1 César Adolfo Alvarado Ancieta (Perú) y Bernd Ettmer (Alemania

Transcripción

MORFOLOGÍA FLUVIAL Y EROSIÓN EN CURVAS ABRUPTAS DEL RÍO UCAYALI,
PERÚ
César Adolfo Alvarado Ancieta1 (Perú) y Bernd Ettmer2 (Alemania)
1
Ingeniero Civil, M.Sc., Jefe de Proyecto, Fichtner GmbH & Co. KG. Sarweystraβe 3, 70191 Stuttgart, Alemania
Web: http://www.fichtner.de; e-mail: [email protected]; Web: http://www.freewebs.com/alvarado-ancieta
2
Dr.-Ing., Jefe del Laboratorio de Hidráulica del Instituto Leichtweiβ de Obras Hidráulicas
Universidad Técnica de Braunschweig, Beethovenstraβe 51a, 38106 Braunschweig, Alemania.
e-mail: [email protected]; Web: http://www.lwi.tu-bs.de/waba/w-deutsch/mitarbeiter/ettmer.htm
RESUMEN
El río Ucayali nace en las cuencas sureñas alto-andinas del Perú y drena en las cercanías de los famosos sitios
incaicos de Machu Picchu y Cusco. El río Ucayali, ver Figura 1, se caracteriza por presentar un progresivo
cambio en sus formas de cauce en planta, mostrando desde un complejo cauce anastomósico y meándriforme, y
con abundantes islas sin y con vegetación. En su cuenca intermedia, estas islas se presentan en el trayecto de
manera abundante, y la característica meandriforme es la predominante, formando curvas abruptas descritas con
largas barras de sedimentación en la curva interna y profusas fosas de erosión en la curva externa. Cambios en
las formas en planta y en la sección transversal del río Ucayali y modificaciones en la morfología del río debido
a los fenómenos de erosión y sedimentación causan profundas fosas de erosión a lo largo de las curvas cóncavas
del río. Puesto que no existe presencia de muchos ríos tributarios mayores que descarguen en el río Ucayali, la
modificación en la forma del cauce del río en estudio resulta hacia aguas abajo en un decrimento de la pendiente
longitudinal del río, así como también en el tamaño del sedimento.
Teniendo como base una investigación previamente desarrollada y presentada sobre “topografía del cauce y
erosión en curvas abruptas de ríos, e influencia de las obras de protección de margen”, relacionado a las
características meandriformes de los ríos amazónicos, y disponiendo información útil detallada del río Ucayali
en un tramo de longitud de estudio de 1000 km desde la ciudad de Pucallpa hasta su confluencia con el río
Marañón de aproximadamente 50 curvas catalogadas como abruptas, se presenta aquí una aplicación a un caso
real con respecto a una fórmula propuesta para la predicción de la profundidad máxima de erosión en curvas
abruptas sin protección de margen, en conjunto con la correspondiente medida de mitigación a través de una
fórmula estimativa para la predicción de la profundidad máxima de erosión en curvas abruptas con protección de
margen flexible a base de enrocado de protección.
ABSTRACT
The Ucayali River originated in the high Andean Mountains drains the folded and faulted Andean Foreland in
the vicinity of the famous Inca sites of Machu Picchu and Cusco. The Ucayali River, see Figure 1, displays a
progressive change in channel pattern, it has a complex of anastomosing channels, meanders, abundant
nonvegetated islands, and elongate vegetated islands. More downstream islands become far less abundant, and
meandering dominates forming sharp bends described by long point bars in the innerside and scour holes in the
outerside. Changes of the river planform and of the cross-sectional shape of the Ucayali River and changes in the
river morphology due to sedimentation and erosion cause deep scour holes along the outer bend of the river.
Since no major tributaries enter to the river, the change in channel pattern for the Ucayali results from
downstream decreases in channel slope and sediment size.
Based on a research on “detailed bed topography and scour in sharp river bends, and influence of bank protection
works”, related to meandering conditions of Amazon Rivers and taking into account recently detailed
information available of the Ucayali River in a length of 1000 km from the city of Pucallpa up to its confluence
by the left bank with the Marañon River of around 50 catalogued sharp bends, an application is presented to a
real case is presented regarding proposed formulae for prediction of maximum scour depth in sharp bends
without bank protection, together with the correspondence countermeasure by an estimation formulae for
prediction of maximum scour depth in sharp bends with flexible bank protection based on rockfill revetment.
1. INTRODUCCIÓN
En anterior artículo “Topografía del Cauce y Erosión en Curvas Abruptas de Ríos, e
Influencia de las Obras de Protección de Margen - Aplicación a Ríos Amazónicos” [1], se
1
evaluó la topografía del fondo en una curva abrupta mediante un modelo experimental físico,
habiéndose efectuado una descripción detallada de la topografía, así como también propuesto
una fórmula de predicción desde el punto de vista cualitativo para la estimación de la
profundidad máxima de erosión aplicativa a los ríos amazónicos, en donde las principales
características para la aplicación de una ley de semejanza son la baja pendiente del río y el
tamaño característico, D50, de la partícula del material de fondo.
Confluencia Río Marañón,
km 1035+000
RIO UCAYALI
Río Marañón
k m.1 0
3 7 .6
85
7
k m.1 0
37
km . 0
13
6
k .m 1 0
35
k .m 1
03
4
k .m 1 0
33
km . 0
13
2
k m.1 0
31
k m.1 0
30
k m.1 0
29
k m.1 0
28
k m.1 0
27
k m.1 0
20
k m.1 0
19
km . 0
12
6
k .m 1 0
21
k m.1 0
18
km . 0
12
km
. 10
25
km . 0
12
3
k m.1 0
24
km . 0
11
7
km
. 10
16
km
. 1
01
5
km
. 1
01
4
k m.1 0
13
k .m 1
01
2
km . 0
11
k m.1 0
10
km . 0
10
9
k m.1 0 4
k m.1 0 3
k m.1 0 5
k m.1 0 8
km .1 0 0
6
km
. 1
00
7
km
. 102
km .1 0 0
1
k m.1 0 0
km . 9 9
km 9
. 98
km
. 99
7
km .9 9 6
k .m 9 5
k m.9 9
0
km
. 99
4
km . 8
99
km
. 91
km 9
. 93
k m.9 9
2
km . 8
98
km
. 9
87
k m.9 8
6
km .9 8 5
k m.9 8
4
k .m 9
83
k m.9 8
2
km
. 9
81
k .m 9
80
km .9 7 9
k m.9 7
8
km . 7
97
k .m 9
66
k m.9 6
5
km
. 97
6
km . 6
97
km . 6
94
k m.9 7
5
km
. 96
8
km
. 96
3
km 9
. 74
km . 7
93
km
. 9
69
km
. 9
62
k m.9 7
2
k m.9 7
0
k m.9 7
1
km .9 6 1
km
. 96
0
km .9 5 9
k m.9 5
8
k m.9 5
7
km . 5
96
km
. 95
km
. 92
9
km . 3
90
km . 5
94
k m.9 3
1
k m.9 2
8
km . 3
92
k m.9 5
3
k m.9 2
7
km . 3
93
km . 5
92
km . 2
96
km .9 3 4
k m.9 5
1
km .9 5 0
k m.9 2
5
k m.9 3
5
km . 4
99
k m.9 2
4
km
. 9
36
k .m 9
48
km
. 94
7
km .9 2 3
k m.9 3
7
k m.9 4
6
km . 2
92
km
. 9
38
km
. 94
5
km
. 92
1
km
. 9
39
k .m 9
44
k m.9 2
0
k .m 9
40
km .9 4 3
k m.9 4
1
k m.9 1
9
k m.9 4
2
k m.9 1
8
k m.9 1
7
km .9 1 6
km . 1
95
km . 1
94
k m.9 0
9
km . 1
90
km . 1
91
km . 0
98
k m.9 1
2
km . 1
93
k m.9 0
7
km . 0
96
km . 0
95
k m.9 0
4
km
. 9
03
k m.9 0
2
k m.9 0
1
km
. 87
6
k m.8 9
5
k m.8 9
4
k m.8 7
k m.8 7
5
km
. 83
9
km .8 6 2
k m.8 9
6
km
. 8
97
k m.9 0
km
. 89
8
km
. 8
99
km . 6
83
km
. 8
61
km . 6
84
km
. 8
78
k m.8 6
0
k m.8 7
4
km
. 8
65
km . 9
82
km
. 8
79
k m.8 6
k m.8 5
9
k m.8 7
3
k m.8 9
1
km
. 86
7
km .8 8 0
km
. 85
8
km
. 8
72
k m.8 6
8
km
. 8
90
k m.8 6
9
km
. 8
54
k m.8 5
7
k m.8 7
0
km . 5
85
km
. 8
56
km
. 87
1
km
. 88
1
k m.8 5
3
k m.8 8
9
km .8 8 2
k m.8 5
2
km . 8 8
km
. 88
3
k m.8 8
7
km .8 5 1
km . 8 6
k m.8 8
4
km
. 85
0
km . 8 5
k m.8 4
9
km
. 84
8
k m.8 4
7
km . 4
86
km
. 83
1
k .m 8
30
km
. 8
32
km
. 84
5
k m.8 1
9
k m.8 2
9
km
. 81
8
k m.8 3
km . 4
84
k m.8 2
0
k m.8 2
8
km
. 81
7
km
. 8
27
k m.8 1
6
k m.8 1
5
km .8 3 4
k m.8 4
3
km
. 8
26
km . 2
81
k m.8 4
2
km
. 8
25
km
. 8
14
km .8 3 5
km
. 84
1
km
. 8
22
k m.8 3
8
km
. 8
36
km . 3
89
km .8 4 0
k m.8 3
7
k m.8 2
4
k m.8 1
3
k m.8 2
3
k m.8 1
2
km . 0
87
k m.8 0
8
k m.8 0
6
k m.8 1
km . 0
89
k m.8 1
0
k m.8 0
5
km 8
. 00
k m.8 0
1
k m.8 0
4
km
. 80
2
km . 9
79
k m.8 0
3
km .7 9 8
km
. 7
87
km
. 78
km . 9
77
k m.7 8
6
k m.7 8
9
km
. 7
96
k m.7 8
5
km
. 79
5
k m.7 9
0
k m.7 9
1
km . 8
74
k m.7 8
3
km
. 79
2
km .7 9 4
km
. 78
2
km
. 7
93
km . 8
71
km
. 7
80
km . 7 9
km
. 77
8
km . 7 7
k m.7 7
6
k m.7 7
5
km . 7 4
k m.7 7
3
km
. 77
2
km 7
. 71
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km
. 7
69
k m.7 6
8
km
. 7
67
km . 6
76
km
. 7
65
k m.7 6
4
km
. 76
3
k m.7 6
2
km
. 76
1
km
. 76
0
km
. 75
9
km
. 75
8
km
. 7
57
Requena,
km 898+000
Requena
k m.7 5
6
km
. 75
k m.7 5
4
km
. 7
53
k m.7 5
1
km
. 75
2
km
. 75
0
km
. 74
9
k m.7 4
8
k m.7 4
7
km . 4
76
km . 4
75
km . 4
74
k m.7 4
3
km . 47 2
km .7 4 1
km
. 7
40
km
. 73
9
km
. 73
8
km
. 7
29
km . 3
70
k m.7 3
4
k m.7 3
5
km .7 3 7
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k m.7 3
6
k m.7 2
8
km . 3
73
km .7 3 2
km . 2
77
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k m.7 2
5
km
. 72
4
km .7 2 3
k m.7 2
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. 71
7
k m.7 1
6
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. 7
18
k m.7 2
1
km . 1
79
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70
k m.7 1
5
k .m7
12
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km .7 0 1
km
. 7
14
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. 71
3
k m.7 1
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. 70
2
km
. 69
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. 7
03
km
. 7
10
km
. 6
98
k m.7 0
4
k m.7 0
9
km .6 9 4
km
. 69
7
km . 9
65
km
. 6
96
k m.6 9
3
km
. 70
5
k .m 7 0
8
km
. 69
0
km . 9
61
km
. 70
7
km
. 69
2
k m.6 8
9
km . 0
76
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km
. 68
6
km . 8
67
k m.6 8
5
k m.6 8
4
k m.6 8
1
k m.6 8
0
km
. 68
3
km
. 68
2
km . 7
69
km . 7
68
km . 7
67
km
. 6
76
km
. 67
5
km .6 7 4
km
. 6
73
km
. 67
2
k m.6 7
1
km
. 67
0
k m.6 6
9
k m.6 6
8
k m.6 6
7
km
. 66
k m.6 6
5
k m.6 6
4
k m.6 6
3
km . 6 2
km
. 66
1
km
. 60
k m.6 5
9
k m.6 5
8
k m.6 5
7
km . 5
66
km . 5
65
k m.6 5
4
km . 5
63
km . 5
62
km
. 6
51
km . 5
60
k m.6 4
9
km
. 64
8
k m.6 4
7
km .6 4 2
km . 4
66
k m.6 4
3
km .6 4 1
km . 4
64
km .6 4 0
km .6 4 5
km
. 63
9
k m.6 3
8
k m.6 3
7
km . 3
65
km
. 6
36
k m.6 3
4
k m.6 3
km
. 6
32
km . 3
61
k m.6 3
0
k m.6 2
8
km
. 62
7
km .6 2 9
km . 2
66
km . 2
65
km
. 6
24
k m.6 2
3
km .6 2 0
k m.6 2
1
k m.6 2
km
. 6
19
k m.6 1
8
km .6 1 7
km .6 1 6
k m.6 1
5
k m.6 1
4
k m.6 1
3
km .6 1 2
km .6 1 1
km
. 61
0
km
. 60
9
km .6 0 8
km . 0
67
km
. 6
06
km
. 6
05
k m.5 8
1
k m.5 8
2
km
. 60
4
km
. 58
0
km . 8
53
k m.6 0
3
km
. 58
4
km . 7
59
km . 0
62
km
. 5
85
km
. 6
01
km
. 57
8
k m.5 8
6
k m.6 0
km
. 5
77
km
. 5
87
k m.5 9
km .5 7 6
km .5 7 5
km . 8
58
km
. 59
8
km . 4
56
km .5 4 5
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k m.5 8
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k m.5 7
4
km . 9
57
km
. 54
8
k m.5 4
km
. 5
90
km
. 5
73
k m.5 4
9
km . 9
56
km
. 59
1
k m.5 9
5
km
. 54
3
km .5 5 0
k m.5 7
2
km
. 59
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k m.5 9
2
km
. 59
3
km .5 4 2
k m.5 5
1
km
. 5
71
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51
km
. 52
km
. 5
70
km
. 5
40
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k m.5 6
9
k m.5 3
9
k m.5 5
4
k m.5 6
8
km 5
. 38
km
. 55
km .5 3 7
k m.5 6
7
k m.5 5
6
k m.5 3
6
km
. 57
km
.
56
k m.5 6
km
. 5
35
km
. 58
k m.5 6
5
km . 3
54
km
. 55
9
km . 3
53
k m.5 6
4
km
. 5
60
k m.5 6
3
k m.5 3
2
km
. 56
2
km
. 5
61
km .5 3 1
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50
k m.5 2
9
km . 2
58
k m.5 2
7
km . 2
56
k m.5 2
5
k m.5 2
4
k m.5 2
3
km . 2
52
km .5 2 1
km
. 5
20
k m.5 1
9
k m.5 1
8
km .5 1 7
km
. 51
6
km . 1
55
k m.5 1
4
km . 1
53
km . 1
52
k m.5 1
km .5 1 0
km . 0
59
km
. 58
0
km .5 0 7
k m.5 0
6
km . 0
55
km
. 5
04
km
. 5
03
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km
. 5
01
k m.5 0
km .4 9 9
k m.4 9
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47
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46
km
. 49
5
km
. 4
94
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km .4 9 0
k m.4 8
9
km
. 4
88
km .4 9 1
km
. 49
2
km
. 4
87
km
. 4
86
k m.4 8
5
km
. 48
4
km
. 48
3
km
. 48
2
km .4 8 1
km .4 8 0
km
. 4
79
km
. 4
78
km . 4
77
km . 7
46
km
. 4
75
km
. 46
8
km . 6
49
k m.4 6
7
km
. 4
70
km
. 4
74
km .4 6 6
km .4 7 1
km
. 46
5
km
. 4
72
km . 7
43
k m.4 6
1
km
. 4
62
k m.4 6
4
km
. 46
0
km . 6
43
km
. 45
9
k m.4 5
8
km .4 5 7
k m.4 5
6
km . 5
45
km
. 4
54
km .4 5 3
km . 4 3
km . 4 2
km . 4 4
k m.4 4
1
km . 4 5
k m.4 5
2
k m.4 4
6
km . 4 0
km . 5
41
km
. 44
7
k m.4 3
9
km
. 48
km .4 5 0
km . 4 9
k m.4 3
8
km .4 3 7
km
. 4
36
km . 2
49
km . 2
48
km
. 43
0
km
. 4
35
k m.4 2
7
k m.4 3
1
k m.4 3
4
k m.4 3
2
km . 3
43
km .4 2 6
km . 2
45
km
. 4
24
km .4 2 3
k m.4 2
km . 2
41
km . 2
40
k m.4 1
9
km
. 4
18
km .4 1 7
km
. 4
16
k m.4 1
5
k m.4 1
4
km
. 4
13
k m.4 1
2
k m.4 1
k m.4 1
0
km
. 40
9
km
. 40
8
km
. 4
07
km
. 4
06
km
. 3
96
k m.3 9
7
k m.3 9
5
k m.4 0
5
k m.3 9
8
km . 9
34
km . 9
39
km . 0
44
k m.4 0
km
. 4
01
km . 0
43
km
. 3
93
k m.4 0
2
Orellana, km 356+000
km
. 39
2
k m.3 9
1
km . 9
30
k m.3 8
9
km
. 3
88
km 3
. 87
km . 8
36
km
. 38
5
k m.3 8
4
k m.3 8
3
km
. 3
82
k m.3 8
1
km . 8
30
km .3 7 9
km
. 37
8
km
. 3
77
k m.3 7
6
km
. 37
5
km
. 3
74
km
. 3
73
km
. 3
72
km .3 7 1
km
. 3
70
k m.3 6
9
km .3 6 8
k m.3 6
7
k m.3 6
k m.3 6
5
km
. 36
4
k m.3 6
3
km
. 3
62
km . 6
31
k m.3 6
0
km
. 3
57
k m.3 5
8
km . 5
39
km . 5
36
k m.3 5
k m.3 5
4
km
. 3
53
k m.3 5
2
k m.3 5
1
k m.3 5
0
k m.3 4
9
km . 4
38
km .3 4 1
k m.3 4
0
km .3 3 9
km . 3 8
km
. 37
km .3 3 6
km . 3 5
km . 3 4
k m.3 3
k m.3 3
2
km .3 3 1
k m.3 3
0
k m.3 2
9
km . 2
35
k m.3 2
6
km . 2
37
km . 2
38
km . 0
35
km .3 0 6
km . 1
30
km
. 3
07
k m.3 0
9
km .3 2 2
k m.3 0
8
k m.3 0
4
k m.3 1
km
. 3
12
k m.3 2
1
k m.3 0
3
km .3 0 2
km . 1
33
km
. 3
01
km
. 3
14
k m.3 2
0
k m.3 0
k m.3 1
5
k m.3 1
9
km . 9
29
k m.3 1
6
k m.3 1
8
k m.3 1
7
k m.2 9
8
Contamaná, km 261+000
k m.2 9
7
k m.2 9
6
km . 9
25
km . 2
94
km . 9
23
km
. 2
92
km . 9
21
km . 9
20
km
. 28
9
km
. 2
88
km . 8
27
k m.2 8
6
km
. 28
5
km .2 8 4
km
. 2
83
km
. 2
82
k m.2 8
1
km .2 8 0
k m.2 7
9
km .2 7 8
k m.2 7
km . 7
26
km
. 2
75
km . 7
24
km . 7
23
km . 7
22
km . 7
21
k m.2 7
0
km
. 26
9
km . 6
28
km
. 2
67
km
. 2
66
km . 2
65
k m.2 6
4
km
. 26
3
km
. 2
62
km . 6
21
km .2 6 0
km
. 2
59
k m.2 5
8
km . 5
27
Río Ucayali
km
. 3
47
km
. 34
6
km . 4
35
k m.3 4
k m.3 4
3
km
. 34
2
km . 2
34
km .3 2 3
k m.2 5
6
k m.2 5
k m.2 5
4
k m.2 5
3
km . 5
22
k m.2 5
1
km
. 25
0
k m.2 4
9
km
. 24
8
k m.2 4
7
km . 4
26
k m.2 4
5
km .2 4 4
km . 2 5
km .2 2 6
k m.2 2
7
k m.2 4
3
km
. 22
4
km
. 22
8
k m.2 2
9
k m.2 4
2
km .2 2 3
k m.2 3
0
km
. 24
1
km .2 2 2
km . 3
21
km
. 2
40
km .2 3 2
km
. 22
1
km . 1
25
km
. 2
16
km . 3
29
k m.2 3
km .2 1 4
km . 2 0
k m.2 3
4
km . 1
27
k m.2 3
8
km
. 21
3
k m.2 1
9
k m.2 3
5
km
. 2
18
km .2 3 6
km
. 2
37
km . 1
22
k m.2 1
k m.2 1
0
km
. 2
09
km
. 20
8
km . 0
27
Orellana
k m.2 0
6
km . 0
25
km . 0
24
km . 0
23
k m.2 0
2
km .2 0 1
k m.2 0
km .1 9 9
km
. 1
98
k m.1 9
7
km
. 1
96
km
. 1
93
km
. 19
4
k m.1 9
5
k m.1 9
2
k m.1 9
1
k m.1 9
0
km
. 18
9
km . 8
18
k m.1 8
7
k m.1 8
6
k m.1 8
0
km
. 1
81
km
. 18
2
k m.1 7
9
k m.1 8
3
km .1 8 4
k m.1 8
5
km . 7
18
km . 7
17
km
. 17
6
k m.1 7
5
k m.1 7
4
k m.1 6
5
km
. 1
64
km
. 1
63
km . 6
16
km
. 1
67
km
. 1
73
km
. 11
k m.1 1
0
km
. 11
2
km
. 1
62
km .1 6 8
km .1 0 9
km
. 11
3
km
. 17
2
km . 6
19
km . 6
11
k m.1 7
1
k m.1 0
8
k m.1 7
0
km
. 14
km
. 16
0
km
. 1
07
km . 1 5
km .1 1 6
k m.1 5
9
k m.1 0
6
k m.1 3
7
km . 3
18
k m.9 8
km
. 17
k m.1 3
6
k m.1 0
5
km . 5
18
km . 7
9
k m.9 9
k m.1 3
5
km
. 1
39
km . 1 8
k m.1 0
k m.9 6
km
. 1
04
k m.1 3
4
k m.1 5
7
k m.1 4
0
k m.1 0
3
k m.1 1
9
km
. 10
2
km .1 0 1
km . 9
5
km .1 3 3
k m.1 5
6
km . 2
10
k m.9 4
km .1 4 1
km
. 12
1
km
. 1
32
km . 5
15
km . 3
9
k m.1 4
2
km . 2
12
km
. 9
2
k m.1 3
1
km
. 1
54
km
. 1
23
k m.1 4
3
km . 1
9
km
. 13
0
km
. 15
3
km . 8
5
k m.1 2
4
km . 4
14
k m.8 4
k m.8 6
k m.1 2
9
km
. 3
8
km
. 9
0
km .1 5 2
km
. 1
45
km .1 2 8
km .1 2 7
k m.8 7
km
. 12
5
k m.1 2
6
k m.8 9
k m.8 8
k m.8 2
k m.1 5
1
k m.1 4
6
k m.8 1
km . 5
10
km
. 8
0
km
. 1
47
km
. 14
9
km
. 1
48
km
. 7
9
km
. 7
8
k m.7 7
km . 7
6
km . 7
5
km . 7
4
k m.7 3
k m.7 2
k m.7 1
k m.7 0
k m.6 9
k m.6 5
km
. 6
km
. 6
4
km . 6
8
k m.6 7
k m.6 3
k m.6 2
km . 6
1
k m.6 0
km . 9
5
km
. 5
8
km . 7
5
km . 5
6
km
. 5
k m.5 4
k m.5 3
km
. 5
2
km . 0
5
km . 1
5
km . 9
4
k m.4 8
k m.4 7
km . 4
6
km . 4
5
km . 4
2
k m.4 4
k m.4 3
km . 4
1
km
. 4
0
km . 9
3
k m.3 8
km . 3
7
k m.3 6
km
. 3
5
km . 4
3
k m.3 3
k m.3 2
k m.3 1
km
. 3
0
k m.2 9
k m.2 8
km
. 2
7
km . 6
2
k m.2 5
k m.2 4
km . 3
2
km . 2
km . 2
1
Contamaná
km
. 1
7
km . 1
8
k m.2 0
k m.1 6
k m.1 9
k m.1 5
km . 4
1
km
. 1
3
k m.1 2
k m.1 1
km . 0
1
k m.9
km . 8
k m.7
km
. 6
k m.5
k m.4
k m.3
km . 2
k m.1
Pucallpa, km 0+000
km
. 0
Pucallpa
RIO UCAYALI
Figura 1.- Izquierda, vista aérea y en planta del río Ucayali
(2005), en el tramo comprendido entre Pucallpa y la confluencia
con el río Marañón, Perú. Derecha, vista satelital en planta del río
Ucayali (Fuente: Google Earth 2007).
En el marco de dicha investigación (2004 a la fecha) se estuvo efectuando en el Perú los
estudios de factibilidad para el mejoramiento de la navegabilidad de los ríos Ucayali y
Huallaga (2004-2005), estudios de los cuales los autores obtuvieron importante información a
través de fuentes confiables (Dirección General de Transporte Acuático del Ministerio de
2
Transportes y Comunicaciones del Perú, y mediante convenio de cooperación suscrito entre el
Leichtweiss Institut für Wasserbau (LWI) de la Universidad Técnica de Braunschweig en
Alemania y la empresa de consultoría de ingeniería Hidráulica y Oceanografía (H&O) del
Perú). Por parte de los autores (1) se tuvo su presencia en el Perú en febrero-marzo/2005,
diciembre/2005 - enero/2006 y diciembre/2006 - enero/2007 para la obtención de información
motivo de esta investigación.
La información suministrada con especial interés con respecto al río Ucayali [5] ha sido
evaluada y los resultados que se presentan aquí son producto de la investigación sobre la
morfología del río Ucayali en el tramo comprendido entre la ciudad de Pucallpa y su
confluencia con el río Marañón, de sus malos pasos que no permiten una navegabilidad
adecuada en el río, así como también la evaluación de algunas de sus curvas abruptas con
respecto al estudio de la profundidad máxima de erosión. Este artículo es una aproximación
que se logra en el marco del objetivo de investigación efectuada por los autores. El artículo y
los resultados que aquí se presentan han sido íntegramente elaborados por los autores. El
suministro de mayor información permitirá extender los resultados de esta investigación.
2. CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS DEL RÍO UCAYALI
El río Ucayali, ver Figura 2, cuyo perfil longitudinal del thalweg medido el año 2005 se
presenta en la Figura 3 tiene una longitud estimada de 1035 km, que comprende su área de
cuenca baja, ubicada en la región denominada Selva Baja, y que ha sido evaluada entre los
130 y 55 m snm, comprendida entre la ciudad de Pucallpa y la confluencia con el río
Marañón, en donde dan lugar al río Amazonas.
Figura 2.- Vistas del río Ucayali, en Pucallpa, Perú (2004).
Los autores en base a la información topográfica [5] disponible deciden distinguir al río
Ucayali en un río que tiene tres tramos bien definidos, ver Tabla 1, ambos de características
meandriformes, con predominancia de un cauce sinuoso y un índice superior a 1.5, y donde la
pendiente promedio del thalweg del río Tabla 1. Los tres tramos del río Ucayali en su cuenca baja.
es de 0.05 o/oo. Una característica
Tramo
Progresiva
Pendiente
Descripción
importante de la sinuosidad del río lo
o
[km]
[ /oo]
representa
la
presencia
de
Pucallpa - Inicio
aproximadamente 50 curvas abruptas,
1
0+000 - 570+000
0.054
bifurcación
que se caracterizan por tener una
2
570+000 - 840+000
0.055
Bifurcación
relación radio de curvatura, R, y ancho
del cauce, B, de R/B inferior a 3 y en
Fin Bifurcación 3
840+000
1035+000
0.028
Confluencia con
muchos casos con un ángulo de curva
río Marañón
superior a los 180°.
3
El primer tramo se localiza entre la ciudad de Pucallpa (km 0+000) y el punto en el que el río
Ucayali se bifurca en dos cauces (km 570+000), creando lo que se ha denominado Canal
Madre y Canal Puinahua. La pendiente promedio de este tramo es de 0.054 o/oo.
El segundo tramo se sitúa entre el inicio y fin de la bifurcación del río Ucayali en dos cauces
denominados Canal Madre y Canal Puinahua. Este segundo tramo se encuentra comprendido
entre las progresivas km 570+000 y km 840+000. La pendiente promedio de este tramo y en
ambos cauces es de 0.055 o/oo. El cauce del Canal Madre tiene una longitud de 270 km y es
catalogado como el cauce principal del río. El cauce del Canal Puinahua se extiende en una
longitud de 210 km.
El tercer y último tramo se ubica entre el fin de la bifurcación del río Ucayali (km 840+000) y
la confluencia del mismo con el río Marañón (km 1035+000), que dan lugar al nacimiento del
río Amazonas. La pendiente promedio de este tramo es de 0.028 o/oo.
140.00
130.00
Pucallpa
120.00
Elevación [m snm]
Canal Madre
110.00
100.00
90.00
80.00
S = 0.05 o/oo
70.00
60.00
50.00
0+000
Confluencia con Río Marañón
100+000
200+000
300+000
400+000
500+000
600+000
700+000
800+000
900+000 1000+000
Progresiva [km]
Bifurcación
Canal Madre - Canal Puinahua
Canal Madre
Canal Puinahua
Pucallpa
Figura 3.- Perfil longitudinal y vista en planta medido del thalweg del río Ucayali comprendido entre la ciudad de Pucallpa y
la confluencia con el río Marañón. (Fuente: Alvarado - Ettmer, 2005, elaborado por los autores con la información
proporcionada).
El ancho promedio del cauce del río en los tres tramos es de 600 m, sin embargo se tienen
4
sectores en los que el río alcanza un ancho de cauce inferior a los 400 m y mayor a 1500 m. El
calado promedio es de 15 m. La relación ancho del cauce y profundidad (B/h) en época de
crecidas es de 40. La velocidad promedio del río medido con ADCP es de 1.5 m/s [14].
3. ANÁLISIS DEL MATERIAL DE FONDO
En base a una campaña de muestreo, efectuada el año 2004, analizando el material de fondo
del cauce del río Ucayali en el trayecto comprendido entre la ciudad de Pucallpa y la
confluencia con el río Marañón, se presenta en la Figura 4 la clasificación del tamaño de las
partículas de sedimentos para las dimensiones características D10, D50 y D90, que sirvieron de
base para el análisis de degradación (erosión) del río, y determinación del tipo de material
predominante en el fondo, así como también determinar la función de distribución uniforme
del tamaño característico de la partícula de sedimento, D50.
Tamaño característico del grano, D50 [mm]
0.70
0.60
límite inferior
curva pivot
límite superior
arena gruesa
0.50
arena media
0.40
0.30
arena fina
0.20
0.10
0.00
0+000
arena muy fina
limo
arcilla
100+000
200+000
300+000
400+000
500+000 600+000
Progresiva [km]
700+000
800+000
900+000 1000+000
Figura 4.- Tipo predominante del material del fondo del río Ucayali en el tramo Pucallpa hasta confluencia con el río
Marañón. Función de distribución uniforme del tamaño característico de la partícula de sedimento, D50.
La curva pivot de la Figura 4 muestra que el diámetro característica del sedimento es de 0.25
mm, el cual es un tamaño muy pequeño. Sólo una muestra del sedimento del material del
fondo tomada en la progresiva km 250+000 muestra un diámetro característico de la partícula
equivalente a 0.40 mm, debido a que aquí se ubica la afluencia del río Amacayacu. Las curvas
límite inferior y superior que describen el tamaño característico del grano, D50, muestran, que
el diámetro determinante del material de fondo es una arena, con características de arena fina
a arena gruesa, conforme la clasificación de la American Geophysical Union [15]. Siendo el
material del río en características generales muy uniforme, el material de fondo en el tramo
evaluado es calificado como un material arenoso fino.
El movimiento de los materiales del fondo para el mismo diámetro determinante comienza
con velocidades promedios de entre 0.15 m/s y 0.50 m/s, Hjulström (1935) [13], ver Figura 5.
De la Figura 5 se concluye que por el diámetro de la muestra del sedimento, para una
velocidad pequeña, la partícula de sedimento ya empieza a moverse. Además, una
aproximación con la fórmula de Kresser (1964) [19] demuestra que este material (D50 ≈ 0.25
mm) se encuentra en suspensión para velocidades sobre 0.94 m/s, ver ecuación (1).
5
Dlímite = um2/360 g
(1)
Donde:
Dlimite [m]
: Diámetro del grano con el sedimento en estado de suspensión
um
[m/s] : Velocidad promedio
g
[m/s2] : Aceleración de la gravedad
Así mismo, los cálculos efectuados con el programa HEC-RAS (un programa hidráuliconumérico en 1-dimensión del U.S. Army Corps of Engineers) muestran que ya para caudales
mínimos (cercanos a 2000 m3/s), las partículas de sedimentos ya se encuentran en estado de
suspensión.
Velocidad promedio [m/s]
arcilla
10.0
lim o
arena
grava
1.0
EROSIÓN
particulas son
levantadas
INICIO DEL MOVIMIENTO
DEPOSICIÓN
particulas se
asientan
0.1
0.001
0.01
0.1
1
Diámetro del grano [mm]
10
100
Figura 5.- Diagrama de Hjulström, velocidad crítica promedio del material de sedimento.
4. CAUDAL HISTÓRICO
Se ha evaluado la información histórica de caudales registrados en el río Ucayali para la
estación hidrométrica
Tabla 2. Caudal histórico del Río Ucayali
de Pucallpa. En base a
Fecha - Observación
Descripción
Caudal
la
capacidad
[m3/s]
hidráulica de las
Caudal Mínimo, Qmín
2200
19.08.1985
aproximadamente
Caudal Mínimo Promedio, Qmínp
2830
Promedio mínima de la serie disponible
2070
secciones
Caudal Dominante, Qd
Capacidad hidráulica de la sección
~ 4000
tomadas a lo largo del
Caudal Máximo Promedio, Qmáxp
16370 Promedio máximo de la serie disponible
río Ucayali en el área
Caudal Máximo, Qmáx
20440
05.03.1984
de evaluación se ha
determinado que el
caudal dominante del río Ucayali es de aproximadamente 4000 m3/s. Los valores históricos
registrados y estimados se presentan en la Tabla 2.
6
5. DESCARGA DE SEDIMENTOS
S [t/d]
En base a mediciones de sedimentos en suspensión registrados en Setiembre y Octubre del
2004 [5], se estimaron las correspondientes tasas para dichos eventos, ploteándose la data
obtenida en la Figura 6, la
1000000
cual
permite
una
aproximación de la tasa de
sedimentos en suspensión.
Si bien se dispone de 7
Libertad
escasos puntos registrados,
esta figura pretende ser
una aproximación para la
estimación
de
los
Pucallpa
volúmenes de sólidos
transportados
durante
Tiruntán
diversos
eventos
de
avenidas, pues los puntos
Requena
Contamana
muestran
una
buena
Orellana
correlación. Es importante
Juancito
S = 51.204Q - 27797
aquí destacar que el caudal
R2 = 0.9717
se encuentra limitado a
una descarga un poco
100000
3
1000
10000
100000
superior a los 20000 m /s
Q [m3/s]
con referencia al caudal
histórico
máximo Figura 6.- Ploteo de la estimación tasa de sedimentos en suspensión y aforo de
registrado y presentado en caudales en el río Ucayali (Agosto-Setiembre 2004).
la Tabla 2. Como se
muestra en la Figura 6, el transporte de sedimentos se ha escrito con la función empírica (2).
S = 51.204Q - 27797
S
Q
[t/d] :
[m3/s] :
(2), donde:
transporte de sedimentos
caudal
Así por ejemplo, para la medición efectuada en Contamana se tiene un caudal de 4200 m3/s y
un transporte de sedimentos en suspensión equivalente a 187000 t/d. Para el caudal dominante
de 4000 m3/s, se tiene un transporte de sedimentos en suspensión equivalente a 177000 t/d. La
función empírica descrita arriba es limitante para el máximo caudal de aproximadamente
20500 m3/s. De esta manera mediante la línea de regresión descrita en la ecuación (2), se
puede calcular un transporte de sedimentos máximo de aproximadamente 1000000 t/d. De
esta manera es posible mediante la aplicación del caudal dominante, el cual tiene un valor de
aproximadamente 4000 m3/s, efectuar un cálculo de la masa anual de agua y de la tasa anual
de transporte de sedimentos en el río Ucayali, que ha sido estimada respectivamente en:
Vanual = Qd (~ 4000 m3/s) * 86400 s/d * 365.25 d = 12600 Millones m3
Sanual = {51.204 * Qd (~ 4000) - 27797} t/d * 365.25 d = 65 Millones t
Los valores aquí estimados se encuentran aceptables en una comparación práctica con los
valores citados por Gibbs (1967) y Guyot (2007) [12] para el río Amazonas medido en
Óbidos, de donde se concluye que el río Ucayali tiene una contribución de aproximadamente
7
el 15 % de la tasa anual de sedimentos en suspensión. En consecuencia las aproximaciones
descritas arriba demuestran, que el fondo del río Ucayali se mueve sobre un muy grande
espectro de descargas típicas. Esto demuestra especialmente que también en las curvas
abruptas o en los malos pasos la situación hidráulica en la mayoría de los casos analizados
que se presentan adelante es de muy alta erosión, y que por lo tanto la erosión y el
movimiento de las curvas abruptas son continuos. Para una aproximación mayor se han
identificado diferente curvas y se ha efectuado un cálculo de la fuerza tractiva. Estos se
presentan en el capítulo 7.
6. PARÁMETROS DE LAS CURVAS ABRUPTAS SELECCIONADAS Y APROXIMACIÓN DE LA
FÓRMULA PARA ESTIMACIÓN DE LA PROFUNDIDAD MÁXIMA DE SOCAVACIÓN
Se tomaron parámetros característicos de las curvas abruptas del río Ucayali, en el tramo
comprendido entre la ciudad de Pucallpa y la confluencia con el río Marañón. Se determinó la
existencia de 50 curvas abruptas, y de estas se seleccionaron 7 curvas, cuyos parámetros, B, R
y D50 se presentan en la Tabla 3.
Tabla 3.- Parámetros B, R, R/B y D50 para 7 curvas abruptas (o límite de curvas abruptas, cuando el radio y longitud de
curva no son muy grandes, de un total de 50) seleccionadas, con ángulo de curva, α > 180°, a lo largo del cauce del río
Ucayali, entre Pucallpa y la confluencia con el río Marañón. Base de datos año 2005.
Ubicación de la curva abrupta
Clasificación
Progresiva [km]
B [m]
R [m]
R/B [-]
D50 [mm]
a lo largo del río
Pucallpa - 40 km aguas abajo
40+000
720.00
1300.00
1.80
0.28
arena media/fina
Tiruntán
134+000
700.00
1600.00
2.29
0.25
arena fina
Contamaná - 30 km aguas abajo
292+800
700.00
2200.00
3.14
0.40
arena media
Orellana - 50 km aguas abajo
406+700
550.00
2000.00
3.64
0.25
arena fina
Juancito - 7 km aguas abajo
570+100
650.00
2000.00
3.08
0.27
arena media/fina
Requena - 14 km aguas abajo
850+900
600.00
2000.00
3.33
0.27
arena media/fina
Libertad - 25 km aguas arriba
971+900
740.00
2000.00
2.70
0.33
arena media
La información de la topografía del cauce en curvas de ríos es escasa, por esta razón se han
llevado a cabo experimentos en laboratorio bajo condiciones controladas para estudiar de
forma cualitativa las condiciones en curvas. Experimentos relevantes se han efectuado en
canales curvos y meándricos como los desarrollados previamente por Yen (1967 y 1970),
Hooke (1970 y 1974), Sutmuller (1980), Odgaard (1982), Struiksma (1983), Olesen (1985),
Talmon (1992), Blanckaert y Graf (1999) y Blanckaert (2002). Los principales parámetros de
los canales experimentales utilizados a la fecha han sido tales como radio, R; ancho del canal,
B; ángulo de la curva, α; tamaño medio de la partícula de sedimento, D50; R/B ratio.
Los experimentos fueron ejecutados en canales curvos o meandriformes con un ángulo de
curva, α, variando entre 55º y 180º. Solamente unos cuantos experimentos se efectuaron con
una relación R/B ≤ 2.5 o 3 y con un radio de curvatura en todos los casos mayor de 1.5 m, lo
que significó una curva no abrupta. El tamaño medio característico utilizado en dichos
experimentos varió entre 0.088 mm y 2.10 mm. En la Figura 7 se presentan las características
relativas al tamaño del material de fondo, D50, versus la relación R/B utilizados en
experimentos previos, Alvarado (2004) [1], con punto rojo y las características actuales de las
7 curvas seleccionadas del rió Ucayali.
8
R/B ≤ 3,
curva abrupta
R/B ≥ 3
10.00
1P ucallpa
2 Tiruntán
3 Co ntamaná
4 Orellana
5 Juancito
6 Requena
7 Libertad
D50 [mm]
1.00
7
1
2
3
6
5
4
0.10
Río Ucayali
0.01
0
1
2
3
4
5
R/B [-]
6
7
8
9
10
Figura 7.- Tamaño característico del material de fondo, D50, vs relación R/B, para experimentos previos, Alvarado (2004)
con punto rojo y muestras cercanas a curvas abruptas en el río Ucayali, tramo Pucallpa hasta confluencia con el río
Marañón. Derecha, curvas abruptas en el río Ucayali, vista satelital. (Fuente: © Google Earth 2007).
En la Figura 8 se muestra la importancia del transporte de fondo y en suspensión distribuido
sobre el calado dependiendo de la relación entre la velocidad de tensión de corte (en el fondo)
y la velocidad de caída de la partícula de sedimento, u*/ws, y el tamaño del diámetro
característico, D50, de la arena.
transporte de
fondo
dominante,
u*/w s < 1
sedimento en
suspensión a
prof. media,
1 < u*/w s < 2
sedimento en suspensión en el calado, 2 < u*/ws < 14
10.0
Alvarado (2004)
0.1
sedimento en
suspensión sobre el
fondo, 0 < u*/w s < 0.5
D50 [mm]
1.0
7 Muestras en río Ucayali
0.0
0
1
2
3
u*/w s [-]
4
5
6
Figura 8.- Rango de la carga de transporte de fondo y en suspensión dependiendo de la relación u*/ws, y del tamaño
característico de la partícula, D50, de la arena para experimentos previos, Alvarado (2004) con punto rojo, y muestras cercanas
a curvas abruptas en el río Ucayali, tramo Pucallpa hasta confluencia con el río Marañón.
9
Para la presente investigación al comparar las muestras del río Ucayali, data disponible en
Tabla 3, con las de experimentos previos se concluye que en el río Ucayali el transporte de
sólidos en suspensión es el dominante, lo mismo que se confirma en Capítulo 7 y 8.
Otro aspecto importante a mencionar aquí Tabla 4.- Parámetros B, R, R/B y D50 para 7 curvas abruptas
es sobre las características que se (o límite de curvas abruptas, cuando el radio y longitud de
Parámetros
Alvarado (2004)
Río Ucayali
presentan en la Tabla 4, en donde se
Ancho del cauce, B [m]
1
600
compara los principales parámetros de las
Radio del canal, R [m]
1.5
1300 a 2200
R/B [-]
1.5
2a4
curvas abruptas seleccionadas en la Tabla
D50 [mm]
1.65
0.25
3 con el modelo experimental [1]. Aquí la
u*/ws
<1
1a3
característica resaltante es la relativa al
diámetro de la partícula de sedimento, puesto que en el experimento éste es y tuvo que ser por
motivos prácticos 6.6 veces más grande que la partícula de sedimento del río Ucayali.
Para la evaluación preliminar de la profundidad máxima de socavación en época de crecida en
el río Ucayali, se utilizaron las secciones medidas en dicha época en el río Ucayali. Dichas
secciones corresponden a las curvas de los malos pasos que se presentan en la Tabla 6, del
Capítulo 7, y de las cuales se estudiaron seis, que son las que se presentan en la Tabla 5. Las
secciones medidas de las curvas descritas en la Tabla 3 no pueden ser aplicadas, pues
corresponden a secciones ploteadas con mediciones efectuadas en época de vaciante.
Tabla 5.- Aplicación de semejanza cualitativa de la fórmula de Alvarado (2004) para las curvas abruptas que se presentan en
el río Ucayali.
Curva Abrupta Progres.
Nombre
Monte Blanco
[km]
Q
NA Apr. NF Apr.
[m3/s] [m snm] [m snm]
235+000 4000
128.50
hr
[m]
117.62 10.88
NA C. Abp. NF C. Abp. hmax
[m snm]
[m snm]
128.00
104.00
[m]
B
R
D50
[m]
[m]
[mm]
24.00 600 1500 0.35
hr / hmax hmax / hr
[-]
[-]
0.45
2.21
f
[-]
R/B B/R 1 + f (B/R) B/hmax
[-]
[-]
3.0 2.5 0.4
[-]
[-]
2.20
25
24
Catalina
433+000 3000
115.20
102.71 12.49
114.80
94.34
20.46 490 2200 0.25
0.61
1.64
2.9 4.5 0.2
1.65
Monte Bello
530+000 4000
128.00
100.50 27.50
127.00
89.59
37.41 470 1400 0.26
0.74
1.36
1.1 3.0 0.3
1.37
13
Painaco
Entrada canal
Puinahua
591+000 3000
104.84
97.67
7.17
104.60
85.50
19.10 540 2800 0.26
0.38
2.66
8.6 5.2 0.2
2.66
28
603+000 3000
106.58
98.00
8.58
106.00
93.00
13.00 550 3600 0.26
0.66
1.52
3.4 6.5 0.2
1.52
42
hmax
⎛B⎞
= 1 + 3⎜ ⎟ , con un
h
⎝R⎠
factor f = 3 denota mayor aceptación para curvas abruptas con una relación B/hmáx de 20 a 25
y con una relación R/B de 2 a 4, donde se debe considerar que el ancho de cauce se debería
aproximar a uno de 500 m a 700 m y el radio de curvatura debería estar en el rango de 1300 m
a 2500 m.
Los resultados de la Tabla 3 muestran que la fórmula propuesta:
Como se observa, la fórmula propuesta no implica el uso del diámetro característico de la
partícula de sedimento, D50, el cual será tomado en cuenta en futuras investigaciones, sin
embargo la fórmula sirve para una estimación cualitativa de la profundidad máxima de
erosión in situ y para ello se requiere trasladar con mucho cuidado las mediciones
experimentales para su aplicación en campo.
7. FUERZA TRACTIVA Y OTROS PARÁMETROS HIDRÁULICOS RELEVANTES EN LAS CUVAS
ABRUPTAS DE LOS MALOS PASOS
Para una primera aproximación del presente artículo se ha calculado la fuerza tractiva y otros
parámetros hidráulicos tales como pendiente de energía y radio hidráulico, los cuales son
relevantes en todos los Malos Pasos que se enumeran en la Tabla 6.
10
El parámetro más importante es el
referente al cálculo de la fuerza tractiva, el
cual se ha efectuado preliminarmente
mediante el modelo uni-dimensional HECRAS con la ecuación (3).
El cálculo se basa en la capacidad
promedio hidráulica de las secciones en el
río Ucayali, el cual es llamado caudal
dominante y es el caudal típico a lo largo
del río según la forma del área fluvial. De
esta manera los cálculos se han basado en
la aplicación del caudal dominante de
4000 m3/s.
τ = ρ * g * R * IE
con
τ
ρ
g
R
I
[N/m2]
[kg/m3]
[m/s2]
[m]
[-]
:
:
:
:
:
Tabla 6.- Malos Pasos en el Río Ucayali, tramo ciudad de
Pucallpa y confluencia con el río Marañón.
No.
Nombre del Mal Paso
Progresiva
[km]
1
Espinal*
121+000
2
Monte Blanco
235+000
3
Portugal
268+000
4
Catalina
433+000
5
Yahuarango
476+000
6
Monte Bello
530+000
7
Painaco
591+000
8
Entrada Canal Puinahua
603+000
9
Pacaya (en Canal Puinahua)
775+000
10 Salida Canal Puinahua
854+000
11 Yanashpa
928+000
12 Tibe Playa
1002+000
* La data no estuvo disponible para su evaluación.
(3)
fuerza tractiva al fondo
densidad del agua
aceleración de la gravedad
radio hidráulico
pendiente de energía
Se recalca una vez más que estos cálculos son un aproximación preliminar de la fuerza
tractiva en las curvas de los Malos Pasos, las cuales han sido tomadas como sitios
característicos en el río Ucayali.
A continuación se presenta la descripción de las curvas en dos malos pasos:
-
el mal paso Monte Blanco ubicado en el km 235+000, que representa un tramo ya casi en
equilibrio, y
-
el mal paso Yahuarango en el km 476+000, con secciones transversales típicas de una
curva.
Mal paso No. 2, Monte Blanco, km 235+000. Tiene una longitud de cercana a los 3100 m,
con un tramo en línea recta de aproximadamente 2000 m, y se encuentra ubicado al inicio de
una curva abrupta que tiene un ángulo mayor a 180° y un radio de aproximadamente 1500 m.
El ancho de sección promedio es de 600 m, ver Figura 9.
Los valores de fuerza tractiva, la pendiente de energía y el radio hidráulico se presenta en la
Figura 10, donde se muestra que la fuerza tractiva para el caudal dominante de 4000 m3/s se
sitúa por arriba de los valores de la fuerza tractiva crítica, la cual se representa mediante las
dos líneas que indican los límites superior e inferior de la fuerza tractiva para el diámetro
característico del sedimento, D50 = 0.25 mm, que son de 3 N/m2 y 0.5 N/m2, acorde a Lange /
Lecher (1991).
11
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
17
16
15
14
13
12
11
10
08
07
06
05
03
02
129
128
Elevación [m snm]
127
126
125
124
123
122
121
120
119
0+000
0+500
1+000
1+500
2+000
2+500
3+000
Progresiva [km]
132
km. 242
km. 241
130
km. 232
km. 240
R = 1500 m
Mal Paso
Monte Blanco
km. 239
km. 233
km. 234
km. 238
km. 235
Elevación [m snm]
Nivel de agua para Qdominante, Qd = 4000 m3/s
128
126
124
km. 236
km. 237
122
120
0
100
200
300
400
Ancho de sección [m]
500
600
Figura 9.- Arriba e izquierda, vista en perspectiva tridimensional, perfil longitudinal y en planta del mal paso No. 2, Monte
Blanco, km 235+000. Abajo derecha, sección típica para el caudal dominante, Qd = 4000 m3/s. La relación promedio de
ancho de sección y calado es de aproximadamente B/h = 60.
La fuerza tractiva en el tramo analizado tiene una variación promedio de 8 N/m2 a 10 N/m2, y
sólo al inicio del mal paso alcanza valores de 12 N/m2. Se resume que el mal paso muestra
una situación equilibrada en la cual no se presentan muchas diferencias en los valores
12
promedio de fuerza tractiva, pendiente de energía y radio hidráulico. Se concluye que el mal
paso Monte Blanco se encuentra en un estado permanente de erosión.
0.35
14.0
Pendiente de energía
Radio hidráulico
Fuerza tractiva [N/m2]
Fuerza tractiva - Límite superior
Fuerza tractiva - Límite inferior
12.0
0.25
10.0
0.20
8.0
0.15
6.0
0.10
4.0
Erosión
0.05
Radio hidráulico [m] - Fuerza tractiva [N/m2]
Pendiete de energía [-]
0.30
2.0
Estado de Equilibrio
0.00
0+000
Sedim entación
0+500
1+000
1+500
Progresiva [km]
2+000
0.0
2+500
3+000
Figura 10.- Río Ucayali, km 235, mal paso Nr. 2, Monte Blanco. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de energía.
Mal Paso No. 5, Yahuarango, km 476+000. Para éste mal paso, la perspectiva
tridimensional, perfil longitudinal, vista en planta y sección transversal promedio que s
emuestran en la Figura 11 muestran que aquí se tiene una situación diferente a la del caso
anterior. La curva es un poco más pequeña, con un radio de 1200 m y una vista a la sección
transversal muestra una típica estructura de la orilla para las curvas externa e interna.
La fuerza tractiva tiene en un primer tramo más o menos un valor de 12 N/m2, muy similar a
la situación del mal paso Monte Blanco, porque se ubicaba al inicio de la curva abrupta. Sin
embargo, en éste caso la información registrada del mal paso Yahuarango se registra en gran
parte de toda una curva abrupta, y por ende aquí la fuerza tractiva se incrementa a valores
extremos sobre los 30 N/m2, con un valor máximo de 90 N/m2.
La Figura 12 muestra así que en el tramo entre las progresivas km 2+000 hasta km 3+000 se
presenta una muy grande capacidad de erosión y se espera que en éste tramo la dinámica de la
curva sea más rápida. Se espera una profunda erosión en el calado, así como también sobre la
orilla externa.
Es importante indicar que una aproximación a los valores de fuerza tractiva por las márgenes
es posible con: τmárgenes = 0,75 * τ (Ven te Chow, 1973) [28].
13
27
28
26
25
24
22
21
20
19
18
16
15
14
13
12
11
10
116
09
08
114
07
112
Elevación [m snm]
05
110
06
04
03
108
02
01
106
104
102
100
98
116
96
0+000
0+500
1+000
1+500
2+000
2+500
3+000
Progresiva [km]
114
112
Elevación [m snm]
km. 476
km. 475
Nivel de agua para Qdominante, Qd = 4000 m3/s
R = 1200 m
km. 469
108
106
km. 470
km. 474
110
km. 471
104
km. 472
km. 473
102
Mal Paso Yahuarango
0
100
200
300
400
Ancho de sección [m]
500
600
Figura 11.- Arriba e izquierda, vista en perspectiva tridimensional, perfil longitudinal y en planta del mal paso No. 5,
Yahuarango, km 476+000. Abajo derecha, sección típica para el caudal dominante, Qd = 4000 m3/s. La relación promedio de
ancho de sección y calado es de aproximadamente B/h = 60.
14
4.50
4.00
80.0
70.0
3.00
60.0
2.50
50.0
2.00
40.0
1.50
30.0
Erosión
1.00
20.0
0.50
10.0
0.00
0+000
0+500
1+000
Sedim entación
1+500
2+000
Progresiva [km]
2+500
3.50
90.0
Radio hidráulico
0.0
3+000
Figura 12.- Río Ucayali, km 476, mal paso Nr. 5, Yahuarango. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de energía.
En las Figuras 13 a 21 se muestra la fuerza tractiva para el caudal dominante de 4000 m3/s, así
como los otros parámetros relevantes como pendiente de energía y radio hidráulico.
0.35
14.0
0.30
0.25
12.0
10.0
0.20
8.0
Erosión
0.15
6.0
0.10
4.0
0.05
0.00
0+000
2.0
Sedim entación
0+500
1+000
1+500
2+000
Progresiva [km]
0.0
2+500
3+000
Figura 13.- Río Ucayali, km 268, mal paso Nr. 3, Portugal. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de
í
15
Radio hidráulico
0.35
12.0
0.25
10.0
0.20
8.0
0.15
6.0
0.10
4.0
Erosión
0.05
0.30
14.0
Radio hidráulico
2.0
0.00
0+000
Sedim entación
0+500
1+000
1+500
Progresiva [km]
0.0
2+000
2+500
Figura 14.- Río Ucayali, km 433, mal paso Nr. 4, Catalina. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de
í
0.80
35.0
0.60
30.0
0.50
25.0
0.40
20.0
0.30
15.0
0.20
10.0
Erosión
0.10
5.0
0.00
0+000
0.70
40.0
Radio hidráulico
0+500
1+000
Sedim entación
1+500
Progresiva [km]
0.0
2+000
2+500
3+000
Figura 15.- Río Ucayali, km 530, mal paso Nr. 6, Monte Bello. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de energía.
16
0.40
16.0
Radio hidráulico
14.0
0.30
12.0
0.25
10.0
0.20
8.0
0.15
6.0
Erosión
0.10
4.0
0.05
0.00
0+000
2.0
Sedim entación
0+500
1+000
1+500
2+000
Progresiva [km]
0.35
0.0
2+500
3+000
Figura 16.- Río Ucayali, km 591, mal paso Nr. 7, Painaco. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de energía.
1.00
0.90
Radio hidráulico
45.0
40.0
0.70
35.0
0.60
30.0
0.50
25.0
0.40
20.0
Erosión
0.30
15.0
0.20
10.0
0.10
5.0
0.00
0+000
0+500
1+000
Sedim entación
1+500
2+000
Progresiva [km]
0.0
2+500
3+000
Figura 17.- Río Ucayali, km 603, mal paso Nr. 8, Puinahua. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de energía.
17
0.80
50.0
12.0
0.24
0.22
10.0
0.18
8.0
0.16
0.14
6.0
0.12
0.10
Erosión
0.08
4.0
0.06
0.04
2.0
0.20
Radio hidráulico
0.02
0.00
0+000
Sedim entación
0+500
1+000
1+500
Progresiva [km]
0.0
2+000
2+500
3+000
Figura 18.- Río Ucayali, km 775, mal paso Nr. 9, Pacaya. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de energía.
0.20
0.18
9.0
8.0
0.14
7.0
0.12
6.0
0.10
5.0
Erosión
0.08
4.0
0.06
3.0
0.04
2.0
0.16
10.0
Radio hidráulico
0.02
0.00
0+000
1.0
Sedim entación
0+500
1+000
Progresiva [km]
0.0
1+500
2+000
Figura 19.- Río Ucayali, km 854, mal paso Nr. 10, Salida Canal Puinahua. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente
de energía.
18
12.0
0.24
0.22
0.18
10.0
8.0
0.16
0.14
Erosión
0.12
6.0
0.10
4.0
0.08
0.06
2.0
0.04
0.20
Radio hidráulico
0.02
0.00
0+000
Sedim entación
0+500
1+000
1+500
Progresiva [km]
2+000
0.0
2+500
3+000
Figura 20.- Río Ucayali, km 928, mal paso Nr. 11, Yanashpa. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de energía.
0.35
Radio hidráulico
30.0
0.25
25.0
0.20
20.0
0.15
15.0
0.10
10.0
0.05
0.30
35.0
5.0
Erosión
0.00
0+000
Sedim entación
0+500
1+000
1+500
Progresiva [km]
2+000
0.0
2+500
3+000
Figura 21.- Río Ucayali, km 1002, mal paso Nr. 12, Tibe Playa. Fuerza tractiva, radio hidráulico y pendiente de energía.
19
8. CONCLUSIONES
La conclusión principal de esta investigación se aprecia en la Figura 22, en una muy
interesante vista del Diagrama de Shields [24]. Todos los resultados de los 12 Mal Pasos han
sido implementados en el diagrama y se observa que todos los datos ploteados se ubican
significativamente sobre la curva de Shields, que establece el inicio del movimiento, porque
el diámetro del sedimento es aproximadamente el mismo sobre todo el tramo analizado del río
Ucayali, D50 = 0.25 mm, ver Figura 4.
Los resultados del número de Froude de la partícula, Fr*, y del número crítico de Reynolds,
Re* de los 12 Mal Pasos se sitúan todos en una línea del diagrama logarítmico de Shields.
Exactamente tenemos sólo una representación de u *2o = f (u*o ) , porque los otros parámetros
permanecen constantes (ρ` = 1.65, g = 9.81 m/s2, D50 = 0.25 mm, ν = 1.1*10-6 m2/s). El
diagrama de Shields demuestra que en cada Mal Paso se tiene una situación de muy grande
erosión y que se tiene una situación muy dinámica.
Las Figuras 13 a 21 que se han presentado en el Capítulo 7 muestran la situación localizada y
posibilitan una ubicación de las máximas fuerzas tractivas y por ende ubicar la región donde
el río Ucayali dispone de un cauce muy dinámico.
Fr* =uo*/(ρ 'gd50)0.5 [-]
10.00
km 235 Malpaso Monte Blanco
km 268 Malpaso Portugal
km 433 Malpaso Catalina
km 476 Malpaso Yahurango
km 530 Malpaso Monte Bello
km 591 Malpaso Painaco
km 603 Malpaso Entrada Puinahua
km 775 Malpaso Pacaya
km 854 Malpaso Salida Puinahua
km 928 Malpaso Yanashpa
km 1002 Malpaso Tibe Playa
1.00
Inicio del Movimiento
0.10
Curva de Shields
Reposo
0.01
1
10
Re* =uo*d 50/ν [-]
100
1000
Figura 22.- Diagrama de Shields. Relación número crítico de Reynolds y número de Froude de la partícula de sedimento
calculado en los tramos de malos pasos. Aproximación a medidas de Shields (1936, [22]) de Brownlie (1981, [3]).
En cuanto a la estimación de la profundidad máxima de erosión, la fórmula propuesta,
hmax
⎛B⎞
= 1 + 3⎜ ⎟ , que no implica el uso del diámetro característico de la partícula de
h
⎝R⎠
sedimento, D50, será tomado en cuenta en futuras investigaciones, sin embargo la fórmula
sirve para una estimación cualitativa de la profundidad máxima de erosión in situ y para ello
20
se requiere trasladar con mucho cuidado las mediciones experimentales para su aplicación en
campo.
Agradecimientos: Los autores agradecen al docente Ing. César Gonzales Linares y Asistente Ing. Rubén
Mogrovejo del Laboratorio de Hidráulica de la Universidad Ricardo Palma, en Lima, por su colaboración en la
recopilación de información importante motivo de la presente investigación. Un agradecimiento especial es
para el Dr. Jean Loup Guyot, director del proyecto HiBAm en el Perú por el IRD, por su colaboración en
proporcionar a los autores muy importante información recopilada en ríos amazónicos. Cabe destacar que la
presente investigación se enmarca en el acuerdo de cooperación suscrito entre los autores en representación del
Leichtweiß Institut für Wasserbau de la Universidad Técnica de Braunschweig (Alemania) e Hidráulica y
Oceanografía - H&O (Perú).
APÉNDICE I. REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
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APÉNDICE II: SÍMBOLOS
Los símbolos siguientes se han utilizado en ésta publicación:
22
B
D50
h
hmax
hr
i
Q
R
Re*
Ss
u
u*
ws
u*/ws
α
ρ´
ν
Ancho del cauce
[m]
diámetro medio de la arena
[mm]
calado o tirante
[m]
calado máximo en la curva
[m]
calado promedio de las secciones transversales en el tramo recto de aguas [m]
arriba
pendiente longitudinal en el cauce
[-]
caudal, descarga
[m3/s]
radio de la curva
[m]
número crítico de Reynolds
[-]
sedimento en suspensión
[m3/s]
velocidad del caudal
[m/s]
velocidad de tensión de corte (en el fondo)
[m/s]
velocidad de caída de la partícula de sedimento
[m/s]
relación de distribución del sedimento en suspensión sobre el calado
[-]
ángulo de la curva
[º]
[-]
(ρo - ρagua) / ρagua
viscosidad
m2/s
23

1 César Adolfo Alvarado Ancieta (Perú) y Bernd Ettmer (Alemania

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Indicadores Febrero 2016. - Gobierno Regional de Ucayali

GOBIERNO REGIONAL DE UCAYALI

R.E.R. Nº 0127-2016 - Gobierno Regional de Ucayali