estimar los escurrimientos de agua, de estas zonas. Como se ha mencionado anteriormente la información hidrológica analizada corresponde tanto a las estaciones de precipitación, que son las fuentes del escurrimiento; a las descargas, en donde está incluida una parte de la precipitación y otra de los dehielos de la Cordillera Blanca. 45
6.2 IDENTIFICACION DEL TIPO DE SISTEMA DE OFERTA HIDRICA La oferta hídrica de la cuenca alta del río Santa es típico de un Ambito Formalizable Tipo II, que corresponde a un Sistema de Cuenca Alta No Regulado, es decir que las descargas se presentan tal cual ocurren en la naturaleza, con aporte de las precipitaciones, lagunas, nevados y puquiales .
6.3 NATURALIZACION DE CAUDALES En la cuenca alta del río Santa, principalmente en la zona de estudio, a partir de la estación La Balsa hacía aguas arriba, prácticamente sus caudales no se encuentra afectados por importantes derivaciones de las aguas superficiales ni por el aporte de agua de las lagunas naturales existentes en las diferentes microcuencas. Por lo que es necesario señalar que una de las fuentes de abastecimiento de agua provienen directamente de la escorrentía producida por las precipitaciones, y que las pocas lagunas naturales controladas con regulación temporal, en donde sus aportes no son tan importantes, ni significativas que alteren el régimen natural del río principal y que conjuntamente con los manantiales existentes como los deshielos de los glaciales que conforman el flujo base del río, constituyen los principales aportes de la Cuenca Alta del río Santa. Por estas consideraciones no es necesario naturalizar los caudales en esta zona de estudio.
6.4 Generación de Descargas en el Punto de Captación La generación de descargas en el punto de captación del proyecto, se ha tomado del Informe Final “Propuesta de Asignaciones de Agua en Bloque Volúmenes Anuales y Mensuales, para la Formalización de los Derechos de Uso de Agua Cuenca Alta Santa en la Comisión de Regantes Quillcay ”, elaborado para PROFODUA “Programa de Formalización de Derechos de Uso de Agua” – Fases Intendencia de Recursos Hídricos – INRENA y elaborado por Ing. Alberto Quesquén Rumiche en Diciembre 2008. La oferta hídrica para la asignación de agua de las Comisiones de Regantes Quillcay, ubicadas en las Subcuencas de los ríos de los mismos nombre, afluentes de la margen derecha del río Santa, ha sido estimada teniendo en cuenta los 46
resultados del Modelo Digital de Generación de Caudales, que se han obtenido del Primer estudio realizado para las microcuencas Casca y Monterrey, denominado: “Propuesta de Asignaciones de Agua Superficial en Bloques (Volúmenes Anuales y Mensuales) para la Formalización de Derechos de Uso de Agua de la Cuenca Alta del Río Santa”. En este documento técnico se desarrolló una metodología, basada en información digital utilizando imágenes satelitales para estimar la producción de la escorrentía de la cuenca alta del río Santa. En este caso se ha tenido en consideración a la precipitación como el elemento más importante de la escorrentía, así mismo los nevados a través del índice de nieve, el índice de vegetación y la fisiografía de la zona a través de la pendiente del suelo. Con estos elementos y el concepto de zonas homogéneas, se determinaron los coeficientes de escurrimientos, con los cuales se elaboró un modelo determinístico: precipitación-escorrentía a nivel mensual. La respuesta de estas zonas homogéneas, en el modelo se reprodujo matemáticamente el fenómeno de transformación de lluvia en descarga, mediante la ecuación del balance hídrico superficial, donde algunas de las variables de entrada y salida son determinadas por relaciones paramétricas en forma distribuida a nivel de píxeles. En consecuencia el caudal que se espera en el río o en cualquier punto de escurrimiento en un determinado tiempo es la suma del escurrimiento más el valor del flujo base Q = Z(v, t) = c t X (v, t) + d t G (v, t-1). El coeficiente ct es un valor equivalente al coeficiente de escurrimiento (Ce), el valor X (v, t), representa la lluvia y la expresión d t G (v, t-1), representa el flujo base. Estos valores son extraídos de la información geoespacial de la zona de estudio, a través de la utilización del Sistema de Información Geográfica (SIG). El modelo fue calibrado y validado para la zona alta de la cuenca del río Santa. Con la aplicación del modelo digital explicado anteriormente, se ha generado los caudales al 75% de persistencia en los puntos de captación o entrega de agua de cada uno de los bloques de la Comisión de Regantes Quillcay a asignar, donde se encuentra el bloque 7 correspondiente al punto de captación Shallap – Huapish – Toclla.
47
En el Plano 6.1, se presentan los puntos de captaciones de la Comisión de regantes, Quillcay, donde se encuentra ubicada el punto de captación Shallap – Huapish – Toclla.
0 0 0 5 6 9 8
0 0 0 0 6 9 8
LEYENDA
Ciudades/pueblos Captación Nevados Laguna
0 0 0 5 5 9 8
Subcuenca Quillcay microcuenca Río Seco Ríos/Qdas.
4
Captación Puquial
1
0 0 0 0 5 9 8
a u r u h R . a d Q
3 i a a r o P R í
HUARAZ
2 Río Chavín
0 0 0 5 4 9 8
Qda. Paria Río Auqui
Qda. Rí o Sec o
p a l la . S h Q d a
5
6
Q d a . Q d P a a . r a H Q d p u a . a Q u p i i n c s h h u p
Q d a . I r w a I I
Q d a . L le o w a R u r i
Q d a . I r w a I
Lag. Shallap
c a a n h u a y i l l c u o Q R í
Q d a . I c h i c O l l q u i
7
8
0 km
2.5
7.5
5.0
10 km
3050
ESCALA GRAFICA
0 0 0 0 4 9 8
PROGRAMA DE FORMALIZACION DE DERECHOS DE USO DE AGUA, PROFODUA INTENDENCIA DE RECURSOS HIDRICOS - INRENA
0 0 0 5 3 9 8
PUNTOS DE CAPTACION COMISION DE REGANTES QUILLCAY PROPUESTA DE ASIGNACION DE AGUA SUPERFICIAL EN BLOQUES PLANO PARA LA FORMALIZACION DE DERECHOS DE USO DE AGUA 2 CUENCA ALTA DEL RIO SANTA - COMISION DE REGANTES QUILLCAY
0 0 0 0 3 9 8
215000
Fuente: Carta Nacional 1/100000
220000
225000
230000
235000
Fecha: DICIEMBRE, 2008
240000
Escala: INDICADA
245000
250000
FUENTE: A- QUESQUEN ““PROPUESTA DE ASIGNACIONES DE AGUA EN BLOQUE VOLÚMENES ANUALES Y MENSUALES, PARA LA FORMALIZACIÓN DE LOS DERECHOS DE USO DE AGUA CUENCA ALTA SANTA EN LA COMISIÓN DE REGANTES QUILLCAY (2008)”
48
En la Comisión de Regantes de Quillcay existen 08 captaciones para 08 bloques de riego, de las cuales 07 puntos están definidos por microcuencas y una captación (Toma 8) es la captación de un manantial. En el Cuadro 6.1, se presenta esta información.
Cuadro 6.1 Puntos de Captación Comision ´de Regantes Quillcay Bloques
Nomen-
Puntos de
Nombre
clatura
Captación
Captación
Bloque1
B1
Toma1
Bloque2
B2
Toma2
Bloque3
B3
Toma3
Bloque4
B4
Toma4
Bloque5
B5
Toma5
Bloque6
B6
Toma6
Bloque7
B7
Toma7
Shallap-Huapish-Toclla
Bloque8
B8
Toma8
Shaurama
Cojup Nueva Florida
Churup Cochapampa Pitec
Paquishca Auqui Tacllan
FUENTE: A- QUESQUEN ““PROPUESTA DE ASIGNACIONES DE AGUA EN BLOQUE VOLÚMENES ANUALES Y MENSUALES, PARA LA FORMALIZACIÓN DE LOS DERECHOS DE USO DE AGUA CUENCA ALTA SANTA EN LA COMISIÓN DE REGANTES QUILLCAY (2008)”
6.5 Proceso de Generación de Descargas La generación de Descargas el autor, realizó con el software ARCGIS. En el entorno ARCGIS creó vectores tipo Shapes de la Comisión de Regantes Quillcay que se abastece del rio del mismo nombre, en el que se observa las 7 captaciones, con sus respectivas delimitaciones de micro cuencas, dentro de ellas se encuentra la micro cuenca Shallap. Estas delimitaciones se utilizaron para realizar los cálculos de generación conjuntamente con el mapa raster de escorrentía que se presenta en el Gráfico 6.1, en donde se puede observar el raster de escorrentía para el mes de Agosto al 75 % expresados en mm/mes, que conjuntamente con el Shape tipo vector de la captación 7 (Microcuenca Shallap), y utilizando el módulo Spatial Análisis, se calcula un valor de caudal de 2.265 m 3/s (2265 l/s) para este mes y para la captación 7(Shallap). 49
Para los demás meses se procede de igual manera, es decir el mismo shape de delimitación y el raster de la escorrentía de los siguientes meses del año; y así sucesivamente se realiza el cálculo para las demás captaciones de esta Comisión y también de igual forma para la Comisión de Regantes Quillcay. Resumiendo, se utiliza los archivos con extensión shp de los límite en los puntos de captaciones y su respectivo archivo raster de precipitación de cada uno de los meses del año obtenido en el primer informe de Asignación de Agua (Microcuencas Casca y Monterrey), en donde se detalla el procedimiento de cálculo de la escorrentía de la Cuenca Alta del Río Santa.
50
Gráfico. 6.1 Proceso de Generación de Descargas al 75% del mes de Agosto en la Captación 7 Comisión de Regantes Quillcay-Microcuenca Shallap
6.6 Resultados de la Generación de Descargas Los resultados de la generación de descargas al 75 % de persistencia, para la Microcuenca Shallap que abastecerá el Sistema de Riego Shallap – Huapish – Toclla, se presentan en el Cuadro 6.2. En el Anexo-A, se presenta los resultados de la generación de los caudales al 75%, en 51
el punto de captación para la derivación de agua para el Proyecto “Mejoramiento y Ampliación del Sistema de Riego Shallap – Huapish – Toclla”.
Cuadro Nº 6.2 Oferta Hídrica Asignable (OHA) en el punto de captación/bocatoma Shallap al 75% (l/s)
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
1619.363 1368.473 1438.020 1742.472 1186.242 878.721 821.208 845.768 633.698 614.456 814.434 899.311
FUENTE: A- QUESQUEN ““PROPUESTA DE ASIGNACIONES DE AGUA EN BLOQUE VOLÚMENES ANUALES Y MENSUALES, PARA LA FORMALIZACIÓN DE LOS DERECHOS DE USO DE AGUA CUENCA ALTA SANTA EN LA COMISIÓN DE REGANTES QUILLCAY (2008)”
Gráfico Nº 6.2 Variación de las Descargas al 75% De la Microcuenca Shallap (Punto de Captación)
1800
1600
Caudal 75% 1400
) s / l (
1200
L A D U A C
1000
800
600
400 Caudal 75%
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
1619.363
1368.473
1438.020
1742.472
1186.242
878.721
JUL 821.208
AGO 845.768
SET 633.698
OCT 614.456
NOV 814.434
DIC 899.311
(Meses)
52
VII.
DEMANDAS HIDRICAS EN LA ZONA DE RIEGO La demanda de agua para el uso agrícola, no sólo está en función de la oferta de agua, de tal manera que satisfaga la evapotranspiración, sino que depende de la eficiencia de conducción, distribución y aplicación; así mismo también de la intensidad y distribución temporal de la lluvia. En la zona de riego, donde la explotación agrícola contempla la aplicación del riego complementario, dicho elemento líquido se debe usar antes de que las plantas sufran insuficiencias en sus actividades fisiológicas, el cual debe ser planeado mediante la construcción de obras de derivación o regulación, planificando la agricultura que permita adecuar la cédula de cultivo a las disponibilidades de agua en el lugar. La zona de riego está ubicada en la Cordillera Blanca, donde el recurso hídrico es escaso, en época de estiaje y no cuenta con información sobre consumo de agua de los cultivos, ni estación climatológica propia, razón por la cual, para efectuar el cálculo de la evapotranspiración potencial, se han utilizado los parámetros meteorológicos calculados en el item 3.1.
7.1 EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL (ETp) La evapotranspiración potencial representa la lámina de agua consumida por el cultivo de referencia que puede ser ray – grass o alfalfa. La evapotranspiración depende de muchos factores, como son las labores culturales, el suelo, etc. La importancia de la determinación de la Evapotranspiración es principalmente para el planeamiento de proyectos agrícolas, determinándose la necesidad de agua de los cultivos que será uno de los factores que intervienen en el diseño de las estructuras e infraestructuras de riego. Para estimar la evapotranspiración potencial existen varias fórmulas empíricas, en el presente estudio se ha evaluado considerando las recomendaciones hechas por HARGREAVES en 1979 en la Conferencia “Clima y Agricultura” realizado e Cajamarca.
53
Los elementos meteorológicos necesarios para la aplicación del método de Hargreaves son: Factores de evapotranspiración potencial, temperatura media mensual, humedad relativa en %. Las ecuaciones matemáticas que permiten evaluar la evapotranspiración potencial son:
ET p
Donde: Etp MF H CH HR
MF * TMF * CH * CE
: Evapotranspiración Potencial en (mm/mes) : Coeficiente mensual de evapotranspiración que se encuentra en función de la latitud, 09° 32’ 15.5” : Altitud promedio de la zona de cultivos en m.s.n.m. (3100 msnm) : Factor de corrección por humedad relativa del aire, cuando la humedad relativa es menor de 64% se asume CH = 1.00 : Humedad relativa mensual expresado en %
CE 1 0.04
CH
H 2000
0.166(100
HR )
0.5
CH = Factor de corrección por elevación (altitud) Los valores de evapotranspiración potencial, se muestran en el Cuadro Nº 7.1, observándose que el valor mínimo corresponde al mes de Abril (99.63 mm/mes) y el valor máximo al mes de Diciembre (142.40 mm/mes).
Cuadro Nº 7.1 Cálculo de la Evapotranspiración de la zona de cultivos Meses TEMPERATURA (ºc) TEMPERATURA (ºF) MF (mm/mes) HR (%) CH CE ETP (mm/mes) DIAS DEL MES ETP (mm/dia)
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
14.20 57.56
14.10 57.38
13.90 57.02
13.50 56.30
13.50 56.30
12.80 55.04
12.90 55.22
13.50 56.30
14.40 57.92
14.30 57.74
13.90 57.02
14.00 57.20
2.554 2.259 2.358 2.052 1.879 1.696 1.805 2.015 71.00 74.00 76.00 75.00 70.00 62.00 63.00 61.00 0.8939 0.8464 0.8132 0.8300 0.9092 1.0000 1.0000 1.0000 1.0373 1.0373 1.0373 1.0373 1.0373 1.0373 1.0373 1.0373 136.3 113.82 113.44 99.46 99.76 96.81 103.4 117.65 31 28 31 30 31 30 31 31 4.40 4.07 3.66 3.32 3.22 3.23 3.34 3.80
2.196 2.458 2.461 2.562 66.00 72.00 68.00 68.00 0.9679 0.8784 0.9390 0.9390 1.0373 1.0373 1.0373 1.0373 127.69 129.31 136.72 142.74 30 31 30 31 4.26 4.17 4.56 4.60
FUENTE: ELABORACION PROPIA
54
7.2 CEDULAS DE CULTIVOS La cédula de cultivo para la zona en estudio, se ha definido considerando los siguientes criterios: -
Capacidad de uso de la tierra Aptitud de las tierras para riego Cultivos tradicionales Fechas posibles de siembra y cosecha de los cultivos.
La cédula de cultivos propuesto para el proyecto se muestra en el cuadro Nº 7.2 elaborado por el proyectista, tomando en cuenta los datos de la oficina de estadística de la Dirección Regional de Agricultura – Ancash y en coordinación con los beneficiarios.
55
Cuadro Nº 7.2 Cédula de Cultivo del Proyecto Area (Has)
% Area(has)
Ene
Feb
M ar
Papa (Campaña Principal)
253
9.53
253
253
253
Papa (Campaña Rotación)
35
1.32
Maíz Choclo (Campaña Principal)
151
5.69
151
151
151
Maíz Amiláceo (Campaña Principal)
126
4.74
126
126
126
Trigo (Campaña Principal)
510
19.20
510
510
510
510
510
Cebada (Campaña Principal)
650
24.47
650
650
650
650
650
Habas G.S. (Campaña Principal)
126
4.74
126
126
126
126
126
Habas G.V. (Campaña Principal)
126
4.74
126
126
126
126
Arvejas G.V. (Campaña Principal)
156
5.87
156
156
Arvejas G.V. (Campaña Rotación)
101
3.80
Alfalfa
95
3.58
95
95
95
Arveja G.S. (Campaña Principal)
101
3.80
101
101
101
Oluco
101
3.80
101
101
101
101
Quinua
101
3.80
101
101
101
101
Hortalizas
24
0.90
24
24
24
2656.00
100.0
2520.0
CULTIVO DE REFERENCIA
TOTAL
Abr
35
May
35
Jun
35
Jul
35
Ago
35
Set
Oct
Nov
Dic
253
253
253
35
151
151 126
126
126 510
650
650 126 126
101
101
101
101
101
95
95
95
95
95
95
101 24
2520.0 2364.0 1996.0 1618.0 905.0
24
24
24
255.0
255.0
154.0
156
156
156
95
95
95
101
101
101
101
101
101
101
101
101 24
933.0
933.0 2520.0
FUENTE: ELABORACION PROPIA
56
7.3 PRECIPITACIÓN EFECTIVA La precipitación efectiva es la cantidad neta de agua utilizada por las plantas en el presente estudio se ha estimado tomando en cuenta la metodología propuesta por el United States Bureau of Reclamation, tomando como base la precipitación promedio de la cuenca. Para este cálculo se ha usado la tabla desarrollada en el Cuadro N° 7.3. Cuadro Nº 7.3 Tabla para el Cálculo de la Precipitación Efectiva
DISTRIBUCION WPRS-USA Incremento de la % de la Precipitación Precipitación (mm) Efectiva 5 0 30 95 55 90 80 82 105 65
7.3 PRECIPITACIÓN EFECTIVA La precipitación efectiva es la cantidad neta de agua utilizada por las plantas en el presente estudio se ha estimado tomando en cuenta la metodología propuesta por el United States Bureau of Reclamation, tomando como base la precipitación promedio de la cuenca. Para este cálculo se ha usado la tabla desarrollada en el Cuadro N° 7.3. Cuadro Nº 7.3 Tabla para el Cálculo de la Precipitación Efectiva
DISTRIBUCION WPRS-USA Incremento de la % de la Precipitación Precipitación (mm) Efectiva 5 0 30 95 55 90 80 82 105 65 130 45 155 25 má de 155 5
7.4 COEFICIENTE DE USO CONSUNTIVO (Kc) El uso consuntivo, es uno de los factores más importantes tanto para establecer la Demanda de agua de los sistemas de Riego, como para determinar los intervalos entre riegos. Siendo de esta manera un dato que se requiere para la planificación del riego tanto en el nivel parcelario como en su totalidad del Proyecto. Doorembos J. Pruitt en su libro Crop Water Requeriments, expresa que el coeficiente Kc está en función de cuatro etapas de desarrollo del cultivo. - Etapa inicial, procede desde la germinación hasta el 10% de cobertura vegetal efectiva. Puesto que la evapotranspiración de un cultivo durante la época inicial es casi totalmente evaporación, la cual depende altamente de las condiciones de
57
humedad cerca de la superficie del suelo, el coeficiente durante esta fase expresa el Kc como función del período entre riegos y Etp. - La segunda Etapa comprende desde el 10% de obertura efectiva hasta (70% 80% de cubierto el terreno). - La tercera Etapa va desde cobertura efectiva hasta que comienza a madurar el cultivo. - La cuarta Etapa procede desde el inicio de la maduración hasta la madurez o cosecha.
plena
El Kc para el período inicial se establece en base al riego o frecuencia de lluvias, los mismos que están en función del cultivo, el suelo, el clima, calidad de cosecha y el nivel de explotación. La frecuencia de riego fue calculada en base a las recomendaciones dadas en el Manual de Conservación del Suelo y del Agua; para una textura Media, Moderadamente fina, profundidad de raíces de 40 cm. y una eficiencia de 40%. Con estos valores y la Figura que presenta Doorembos y Pruitt, se han obtenido los valores de Kc inicial del cultivo. Los valores de Kc de la segunda Etapa y Final de los cultivos, se estimaron a partir de la tabla elaborada por Doorembos y Pruitt. Luego de obtener los valores, estos son ploteados sobre el eje Y los valores de Kc y sobre eje X, valores de período vegetativo en días. Con estos puntos ploteados, inicialmente se trazan líneas rectas que luego serán suavizadas, obteniéndose las curvas de uso consuntivo para los cultivos. Los valores de Kc, para cada cultivo, han sido calculados por el programa CROPWAT elaborado por la FAO (1993), dichos valores, se muestran en el Cuadro Nº 7.4, correspondiente al área de influencia del proyecto.
58
Cuadro Nº 7.4 Coeficiente de Uso Consuntivo Kc
CEDULA DE CULTIVO
Area(has)
Ene
Feb
Mar
0.95
0.78
0.38
Abr
May
Papa (Campaña Principal)
253.0
Papa (Campaña Rotación)
35.0
Maíz Choclo (Campaña Principal)
151.0
0.65
0.95
0.8
Maíz Amiláceo (Campaña Principal)
126.0
0.95
0.80
0.55
Trigo (Campaña Principal)
510.0
0.45
0.72
0.85
0.62
0.50
Cebada (Campaña Principal)
650.0
0.38
0.45
0.68
0.80
0.62
Habas G.S. (Campaña Principal)
126.0
0.41
0.62
0.81
0.62
0.38
Habas G.V. (Campaña Principal)
126.0
0.41
0.62
0.81
0.62
Arvejas G.V. (Campaña Principal)
156.0
0.82
0.55
Arvejas G.V. (Campaña Rotación)
101.0
Alfalfa
95.0
0.90
0.90
0.90
Arveja G.S. (Campaña Principal)
101.0
0.81
0.62
0.38
Oluco
101.0
0.9
0.72
0.62
0.45
Quinua
101.0
0.84
0.90
0.72
0.52
Hortalizas
24.0
0.60
0.60
0.60
2656.000
0.605
0.662
0.694
KC PONDERADO
0.28
0.52
KC Jun
0.75
Jul
0.95
Ago
0.78
Set
Oct
Nov
Dic
0.28
0.52
0.75
0.38
0.55
0.33 0.27
0.72 0.20
0.45
0.18 0.28 0.28
0.30
0.52
0.64
0.82
0.55
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.651
0.50
0.90
0.27
0.550
0.60
0.60
0.60
0.60
0.534
0.847
0.717
0.735
0.30
0.52
0.64
0.90
0.90
0.90
0.28
0.41
0.62
0.28
0.52
0.75
0.25
0.42
0.63 0.6
0.342
0.533
0.405 59
7.5 DEMANDA DE AGUA La determinación de la demanda de agua tiene igual importancia que la disponibilidad; observándose que hay mayor posibilidad de equivocarse en la obtención de la demanda, porque hay mayor incertidumbre en las variables, especialmente en la eficiencia.
a) Evapotranspiración Real
La evapotranspiración real está dada por: ETR = ETP * Kc Donde: ETR ETP Kc
: Evapotranspiración Real (mm) : Evapotranspiración Real (mm) : Coeficiente de uso consuntivo ponderado
b) Déficit de Humedad
7.5 DEMANDA DE AGUA La determinación de la demanda de agua tiene igual importancia que la disponibilidad; observándose que hay mayor posibilidad de equivocarse en la obtención de la demanda, porque hay mayor incertidumbre en las variables, especialmente en la eficiencia.
a) Evapotranspiración Real
La evapotranspiración real está dada por: ETR = ETP * Kc Donde: ETR ETP Kc
: Evapotranspiración Real (mm) : Evapotranspiración Real (mm) : Coeficiente de uso consuntivo ponderado
b) Déficit de Humedad
La cantidad de agua que teóricamente debe suministrarse a los cultivos por riego, es igual a la diferencia entre la evapotranspiración real y la precipitación efectiva. La ecuación para el cálculo de la demanda es: DN = ETR – PE Donde: DN PE ETR
: Demanda neta : Precipitación efectiva : Evapotranspiración real o uso consuntivo
Los resultados se muestran en el Cuadro Nº 7.5. La precipitación efectiva corresponde a valores de precipitación mensual, cuyos resultados también se muestran en el Cuadro Nº 7.5.
60
c) Eficiencia de Riego del Proyecto
La eficiencia de los sistemas de riego reviste una gran importancia, porque determina la relación del agua realmente usada en la evapotranspiración y el agua captada a nivel de Bocatoma y en muchos casos referido al agua utilizada de embalses, que son conducidos por causas naturales hasta las obras de captación. Es muy frecuente, en la gran mayoría de los proyectos andinos, que las eficiencias son muy bajas, menores a 30%, lo que determina a su vez, que el abastecimiento del agua es insuficiente. Esta insuficiencia determina, la utilización del riego deficitario, es decir que se dota agua a un cultivo en cantidades por debajo de su demanda real o en otros casos la disminución de las áreas de riego. El primer caso se adapta a variedades de baja producción y resistencia a periodos de penuria de agua. En cualquiera de los dos casos representa menor producción y por tanto menores ingresos para los campesinos. Es posible que en muchas zonas andinas, se puede ganar mucho más hectáreas de riego, mejorando la eficiencia de los sistemas de riego existentes, que construyendo nuevos sistemas. Además se tiene la ventaja que los costos, en estos casos resultan menores que en las nuevas irrigaciones y se está abasteciendo de más agua a agricultores ya entrenados en el manejo del riego. Los costos, por hectárea ganada bajo riego, por mejora de eficiencia del sistema de riego, versus proyectos nuevos, normalmente resultan más bajos, porque casi todas las posibilidades sencillas para riego, ya fueron ejecutadas, quedando en todo caso, como proyectos nuevos, concepciones más complicadas y costosas, sean estos con embalses, trasvase de cuencas, canales principales largos y costosos, etc. raramente se ha dejado de construir un proyecto de concepción simple. Según el Fondo Perú – Alemania, en su publicación “Manual de Irrigaciones” cuyo autor es el Ing. Eduardo García Trisolini – Editado en Junio 2008, menciona, cuando se conciba y planifique un nuevo Proyecto, este debe hacerse con eficiencias razonablemente aceptables, en general lo adecuado es que se ubique próximo al 50%, debiendo como mínimo ser del 40%. Agrega que en sistemas por aspersión se podría esperar eficiencias próximas al 70%, siempre y cuando el entubamiento sea desde la captación; y en el sistema por goteo, la eficiencia es de aproximadamente 90%. 61
Factores de la eficiencia de riego (ER) La eficiencia de un sistema de riego, comprende los siguientes aspectos: a) Del embalse a la bocatoma (algunos proyectos) Ec1 b) Del canal principal Ec2 c) Del sistema de distribución Ec3
Eficiencia de aplicación Ea Que es la aplicación del agua a la parcela. Por lo tanto la eficiencia total se obtiene, multiplicando todas las eficiencias Es = Ec1 x Ec2 x Ec3 x Ea Se ha empleado una eficiencia global del 46% que contempla una eficiencia por conducción de 0.90 (canal revestido), eficiencia por distribución de 0.85 y eficiencia por aplicación de 0.60; estos valores son recomendados por el Bureau of Reclamation y experimentado por Le Roy Salazar. El valor de Er = 0.45, sugiere mejorar la eficiencia de distribución y la eficiencia de uso, para lo cual es necesario revestir el canal principal, ejecutar obras de distribución óptimas (compuertas, partidores, etc.), capacitación al usuario en el manejo óptimo del recurso hídrico.
d) Requerimiento de Agua o Módulo de Riego
Debido a pérdidas inevitables, la cantidad real de agua a ser captada de una quebrada o ríos para suministrar a los cultivos, es mayor que la demanda neta. El requerimiento de agua depende de la eficiencia de conducción (Ec), eficiencia de distribución (Ed) y la eficiencia de aplicación (Ea). La eficiencia de riego (Er) es el producto de las tres eficiencias. El requerimiento de agua, viene a ser el déficit de humedad dividido por la eficiencia. Req. de Agua = Déficit de Humedad (mm) /ef
62
e) Número de Horas de Riego
Es el tiempo de riego efectivo en el que se podría utilizar el sistema. Está expresado en horas. Para el presente estudio, por las costumbres, turnos de riego, se está considerando 20 horas por día.
f) Módulo de Riego
El módulo de riego es la demanda de agua, en unidades de lt/sg/há, se toma en cuenta el número de horas de riego.
N díasmes N horasriego 3600
MR Re q. Agua
1000
g) Demanda de Agua del Proyecto
Es el caudal requerido por el sistema, de manera tal que se atiendan a todos los usuarios. Se expresa en lt/s. Los resultados del cálculo de la demanda de agua se muestran en el Cuadro Nº 7.5. La máxima demanda de agua corresponde al mes de Mayo con 864.659 lt/s; la mínima demanda de agua corresponde al mes de Febrero, que son cubiertos por las precipitaciones; por lo tanto, el caudal de diseño del canal de riego será igual a 900 lt/s. La demanda de agua calculada, considera 2656 hectáreas, de los cuales 2520 hectáreas corresponden a la campaña principal y 136 hectáreas corresponden a cultivos de rotación. El área a irrigar calculado ha sido tomado de la licencia administrativa Nº 279/2008/AG.DR-Ancash/DRHz/AT de fecha 12 de Diciembre 2008, en la que indica un área a irrigar de 2519.57 hectáreas.
63
VIII.
BALANCE HIDRICO 8.1 GENERALIDADES El balance hídrico es la comparación entre la oferta y demanda hídrica de una cuenca, en el presente estudio se ha realizado para la Micro cuenca del río Shallap en la captación del proyecto como punto de control. El balance hídrico se ha efectuado en el punto de captación, tanto la disponibilidad hídrica como la demanda hídrica se contabiliza a partir de este punto, con el propósito de conocer el déficit y exceso del recurso hídrico en la Micro cuenca.
Ecuación del balance hídrico de la cuenca La ecuación general para el balance hídrico a utilizarse, en un punto del río, es la siguiente: Balance Hídrico = Q - D
Donde: Q = caudal (oferta hídrica) en el río. D = demandas hídricas (usos de agua). El caudal calculado en un punto del río, es la disponibilidad hídrica que ofrece el río en ese punto en situación natural, por lo que el caudal vendría ser la precipitación efectiva o escorrentía directa de la cuenca.
8.2 OFERTA HÍDRICA La disponibilidad hídrica de la Micro cuenca del río Shallap en el punto de captación del proyecto, se muestra en el capítulo VI, determinado para 75% de persistencia de las descargas medias mensuales. Los mismos valores se muestran en el balance hídrico.
8.3 DEMANDA HÍDRICA La demanda de agua es el requerimiento de los usuarios para satisfacer una necesidad.
64
En tal sentido el agua se caracteriza no sólo por la diversidad de usos, sino por la multiplicidad multiplicidad de usuarios. Las demandas agrícolas, se han establecido en el capítulo VII (Demandas hídricas en la zona de riego)
8.4 BALANCE HÍDRICO
Una vez definido la disponibilidad hídrica y las demandas hídricas con fines de riego, en el punto de captación de la Micro cuenca se ha realizado el balance hídrico respectivo. El balance hídrico del proyecto en estudio, se muestra en el cuadro Nº 8.1. En los doce meses del año muestra superávit del recurso hídrico.
65
Cuadro Nº 7.5 Demanda de Agua del Proyecto
Descripción A
Area cultivada por mes
B
Kc ponderado
C D
3
Evapotranspiración potencial(m /mes/ha)
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
2520.00
2520.00
2364.00
1996.00
1618.00
905.00
255.00
255.00
154.00
933.00
933.00
2520.00
0.605
0.662
0.694
0.651
0.550
0.534
0.847
0.717
0.735
0.342
0.533
0.405
1363.00
1138.20
1134.40
994.60
997.60
968.10
1034.00
1176.50
1276.90
1293.10
1367.20
1427.40
824.62
753.49
787.27
647.48
548.68
516.97
875.8
843.55
938.52
442.24
728.72
578.1
3
Evapotranspiración real(m /mes/ha) 3
E
Precipitación efectiva(m /mes/ha)
608.50
751.00
701.00
324.00
0.00
0.00
0.00
0.00
72.00
276.00
320.00
504.00
F.
Déficit de humedad
216.12
2.49
86.27
323.48
548.68
516.97
875.8
843.55
866.52
166.24
408.72
74.1
0.46
0.46
0.46
0.46
0.46
0.46
0.46
0.46
0.46
0.46
0.46
0.46
469.83
5.41
187.54
703.22
1192.78
1123.85
1903.91
1833.8
1883.74
361.39
888.52
161.09
G. Eficiencia de riego del proyecto en % 3
H
Requerim. de agua o módulo de riego(m ego(m /mes/ha)
I.
Número de días del mes
31
28
31
30
31
30
31
31
30
31
30
31
J.
Nº de horas de jornada diaria de riego
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
0.411352
0.072173
K. Requerim de agua o módulo de riego(lts/seg/ha)
0.210497 0.002684
0.084023 0.325565
0.5344
0.520301 0.853006
0.821595
0.872102 0.161913
(H*1000)/(I*J*60min*60seg)
Demanda de agua del proyecto en Lts/seg/ha Demanda de agua del proyecto en Lts/seg
0.210
0.003
0.084
0.326
0.534
0.520
0.853
0.822
0.872
0.162
0.411
0.072
530.453
6.763
198.631
649.827
864.659
470.872
217.517
209.507
134.304
151.065
383.791
181.876
66
Cuadro Nº 8.1 Balance hídrico del Proyecto de Riego
Volúmen de agua mensualizada en mm 3
DESCRIPCION
Ene Feb Mar Abr May Jun Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Oferta Hídrica: Caudal al 75% persistencia Río 4337.302 3310.61 3851.593 4516.487 3177.2 3177.231 31 2277.645 2199.524 2265.305 1642.545 1642.545 1645.759 2111.013 24 2408.715 08.715 Shallap Demanda Hídrica Uso 1183.971 13.634 443.344 1403.626 1929.919 1017.084 485.498 467.62 290.097 337.177 828.989 405.947 Agrícola Demanda Atendida
Superávit (+)
1183.971
13.634
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
467.62
290.097
337.177
828.989
405.947
100%
100%
100%
100%
100%
3153.331 3296.976 3408.249 3112.861 1247.312 1260.561 1714.026 1797.685 1352.448 1308.582 1282.024 2002.768 72.70%
Déficit (-)
443.344 1403.626 1929.919 1017.084 485.498
99.59%
88.49%
68.92%
39.26%
55.34%
77.93%
79.36%
82.34%
79.51%
60.73%
83.15%
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
67
Cuadro Nº 8.1 Balance hídrico del Proyecto de Riego
Volúmen de agua mensualizada en mm 3
DESCRIPCION
Ene Feb Mar Abr May Jun Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Oferta Hídrica: Caudal al 75% persistencia Río 4337.302 3310.61 3851.593 4516.487 3177.2 3177.231 31 2277.645 2199.524 2265.305 1642.545 1642.545 1645.759 2111.013 24 2408.715 08.715 Shallap Demanda Hídrica Uso 1183.971 13.634 443.344 1403.626 1929.919 1017.084 485.498 467.62 290.097 337.177 828.989 405.947 Agrícola Demanda Atendida
1183.971
13.634
100%
100%
443.344 1403.626 1929.919 1017.084 485.498 100%
100%
100%
100%
100%
467.62
290.097
337.177
828.989
405.947
100%
100%
100%
100%
100%
3153.331 3296.976 3408.249 3112.861 1247.312 1260.561 1714.026 1797.685 1352.448 1308.582 1282.024 2002.768
Superávit (+)
72.70% Déficit (-)
99.59%
88.49%
68.92%
39.26%
55.34%
77.93%
79.36%
82.34%
79.51%
60.73%
83.15%
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
67
Figura 8.1 Comparación de ofertas y demandas hídricas de la Micro cuenca Shallap
5000 4500 4000 OFERTA
) 3 m 3500 m ( A 3000 U G A 2500 E D N E 2000 M U L 1500 O V
DEMANDA
SUPERAVIT
1000 500 0
ENE
FEB
MAR
ABR
4337.302
3310.61
3851.593
4516.487
3177.231
2277.645
2199.524
2265.305
1642.545
1645.759
2111.013
2408.715
DEMANDA 1183.971
13.634
443.344
1403.626
1929.919
1017.084
485.498
467.62
290.097
337.177
828.989
405.947
OFERTA
MAY
JUN
TIEMPO (Mes)
JUL
AGO
SET
OCT
NOV
DIC
Figura 8.1 Comparación de ofertas y demandas hídricas de la Micro cuenca Shallap
5000 4500 4000 OFERTA
) 3 m 3500 m ( A 3000 U G A 2500 E D N E 2000 M U L 1500 O V
DEMANDA
SUPERAVIT
1000 500 0
ENE
FEB
MAR
ABR
4337.302
3310.61
3851.593
4516.487
3177.231
2277.645
2199.524
2265.305
1642.545
1645.759
2111.013
2408.715
DEMANDA 1183.971
13.634
443.344
1403.626
1929.919
1017.084
485.498
467.62
290.097
337.177
828.989
405.947
OFERTA
MAY
JUN
JUL
AGO
SET
OCT
NOV
DIC
TIEMPO (Mes)
68
IX.
CAUDALES MAXIMOS En el análisis de máximas avenidas, se ha realizado el análisis de frecuencia de descargas máximas del río Quillcay, y además se ha determinado las avenidas en la micro cuenca Shallap que aporta en forma directa a la cuenca, mediante el método relación de áreas y la ecuación de Mac Math.
9.1 ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS EN EL RÍO QUILLCAY En el rio Quillcay se dispone de la información hidrométrica, consistente en caudales máximos diarios del periodo de 1970-1998 (28 años con información), ésta información se ha utilizado para el análisis de máximas avenidas, empleando los métodos probabilísticos se obtendrá los caudales máximos para diferentes periodos de retorno. Previamente al calculo del caudal máximo de diseño, se ha evaluado el comportamiento temporal del registro de descargas máximas instantáneas de la Estación “Quillcay”, mediante modelos probabilísticos, donde la secuencia en el tiempo de las variables no interesa y estas siguen la ley de una determinada distribución de frecuencias o la ley de un determinado modelo probabilístico.
9.1.1 Selección del Modelo Probabilístico Adecuado Para la selección del modelo probabilístico adecuado se emplean los métodos gráfico y estadístico. Para el presente trabajo se ha utilizado el método estadístico de KolmogorovSmirnov. La prueba de ajuste se ha realizado para los datos de caudales máximos de la Estación “Quillcay” (Cuadro Nº 9.1), mediante la prueba estadística Smirnov Kolmogorov, aplicando el programa HIDROESTA, para las distribuciones probabilísticas: Logarítmico Normal de 2 parámetros, Logarítmico Normal de 3 parámetros, Gamma de 2 parámetros, Gumbel y Log Gumbel.
69
Cuadro Nº 9.1 Prueba Kolomogorov-Smirnov de los datos de Caudales máximos - Estación Quillcay Distribución
Delta
Delta
Los datos se ajustan
Probabilística
Calculado
Tabular
a la distribución
Log Normal 2 parámetros
0.0765
0.2570
SI
Log Normal 3 parámetros
0.0674
0.2570
SI
Gamma 2 parámetros
0.0746
0.2570
SI
Gumbel
0.1027
0.2570
SI
Log Gumbel
0.1354
0.2570
SI
Del cuadro Nº 9.1, se concluye que los datos de caudales máximos del río Quillcay, de la Estación Quillcay, se ajustan a la distribución probabilística Log Normal de 3 parámetros .
9.1.2 Cálculo de Caudales Máximos para diferentes Períodos de Retorno El cálculo de caudales máximos se ha realizado para una distribución probabilística Log Normal de 3 Parámetros, mediante la siguiente metodología. Los parámetros estimados por máxima verisimilitud son: -
Media: 2
X
donde: _ X X0 y y
-
Y
X 0
e
Y
2
(9.1)
: media : parámetro de posición – límite inferior : parámetro de escala de la distribución log normal de 3 parámetros : parámetro de forma de la distribución log normal de 3 parámetros.
Varianza: 2
X
2 Y
(e
1) * e
( 2 Y Y 2 )
(9.2)
De la ecuación (9.2), se obtiene:
70
y
2 Ln X 2y y 2 e 1
1
2
(9.3)
De ecuación (9.1), se obtiene el parámetro de posición: 2
X 0
2 y
X e
y
y
2
(9.4)
1 1 4(2 Gx) Ln 2
(9.5)
Para un conjunto de valores, como es en el presente caso (serie de caudales máximos instantáneos), con parámetros media, varianza; los parámetros de posición, de escala y de forma, obtenidos por el método de momentos, se calculan con las ecuaciones (9.4), (9.3) y (9.5) respectivamente. El Cuadro Nº 9.2, muestra el caudal máximo calculado para diferentes períodos de retorno del rio Quillcay, correspondiente a la estación Quillcay.
Cuadro Nº 9.2 Caudales máximos instantáneos para diferentes períodos de retorno Río Quillcay - (Ajuste distribución Log Normal de 3 parámetros)
Período de Retorno (años) 10 20 25 50 100
Probabilidad de No Excedencia (%) 90 95 96 98 99
Probabilidad de Caudal Excedencia (%) Máximo (m 3 /s) 10 35.90 5 38.96 4 39.87 2 42.53 1 44.99
71
9.2 ANÁLISIS DE MÁXIMAS AVENIDAS EN EL RÍO SHALLAP – PUNTO DE CAPTACION En la Micro cuenca del Río Shallap, no existe la información hidrométrica, por lo que el análisis de máximas avenidas se ha realizado por el método relación de áreas y la ecuación de Mac Math.
9.2.1 Método relación de áreas Este método es recomendable cuando se cuenta con una estación de aforo que registra caudales máximos (Q 2) y cuya área de drenaje es A 2; y se desea calcular el caudal máximo para una microcuenca que se encuentra contenido dentro de la cuenca que cuenta con información de caudales máximos.
De este contexto se ha deducido la siguiente relación que permite estimaciones aproximadas y muy razonables. A Q A Q1
1
2
2
n
Donde: Q1, Q2 son los caudales que corresponden a las áreas de cuenca A 1, A2 respectivamente, “n” es un valor menor que 1. Según HIDROSERVICE “Estudio Integral de la Cuenca del Santa”, se tiene la siguiente ecuación: Q1
donde: Q1 Q2 A1 A2
Q2 *
A1 A2
(9.6)
: caudal a calcular para la microcuenca con área A1, m 3/sg
: caudal máximo conocido de la cuenca, m 3/sg : área de drenaje de la microcuenca, Km 2 : área de drenaje de la cuenca, Km 2
Este método es muy utilizado para calcular los caudales máximos para aquellas subcuencas y microcuencas ubicadas en la Cuenca del Río Santa. Ver estudio integral de la Cuenca de Río Santa elaborado por HIDROSERVICE (1982). 72
La cuenca base que cuenta con registro de caudales máximos es la del río Quillcay que tiene un área colectora hasta la estación “Quillcay” de 243.46 Km2. Los caudales máximos para diferentes períodos de retorno, se muestra en el cuadro Nº 9.2. Area de la Micro cuenca Shallap hasta el punto de captación: 31.4044 Km 2. Aplicando la ecuación 9.6, se calculó el caudal máximo de la Micro cuenca Shallap en el punto de captación del proyecto. En el cuadro Nº 9.3, se muestran los caudales máximos para la Micro cuenca Shallap, para diferentes períodos de retorno.
Cuadro Nº 9.3 Caudales Máximos Micro cuenca Shallap Método Relación de Areas Probabilidad de Caudal Excedencia (%) Máximo (m 3 /s)
Período de Retorno (años)
Probabilidad de No Excedencia (%)
10
90
10
12.895
20
95
5
13.994
25
96
4
14.321
50
98
2
15.277
100
99
1
16.160
9.2.2 Ecuación Mac Math Para el cálculo de la descarga máxima se utilizó la ecuación de Mac-Math, mediante la expresión: Q
C * P * A0.58 * S 0.42 *10
3
(9.7)
Donde: Qmáx C P A S
: Caudal máximo, m3/s : Factor de escorrentía de Mac Math, que representa las características de la cuenca : Precipitación máxima 24 horas para diferentes períodos de retorno, en mm : Area de la cuenca, en hectáreas : Pendiente del cauce principal, m/km 73
9.2.2.1 Precipitación máxima 24 horas (P) Para calcular la precipitación máxima de diferentes períodos de retorno, se aplicó el modelamiento de las precipitaciones máximas, a partir de precipitación máxima de 24 horas, que en este caso se han tomado los datos de precipitación máxima de 24 horas que registra la estación Huaraz, que se ubica cercana a la zona en estudio.
Para seleccionar el modelo probabilístico adecuado se realizó la prueba de bondad de ajuste Smirnov Kolomogorov, aplicando el programa HIDROESTA. Los datos de precipitación máxima de 24 horas de la estación Huaraz, tienen un registro de 32 años (1977-2008). De la prueba Smirnov Kolgomorov, se observa que los datos de precipitación máxima de 24 horas de la estación Huaraz, se ajustan a la distribución probabilística Gumbel, por tanto, se ha calculado la precipitación máxima de 24 horas con dicha distribución y para diferentes períodos de retorno, tal como se muestra en el Cuadro Nº 9.4. Cuadro Nº 9.4 Precipitación Máxima 24 Horas para Tr Estación Huaraz Tr(años)
P(Pp>Po) P(Pp
Ppmáx(mm)
2
0.500
0.500
30.62
5
0.200
0.800
38.63
20
0.050
0.950
49.02
25
0.040
0.960
50.63
50
0.020
0.980
55.60
Los valores de precipitación máxima en 24 horas calculadas en el Cuadro Nº 9.4, y para períodos de retorno de 2. 5, 25 y 50 años, se han afectado, de acuerdo a la recomendación que realiza la Organización Meteorológica Mundial, por un factor de 1.13, que toma en cuenta el número de lecturas en el pluviómetro por día, que se asume por seguridad en 1 vez por día. Los resultados se muestran en el Cuadro Nº 9.5.
74
Cuadro Nº 9.5 Precipitación Máxima 24 Horas Ajustada para Tr Estación Huaraz Tr(años)
P(Pp>Po) P(Pp
Ppmáx(mm)
2
0.500
0.500
34.60
5
0.200
0.800
43.65
20
0.050
0.950
55.39
25
0.040
0.960
57.21
50
0.020
0.980
62.83
9.2.2.2 Area de la Cuenca en Hectáreas (A) El área total de contribución de la Micro Cuenca Shallap, hasta el punto de captación es igual a 31.4044 km 2, que equivale a 3140 hectáreas. 9.2.2.3 Pendiente del Cauce Principal (S) La pendiente del cauce principal, es igual a 6.4%, equivalente a 64 m/km.
9.2.2.3 Factor de Escorrentía (C) El factor C, se compone de tres componentes: C
C1 C2
C
3
(2)
Donde: C1 C2 C3
: está en función de la cobertura vegetal : está en función de la textura del suelo : está en función de la topografía del terreno
Tomando en cuenta los tres componentes y ponderando, ha tomado el valor de C = 0.41. 9.2.2.4 Calculo del Caudal Máximo (Qmáx) El caudal máximo para diferentes períodos de retorno, ha sido calculado tomando en cuenta los valores indicados anteriormente y aplicando la ecuación (9.7), cuyos resultados se muestran en el cuadro Nº 9.6.
75
Cuadro Nº 9.6 Caudal Máximo Microcuenca Shallap Ecuación Mac Math Período de retorno (años)
20
25
50
Precipitación Máxima 24 horas P (mm)
55.39
57.21
62.83
Area de Cuenca, (hectáreas)
3140
3140
3140
64
64
64
Factor de Escorrentía (C)
0.41
0.41
0.41
Caudal Máximo Calculado m3/s
13.90
14.36
15.77
Pendiente Cauce Principal S (m/km)
El caudal máximo calculado por los dos métodos son aproximadamente iguales, por tanto para el diseño de la bocatoma se recomienda tomar como caudal máximo igual a 14.36 m3/s para un período de retorno de 25 años.
76
X.
CONCLUSIONES - El área de la Micro cuenca Shallap es de 31.4044 km 2, con un perímetro de 28.27 km. - El coeficiente de compacidad de la Micro cuenca Shallap es de 1.412, la que indica que la unidad hidrográfica es de forma alargada. - La altitud media de la Microcuenca Shallap es de 4815.00 m.s.n.m. - El río Shallap, recorre una longitud total hasta el punto de captación de 11.27 km. - La pendiente media del río cauce principal es de 6.4%. - La precipitación total anual de la serie generada, para la Micro cuenca Shallap, según el método de Thiessen modificado oscila entre 940.07 mm (1992) a 1845.27 mm (1993). - La precipitación media anual de la serie generada (1953-2006), para la Micro cuenca Shallap es igual a 1342.29 mm. - La temperatura promedio mensual tomada como referencia la Estación Huaraz, fluctúa entre 12.8°C (junio) a 14.2°C (enero), en tanto, la temperatura promedio mensual de la zona en estudio es de 13.75°C. - La humedad relativa promedio mensual tomada como referencia la Estación Huaraz, varía entre 61% (agosto) a 76% (marzo). - La evaporación promedio mensual tomada como referencia la Estación Huaraz, varía entre 73.8 mm (marzo) a 160.4 mm (julio). - La mayor oferta hídrica asignable en el punto de captación del proyecto al 75% de probabilidad es igual a 1742.472 lt/s correspondiente al mes de abril; mientras que la menor oferta hídrica asignable para una probabilidad del 75% es igual a 614.46 lt/s correspondiente al mes de octubre. - La mayor evapotranspiración potencial para la zona cultivos es igual a 142.74 mm/mes correspondiente al mes de Diciembre, mientras que la menor evapotranspiración estimada es igual a 96.81 mm/mes correspondiente al mes de Junio. - El área total a irrigar es igual a 2656 hectáreas, de los cuales corresponde 2520 hectáreas a la campaña principal y 136 hectáreas a la campaña de rotación. - Para el presente estudio, por las costumbres, condiciones climáticas y con la finalidad de optimizar el recurso hídrico, se está considerando como 20 horas por día el número de horas de riego. - La máxima demanda de agua corresponde al mes de Mayo con 864.659 lt/s; la mínima demanda de agua corresponde al mes Febrero, que son cubiertos por las
77
precipitaciones; por lo tanto, el caudal de diseño del canal de riego será igual a 900 lt/s. - Del balance hídrico, se concluye en los doce meses del año no hay déficit de agua. - El caudal de diseño, para un período de retorno de 25 años, es de 14.36 m 3/s, para una probabilidad de no excedencia del 96% y una probabilidad de excedencia de 4%.
XI.
RECOMENDACIONES -
-
-
-
-
-
-
-
Para que no haya déficit de agua en la zona del proyecto, se recomienda el uso adecuado y óptimo del recurso hídrico, tomando en cuenta la eficiencia calculada en un 46% Para alcanzar el manejo adecuado del suelo y del agua se deberá planificar el desarrollo físico adecuado a nivel de parcelas. La capacidad de diseño del canal será de Q = 0.90 m 3/sg. Se recomienda realizar trabajos de investigación que conduzcan a calcular valores reales de Kc para los cultivos considerados en el proyecto. Se recomienda, construir la captación de concreto, tomando en cuenta el caudal máximo de diseño calculado para un periodo de retorno de 25 años. Realizar el estudio de suelos, para conocer las características físicas y químicas, que servirán para calcular las láminas de agua, frecuencia de riego, intervalo de riego, por parcelas. Organizar la Junta de Usuarios por canal, para obtener un buen manejo y adecuado uso del recurso agua. El tiempo de riego será de 20 horas.
78