anexo 3. estudio crecidas rio aysen

ESTUDIO HIDROLÓGICO

ANALISIS DE CRECIDAS E INUNDACIÓN RÍO AYSÉN

Emisión Fecha Versión Fecha

Preparado por Ing. Javier Gho Ing. Daniel B. Wright Ing. Juan Marcus

19.05.2009 3 19.05.2009

Aprobación César Fernández Oceanógrafo

Concepción, 19 de Mayo de 2009

Estudio Hidrológico – Análisis de Crecidas e Inundación Río Aysén 2

ESTUDIO HIDROLÓGICO

ANALISIS DE CRECIDAS E INUNDACIÓN RÍO AYSÉN

PARTE 1- ESTUDIO DE CAUDALES MÁXIMOS INSTANTÁNEOS

Página 1.1 INTRODUCCION 3 1.2 REFERENCIAS 1.3 DESCRIPCION DE LA ZONA 6

1.3.1 Clima 6 1.3.2 Geología y volcanismo 6 1.3.3 Hidrogeología 7 1.3.4 Geomorfología 7 1.3.5 Hidrografía de la cuenca en estudio 8

1.4 METODOLOGÍA PARA ESTIMACION ESTADÍSTICA DE CAUDALES MÁXIMOS

10

1.4.1 Método de Gumbell 11 1.4.2 Método de Nash 13

1.5 RESULTADOS, COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 16 PARTE 2. ANALISIS DE CRECIDAS

2.1 INTRODUCCION 17 2.2 REFERENCIAS 18 2.3 METODO HEC- RAS 19

i) Rugosidad 21 ii) Topografía 22 iii) Batimetría 22

2.4 RESULTADOS 24 2.4.1 Secciones Transversales 24 2.4.2 Perfiles Longitudinales 26 2.4.3 Zonas de Inundación 27

2.5 CONCLUSIONES 28

ANEXOS

29

A1 Resultados caudales máximos instantáneos calculados con HidroEsta

29

A2 Datos de Salida HEC – RAS 31 A3 Datos Originales estación fluviométrica río Aysén en

Puerto Aysén 32


PARTE 1- ESTUDIO DE CAUDALES MÁXIMOS INSTANTÁNEOS

1.1 - INTRODUCCION El presente estudio hidrológico se enmarca dentro de los requisitos necesarios para realizar un proyecto de construcción en la salida del río Aysén, tanto para considerarlas en el proyecto de la obra, como para el emplazamiento de defensas para su protección. El estudio se ha planteado como objetivo estudiar el comportamiento hidráulico del río Aysén para el diseño de una planta de procesos en la ribera sur del mismo, y determina el comportamiento del río tanto en condiciones hidrológicas “normales” o promedio, como en condiciones eventuales, o de crecidas. Para esto se ha considerado estudiar los caudales máximos instantáneos para períodos de retorno de 5, 10, 15, 50, 75, 100 años.


Fig. 1.1 - Localización sector de proyecto

Área de proyecto


1.2 - REFERENCIAS Las fuentes de información utilizadas en el presente informe fueron las siguientes:

1. Carta IGM Puerto Aysén 4515-7240 Escala 1:50.000. Origen Datum PSAD 1956. 2. Manual de Normas y Procedimientos para la Administración de Recursos Hídricos. DGA-2002. 3. MOP – DGA “Diagnóstico y clasificación de los cursos y cuerpos de agua según objetivos de calidad – Cuenca del río Aysén” Diciembre de 2004 (Chile), realizado por CADE – IDEPE para el Ministerio de Obras Públicas (MOP) y la Dirección General de aguas (DGA) 4. Manual Software HidroEsta, ITCR (Costa Rica) , 2008


1.3 – DESCRIPCION DE LA ZONA (Cade – Idepe / MOP-DGA , 2004)

1.3.1 Clima El clima característico de la cuenca, es el clima frío oceánico de bajas temperaturas, con abundantes precipitaciones, fuertes vientos y mucha humedad. Las características del relieve provocan una diferencia de climas en el sector Oriental, formado por islas y archipiélagos, y en el sector Oriental de la Cordillera Patagónica. El sector costero de la cuenca, está influenciado por el clima frío oceánico del sector de archipiélagos e islas y vertiente Occidental de los Andes Patagónicos. Esta zona se caracteriza por abundantes precipitaciones, fuertes vientos del Oeste y altísima humedad. Los promedios de agua caída anuales fluctúan entre los 3.000 y 4.000 mm. Un caso a citar es Puerto Aysén con una precipitación de 2.940 mm anuales. Las temperaturas son muy bajas obteniéndose una media anual de 8 a 9ºC, donde los valores máximos se dan en Enero. El sector centro de la cuenca se ve influenciado por el clima de estepa fría el que se presenta en la vertiente oriental de los Andes Patagónicos o transandinos. Esta zona se diferencia de la anterior porque esta protegida por el cordón montañoso de la Cordillera, la que permite una disminución notable de las precipitaciones, en comparación con el sector de archipiélagos que se encuentran en la misma latitud. En el lado Oriental los valores de las precipitaciones bajan hasta 621 mm anuales en Balmaceda, en la ciudad de Coyhaique la precipitación es de 1.385 mm anuales. Las temperaturas son generalmente bajas siendo Enero el de temperaturas más altas y Julio mas bajas. En Puerto Aysén, la precipitación media anual, alcanza los 2.940 mm, registrándose los montos máximos de agua caída en los meses de mayo, julio y agosto. Con respecto a la escorrentía superficial en la cuenca, los mayores valores se registran en el sector de río Blanco después de la junta con río Riesco (3.006 mm/año). El sector comprendido entre río Simpson antes de la junta con río Mañihuales, alcanza valores de escorrentía no superiores a 900 mm/año. Por último, entre el río Mañihuales antes de la junta con río Simpson, los valores registrados de escorrentía son de 1.383 mm/año. De acuerdo a las pérdidas de agua producto de la evaporación, las mayores pérdidas de la cuenca registradas anualmente, se presentan en el sector río Oscuro, localidad de Balmaceda con 1500 mm/año. El sector que comprende el río Simpson antes de la junta con río Mañihuales, la evaporación registrada es de 1.000 mm/año.

1.3.2 Geología y volcanismo La geología de la cuenca de Aysén presenta rocas pertenecientes al cuaternario, cretácico y del jurásico superior- cretácico inferior. Entre las formaciones presentes en la cuenca las que inciden en la calidad de agua están:

• Rocas volcánicas, del cuaternario; estrato volcanes y complejos volcánicos; lavas basálticas a riolíticas, domos y depósitos piroclásticos andesíticos basálticos a dacíticos; principalmente calcoalcalinos; ubicados en la parte alta del río Simpson y parte baja del río Coyhaique. • Rocas sedimentarias del jurásico superior- cretácico inferior; secuencias sedimentarias marinas litorales o plataformales, calizas, lutitas, areniscas calcáreas, arseniscas y coquinas; su influencia se podría percibir en la parte baja de río Aysén y su desembocadura.


En el sector de río Oscuro y el primer tramo del río Simpson, se observa una influencia volcánica y de formaciones calcoalcalinas, las que debido a las características de permeabilidad e infiltración en la roca, no produce una influencia significativa en la calidad del agua. En río Ñirehuao, Emperador Guillermo y Mañihuales, predominan las formaciones sedimentarias; sin intervenir en la calidad del cuerpo hídrico; en el río Aysén propiamente tal se observa una influencia de formaciones volcánicas calcoalcalinas, las que no realizan variaciones en la calidad del recurso de estos, debido a su cercanía y actividad.

1.3.3 Hidrogeología El comportamiento hidrogeológico de esta cuenca ha sido poco estudiado. Por tanto, la hidrogeología se describe según las características de permeabilidad que posee la roca en el área de la cuenca. Al oriente de la cordillera de los Andes se encuentra mayoritariamente terrenos con baja permeabilidad y un área de menor dimensión con una alta permeabilidad ubicada en el sector alto del río Ñirehuao y otra en la parte superior del río Coyhaique; la cordillera de los Andes presenta una muy baja permeabilidad. Los acuíferos subterráneos, se ubican solamente alrededor del cauce del Río Aysén. El resto de la cuenca, no presenta este tipo de formaciones ya que la permeabilidad en esta zona es nula o muy baja.

1.3.4 Geomorfología La cuenca del río Aysén se ubica en la región Patagónica y Polar del Inlandsis Antártico, desde el punto de vista geomorfológico. Zona sometida a una tectónica de hundimiento a escala geológica, donde el mar ha penetrado por el llano central, los valles inferiores de los ríos andinos y la cordillera de la costa. Esto ha originando una variada morfología litoral, compuesta de golfos, canales, estuarios, fiordos, etc. La tectónica indica una tendencia general del territorio al hundimiento en el extremo austral, presentando manifestaciones de respuestas glacioeustáticas al solevantamiento, debido a la pérdida de peso que ha experimentado el continente liberado de la capa de hielos cuaternarios. Las zonas ubicadas en bloques levantados manifiestan una activa e intensa erosión geológica, con enérgico desarrollo de sistemas torrenciales, movimientos en masa, etc. En cambio, en las zonas ubicadas en bloques hundidos prevalece la sedimentación. Esto explica la actividad de relleno que presentan los cursos inferiores de los ríos patagónicos, como el caso del Simpson. También se encuentran cadenas transversales en la zona de Puerto Aysén y Coyhaique. El sector que ocupa la cuenca del río Aysén, ha sido descrito como una zona de lagos y ríos de control tectónico, cuya característica principal es encontrarse sobre la cordillera de Los Andes. Los sistemas hidrográficos de esta zona se orientan en dos sentidos: este – oeste como es el caso del río Simpson y norte – sur como los ríos Mañihuales y Blanco, que drenan en dirección del río Aysén. Asimismo, predomina el drenaje de carácter rectangular, estableciendo el dominio de una morfología de erosión que dificulta las comunicaciones terrestres. Al sur del río Simpson, existen numerosas y extensas depresiones lacustres y una compleja red ortogonal de ríos, cuya activa erosión nivofluvial determina un relieve segmentado, que tiende al desarrollo de cuencas que sólo tiene comunicación entre sí por dichos conductos fluviales como es el caso de Coyhaique, Puerto Aysén y Balmaceda, intercomunicadas por la morfología del Simpson.


1.3.5 Hidrografía de la cuenca en estudio

Aysén en Puerto Aysén drena un área algo menor al total de la cuenca de 11727,4 km2 ya que no incluye el caudal aportado por el río Los Palos. Conjuga todos los regímenes presentes en la cuenca, mostrando características comunes a todas las estaciones, como caudales medios mensuales máximos entre los meses de Octubre y Diciembre para años normales y secos, y en Junio para años húmedos. La menor dispersión entre los caudales de deshielo, relativo a la dispersión de los caudales producidos por las lluvias de invierno, es debida a la presencia estable de nieve en el sector oeste de los Andes Patagónicos, constituido en esta zona por las cordilleras de las Lástimas, Cumbre Blanca, Cumbre Negra y las cadenas de cerros Los Cóndores y El Tronador. Los caudales de los meses que para otras estaciones son de estiaje, aparecen con caudales importantes debidos principalmente a la regulación producida por la cuenca del río Blanco. El río Aysén, nace de la unión del Simpson y el Mañihuales, y de la hoya del río Blanco. Esta subcuenca muestra un régimen mixto, con grandes crecidas tanto en invierno como en primavera, producto de lluvias y deshielos respectivamente. Los menores caudales se observan en el trimestre Febrero, Marzo, Abril, período entre deshielos y lluvias invernales. Tabla 1.1 – Régimen de caudales con probabilidad de excedencia, estación fluviométrica río Aysén en Puerto Aysén, en m3/s


Fig. 1.2 – Curva de variación estacional río Aysén en Puerto Aysén


1.4 – METODOLOGÍA PARA ESTIMACION ESTADÍSTICA DE CAUDALES MÁXIMOS Los métodos estadísticos, se basan en considerar que el caudal máximo anual es una variable aleatoria que tiene una cierta distribución. Para utilizarlos se requiere tener como datos, el registro de caudales máximos anuales, cuanto mayor sea el tamaño del registro, mayor será también la aproximación del cálculo del caudal de diseño, el cual se calcula para un determinado período de retorno. Por lo general, en los proyectos donde se desea determinar el caudal de diseño, se cuenta con pocos años de registro, por lo que la curva de distribución de probabilidades de los caudales máximos, se tiene que prolongar en su extremo, si se quiere inferir un caudal con un período de retorno mayor al tamaño del registro. El problema se origina, en que existen muchos tipos de distribuciones que se apegan a los datos, y que sin embargo, difieren en los extremos. Esto ha dado lugar a diversos métodos estadísticos, dependiendo del tipo de distribución que se considere, entre los cuales se tiene a Gumbel y Nash. Gumbel y Nash consideran una distribución de valores extremos, con la única diferencia, que el criterio de Nash es menos rígido que el de Gumbel, puesto que el método de Nash permite ajustar la distribución por mínimos cuadrados. En forma práctica, se recomienda escoger varias distribuciones y ver cual se ajusta mejor; esto requiere que se tengan los datos necesarios para poder aplicar alguna prueba estadística, como la prueba de bondad de ajuste. La determinación de los caudales máximos se realizó utilizando los datos de caudales instantáneos máximos del Río Aysén en la estación fluviométrica de Puerto Aysén que se presentan en Anexo 3. Los datos de caudales máximos corresponden a una serie anual del período 1995 – 2007 (13 años) y de esta serie se escogieron los “máximo maximorum” instantáneos mensuales para cada año, que se emplearon como dato de entrada en el software. Para la determinación de los caudales máximos de crecidas se empleó el software HidroEsta el cual da sus resultados en función del período de retorno solicitado, mediante los métodos de Gumbell y Nash. El valor empleado es aquel que resultó mayor en los métodos indicados para el período de retorno exigido.


1.4.1 Método de Gumbell Para calcular el caudal máximo para un período de retorno determinado se usa la ecuación: siendo:

donde:

Qmax = caudal máximo para un período de retorno determinado, en m3/s N = número de años de registro Qi = caudales máximos anuales registrados, en m3/s Qm = caudal promedio, en m3/s = T = período de retorno σN , YN = constantes función de N, Tabla 2.2 (variables reducidas) σQ = desviación estándar de los caudales, ecuación (2)

Para calcular el intervalo de confianza, o sea, aquel dentro del cual puede variar Qmax dependiendo del registro disponible se hace lo siguiente:

1. Si Φ = 1 – 1/T varía entre 0,20 y 0,80, el intervalo de confianza se calcula con la fórmula:

donde:

N = número de años de registro √ N α σm = constante en función de Φ, Tabla 1.3 σN = constante en función de N, Tabla 2.2 σQ = desviación estándar de los caudales, ecuación (2)

2. Si Φ > 0,90, el intervalo se calcula como: La zona comprendida entre 0,8 y 0,9 se considera de transición, donde Q es proporcional al calculado con las ecuaciones (3) y (4), dependiendo del valor de Φ El caudal máximo de diseño para un cierto período de retorno será el caudal máximo con la ecuación (1), más el intervalo de confianza, calculado con (3) ó (4)

Qmax = Qm – σQ / σN ( Yn – LnT) (1)

N σQ = ∑ Qi

2 - NQm2 (2)

i=1 N - 1

N Qm = ∑ Qi i=1 N

Q = + N α σm σQ (3)

σN √N

Q = + 1,14 σQ (4) σN

Qd = Qmax + Q (5)


Tabla 1.2 Valores de YN y σN en función de N


Tabla 1.3 Valores de √ N α σm en función de Φ

1.4.2 Método de Nash

Nash considera que el valor del caudal para un determinado período de retorno se puede calcular con la ecuación:

donde:

a,b = constantes en función del registro de caudales máximos anuales Qmax=caudal máximo para un período de retorno determinado, en m3/s T =período de retorno, en años

Los parámetros a y b se estiman utilizando el método de mínimos cuadrados, con la ecuación lineal: Q = a + bX, utilizando las siguientes ecuaciones: Siendo,

Qmax = a + b * log log ( T/(T – 1)) (6)

a = Qm – b * Xm (7)

b

=

(8)


donde:

N = número de años de registro Qi = caudales máximos anuales registrados, en m3/s Qm = , caudal medio en m3/s

Xi= constante para cada caudal Q registrado, en función de su período de retorno correspondiente Xm = , valor medio de las Xs

Para calcular los valores de Xi correspondientes a los Qi, se ordenan estos en forma decreciente, asignándole a cada uno un número de orden mi; al Qi máximo le corresponderá el valor 1, al inmediato siguiente 2, etc. Entonces, el valor del período de retorno para Qi se calculará utilizando la fórmula de Weibull con la ecuación: Finalmente, el valor de cada Xi se obtiene sustituyendo el valor de la ecuación (10) en la ecuación (9) El intervalo del cual puede variar el Qmax calculado por la ecuación (6), se obtiene como: siendo: De la ecuación (11), se ve que Q sólo varía con X, la cual se calcula de la ecuación (9), sustituyendo el valor del período de retorno para el cual se calculó el Qmáx. Todos los demás términos que intervienen en la ecuación (11) se obtienen de los datos. El caudal máximo de diseño correspondiente a un determinado período de retorno será igual al caudal máximo obtenido de la ecuación (6), más el intervalo de confianza calculado según la ecuación (11), es decir:

Xi

=

log log T (T-1)

(9)

T = (N+1) / mi (10)

Q

=

(11)

Sxx =

Sqq =

Sxq =

Qd = Qmax + Q


Los valores máximos mensuales para el período registrados en la estación fluviométrica río Aysén en Puerto Aysén por DGA-MOP están en Anexo 3. Los valores empleados provienen de una selección de los valores máximos medidos en la estación río Aysén en Puerto Aysén (UTM N 4969122 – UTM E 686020) para el período 1995-2007, fueron son los siguientes:

Tabla 1.4 - Caudales máximos instantáneos río Aysén, en m3/s

Año Qmax inst Mes Día 1995 485,30 Dicbre. 30 1996 5238,59 Agosto 16 1997 4307,82 Agosto 9 1998 3080,95 Dicbre. 26 1999 4414,39 Sept. 20 2000 2232,40 Dicbre. 16 2001 4008,46 Marzo 9 2002 2812,13 Oct 11 2003 3444,23 Junio 19 2004 2784,94 Julio 6 2005 2876,22 Mayo 1 2006 2229,25 Abril 10 2007 2364,84 Enero 1


1.5 - RESULTADOS, COMENTARIOS Y CONCLUSIONES Finalmente se puede resumir los caudales obtenidos a través de las diferentes metodologías en la siguiente tabla. Tabla 5 - Resumen de caudales con diferentes períodos de retorno para las metodologías aplicadas Método de Análisis

Período de Retorno,

Tr (años)

Gumbel, Qmax. Inst. , m3/s

Nash

Qmax. inst. , m3/s

5 5854 4921 10 6705 5823 15 7203 6343 50 8681 7883 75 9179 8404

100 9532 8774 500 11509 10589

De esta última Tabla se seleccionaran los valores que se emplearan para estimar el eje de crecida con período de retorno.


PARTE 2. ANALISIS DE CRECIDAS

2.1 INTRODUCCION El análisis se realizó sobre la base de la información topográfica e hidrológica de caudales de crecidas determinados para el Río Aysén en el análisis hidrológico de crecidas, y consistió fundamentalmente en el cálculo de ejes hidráulicos a lo largo de los cauces en el sector en estudio y el traspaso a la vista aérea del sector. Este análisis se realiza para evaluar la adecuación del sector para la construcción del la planta de procesos propuesta.


2.2 - REFERENCIAS

1. Barnes, Harry A. Roughness Characteristics of Natural Channels. U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 1849. 1967.

2. Brunner, Gary W., HEC-RAS River Analysis System Hydraulic Reference Manual. US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center. www.hec.usace.army.mil. 2008. 3. Chow, Ven Te. Open-Channel Hydraulics. International Student Edition. McGraw-Hill Kogakusha. 1959. 4. Batimetría del sector realizada en Abril de 2008 por cliente. 5. Fotografía realizada en Febrero de 2009 por cliente. 6. Topografía del sector realizada en Febrero de 2009 por Jorge Asenjo Castruccio, Ingeniero de Ejecución en Geomensura. 7. Plano de la desembocadura del Rio Aysén, Dirección de Obras Portuarias, 2001.


2.3 – METODO HEC - RAS Para la determinación y cálculo de los ejes hidráulicos en las secciones del cauce analizadas se utilizó el software HEC-RAS en su versión 4.0. Este programa computacional, elaborado por el US Army Corps Engineers, permite calcular el eje hidráulico del escurrimiento, para condiciones de flujo permanente e impermanente, con la posibilidad de incluir una serie de singularidades, obras de arte e infraestructura hidráulica, además de modelar zonas de islas y lagunas, para cualquier tipo de secciones de escurrimiento y en muchos casos en régimen de escurrimiento subcrítico, supercrítico y mixto. En las situaciones donde el perfil del nivel del agua varía rápidamente se utiliza la ecuación de conservación de momentum. El procedimiento de cálculo se basa en la solución paso a paso de la ecuación para flujo unidimensional y permanente de Saint-Venant. En ella se consideran las pérdidas de energía utilizando la ecuación de Manning o con coeficientes de expansión/contracción. La ecuación de balance de energía entre dos secciones consecutivas es:

fhg

VyZ

gV

yZ +⋅++=⋅++22

22

222

21

111 αα

gV

gVCSLh ff 22

22

2

21

1 ⋅−⋅⋅+⋅= αα

La Figura 2.1muestra un esquema teórico de cálculo utilizada en HEC-RAS 4.0 Figura 2.1 - Esquema teórico de cálculo en HEC-RAS 4.0


donde:

Yi : altura escurrimiento sección “i”. Zi : cota de fondo sección “i”. Vi : velocidad de escurrimiento en sección “i”. g : aceleración de gravedad. hf : pérdida de energía entre secciones consecutivas. Sf : pendiente línea de energía. Se obtiene con ecuación de Manning. αi : coeficiente de Coriolis (valor entre 1,03 y 1,36; 1,3 por defecto en HEC-RAS)

El analista debe elaborar una serie de secciones transversales para representar el rio y sus bordes; en la figura siguiente se muestra un ejemplo de una sección transversal del Rio Aysén. Las secciones seleccionadas deben ser perpendiculares al flujo del rio. Figura 2.2 - Ejemplo de sección transversal del Rio Aysén (escala vertical exagerada).

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 350012

14

16

18

20

22

24

26

Distancia Transversal (m)

Elev

ació

n (m

)

Legend

WS 100 años

WS 50 años

WS 10 años

WS 5 años

WS Feb 28 2009

WS Abril 1 2008

Ground

Bank Sta

.06 .035 .06

En Brunner, G.W. (2008) se encuentra una explicación más detallada de la base teórica de los cálculos en canales abiertos, como así también en la documentación de HEC-RAS 4.0 Para cálculos se consideran cuatro parámetros fundamentales, a saber:

- Rugosidad - Topografía - Batimetría - Caudal de diseño.


i ) Rugosidad

La ecuación de Manning utiliza un coeficiente de rugosidad “n”. El analista tiene que estimar dicho coeficiente. HEC-RAS 4.0 permite el uso de 3 valores distintos de n para cada sección transversal: uno para el cauce principal, y uno para cada borde. El método de cálculo de las rugosidades se realizó mediante comparaciones de fotografía y valores sugeridos en la literatura con la fotografía realizada por el cliente. En Chow V.T. (1959), se encuentran descripciones de cauces y riberas y los valores de n correspondientes. Se eligieron valores en base de dichas descripciones. Luego, se compararon los valores elegidos al registro fotográfico encontrado en Barnes, 1967 para verificar su adecuación. La Tabla 2.1 muestra los valores de n escogidos.

Tabla 2.1 Valores de rugosidad considerados en software HEC - RAS

Figuras 2.3 y 2.4 muestran fotografía digital de las riberas y áreas de inundación.

Fig. 2.3 - Estimados de rugosidad de las riberas en sector del proyecto

Sección Condición Valor “n” Cauce río Aysén Bolón pequeño y limo 0,030 Bordes Lomaje suave , vegetación baja 0,060


Figura 2.4 - Área de inundación del Rio Aysén en sector del proyecto.

ii) Topografía

El levantamiento topográfico - realizado entre las fechas 28 de febrero y 11 de abril del año 2009 por Jorge Asenjo Castruccio, Ingeniero de Ejecución en Geomensura - proporciona datos para la elaboración de las secciones transversales 250 m aguas arriba y abajo del proyecto en el predio de la planta propuesta, con curvas de nivel cada 0,25 m . Además proporciona datos para los bordes norte y sureño. Sin embargo, el levantamiento sirve de poco o nada para distancias más que aprox. 250 m de las riberas del río, debido a la escasez o ausencia de datos adicionales.

iii) Batimetría La batimetría fue realizada por el cliente el día 1 de abril de 2008. Mientras el lecho del río en el sector sea variable por las condiciones geomorfológicas (crecidas, arrastre de sedimento, etc.), es probable que la geometría del río quede aplicable, debido al lento progreso de procesos geomorfológicos. La batimetría proporciona datos para la elaboración de las secciones transversales 250 m aguas arriba y abajo del proyecto propuesto. La batimetría proporciona curvas de nivel cada 1.0 m; se estimó una pendiente del rio ,Sf, de aproximadamente 0.0001- 0.001.

Figura 2.5 muestra la zona del proyecto, con las curvas de nivel del levantamiento topográfico, la batimetría, y las 6 secciones transversales seleccionadas para HEC-RAS 4.0. Anexo A.2 muestra las secciones transversales con los ejes hidráulicos que corresponden a los caudales considerados.


Figura 2.5 – Zona del estudio mostrando topografía, batimetría, y secciones transversales seleccionadas.

iv) Caudal de Cálculo Para el análisis hidráulico se utilizaron los caudales máximos instantáneos calculados en el Estudio de Caudales Instantáneos Máximos. Los caudales máximos se utilizaron para determinar la altura máxima de las crecidas para permitir la evaluación y diseño de las obras defensivas para el proyecto contemplado. Se utilizó el caudal medio para evaluar la adecuación de las estimaciones de los coeficientes de rugosidad, a través de un ajuste para simular las condiciones mostradas en la batimetría. Se analizaron los siguientes caudales:

Tabla 2.2 Valores de crecidas empleados en modelo HEC-RAS

Período de Retorno,

Tr (años)

Qmax. Inst. , m3/s

5 5854.0 10 6705.0 50 8681.0

100 9532.0 Caudal Medio 515.0


2.4 – RESULTADOS HEC-RAS 4.0 ofrece varias opciones para la visualización de resultados, incluyendo secciones transversales y perfiles longitudinales. Anexo A2 muestran los resultados del cálculo en forma tabular y un grafico de velocidades en el cauce. Los resultados corresponden con observaciones geomorfológicos: terrazas, arrastre y deposición de sedimentos, etc. Además, las profundidades calculadas para el caudal medio corresponden aproximadamente con las profundidades mostradas en la batimetría. Se calibró la pendiente, estimando un valor de 0,0004 que es similar a valores obtenidos por la Dirección de Obras Portuarias para la desembocadura del Rio Aysén (2001).

2.4.1 - Secciones Transversales Las Figuras 2.6 - 2.11 muestran los resultados de HEC-RAS 4.0 para cada una de las 6 secciones generadas de la Fig. 2.5. Se interpretan las secciones mirando aguas abajo. Por lo tanto, el predio propuesto se ubica al medio de los cauces de las figuras (entre el río Aysén a la derecha y el estero Alvarez a la izquierda). Figura 2.6 – Sección Transversal 1 con niveles de crecidas

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 350012

14

16

18

20

22

24

26


Elev

ació

n (m

)

Legend

WS 100 años

WS 50 años

WS 10 años

WS 5 años

WS Caudal Medio

Ground

Bank Sta

.06 .03 .06

Figura 2.7 – Sección Transversal 2 con niveles de crecidas

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 350012

14

16

18

20

22

24

26


Elev

ació

n (m

)

Legend

WS 100 años

WS 50 años

WS 10 años

WS 5 años

WS Caudal Medio

Ground

Bank Sta

.06 .03 .06



0 500 1000 1500 2000 2500 300010

15

20

25

30

35


Elev

ació

n (m

)Legend

WS 100 años

WS 50 años

WS 10 años

WS 5 años

WS Caudal Medio

Ground

Bank Sta

.06 .03 .06


0 500 1000 1500 2000 2500 300015

20

25

30

35


Elev

ació

n (m

)

Legend

WS 100 años

WS 50 años

WS 10 años

WS 5 años

WS Caudal Medio

Ground

Bank Sta

.06 .03 .06


0 500 1000 1500 2000 2500 300014

16

18

20

22

24

26


Elev

ació

n (m

)

Legend

WS 100 años

WS 50 años

WS 10 años

WS 5 años

WS Caudal Medio

Ground

Bank Sta

.06 .03 .06



0 500 1000 1500 2000 2500 300014

16

18

20

22

24

26


Elev

ació

n (m

)Legend

WS 100 años

WS 50 años

WS 10 años

WS 5 años

WS Caudal Medio

Ground

Bank Sta

.06 .03 .06

Se ve que el sector del proyecto propuesto estará sumergido durante las crecidas de 5, 10, 50, y 100 años.

2.4.2 - Perfiles Longitudinales

Figura 2.12 muestra el perfil longitudinal del Rio Aysén en el sector del proyecto. La dirección de flujo es de la derecha hacia la izquierda. El predio de la construcción propuesta se ubica aproximadamente entre 300-400 m. Figura 2.12 – Perfil longitudinal con niveles de crecidas

0 100 200 300 400 500 600 700 80012

14

16

18

20

22

24

26

Main Channel Distance (m)

Elev

ació

n (m

)

Legend

WS 100 años

WS 50 años

WS 10 años

WS 5 años

WS Caudal Medio

Ground

LOB

ROB

Rio Aysen Sector Planta

Se ve que el sector del proyecto propuesto estará sumergido durante las crecidas de 5, 10, 50, y 100 años.


2.4.3 - Zonas de Inundación Se superpusieron los resultados de HEC-RAS en la vista aérea del sector de estudio, complementándose las cotas de la topografía con las de Google Earth y se indicaron las áreas de inundación con sus límites y el área para el caudal medio; la Figura 2.13 muestra los resultados de lo indicado. Debido a la escasez de datos topográficos y datos para calibrar los parámetros hidráulicos (pendiente del rio, Manning n), existe un nivel de incertidumbre en los datos calculados. Se puede reducir la incertidumbre con un estudio topográfico más completo y niveles del rio para calibración. Figura 2.13 – Zona del estudio mostrando áreas de inundaciones de crecidas de varios periodos de retorno.

Se ve que las áreas de inundación son extensas, incluyendo el camino hacia Puerto Chacabuco.


2.5 - CONCLUSIONES De acuerdo al presente Estudio, la zona del proyecto se inunda aún con períodos de retorno de 5 años, por lo que se recomienda considerar las siguientes opciones de remediación:

a) En las Fig. 2.6 a 2.12 se muestran secciones transversales, perfil longitudinal y cotas de inundación en el sector de estudio, para diferentes periodos de retorno. De acuerdo al periodo de retorno escogido será necesario rellenar el terreno con un terraplén de modo que la cota final sobre la que se construya esté por encima de la cota de inundación, para un período de retorno de a lo menos 50 años. b) Construir un dique de protección perimetral en la zona del proyecto o en su defecto efectuar los trabajos necesarios en la ribera de río Aysén con el propósito de mitigar el posible impacto ante la crecida de este.


ANEXOS A.1 Resultados caudales máximos instantáneos calculados con HidroEsta

i) Método de Gumbell – 100 años

ii) Método de Nash – 100 años


iii) Planillas de reporte

Resultados

Cálculo de caudal de diseño utilizando la distribución Gumbel

Serie de datos Q: ---------------------------------------- Año Q ---------------------------------------- 1995 485,0 1996 5239,0 1997 4308,0 1998 3081,0 1999 4414,0 2000 2232,0 2001 4008,0 2002 2812,0 2003 3444,0 2004 2785,0 2005 2876,0 2006 2229,0 2007 2365,0 ---------------------------------------- Resultados de los cálculos: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Número de años disponibles: 13 Promedio Q: 3098,3077 Desviación estándar Q: 1218,8507 Parámetro YN: 0,5059 Parámetro SN: 0,9925 Q máximo: 8132,4223 Delta Q: 1399,9948 Intervalo variación Q: 6732 .43 - 9532 .42 El caudal de diseño por Gumbel, para un período de retorno de 100 años es: 9532,4171 m3/s ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


Resultados

Cálculo del caudal de diseño utilizando el método estadístico propuesto por Nash

Serie de datos Q: ---------------------------------------- Año Q ---------------------------------------- 1995 485,0 1996 5239,0 1997 4308,0 1998 3081,0 1999 4414,0 2000 2232,0 2001 4008,0 2002 2812,0 2003 3444,0 2004 2785,0 2005 2876,0 2006 2229,0 2007 2365,0 ---------------------------------------- Resultados de los cálculos: ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Número de años disponibles: 13 Qm: 3098,3077 Xm: -0,5824 a: 1588,8879 b: -2591,8048 Q máximo: 7705,6382 Delta Q: 1068,1497 Intervalo variación Q: 6637 .49 - 8773 .79 El caudal de diseño con el método estadístico propuesto por Nash, para un período de retorno de 100 años es: 8773,788 m3/s ----------------------------------------------------------------------------------------------------


A.2 Datos de Salida HEC-RAS Forma Tabular:

Sección Profile Q Total Min Canal El Pelo Agua E.G. Elev E.G. Pend. Vel Canal Area Flujo Ancho Froude # Canal(m3/ s) (m) (m) (m) (m/ m) (m/ s) (m2) (m)

1 100 años 9532 12.75 25.2 25.38 0.000333 2.28 8377.12 2989.17 0.271 50 años 8681 12.75 24.9 25.09 0.000344 2.26 7500.2 2929.91 0.271 10 años 6705 12.75 24.16 24.35 0.000361 2.15 5509.37 2368.83 0.271 5 años 5854 12.75 23.81 23.99 0.000365 2.08 4726.65 2050.01 0.271 Caudal Medio 515 12.75 18.93 18.96 0.000097 0.77 671.81 184.71 0.13



4 100 años 9532 15.25 25.02 25.23 0.000414 2.45 7428.2 2727.45 0.34 50 años 8681 15.25 24.73 24.94 0.00042 2.4 6647.75 2087 0.34 10 años 6705 15.25 23.99 24.19 0.000438 2.26 5214.65 1842.03 0.34 5 años 5854 15.25 23.64 23.83 0.000451 2.2 4568.26 1780.6 0.34 Caudal Medio 515 15.25 18.8 18.87 0.00045 1.16 443.01 209.76 0.26

5 100 años 9532 15.25 24.97 25.18 0.000377 2.27 6699.86 2321.38 0.285 50 años 8681 15.25 24.68 24.89 0.000381 2.21 6033.52 2124.24 0.285 10 años 6705 15.25 23.96 24.13 0.000376 2.03 4823.76 1534 0.275 5 años 5854 15.25 23.6 23.77 0.000376 1.94 4291.78 1487.66 0.275 Caudal Medio 515 15.25 18.76 18.81 0.000371 1 516.36 266.77 0.23


Grafico de Velocidades:

0 100 200 300 400 500 600 700 8000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Main Channel Distance (m)

Vel L

eft (

m/s

), V

el C

hnl (

m/s

), Ve

l Rig

ht (

m/s

)

Legend

Vel Chnl 100 años

Vel Chnl 50 años

Vel Chnl 10 años

Vel Chnl 5 años

Vel Chnl Caudal Medio

Vel Left 100 años

Vel Left 50 años

Vel Left 10 años

Vel Left 5 años

Vel Right 5 años

Vel Right 50 años

Vel Right 10 años

Vel Right 100 años

Rio Aysen Sector Planta


A.3 Datos Originales estación fluviométrica río Aysén en Puerto Aysén

MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS PAGINA 1DIRECCION GENERAL DE AGUAS FECHA EMISION INFORME 26/11/2007CENTRO DE INFORMACION DE RECURSOS HIDRICOS

CAUDALES INSTANTANEOS DIARIOS MAXIMOS (m3/seg)Estación : RIO AYSEN EN PUERTO AYSEN PERIODO: 1995 - 2007Código BNA : 11342001-4 Latitud S : 45 24 00 UTM Norte : 4969122 mtsAltitud : 10 msnm Longitud W : 72 37 00 UTM Este : 686020 mts

* Cuenca : Rio Aisen SubCuenca : Rio Aisen entre Rio Riesco y DesembocadurÁrea de Drenaje : 0 km2ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO

AÑO Max Dia Ind Max Dia Ind Max Dia Ind Max Dia Ind Max Dia Ind Max Dia Ind1995 - - - - - -1996 696.14 1 % 1857.01 21 % 1034.05 31 % 2330.07 30 % 2341.33 9 % 1843.86 12 %1997 1542.32 12 % 797.71 3 % 955.09 28 % 1340.74 29 % 1033.08 1 % 659.41 2 %1998 1987.2 16 % 402.92 1 % 1223.77 12 % 240.82 4 % 467.44 8 @ -1999 1012.86 7 % 992.91 25 % 560.54 5 % 586.8 22 % 809.37 10 % 2365.65 19 %2000 639.81 30 % 1048.65 4 % 1171.91 25 % 1664.69 28 % 628.5 28 % 1751.81 8 %2001 2461.12 5 % 1855.63 5 % 4008.46 9 @ 454.22 27 * 3074.2 24 % 1325.43 8 %2002 1369.29 7 % 906.89 28 % 1405.77 15 % 1178.71 3 % 1264.39 7 % 427.15 2 %2003 1226.46 31 % 1116.82 1 % 631.4 1 % 415.39 8 % 3103.13 30 % 3444.23 19 %2004 1013.33 26 % 427.15 18 % 606.21 17 % 1464.95 16 % 710.42 1 % 2324.44 26 %2005 1091.64 1 % 293.95 16 % 2488.74 15 % 2625.45 30 % 2876.22 1 % 1743.79 6 @2006 1790.95 9 % 530.6 18 % 1770.67 8 % 2229.25 10 % 1132.1 16 % 871.47 1 %2007 2364.84 1 % 485.3 3 % 367.18 11 % - - -

JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBREAÑO Max Dia Ind Max Dia Ind Max Dia Ind Max Dia Ind Max Dia Ind Max Dia Ind1995 - - - - - 485.3 30 *1996 2571.91 29 % 5238.59 16 % 1649.16 30 % 1183.94 8 % 2117.7 25 % 1706.6 24 %1997 3105.08 27 % 4307.82 9 % 1107.21 1 % 1764.59 20 % 911.37 10 % 837.31 8 %1998 928.08 31 * 1096.66 2 % 485.94 10 % 1686.2 10 % 1137.19 3 % 3080.95 26 %1999 1731.1 31 % 2170.37 1 % 4414.39 20 % 1090.13 26 % 1147,00 14 % 751.93 16 %2000 1399.95 31 % 928.08 5 % 1386.57 27 % 1362.39 21 % 1961.13 17 % 2232.4 16 %2001 337.49 19 @ 2091.35 21 % 660.91 12 % 1215.71 9 % 1473.34 3 % 1518.92 4 %2002 2389.24 28 @ 2061.46 10 % 1632.42 24 % 2812.13 11 % 2324.44 25 % 1525.65 26 %2003 1269.84 1 % 657.17 26 * 1594.19 30 % 2830.34 4 % 1388.32 19 @ -2004 2784.94 6 % 741.95 13 % 1163.01 25 % 1275.36 8 % 1205.1 1 % 2348.57 30 %2005 726.09 31 * 668.39 1 % 1210.4 22 % 2284.49 20 % 1619.63 26 % 714.34 1 %2006 2121.5 18 % 893.5 24 % 741.95 26 % 1226.46 22 % 1303.05 12 % 2017.14 31 %2007 - - - - - -

INDICADORES MESES INCOMPLETOS: * : 1 - 10 Dias con Informacion en el Mes@ : 11 - 20 Dias con Informacion en el Mes% : Más de 20 Dias con Informacion en el Mes

anexo 3. estudio crecidas rio aysen

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