Análisis de tránsito de máximas avenidas en el lago Chinchaycocha usando el software HEC-HMS para estudiar el comportamiento de futuras inundaciones

Abstract

Este trabajo de investigación se centra en el análisis del tránsito de avenidas máximas del embalse Chinchaycocha, el cual se encuentra entre los departamentos de Junín y Pasco, siendo este el segundo lago más grande del Perú. El lago Chinchaycocha es la fuente de abastecimiento de la represa de Upamayo, la cual se encarga de distribuir los recursos hídricos a importantes centrales hidroeléctricas encargadas de suministrar energía a gran parte del Perú. La existencia de esta represa ha sido motivo de conflictos ecológicos y sociales desde los años 1929, ya que el efecto del cambio en el embalse trajo consigo problemas de inundación de aguas contaminadas en áreas de producción importantes para la población lacustre circundante. Ante dicha coyuntura, la metodología de esta investigación se basa en la recopilación de datos de precipitación para obtención de datos de caudales máximos a partir de métodos de cálculo estadístico y desarrollo de un modelo hidrológico aplicando una programación de softwares que considere las 23 subcuencas tributarias que aportan flujo al lago Chinchaycocha. El proceso de investigación parte por recopilar la información geográfica, barométrica y topográfica de los alrededores del lago utilizando el sistema de Información Geográfica (SIG) ArcMap10.1, con el cual se delimita la extensión del área de estudio que abarca el lago Chinchaycocha y todas sus subcuencas tributarias, inter-cuencas, cotas y redes de drenaje. Otros datos recopilados incluyen los estudios sobre los parámetros geomorfológicos, tipos de suelo, distribución de cobertura, batimetría y, más importante, pluviometría. Los registros históricos utilizados comprenden lluvias máximas de 24 horas entre los años 1965 y 2019, adquiridos por Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú (SENAMHI) y la Empresa de Electricidad del Perú S.A (Electroperú). Esta información forma parte de los datos de entrada para el modelo hidrológico HEC-HMS, en el cual se consideró el método de HU de Clark para la transformación de lluvia a escorrentía, el método de número de curva del SCS para el modelo de pérdidas por abstracción, el método de Onda Cinemática para el tránsito de la subcuenca principal y el método de frecuencia de tormenta para el modelo meteorológico. Por último, se utilizó el método de Altura-Almacenamiento ante distintos periodos de retorno para completar la simulación del tránsito de avenidas. Los periodos de retorno seleccionados fueron de 20, 100, 500 y 1000 años para evaluar el comportamiento de la represa ante tormentas probables cada vez mayores. En base al Reglamento de Seguridad de Presas en el Perú (ANA, 2017), la avenida de diseño para presas de riesgo alto varía entre periodos de retorno a 1000 y 5000 años. Sin embargo, se optó por utilizar un máximo de 1000 años porque no se requiere diseñar la represa, sino evaluar el comportamiento del lago Chinchaycocha y su represa ante tormentas extremas pero probables. En los resultados para la tormenta más crítica simulada (periodo de retorno de 1000 años) el caudal pico de ingreso acumulado al lago Chinchaycocha alcanza los 1877.5 m3/s, 15 horas después de haber iniciado la tormenta. Sin embargo, la laminación del flujo en el espejo de agua provoca que el caudal de salida por el vertedero llegue solo a 1.636 m3/s, ocurrido 42 horas después del caudal pico de ingreso. Dicho caudal eleva la cota del lago 18cm excedentes al máximo permitido por las regulaciones del lago, ocasionando un volumen excedente de 63.2 Millones de Metros Cúbicos y la inundación de hasta 737.7 Hectáreas de terreno seco para producción agropecuaria. En base a estos resultados, el presente estudio está a favor de los constantes reclamos y exigencias de las comunidades afectadas por las inundaciones de terrenos productivos. Por otro lado, ante la ocurrencia de una gran tormenta como la simulada, se deberán realizar las medidas correctivas en la represa Upamayo en un plazo menor a 2 días para poder mitigar los impactos de la inundación ocurrida, aunque se sabe que la represa es capaz de recibir mucho más flujo, ya que los estudios de campo realizados evidencian la existencia de marcas antiguas de agua superiores a los 4082.3 m.s.n.m, más del doble del incremento calculado en el modelo hidrológico. Por ende, se puede concluir que los tránsitos de máximas avenidas simulados no representan un peligro para la estabilidad de la represa, pero se recomienda considerar en futuras investigaciones periodos de retorno de hasta 5000 años, si es que se quiere analizar puntualmente la posibilidad de falla en la represa Upamayo.

This research work focuses on the analysis of the traffic of maximum avenues of the Chinchaycocha reservoir, which is located between the departments of Junín and Pasco, being this the second largest lake in Peru. Lake Chinchaycocha is the source of supply for the Upamayo dam, which is in charge of distributing water resources to important hydroelectric plants in charge of supplying energy to a large part of Peru. The existence of this dam has been the cause of ecological and social conflicts since 1929, since the effect of the change in the reservoir brought with it problems of flooding of contaminated water in important production areas for the surrounding lake population. Given this situation, the methodology of this research is based on the collection of precipitation data to obtain data on maximum flows from statistical calculation methods and development of a hydrological model applying software programming that considers the 23 tributary sub-basins that they contribute flow to Lake Chinchaycocha. The research process begins by collecting the geographic, barometric and topographic information of the surroundings of the lake using the Geographic Information System (GIS) ArcMap10.1, with which the extension of the study area that includes Lake Chinchaycocha and all its tributary sub-basins, inter-basins, elevations and drainage networks. Other data collected include studies on geomorphological parameters, soil types, cover distribution, bathymetry and, most importantly, rainfall. The historical records used include maximum rainfall of 24 hours between the years 1965 and 2019, acquired by SENAMHI and the state company Electro Perú. This information is part of the input data for the HEC-HMS hydrological model, in which the Clark HU method was considered for the transformation of rain to runoff, the SCS curve number method for the model of losses by abstraction, the Kinematic Wave method for the transit of the main sub-basin and the storm frequency method for the meteorological model. Lastly, the Height-Storage method was used for return periods of 20, 100, 500 and 1000 years to complete the simulation of flood traffic. The results for the most critical simulated storm (return period of 1000 years) the cumulative peak inflow flow to Lake Chinchaycocha reaches 1877.5 m3/s, 15 hours after the storm started. However, the lamination of the flow in the water mirror causes the outflow through the weir to only reach 1,636 m3/s, which occurred 42 hours after the peak inflow. Said flow raises the level of the lake 18cm in excess of the maximum allowed by the lake regulations, causing an excess volume of 63.2 Million Cubic Meters and the flooding of up to 737.7 Hectares of dry land for agricultural production. Based on these results, the present study is in favor of the constant claims and demands of the communities affected by the flooding of productive lands. On the other hand, in the event of a large storm such as the simulated one, corrective measures must be carried out at the Upamayo dam within a period of less than 2 days in order to mitigate the impacts of the flood that occurred, although it is known that the dam is capable of . to receive much more flow, since the field studies carried out show the existence of old water marks higher than 4082.3 meters above sea level, more than double the increase calculated in the hydrological model. Therefore, it can be concluded that the simulated maximum flood transits do not represent a danger to the stability of the dam, but it is recommended to consider in future investigations return periods of up to 5000 years, if the possibility of failure is to be specifically analyzed at the Upamayo dam.