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Análisis de avenidas máximas.
Introducción.
En general, la aplicación de la hidrología superficial en el diseño de construcción y operación de una obra hidráulica, se puede resumir en encontrar la solución a las siguientes cuestiones. La cantidad de agua que se dispone en una corriente determinada, así como sus propiedades físicas. El volumen del material solido transportado en la corriente. La magnitud de las avenidas o crecidas en la corriente y cuando se presentan Una avenida (conocida también en algunos lugares como crecida) es la elevación del nivel de un curso de agua significativamente mayor que el flujo medio de este. Durante la crecida, el caudal de un curso de agua aumenta en tales proporciones que el lecho del río puede resultar insuficiente para contenerlo. Entonces el agua lo desborda e invade el lecho mayor, también llamado llanura aluvial (Zamora, 2008). Las principales características de una avenida son: Su caudal máximo, o pico, fundamental para el dimensionamiento de las obras de protección lineares o defensas ribereñas. El volumen de la avenida. La velocidad con que aumenta su caudal. Estas características, para un mismo tipo de precipitación (es decir, misma intensidad y tiempo de aguacero), varían en función de características intrínsecas de la cuenca: su extensión, la pendiente y tipo del terreno, etc., y también de características modificables por las actividades antrópicas: la cobertura vegetal, los tipos de preparación del suelo para la agricultura, las áreas impermeabilizadas como áreas urbanas, etc.
Daños causados por avenidas.
El análisis hidrológico de las crecidas es una parte de la evaluación de la vulnerabilidad a desastres por la ocurrencia de avenidas, dentro de la cual deben agregarse los aspectos sociales y económicos que afectan a la población y
la hacen vulnerable. El análisis de la vulnerabilidad debe dar la debida consideración a estos factores, para desarrollar una política definida que permita enfrentar los desastres en una mejor forma. Durante las crecidas, el caudal y la velocidad de la masa líquida aumentan en forma considerable la fuerza erosiva del agua y su capacidad de transporte. Así, un corto período basta para provocar cambios sensibles en la morfología de los márgenes y del lecho del río, ocasionando desbordes significativos. Para minimizar o incluso anular dichos desbordes, una adecuada defensa ribereña, un enrocado o la construcción de espigones, pueden ser ciertamente efectivos para prevenir este tipo de daños. El costo del paso de estos fenómenos meteorológicos sobre el ambiente, la vida y la economía de los países es muy elevado, por lo que el análisis de estos eventos es de fundamental importancia para la planificación de estrategias, que permitan enfrentarlos de una manera adecuada. Estas causan dos tipos de daños: Generan una acción dinámica debido a la velocidad de flujo que genera erosión en el lecho. Inundación de extensas áreas aledañas al cauce. Entre las obras que se encuentran para evitar esta excedencia se pueden encontrar vertederos, presas de almacenamiento, métodos de control o derivación, puentes o alcantarillas, diques de encauzamiento, bordos de defensa, sistemas de drenaje urbano, agrícola y de aeropuertos, rectificación de cauces, etc.
Origen de las avenidas.
En términos de generales, las avenidas máximas se pueden clasificar de acuerdo a la causa que las generan, en las tres clases siguientes: Avenidas máximas de precipitaciones liquidas. Estas son las más comunes y tienen, sobre todo, como origen, tormentas extraordinarias por su intensidad, duración, extensión y repetición. Avenidas máximas de precipitaciones sólidas. Su origen se debe a la fusión de nivel y el almacenamiento y descongelación del hielo.
De las dimensiones del proyecto y la magnitud de los daños que ocasionaría el fracaso de la obra. Considerando los factores enunciados, para el proyecto de obras de excedencias en pequeñas presas, o embalses definidos por un dique de altura con una capacidad inferior a 100,000m3 y altura entre 10 y 15 metros (Dal-Ré, 2003), se presentan los siguientes casos:
- Sin construcciones ni cultivos aguas abajo. La capacidad de la obra de excedencias en este caso puede estimarse por simple inspección de las huellas de aguas máximas en el cauce, en puentes, alcantarillas o en sitios donde la observación sea fácil y perfectamente delimitada. Para la determinación de la avenida máxima en este caso, puede usarse el método de sección y pendiente, eligiendo un tramo recto del cauce de 200 m de longitud, aproximadamente, donde puedan obtenerse las secciones hasta las huellas de aguas máximas. Se comparará el caudal así determinado, con el que se obtenga al tomar un 25% del calculado por medio de la fórmula de Creager, que se expone más adelante. Este caudal máximo será definitivo si no se dispone de otros elementos de juicio.
- Con construcciones y cultivos aguas abajo. Como en el caso anterior, comparar el valor del método de la sección y pendiente, con el obtenido de tomar el 50% del calculado por la fórmula de Creager. En caso de poderse obtener los dos valores, el obtenido en el campo representa en forma más fidedigna las condiciones de avenida máxima, salvo en caso de estimaciones muy discutibles, quedando a criterio y responsabilidad del ingeniero la elección final. Método de las huellas máximas. Este método se utiliza para estimar el gasto máximo que se presentó durante una avenida reciente, en un río donde no se cuenta con ningún otro tipo de aforo. Para su aplicación se requiere solamente contar con topografía de un tramo del cauce y las marcas del nivel máximo del agua durante el paso de la avenida Para esto se emplea la formulación de Manning para calcular canales.
Q =
n
R
2
3 S
1 2 Dónde: R=Radio hidráulico en m; S=Pendiente de la línea de energía específica; n=Coeficiente de rugosidad de Manning.
Envolventes de creager, La idea fundamental de este método es relacionar el gasto máximo (Q) con el área de la cuenca (Ac). Donde q es el gasto específico o gasto por unidad de área en m³/s/km², A es el área de la cuenca en km² y CC es el parámetro empírico que define la envolvente Fórmula racional. Este método asume que el máximo porcentaje de escurrimiento de una cuenca pequeña, ocurre cuando la totalidad de tal cuenca está contribuyendo al escurrimiento, y que el citado porcentaje de escurrimiento es igual a un porcentaje de la intensidad de lluvia promedio. Es probablemente el modelo más antiguo de la relación Lluvia- escurrimiento. Bastante recomendable para cuencas pequeñas, pues su precisión disminuye mucho cuando se aplica a cuencas grandes. Lo anterior se expresa mediante la siguiente fórmula: Donde: C = Coeficiente de escorrentía. I = Intensidad de lluvia. (Intensidad máxima de precipitación para una duración igual al tiempo de concentración de la cuenca) en mm/hr. A = Área de la cuenca (Km2). Q = Caudal en m3/s. En donde el coeficiente de escorrentía depende del tipo de terreno, debido a los factores anteriormente reseñados, retendrá una mayor o menor cantidad de agua de forma superficial, por infiltración al terreno, por retención en la vegetación o por evaporación directa. La relación entre el agua evacuada por un río y el agua caída en forma de lluvia, o procedente de la fusión de la nieve, constituye el coeficiente de escorrentía. Con el conocimiento de los caudales que llegan en función del tiempo, se construirá el hidrograma de la avenida, que será el gráfico que indique dicha relación. En verano, el coeficiente de escorrentía pasa rara vez de 0,4 porque una gran parte del agua es absorbida por el suelo seco o evaporada por el sol. En invierno, la influencia de esos dos factores es mínima, y el río puede llevarse hasta más del 80% del agua recibida por la cuenca.
Fuentes de información y bibliografía.
- “ANÁLISIS REGIONAL DE CRECIDAS MÁXIMAS PARA HONDURAS”, Ing. Aguilera E. (11/2010), recuperado de: http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_0396_MT.pdf
- “5.3 Análisis de avenidas máximas”, Galindo A. (05/2016), recuperado: https://prezi.com/jr0iovplsl4j/53-analisis-de-avenidas-maximas/
- “Analisis de Maximas Avenidas”, Vargas G. (s.f.), recuperado de: https://es.slideshare.net/ RibBrian/14-analisis-de-maximas-avenidas-
- “Estudio de avenidas, parte 1.2 y 3” Lavado W. (s.f.), recuperado de: https://sites.google.com/site/hidrologiaupc/syllabus/maximas-avenidas
- “Avenida (hidrología)”, colaboradores de Wikipedia (s.f.), recuperado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Avenida_(hidrología)
