INTRODUCCIÓN

El objetivo del análisis es determinar el nivel de peligrosidad en una sección del rio Piura, las obras cercanas a las riberas del rio, la población existente, hacen que sea necesario la realización de estudios y/o simulaciones ya que el conocer la situación actual, permitirá la planificación de medidas estratégicas para la reducción de riesgos como ser inundaciones en el rio Piura y sus afluentes, además de identificar zonas vulnerables para la evaluación de riesgos y así en base a estos estudios evaluar posibles soluciones para evitar daños durante las crecidas.

El Rio Piura ha tenido crecidas importantes por ejemplo en el año 1998 y 2007, además de otros problemas ambientales, la contaminación, contenidos de desechos domésticos, desechos hospitalarios, residuos solios, la actividad de minería, etc., hace que la situación del rio Piura sea de interés.

ANTECEDENTES

Un rio es un canal o natural que permite el transporte de agua proveniente de la lluvia, de afluentes como quebradas y otros ríos (rio Pusmalca, rio Huarmaca) hasta su desembocadura, en este caso en el Bajo Piura al exceder la capacidad de este (ya se de manera natural como desastres naturales o meteorológicos, actividad antropogénica, etc.) y dependiendo de la magnitud estas crecidas o desbordamientos pueden causar daños y/o perjuicios materiales o humanos. 

La longitud del rio Piura es de 280 km, con una dirección  del sur al norte, cruzando las provincias de Morropón y Piura,  el rio Piura ha sido objetos diversos estudios, por ejemplo, como por ejemplo, el estudio de Tratamiento del cauce del rio Piura parra el control de inundaciones realizado por el ministerio de agricultura y la autoridad del agua, evaluaciones hidrológicas y de erosión e el rio, en el año 2003 se realizó un estudio de diagnóstico del rio Piura con enfoque de gestión de riesgo como conclusión hay que indicar que hay varios estudios y estos son necesarios para la gestión de riesgos.

Como se mencionó antes, la situación existente en cuanto a la contaminación, desechos, crecidas, son suficientes para el interés en el área y la necesidad de estudios.

AREA DE ESTUDIO

Piura es una ciudad ubicada en la costa Norte del país de Perú, capital de la provincia y del departamento con le mismo nombre, se localiza en la parte centro-oriental del departamento, en el valle del rio Piura, al norte del desierto de Sechura. 

El rio Piura es un rio vertiente del Pacifico de la costa norte de Perú, el rio Piura desemboca en el océano Pacifico cerca de Sechura, cuando producto de las numerosas inundaciones provocadas por el fenómeno del niño, termino desembocado en el entonces lago Ramon.

El rio Piura tiene una longitud de 280 km, tiene una dirección general hacia el sur norte, con una curvatura desde la quebrada San Francisco hacia la caída de Curumuy, luego en dirección sureste hasta llegar a su desembocadura al océano pacifico, en la bahía de Secura a través del estudio de Virrilá. 

La cuenca hidrográfica tiene una superficie de 12.216 km², desde su naciente hasta su desembocadura en el océano Pacífico, por el estuario de Virrilá.

La geografía de Piura y castilla es una zona de constante inundación, tiene una pendiente descendente del norte a suroeste, o que facilita que el agua escurra hacia las áreas más bajas.

En el año de 1998, 2017, en el año del 1998 la ciudad de Piura fue inundada por las fuertes lluvias locales, agravado por la capacidad insuficientes de los drenes existente, que permiten evacuar las aguas pluviales a derivaciones del rio, el año del 2017 el rio Piura llegó a los niveles de 3700-3900 m3/s desembarcándose e inundando numerosos distritos del Bajo Piura e incluso Castilla y el centro mismo de la cuidad.

Ilustración 1 Zona de estudio

La zona de estudio corresponde al rio Piura ubicado en las siguientes coordenadas 

Las coordenadas corresponden al sistema UTM, datum 1984 Zona 17 Sur, el área este ente los distritos de Piura y Castilla, el Rio es el rio Piura.

OBJETIVOS DE ESTUDIO

• Realizar una simulación en HEC-RAS versión 6.6 con un caudal de 800 m3/s
• Realizar una simulación en Iber versión 2.5.1 con un caudal de 4000 m3/s
• Determinar la peligrosidad

METODOLOGÍA

Hec Ras es un software unidimensional, una alternativa donde la introducción de datos es más fácil además de un cómputo rápido. A continuación, se muestra el flujograma del proceso de simulación para el programa HEC-RAS:

Gráficos 1 Metodología Hec-RAS

Iber es un software bidimensional, representa una buena opción para modelaciones de ríos con geometrías de mayor irregularidad cuando se tiene especial interés cuando hay varia puentes como ser el caso. A continuación, se muestra el flujograma del proceso de simulación para el programa IBER:

Gráficos 2 Metodología Iber

PROCEDIMIENTO

HEC-RAS

Los pasos para la realización de la simulación fueron los siguientes:

1. Ingresar la superficie del terreno natural Tipo DM a Ras Mapper
2. Ingresar en RAS MAPPER la geometría de la línea central del rio, las Banks y secciones transversales
3. Actualizar las secciones transversales con el DEM para que este reconozca y proyecte el mismo
4. Guardar la geometría
5. Colocar la imagen con la fecha del 2015 de fondo
6. En Geometry data importar la geometría realizada de ras Mapper
7. En la pestaña Edit. (del menú principal) en Steady Flow Data ingresar el caudal de estudio en este caso 800 m3/s, en la opción “Reach Boundary Conditions” ingresar la pendiente aguas bajo del tirante o altura normal, la pendiente a ingresa es 0.00025
8. En Geometry Data-- >Tables-- > Ingresar los valores de Manning n#1 bank izquierda 0.10, n#2 0.04, n#3 0.10
9. Realizar la simulación
10. Los resultados de la simulación como la velocidad, tirante de agua, WSE exportarlos como ráster
11. En ArcGIS, reclasificar por tabla el ráster de tirantes, las filas serán de 0-0.25 con un nuevo valor 0, valores de 0.25 -8 con un valor de 1, a ese ráster lo llamaremos DF
12. Re proyectar ráster de tirantes y velocidad, llamarlos torante2d y velocidad 2d respectivamente en formato TIFF
13. Extraer los ráster del paso anterior es decir Tirantes2d y velocidad 2d, el sistema es UTM 1984 17S
14. Cálculo del Índice HR o peligrosidad en calculadora Ráster, Formula HR: (Tirante2d*(Velocidad2d+0.5) *DF, guardar este ráster Como DF con una proyección UTM 1984, 17Sur, formato TIF
15. Reclasificar el ráster HR, de la siguiente manera:

*8 porque ese el valor máximo mostrado por el HR

1. Convertir el ráster HR a formato vectorial tipo Shapefile llamándolo “Peligrosidad” y agregar a la tabla de atributos las descripciones según el valor final de la reclasificación

1. Realizar el mapa de peligrosidad con el Shapefile Peligrosidad

Ilustración 2 Paso de 1 al 5, RasMapper

Ilustración 3 Importación de la geometría de Ras Mapper paso 6

Ilustración 4 Ingresar las condiciones de caudal, pendiente paso 7

Ilustración 5 Ingreso de Manning Paso 9

Ilustración 6 Paso 16 Mapa

IBER

Los pasos para realzar la simulación son los siguientes:

1. Importar la geometría de Iber, para eso se uno el programa ArcGIS
2. Colocar la imagen de fondo
3. Delimitar el suelo con un archivo proveniente del Software ArcGIS
4. Asignación de las condiciones de frontera como ser la entrada y salida, en la entrada indicando el caudal en este caso 4000 m3/s y la salida que es tipo vertedero
5. Asignación de la rugosidad en Iber, el archivo proveniente de ArcGis, el formato debe ser ASCII
6. Generar la malla, en el cauce 2 m y en el resto 5 metros
7. Asignación de la topografía en formato ASCII
8. Configuraciones finales previo a la simulación, información como que resultados presentar, respecto al pc, tiempo a analizar, etc.
9. Ejecutar simulación

Ilustración 7 Importación de la geometría paso 1

Ilustración 8 Delimitación de suelo

Ilustración 9 Asignación de las condiciones de frontera

Entrada  establecida en la simulación                                                           

  Salida establecida en la simulación tipo vertedero

Ilustración 10 Insertar rugosidad

Ilustración 11 Resultados

RESULTADOS

A continuación, se presentan capturas de pantalla de los resultados de las simulaciones:

Resultados Hec-RAS

Ilustración 13 Perfil Q 800 m3/s

Ilustración 14 Secciones transversales Q800 m3/s

Ilustración 15 Imagen de WSE Simulación Hec Ras Q800

Ilustración 16 Imagen de WSE Simulación Hec Ras Q800-RAS MAPPER

Ilustración 18 Imagen de WSE Simulación Hec Ras Q800-RAS MAPPER

Ilustración 19 Imagen de WSE Simulación Hec Ras Q4000-RAS MAPPER

Ilustración 19 Imagen de Velocidad Simulación Hec Ras Q800-RAS MAPPER

Ilustración 20 Imagen de Velocidad Simulación Hec Ras Q4000-RAS MAPPER

Ilustración 21 Imagen de WSE Simulación Hec Ras Q4000-RAS MAPPER

Resultados Iber

Ilustración 22 Resultado de simulación Iber WSE

Ilustración 23 Resultado de simulación Iber cota de agua

• Si se observa la superficie de agua con un caudal de 4000 m3/s de HEC RAS e IBER muestran similitudes, pero en la simulación de IBER tiene dos espacios libres sur, pero la versión de HEC-Ras no las presenta, en cuanto a los valores de los calados están dentro del mismo rango.

 Resultado HEC-RAS

Resultado IBER

CONCLUSIONES

• Con un caudal de 800 m3/s la zona afectada es menor, este caudal se usó para la simulación con HEC-RAS, si se observa el nivel del agua en las secciones transversales esta debajo de los márgenes del rio, lo que hace que este caudal no resulte preocupante ya que se encuentra dentro de la rivera, las alturas o cota de agua se encuentran en rangos desde los 0.02-8 m, 
• El caudal de 4000 m3/s presento una mayor influencia de inundación, este caudal se usó para la simulación en IBER y Hec Ras como comparativa, en IBER se observa que el nivel del agua o tirante es mucho más alto, al grado que este supera los márgenes del rio, resultado peligroso para las estructuras circundantes al rio como ser puentes y otras estructuras, estos mismos resultados se observaron en la simulación de Hec Ras con el mismo caudal, en el año 2017 se reportó una crecida donde el rio alcanzo un caudal de casi 3900 m3/s siendo los valores de simulación muy parecidos a las situaciones de crecidas significativas.
• Las zonas de Piura y Castilla son muy propensas a Inundación
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RECOMENDACIONES

• Las recomendaciones son obras de encauzamiento en el margen del rio
• Muros en zonas criticas
• Obras de defensas en los puentes
• Dragado del rio