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Fig. 1 Sitio del eje de presa propuesto en el Río La Leche en |
LAMBAYEQUE, PERÚ
PRIMER INFORME
18 de marzo del 2008
Dr. Víctor Miguel Ponce
Consultor en Hidrología
1. INTRODUCCIÓN
D'Leon Ingenieros Consultores, de Long Beach, California, EE.UU., en adelante, DLCE, ha contratado con el Gobierno Regional
de Lambayeque, Perú, en adelante GRL, para apoyar el desarrollo del proyecto de control de inundaciones en el Río
La Leche.
El estudio tiene como objetivo mejorar el control de inundaciones y la conservación del agua en la cuenca del Río La Leche,
la cual ha sufrido en tiempos recientes inundaciones muy severas atribuíbles al fenómeno de El Niño.
El organismo que financia el proyecto es la Agencia de Comercio y Desarrollo de los EE.UU. (UST&DA).
La agencia del gobierno local a cargo del proyecto es el Proyecto Especial Olmos-Tinajones (PEOT).
El Dr. Víctor M. Ponce, en adelante el Consultor o VMP, tiene un subcontrato con DLCE para llevar a cabo el componente
hidrológico del estudio.
Este primer informe se presenta en cumplimiento parcial de los requisitos del contrato entre VMP y DLCE.
El informe abarca la revisión inicial del proyecto, incluyendo los datos disponibles, y las impresiones recogidas por el Consultor
como resultado de la visita de campo del 11-15 de febrero del 2008.
2. VISITA DE CAMPO
El 9 de febrero del 2008, el Consultor viajó desde su lugar de residencia en San Diego, California, a la ciudad de Lima, Perú,
y poco después a Chiclayo. El Consultor regresó a San Diego el 17 de febrero. La visita comenzó el lunes 11 de febrero
y terminó el viernes 15 de febrero. El equipo de DLCE estuvo formado por Domingo León Ezcurra (DLE), jefe del proyecto,
Francisco Javier Sánchez Caro (FJSC), ingeniero geotécnico y consultor en seguridad de presas, Jack Ferguson (JF), consultor en geología,
y VMP, consultor en hidrología.
El lunes 11 de febrero, el Consultor participó en una primera reunión en las oficinas de GRL en Chiclayo, con el propósito
de informar al personal de PEOT acerca de los alcances del estudio que el equipo de DLCE debe realizar.
El martes 12 de febrero, el Consultor viajó al campo acompañado por DLE, FJSC y Pastor Espinoza Chilón, el ingeniero
civil hidrólogo de PEOT. El equipo inspeccionó la cuenca del Río La Leche, en dirección
aguas arriba, hacia la cabecera del río Moyán, una de los dos ramales principales del río La Leche.
[El otro ramal principal es el río Sangana]. El equipo de DLCE pernoctó en la localidad de Incahuasi, a una altura de 3605 m.s.n.m.
El miércoles 13 de febrero, el equipo de DLCE regresó a Chiclayo. Durante el viaje de regreso, el equipo inspeccionó
las cuencas de los ríos Moyán y La Leche. La cuenca del río Sangana/Tocmoche no fue visitada en esta ocasión. El equipo
inspeccionó el estribo izquierdo (sur) del sitio de presa propuesto (La Calzada, o La Calera).
El jueves 14 de febrero, la totalidad del equipo, incluyendo el geólogo JF, visitó el sitio de presa propuesto en Calicantro
y la vecindad del estribo derecho (norte) del sitio de presa propuesto en La Calzada. El equipo recopiló datos
de primera mano sobre las condiciones de los sitios de presa que están siendo considerados.
El viernes 15 de Febrero, el equipo de DLCE participó en una segunda reunión de trabajo en las oficinas del PEOT. Los miembros del
equipo técnico hicieron presentaciones sobre el alcance y objetivos del proyecto. Por la tarde, el Consultor (VMP) visitó el proyecto
Tinajones, en el vecino río Chancay, inmediatamente al sur, con el fin de observar de primera mano los problemas de
sedimentación existentes en este embalse.
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| Fig. 2 El pueblo de Incahuasi, localizado en la Cordillera de los Andes, a 3,005 m sobre el nivel del mar. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Fig. 3 Vista satelital de los valles adyacentes La Leche y Chancay-Lambayeque (Fuente: Google Earth). |
5. PERÍODO DE RETORNO
Los períodos de retorno a ser usados
en el diseño son una consideración muy importante en un proyecto de represa y aliviadero.
En los Estados Unidos, la norma del Servicio de Conservación de Recursos
Naturales (USDA NRCS) establece las disposiciones mínimas de diseño para los aliviaderos principales y de emergencia.
Esto incluye criterios basados en la frecuencia de precipitaciones P100
(período de retorno de 100 años) y la PMP (Precipitación Máxima Probable), dependiendo del caso
(Servicio de Conservación de Recursos Naturales, 1960).
En los países donde no se ha determinado aún la PMP, se usa comúnmente la P10000
(período de retorno de 10000 años)
en lugar de la PMP.
La P10000 implica una duración de alrededor de 400 generaciones humanas, lo cual es el
máximo valor práctico de período de retorno aplicable al control de inundaciones (Ponce, 1989).
Según la norma del Servicio de Conservación de los Recursos Naturales,
la represa sobre el río La Leche se clasifica como Clase (c). Esta clase de represa está
localizada en un lugar donde la falla [rotura] puede causar pérdida de vidas y graves daños materiales a viviendas, edificios industriales y
comerciales, empresas de servicios públicos, y a carreteras principales.
Los pueblos de Íllimo, Túcume, y Mochumí podrían estar en riesgo de inundaciones catastróficas.
La carretera Panamericana, una de las principales arterias de transporte regional, también podría
estar en riesgo en caso de una inundación extrema ocasionada por la rotura de una presa.
Cabe mencionar que las ondas de avenida producidas por roturas de presas puede exceder la frecuencia de 10000 años.
Dada la pendiente suave en la parte baja del valle de La Leche, es muy posible que el río pueda saltar [exceder] sus límites
normales durante grandes inundaciones. Si esto sucede, la ciudad de Lambayeque podría estar en el camino de una onda de avenida
producida por la rotura de la presa (ver Fig. 3). Cabe mencionar que en el fenómeno de El Niño de 1983,
la ciudad de Lambayeque se salvó de las inundaciones solamente por la desviación de las aguas a un drenaje existente,
evitándose así lo que podría haber sido una catástrofe de grandes proporciones (Consorcio Salzgitter-Lagesa, 1984).
Los criterios de diseño del NRCS consideran dos tipos de aliviaderos: (1) aliviadero principal, y (2) aliviadero de emergencia.
El hidrograma del aliviadero principal se utiliza para determinar la capacidad de: (a) el aliviadero principal,
(b) la elevación de la cresta
del aliviadero de emergencia, y (c) el volumen de almacenamiento de retención.
El hidrograma del aliviadero de emergencia se utiliza para determinar la capacidad de: (a) el aliviadero de emergencia,
(b) la elevación máxima de diseño, y (c) el volumen de almacenamiento de detención (Fig. 4).
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| Fig. 4 Niveles y volúmenes de almacenamiento en un reservorio típico (Ponce, 1989). |
Para el diseño de un aliviadero principal para una represa clase (c), NRCS recomienda, como mínimo (Servicio de Conservación de Recursos Naturales, 1960):
| Phap = P100 | (1) |
Para el diseño del aliviadero de emergencia de una represa clase (c), NRCS recomienda, como mínimo:
| Phae = P100 + 0.26 (PMP - P100) | (2) |
Para el caso de Lambayeque, la PMP debería interpretarse como la P10000. Por lo tanto, como mínimo, el aliviadero de emergencia debe diseñarse para pasar las inundaciones causadas por:
| Phae = 0.74 P100 + 0.26 P10000 | (3) |
NRCS tiene una provisión adicional para el diseño de un aliviadero de emergencia, representada en el concepto de hidrograma del borde libre, es decir, el hidrograma de avenidas que ocupará todo el borde libre (Fig. 4). Para desarrollar el hidrograma de borde libre de una represa clase (c), NRCS recomienda la PMP. Por lo tanto, como mínimo, el hidrograma del borde libre debe corresponder a una avenida causada por:
| Phbl = P10000 | (4) |
La seguridad de la represa contra avenidas catastróficas requiere que el aliviadero de emergencia sea diseñado con períodos de retorno de hasta 10000 años (véase, por ejemplo, el aliviadero de la represa Tucurui, de una capacidad de 110,000 m3/s, Fig. 5). Además, debe contarse con los procedimientos adecuados para garantizar que el embalse funcione, durante las avenidas, tal como estuvo diseñado. El volumen de almacenamiento de retención debe mantenerse en todo momento, pero particularmente durante los años de El Niño.
Un estudio previo considera períodos de retorno de 25 y 50 años para el caso de precipitaciones en relación con el fenómeno de El Niño (Consorcio Salzgitter-Lagesa, 1984, p. 4.3-22). Además, interpreta éstos como los picos de avenidas con períodos de retorno de 50 y 100 años, respectivamente (sic). Si bien los períodos de retorno de 50 y 100 años son comúnmente utilizados para obras de protección a lo largo del río (diques longitudinales), los criterios de diseño para aliviaderos de emergencia son mucho más estrictos.
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| Fig. 5 Aliviadero de la represa Tucuruí, sobre el Río Tocantíns, en la cuenca del Amazonas, considerado entre los dos más grandes del mundo. |
6. TIPO DE ALIVIADERO
El tipo de aliviadero es una consideración básica en el diseño de represas. En general, hay dos tipos de
aliviaderos, de acuerdo al tipo de flujo:
La falla por cavitación del aliviadero en túnel de la represa de Glen Canyon, sobre el río Colorado, Arizona, EE.UU., en Junio de 1983,
relacionada con el evento de El Niño de ese año, llevó al U.S. Bureau of Reclamation a usar dispositivos de aereación
en los aliviaderos nuevos y reacondicionados.
El aliviadero tipo Morning Glory es un aliviadero de túnel usado en presas construídas en varias partes del mundo, incluyendo
el Perú. En los EE.UU., el Cuerpo de Ingenieros del Ejército ha construído sólo dos de estos aliviaderos. El U.S. Bureau
of Reclamation ha construído la represa Monticello, al oeste de Sacramento, California. Esta represa tiene un aliviadero Morning Glory con
una capacidad de 1,370 m3/s, lo que lo hace el más grande del mundo.
En este vertedero, el mayor diámetro es de 22 m y el más pequeño es de aproximadamente 8 m.
El aliviadero Morning Glory tiene un alto riesgo de falla por colmatación del eje vertical por acumulación
de troncos y otros residuos de vegetación. El consultor tiene conocimiento de una de estas fallas,
la de la ataguía de la represa Norte,
sobre el río Itajaí, en Santa Catarina, Brasil, en diciembre de 1982 (Fig. 6).
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| Fig. 6 Falla de la ataguía de la represa Norte,
debido a la colmatación del eje vertical en dos aliviaderos Morning Glory, mostrados en la foto |
La posibilidad de obstrucción es real e imprevisible. Una forma de reducir al mínimo la posibilidad de obstrucción es construir el conducto de un diámetro mínimo lo suficientemente grande como para pasar todos los grandes árboles o troncos. En este sentido, las normas del Comité Nacional Francés del Comité Internacional de Grandes Presas (ICOLD) especifican que los aliviaderos Morning Glory deben tener, como mínimo, un diámetro de la garganta de 6 m (Hydrocoop.org, 2008).
La cavitación también puede ser problema en un aliviadero Morning Glory, ya que es posible que se produzcan grandes velocidades en presas altas. En todo caso, un Morning Glory sólo debe ser usado como aliviadero principal, y no como aliviadero de emergencia. Dada la necesidad de manejar grandes descargas, estimadas en varios miles de metros cúbicos por segundo, no se recomienda un aliviadero tipo Morning Glory para el proyecto de control de inundaciones en el río La Leche.
Deben evitarse los aliviaderos con compuertas debido a la posibilidad de fallas en el equipo mecánico precisamente cuando más se necesita, es decir, durante una gran crecida. Esto es particularmente importante en el caso de la cuenca de La Leche, en la que el tiempo de concentración en casos inusuales puede ser tan corto como 3 horas. Para aliviaderos con compuertas, deben proveerse sistemas diseñados para minimizar el riesgo de desastres (equipos mecánicos de reemplazo, un helipuerto para acceso de emergencia, etc.)
7. HIDROLOGÍA DE INUNDACIONES
En el sitio de presa La Calzada, la cuenca del río La Leche tiene un área de drenaje de 907,36 km2.
Se puede hacer una evaluación preliminar de la magnitud relativa de una gran avenida utilizando la fórmula de
Creager (1945). Creager recopiló información de cientos de casos en todo el mundo, y desarrolló una fórmula
empírica para calcular la descarga pico. La fórmula de Creager está basada en la difusión [atenuación]
de la escorrentía
en función del área de la cuenca (Fig. 7) (Ponce, 1989).
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| Fig. 7 Descarga pico en función del área de la cuenca (Creager et al., 1945). |
Utilizando la fórmula de Creager, la más inusual descarga pico (C = 100) para el río La Leche en la Calzada es de 6792 m3/s. Este valor es cerca de seis (6) veces mayor que la descarga pico de 1198 m3/s asociada con la avenida de El Niño de 1983, estimada por el Consorcio Salzgitter-Lagesa (1984). También es más de siete (7) veces mayor que la avenida de 100 años de 936 m3/s estimada por DEPOLTI (1998).
Otra rápida evaluación de la magnitud de una avenida inusual se puede hacer utilizando el método TR-55 (Servicio de Conservación de Recursos Naturales, 1986). Como en el caso de Creager, esta metodología también representa la difusión de la escorrentía, pero se limita a cuencas con tiempo de concentración menores de 10 horas, consideradas como "pequeñas" por TR-55. El tiempo de concentración bajo condiciones extremas de inundaciones para el río La Leche en La Calzada oscila entre 3 y 4 horas, dependiendo de la magnitud de la avenida.
Para un tiempo de concentración tc = 3 hr, área de la cuenca de drenaje A = 907 km2, la precipitación P24 = 200 mm (aplicable al fenómeno de El Niño de 1983), el número de la curva CN = 88 (suelo tipo C, pastos en buena condición hidrológica, y la condición de humedad antecedente III), y tormenta tipo I (aplicable al Sur y Centro de California, con clima parecido al de Lambayeque), la descarga pico calculada por TR-55 es de 6872 m3/s, la cual es comparable con el valor obtenido por la fórmula de Creager.
En vista de que los registros de escorrentía son de tiempo limitado (menos de 100 años), la extrapolación estadística a los períodos de retorno muy largos (10000 años) no parece estar justificada (U.S. Interagency Advisory Committee on Water Data, 1983). Por lo tanto, el énfasis debe orientarse a la modelación determinística/conceptual de la precipitación-escorrentía, con el fin de simular la respuesta de la cuenca a una tormenta extrema. Este enfoque tiene la ventaja inherente de que los datos requeridos son más hidráulicos que hidrológicos en su naturaleza. Los datos hidráulicos se pueden medir en cualquier momento y en cualquier cantidad, mientras que los datos hidrológicos deben por fuerza esperar hasta la ocurrencia de un evento de un período de retorno dado. Con la modelación determinística/conceptual, las estimaciones de escorrentía se basan en las características fisiográficas fácilmente medibles, como son las pendientes de las laderas y los cursos de agua, las longitudes hidráulicas, y los números de la curva. Estos últimos se basan en las propiedades productoras de escorrentía, tales como el tipo de suelo, el uso de la tierra, la condición hidrológica de la superficie, y la condición de humedad antecedente (Ponce, 1989).
La modelación determinística/conceptual de la hidrología de avenidas está doblemente justificada en estos tiempos en que calentamiento global amenaza con hacer obsoletos los registros existentes. En el contexto actual, un modelo hidrológico de cuencas hidrográficas bien formulado y construído debe proporcionar la herramienta más confiable de que se dispone actualmente para predecir la descarga pico para el diseño de un aliviadero.
El método racional no es recomendable para la determinación de las descargas pico en una cuenca regional como la del río La Leche. La razón es que el método racional no considera explícitamente la atenuación de la onda de avenida (es decir, la difusion de la escorrentía), que es cada vez más importante (debido al almacenamiento en los cursos de agua), cuando el área de drenaje es superior a 2.5 km2 (Ponce, 1989). Otras fórmulas de descarga máxima, tales como la de Bürkli-Ziegler, que se basan en una simple correlación con el área de drenaje, se consideran demasiado empíricas para justificar su aplicación en el presente caso.
8. MODELO DE PRECIPITACIÓN-ESCORRENTÍA
El consultor elaborará un modelo computacional, distribuído, determinístico/conceptual de precipitación-escorrentía para su aplicación a la
cuenca del río La Leche, con el fin de determinar el hidrograma de la avenida de diseño en el (los) sitio(s) de presa propuesto(s).
El modelo calcula la descarga pico en determinados lugares, cuando se le presenta con la tormenta de diseño (incluyendo profundidad,
intensidad y duración), y las características de los suelos y fisiográficas (números de la curva, pendientes del terreno y los cursos de agua,
y secciones transversales típicas en los arroyos y ríos). El modelo determinístico/conceptual
permite la determinación de una gama de posibles flujos de avenida, dependiendo de la precipitación de entrada,
la condición hidrológica de la
superficie, y la condición de humedad antecedente.
El modelo es distribuído en el sentido de que toda la cuenca de La Leche será subdividida en sendas subcuencas, en número aproximado
de treinta. Esto permite la descripción espacial y temporal de los flujos de avenida, desde el momento en que se origina el escurrimiento
en las subcuencas de cabecera (Fig. 8), incluyendo su paso a través de las quebradas y ríos,
y su acumulación aguas abajo [en el espacio y en el tiempo] para formar la onda de avenida.
La estructura topológica generalizada del modelo le permite considerar una cuenca de cualquier orden; véase, por ejemplo, Ponce (1985).
La transformación de lluvia a escorrentía será
por medio del hidrograma unitario NRCS, el cual se aplica a cuencas medianas similares a la de La Leche. El modelo de tránsito
será el método Muskingum-Cunge,
el cual simula la onda difusiva, estando basado en parámeteros
hidráulicos físicos tales como la velocidad de Seddon y la difusividad de Hayami (Ponce, 1989).
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| Fig. 8
Laguna Hualtaco, en la cabecera del |
Una característica importante del modelo es su independencia del tamaño de la malla asumida para el cómputo, lo que significa que los resultados calculados [flujos de avenida] son independientes de los intervalos de tiempo y del espacio utilizados en la discretización. Este modelo asegura la estabilidad, convergencia, y consistencia con las ecuaciones diferenciales [parciales] que gobiernan el flujo no permanente en canales abiertos (Ponce y Theurer, 1982; Ponce, 1986; Ponce, 1991).
Los datos requeridos son los siguientes:
- tormenta de diseño, incluyendo profundidad, intensidad, y duración, para el componente meteorológico del modelo.
- topología de la cuenca, es decir, la subdivisión de la cuenca La Leche en varias subcuencas para propósitos de modelación lluvia-escorrentía y tránsito de avenidas en canales (ríos).
- áreas de drenaje de las subcuencas.
- tipos de suelos, expresados en grupos hidrológicos de suelos (A, B, C, o D).
- uso de la tierra (bosque, pradera, agricultura, zona urbana).
- condición hidrológica de la superficie (buena, regular, o mala).
- longitudes hidráulicas, pendientes de los canales (ríos), y pendientes medias del terreno, para la generación de hidrogramas unitarios NRCS.
- secciones transversales típicas, para el tránsito de avenidas con el método de la onda difusiva (Muskingum-Cunge).
- valores representativos del coeficiente de fricción de Manning (en el canal, y las llanura de inundación de la margen izquierda y de la margen derecha).
- El número 1, precipitación, está disponible hasta 1998 (Pérez Becerra, 2006). El período 1999-2007 para las estaciones de Puchaca, Tocmoche, e Incahuasi debe ser colectado. También se necesita el mapa de isohietas de tormentas de 24 hr [a ser proveídos por PEOT].
- Los números 2 y 3 (topología de la cuenca y áreas de drenaje de las subcuencas) están siendo colectadas en base a cartas IGN disponibles a las escala 1:100000.
- Los numeros 4 y 5 (tipo de suelo y uso de la tierra) están parcialmente disponibles (Pérez Becerra, 2006). Se requieren mapas detallados de suelos y uso de la tierra [a ser proveídos por PEOT].
- El número 6 (condición hidrológica de la superficie) debe ser estimado en el terreno.
- El número 7 (longitudes hidráulicas, pendientes de los canales, y pendientes medias del terreno) está siendo colectado en base a cartas IGN disponibles a las escala 1:100000.
- El número 8 (secciones transversales típicas de 8 puntos) deben ser estimados en el campo para cada uno de los tramos del modelo (cerca de 20 tramos).
- El número 9 (coeficiente de rugosidad de Manning para el canal principal, y las llanuras de inundación izquierda y derecha) deben ser estimados en el campo. Para este propósito, se dispone de la colección de fotos de Barnes en línea (http://manningsn.sdsu.edu). Actualmente se dispone solamente de datos [del coeficiente de Manning] en el canal principal (Pérez Becerra, 2006). Estas estimaciones parecen estar muy bajas en los tramos más altos del Moyán y Sangana. Se necesita la verificación o corrección de estos datos en el campo.
Se requiere una visita al campo con el fin de colectar los datos que faltan para correr el modelo en forma satisfactoria (items 4, 5, 6, 8 y 9). La visita comprendería los tributarios Moyán y Sangana, los dos ramales principales del río La Leche. Se sugiere que esta visita sea la tercera semana de mayo 2008.
9. GEOMORFOLOGÍA DEL RESERVORIO
Una represa en La Calzada creará un remanso que se extenderá unos 4 km aguas arriba, abarcando la boca de la quebrada Cincate,
un importante afluente. El área a ser inundada por el embalse es ancha y de morfología suave (Fig. 9), creada como resultado de la
confluencia de dos grandes corrientes, el río La Leche y la quebrada Cincate. Esta última drena una superficie de
85,2 km2, lo que equivale a 9,4% del total del área de drenaje del río La Leche en La Calzada.
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Fig. 9 |
Se observa que el tamaño relativamente grande del valle de La Leche cerca de la desembocadura de la quebrada Cincate es debido, con toda probabilidad, al remanso en la quebrada Cincate durante los grandes flujos formadores del canal principal, que ocurrieron simultáneamente en el río La Leche y la quebrada Cincate. Esto explica la gran cantidad de sedimentación en la confluencia de estas dos corrientes. También es una indicación de la presencia de importantes cargas de sedimentos en ambos cursos de agua, Cincate y La Leche.
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Fig. 10 Sitio del reservorio en la confluencia
del |
10. SEDIMENTACIÓN EN EL RESERVORIO
La cuenca del río Leche se ubica en el piedemonte occidental de los Andes del norte peruano, en el departamento de Lambayeque.
Las elevaciones del terreno varían de unos 200 m sobre el nivel medio del mar en el sitio de presa (La Calzada), a un máximo de 4230 m
en la cima de Cerro Choicopico, en la cabecera de la cuenca. La longitud hidráulica del río Moyán/La Leche, desde la cabecera hasta el sitio de
presa propuesto es de 44397 m. [La longitud hidráulica del río Sangana/La Leche es ligeramente mayor, igual a 44591 m]. Por
lo tanto, la pendiente media en el río La Leche es de 9% (So = 0.09). Las pendientes promedio del terreno
son del orden de 34% (Fig. 15). Es de esperar que durante una tormenta que produzca una avenida de consideración,
las velocidades del flujo serán altas, la concentración de la escorrentía muy rápida, las descargas pico grandes, y
las cargas de sedimentos correspondientemente altas.
La turbidez del vecino Río Chancay (en Carhuaquero, Lambayeque) se ha medido en 1,04 kg/m3.
La turbidez del Río Jequetepeque (en Ventanilla, La Libertad), hacia el sur, ha sido documentada en 3 kg/m3.
La turbidez del Río Chira (en Sullana, Piura), hacia el norte, se ha medido en 4,71 kg/m3,
un alto valor desde todo punto de vista (DEPOLTI, 1998, op. cit., p. 81). Los reservorios de Poechos y Gallito Ciego se encuentran en
los ríos Chira y Jequetepeque, respectivamente. El reservorio Tinajones es un proyecto de almacenamiento fuera del curso del río,
situado en la cuenca vecina del río Chancay. Aunque Gallito Ciego y Poechos se están
llenando de sedimentos a un ritmo relativamente acelerado, el llenado
Tinajones [con sedimento] es aparentemente más lento.
Existen dos mecanismos que actúan para generar grandes cantidades de sedimentos en una cuenca hidrográfica. El primero de
ellos es natural: los movimientos de masa o deslizamientos, localmente denominados "huaycos", que están impulsados por el exceso de
lluvias, que lubrica las laderas, junto con las fuerzas gravitacionales altas (taludes bastante empinados). Después de la ocurrencia del deslizamiento,
las lluvias continúan transportando el material desagregado (fragmentos de roca, cantos rodados, grava, arena, limo y arcilla)
hacia la quebrada o río más
cercano. Este tipo de mecanismo de producción de sedimentos ha sido documentado recientemente en la cuenca alta del Moyán, cerca a Incahuasi
(Fig. 11). Además, hay muchas evidencias en el terreno (una gran cantidad de rocas enormes
a punto de entrar en movimiento) que indican una actividad geodinámica muy intensa.
El segundo mecanismo de producción de grandes cantidades de sedimentos es antropogénico,
causado por: (a) la deforestación, (b) el pastoreo excesivo, y/o (c) la sobreagricultura.
Éstas tienen una tendencia a
la creación de cárcavas, las cuales son responsables de la producción
de grandes cantidades de sedimentos. A juzgar por las observaciones efectuadas durante la visita de campo del
12-13 de Febrero de 2008, la cuenca de La Leche no parece tener un problema serio con cárcavas
[por lo menos no en las zonas visitada en esos días].
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| Fig. 11 Deslizamiento (huayco) en la cuenca del río Moyán, en la vecindad de Incahuasi (foto tomada el 12 de febrero del 2008). |
11. VIDA ÚTIL DEL RESERVORIO
El método de Brune se usa para una evaluación preliminar de la vida útil de un reservorio
(Brune, 1953). Este método calcula la eficiencia de retención de sedimentos en función de las siguientes variables:
En su mayor parte, dada una constante I de entrada media anual, un depósito con una C mayor retendrá más sedimentos, y uno con
una C menor retendrá menos sedimentos. Del mismo modo, dada una constante de la capacidad de embalse C, un depósito con una menor I
atrapará más sedimentos, y aquél con una mayor I atrapará menos sedimentos.
La velocidad de sedimentación en un reservorio es en gran medida una función del parámetro adimensional de retención C/I, el cual describe
el tamaño relativo entre la capacidad del reservorio y el volumen medio anual [de flujo] que ingresa a éste (Fig. 12).
Según Brune, a lo largo de casi 3/4 de
su rango de variación, cuanto mayor es el parámetro de retención, mayor es la eficiencia de atrape, más rápida la tasa de
llenado con sedimentos y, por lo tanto, menor la vida útil del reservorio. En la práctica, esto significa que las
represas más pequeñas atrapan menos sedimentos y duran relativamente más, mientras que lo contrario sucede con las grandes represas.
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Fig. 12 Curvas de eficiencia de retención (Brune, 1953).
El método de Brune atrapa una fracción de la producción de sedimentos en el embalse. La producción de sedimentos (PS) se puede evaluar usando:
- Una fórmula reconocida, como la de Dendy y Bolton (1976), o
- Valores de turbidez, medidos o estimados.
En este documento se presenta un análisis de sensibilidad utilizando tres niveles de turbidez:
- un valor bajo de 1 kg/m3, aplicable [o similar] a la cuenca del Chancay,
- un valor alto de 5 kg/m3, aplicable a la cuenca del Chira.
Cabe mencionar que estos valores de turbidez sólo toman en cuenta la carga suspendida de material de lecho, y no incluyen la carga de fondo, es decir, los sedimentos transportados por rodadura y deslizamiento en el fondo [lecho] del río. Para tomar en cuenta la carga de fondo, usualmente se multiplica la carga suspendida por un factor apropiado. En la estación de Puchaca, localizada a unos 4 km aguas arriba de La Calzada, las estimaciones de descarga de material de fondo son aproximadamente el 20% de la carga suspendida (DEPOLTI, 1998, p. 82).
Como una primera aproximación, se asume en La Calzada un volumen de embalse de 64 hm3, incluyendo el volumen muerto (DEPOLTI, 1998). El área de drenaje en La Calzada se ha calculado en 907,36 km2. El peso específico [peso por unidad de volumen] de los depósitos de sedimentos (mezcla de arena y limo) se estima en 13000 N/m3. Se asume principalmente la deposición de sedimentos de grano grueso (el caso más desfavorable). La descarga media anual en la estación de Puchaca es 5,539 m3/s para el período 1960-96 (DEPOLTI, 1998). El área de drenaje en Puchaca se ha calculado en 780,1 km2. Usando una relación de áreas, la descarga media anual en La Calzada se estima en 6,44 m3/s. Por lo tanto, la escorrentía media anual en La Calzada es 224 mm.
El Cuadro 1 muestra los cálculos de la vida útil del reservorio, para una represa en La Calzada, utilizando el método de Brune. A modo de ejemplo, la producción [entrega] de sedimentos para la turbidez de 1 kg/m3 se calcula de la siguiente manera:
1,2 × 6,44 m3/s × 1 kg/m3 × 86400 s/d × 365 d/año
| PS = ___________________________________________________
| 907,36 km2 × 1000 kg/ton
| |
PS = 269 ton/km2/año
Los resultados de esta tabla deben interpretarse con cautela, en espera de datos de sedimentos medidos en la cuenca La Leche. Los datos de descarga sólida en la estación Puchaca deberán proporcionar una mayor certidumbre en cuanto a la vida útil del embalse propuesto en La Calzada. Con este fin, las mediciones de descarga suspendida y descarga de fondo deben ser complementadas con un cálculo de la descarga total de sedimentos por el método de Einstein modificado (Colby y Hembree, 1955).
| Cuadro 1. Vida útil del reservorio en La Calzada.1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Método / | Aplicabilidad | Entrega de sedimentos ( | Tiempo de llenado (años) para los porcentajes dados
| 20%
| 50%
| 80%
| 100%
| Dendy-Bolton
| EE.UU.
| 325
| 58
| 147
| 239
| 317
| 1 kg/m3
| Río Chancay
| 269
| 71
| 178
| 289
| 383
| 3 kg/m3
| Río Jequetepeque
| 807
| 24
| 59
| 96
| 128
| 5 kg/m3
| Río Chira
| 1,345
| 14
| 36
| 58
| 77
|
1 Volumen del reservorio: 64 hm3;
peso especifico del sedimento grueso: 13000 N/m3. | | |||||||||
12. ALTERNATIVAS DE PRESAS
Los dos sitios de presa identificados, La Calzada y Calicantro, difieren en un aspecto importante: mientras que la presa en La Calzada está en el emplazamiento del río, el sitio Calicantro está fuera del río (Fig. 13). El sitio de presa de La Calzada está localizado aguas abajo de una ampliación natural del valle del río La Leche, en la confluencia con la Quebrada Cincate (Fig. 10). Asimismo, el sitio de Calicantro incluye el Portachuelo de Salas. [Portachuelo significa "una apertura entre dos cerros convergentes", según el Diccionario de la Real Academia Española].
A juzgar estrictamente desde un punto de vista hidrológico, el sitio de La Calzada se desempeñaría mejor para atenuar los flujos de avenida, mientras que el sitio de Calicantro se espera que tenga menos deposición de sedimentos y una vida útil más larga. Por lo tanto, si sólo se considera una presa, la presa de La Calzada controlará mejor las inundaciones que la presa en Calicantro, pero se llenará más rápido con sedimentos. Por el contrario, una presa en Calicantro no será tan eficaz para el control de inundaciones que una presa en La Calzada, pero puede almacenar mucha agua y es probable que dure relativamente más.
Una forma de resolver este dilema es considerar dos presas:
- Una represa principal en la Calzada, de control de inundaciones, con: (a) un gran volumen de almacenamiento de retención, (b) un volumen razonable de almacenamiento de detención, y (c) un pequeño o nulo volumen activo (Fig. 4).
- Una represa secundaria en Calicantro, de almacenamiento, con: (a) un gran volumen activo, (b) un pequeño o nulo almacenamiento de retención, y (c) un pequeño almacenamiento de detención, para tomar en cuenta las avenidas locales (Fig. 4).
Ambos sitios, La Calzada y Calicantro, se consideran sólidos desde una perspectiva hidrológica. Ambos pueden almacenar grandes cantidades de agua con alturas y longitudes de presa razonables. Sólo resta examinar en detalle los factores geológicos, geotécnicos, ambientales, y económicos.
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| Fig. 13 Restos de antigua muralla, aparentemente de origen Inca o pre-Inca, en el eje del sitio de presa Calicantro. |
13. RESUMEN
Las extensas llanuras de inundación de la región costera de Lambayeque, en el norte de Perú, son una indicación de una condición
geodinámica muy activa, con muy alta erosión y transporte de sedimentos por los ríos y quebradas locales. Los deslizamientos
(huaycos) son el resultado de las altas e intensas precipitaciones, junto con las grandes fuerzas gravitacionales que actúan en
las cabeceras del río La Leche. A su vez, esto indica que el transporte y deposición de sedimentos puede constituir un
factor importante en el diseño.
La represa que se propone en el río La Leche se clasifica como una represa de Clase (c), de acuerdo al Servicio de Conservación
de Recursos Naturales de los EE.UU. (NRCS). En esta clase de represas, una falla puede causar la pérdida de vidas humanas, además
de graves daños a la infraestructura existente. Por consiguiente, el período de retorno para el diseño del aliviadero de emergencia
debe oscilar entre 100 años y 10000 años. Mas aún, el hidrograma del borde libre
debe corresponder al período de retorno de
10000 años. En contraste, los períodos de retorno para diques longitudinales construídos aguas abajo de la presa se pueden tomar como de 50 a
100 años.
Los aliviaderos de superficie libre son preferibles a los de conducto cerrado.
Estos últimos están sujetos a obstrucción con restos de vegetación (ramas, troncos, etc.)
y/o propiciar la cavitación, ambos de los cuales pueden ser difíciles de controlar.
Un aliviadero Morning Glory tendría
que tener un diámetro mínimo superior a 6 m para garantizar el paso de los más grandes troncos. Entretanto,
la posibilidad de cavitación continúa
siendo un problema en el caso de un
aliviadero Morning Glory. Estas razones indican que este tipo de aliviadero no es recomendable para la represa de La Leche.
En espera del modelado detallado de precipitación-escorrentía en la cuenca de La Leche,
las descargas pico de avenidas para el diseño del aliviadero no
pueden determinarse todavía. La experiencia indica que el valor determinado en un estudio anterior, en relación con el
período de retorno de 100 años, es demasiado bajo para el diseño de aliviadero de emergencia. La evidencia geomorfológica
sugiere que el río La Leche ha transportado una gran cantidad de sedimentos en el pasado geológico.
Una gran cantidad de sedimentos sólo pueden ser transportada con muy altas velocidades y, en consecuencia, con muy altas descargas líquidas
(Colby, 1964) (Fig. 14).
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Fig. 14 El río Moyán, cerca de Tingo, con pendiente de fondo
So = 0.056. Nótese el gran tamaño de los sedimentos de fondo. |
La modelación determinística/conceptual del proceso de precipitación-escorrentía es la herramienta de análisis preferida para el cálculo distribuído de hidrogramas de avenidas en la cuenca del río La Leche. Se necesitan datos hidráulicos adicionales para correr el modelo bajo condiciones extremas de tormentas.
La evaluación preliminar de sedimentación en reservorios indica que la vida útil de un proyecto de embalse en La Calzada puede variar de 77 a 383 años, en función de la cantidad de entrega de sedimentos (ver Cuadro 1). La experiencia local y regional indica que la turbidez puede estar en el rango de 1 a 5 kg/m3. Se necesitan datos adicionales sobre la carga suspendida y la carga de fondo, medidos en el río La Leche en la estación Puchaca, para aumentar la confiabilidad de las predicciones de vida útil del reservorio.
En espera de datos y estudios más detallados, el exceso de sedimentación en el reservorio sigue siendo una gran preocupación para el proyecto de control de inundaciones y almacenamiento de agua en la cuenca del río La Leche. Para hacer frente a este problema, debe examinarse la posibilidad de construir dos presas, una en La Calzada, en la planta del río, y otra en Calicantro, fuera del río. Dicho sistema tendrá las siguientes ventajas:
- proporcionar un control de inundaciones adecuado en La Calzada,
- ofrecer una amplia oferta de agua en Calicantro, fuera de la corriente, y
- reducir la sedimentación en los embalses y, en consecuencia, aumentar la vida útil de los reservorios.
14. BIBLIOGRAFÍA
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No. 17B, issued 1981, revised 1983, Reston, Virginia.
Fig. 15 Laderas típicas en
la cuenca del río Moyán, mostrando pendientes del terreno muy pronunciadas, con un promedio de 34%.
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