Estudio de drenaje pluvial para la ciudad de Cajabamba - Cajamarca utilizando los modelos hidrológicos HEC-HMS, HEC-RAS y SWMM

Abstract

La tesis consiste en el estudio de drenaje pluvial para la ciudad de Cajabamba, que está ubicada en el departamento de Cajamarca, donde se construyó un modelo hidrológico e hidráulico detallado de la ciudad utilizando el programa SWMM. Además, debido a que la ciudad es atravesada por seis quebradas, se construyó un modelo hidrológico de las cuencas de las quebradas utilizando el modelo HEC-HMS, y en los tramos identificados como peligrosos, se utilizó el modelo HEC-RAS. La cuenca urbana de estudio tiene una superficie de 162 ha aproximadamente, con topografía de pendiente pronunciada y altos índices de impermeabilidad del suelo. Estás características, junto a la configuración de las calles de la ciudad, ocasionan que en temporadas de lluvias intensas se presenten problemas de inundación en las calles y la constante erosión de una vía de comunicación hacía cuatro comunidades. La situación se ve aún más comprometida por las edificaciones construidas sobre los cauces principales de las quebradas, convirtiéndolas en un tipo de conducto cerrado en diversos tramos importantes de las ciudad. Se tiene como antecedente el huaico de la quebrada Ysmayacu, ocurrido en el año 2002, la cual se obstruyó en un tramo ubicado dentro de la ciudad, ocasionando graves daños a la principal zona comercial de la ciudad, diversas viviendas y grandes pérdidas económicas. Ante esta situación, se planteó estudiar a las seis quebradas para identificar las zonas de peligro y ubicar adecuadamente las zonas de vertido de las aguas del sistema de drenaje pluvial. Además se presenta una metodología para el estudio del flujo en todas las calles de la ciudad y diseño del sistema de drenaje pluvial, a través del programa SWMM 5.1 donde es posible una modelación dinámica en la cual se resuelven todas las ecuaciones de Saint-Venant teniendo en cuenta la variación temporal de la lluvia y la no uniformidad del flujo. Los resultados permitieron simular adecuadamente el comportamiento del flujo en las quebradas y calles de la ciudad, resultando coherentes con la realidad. Se pudo realizar el análisis de diversos escenarios de una manera rápida y el diseño de un adecuado sistema de drenaje pluvial urbano, bajo las normas peruanas y extranjeras de diseño de drenaje pluvial. Además se incluyeron los metrados para formular los costos y presupuestos.

In this thesis, we study the stormwater drainage for the Cajabamba city, which is located in the Cajamarca department. In order to perform this investigation, we developed a detailed hydrological and hydraulic model by using the Storm Water Management Model (SWMM). Besides, because the city is traversed longitudinally by six ravines, we developed a hydrological model of the catchments using the HEC-HMS model and for stretches identified as hazardous we used the HEC-RAS model. The urban catchment of study has a surface of 162 ha approximately, with high slope topography and high level of soil impermeability. During the seasons of intense rainfalls, these features together with the configuration of the streets of the city cause flooding problems in the streets and the constant erosion of a highway that connects four communities. The situation is even more complicated due to the localization of the buildings on the main channels of the streams, turning this in a kind of closed conduit for several important stretches of the city. A major disaster occurred in 2002, where the mudslides of the Ysmayacu’s ravine blocked a stretch (which is currently covered by buildings) of the city causing serious damages to the main commercial area, several homes and a great economic losses. In view of this situation, we proposed to study the six ravines to identify the danger zones and properly locate the weir of the stormwater drainage system. We also presented a methodology for the study of the flow in all the streets of the city, and the design of the stormwater drainage system, which was modeled using the SWMM software where a dynamic modeling is possible and all the Saint-Venant equations are solved, taking into account the temporal variation of the rainfall and the non-uniform flow. The results allowed to simulate adequately the behavior of the flow in the ravines and streets of the city, being coherent with the reality. It was possible to perform the analysis of several scenarios in a fast way and design an adequate urban stormwater drainage system, under the Peruvian and international standards of stormwater drainage design. Furthermore, the quantities of material were included in order to formulate the costs and budgets.