Aplicación de un modelo numérico de flujos de escombros y lodo en una quebrada en el Perú

Abstract

El propósito del presente trabajo de tesis es brindar criterios de modelación de los flujos de lodo y escombros utilizando un software comercial de análisis de flujos hiperconcentrados. El modelo numérico empleado es el FL0-2D versión 2003. El modelo bidimensional de diferencias finitas FL0-2D (O'Brien) simula flujo de fluidos no-newtonianos, como aludes torrenciales, en conos de deyección. El modelo permite simular flujo en topografías complejas, tales como áreas urbanizadas y planicies de inundación, así como el intercambio de fluido entre los canales y la planicie de inundación. Puede modelarse flujo de agua y flujos hiperconcentrados (avenida de lodo, flujo de lodo y flujo es escombros). Como datos de entrada se requiere la topografía digital del terreno, la geometría del canal, valores estimados de la rugosidad del canal y de la planicie de inundación, hidrogramas de entrada (líquidos y sólidos), precipitación y propiedades reológicas de la mezcla agua-sedimento. La topografía para la modelación consiste de una topografía al detalle del cono de deyección y parte de la garganta. El hidrograma líquido calculado por procedimientos normales, es utilizado en la modelación de flujos hiperconcentrados. Finalmente los parámetros reológicos (viscosidad y esfuerzo de cadencia) son estimados de manera indirecta, comparando muestras de la quebrada a simular con muestras tipo de la literatura. La calibración del modelo numérico consiste en tratar de coincidir los tirantes del modelo con las marcas de flujo encontradas en campo e igualar el volumen de escombros y sedimento reportado por el modelo con el volumen estimado en campo. La quebrada simulada en la presente tesis fue la quebrada Paihua, frente a la ciudad de Matucana, en la provincia de Huarochirí. La quebrada Paihua es una quebrada de fuerte pendiente, con mucha acumulación de material en su cauce y con gran incremento de caudal debido a la escorrentía que permite que se originen deslizamientos y derrumbes. En general los taludes del cauce son bastantes inestable. La problemática es que al producirse un huayco, el material que se arrastra cae directamente sobre el río produciendo su represamiento y consecuente desborde sobre el área urbana de Matucana que se encuentra en un nivel más bajo que el río. Esta quebrada es un gran peligro para la ciudad y ha sido clasificada por el INDECI como una quebrada de "Alto Peligro" en la cuenca del río Rímac. La historia nos recuerda los sucesos de 1959 y 1983 como el huayco que arrasó con gran parte de la ciudad de Matucana. Con la simulación de la quebrada, el programa FL0-2D nos reporta tirantes y velocidades del flujo de lodo tanto en el cono de deyección como en la confluencia con el río Rímac. A partir de las salidas del programa se puede elaborar un mapa de amenaza que ayude a mitigar los efectos del huayco en la ciudad de Matucana. Con el presente trabajo se pretende hacer un aporte en el estudio de los flujos de lodo y escombros en nuestro país, iniciando una línea de investigación muy importante en lo que se refiere a mitigación de desastres. A la vez, promocionar el uso de esta herramienta para definir mapas de riesgo de flujos hiperconcentrados; que facilitará la tarea de crear un ambiente de conciencia frente a los fenómenos naturales e informar de manera fácil y técnica a la población relacionada directamente con estos temas.