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• tonatiuh blandino

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I. INTRODUCCIÓN I.1 GENERALIDADES En los últimos años Nicaragua ha sido víctima de muchos fenómenos naturales. Esto indica la necesidad de ampliar el alcance de los estudios de riesgos en la localidad a fin de lograr no solo un mejor entendimiento del daño físico directo debido a desastres, si no también encontrar una respuesta al problema. Los desastres hidro-meteorológicos son provocados fundamentalmente debido a los accidentes topográficos y a las condiciones geológicas e hidrometeorológicas predominante en cada zona. Estos desastres no solamente ocasionan pérdidas directas, sino que con frecuencia van destruyendo la estructura y productividad de una región, paralizándola económicamente. Históricamente, Managua ha sido objeto de cíclicas inundaciones desde sus inicios como ciudad. Ciudad Sandino no está exenta a estos desastres. Los problemas de inundación en este municipio se presentan debido a eventos lluviosos extremos con períodos de retorno cortos, a la deficiencia hidráulica o inexistencia de estructuras de control, a sedimentos y basuras que se acumulan. En la actualidad, el desarrollo de las áreas urbanas en la zona se caracteriza por el crecimiento de la periferia de Ciudad Sandino, la expansión acelerada habitacional y residencial en el corredor de la carretera sur, la mezcla de viviendas residenciales/semirurales en el corredor de la carretera vieja a León (Chiquilistagua, Nejapa, Cedro Galán) y el desarrollo industrial en el corredor de la carretera nueva a León (Los Brasiles). El crecimiento de áreas relativamente impermeables “aguas arriba” en Ciudad Sandino causa problemas de inundación en la parte baja. Las altas y prolongadas precipitaciones, así como los accidentes del terreno causan crecidas dentro de los cauces, lo que provoca flujos con altas 1

velocidades de desplazamientos que rompen con facilidad los suelos frágiles y deleznables. Esto provoca erosión en las zonas de pendientes pronunciadas lo que da lugar a la formación de cárcavas y al arrastre masivo de sedimentos hacia zonas bajas. Dada esta situación, el presente trabajo pretende analizar el comportamiento hidráulico de un cauce no revestido en Ciudad Sandino, determinar las áreas inundables en el caso de un evento hidro-meteorológico severo pero posible y formular recomendaciones para prevenir y detener inundaciones y sus efectos en la comunidad. Estas recomendaciones incluyen medidas para detener el acelerado proceso erosivo dentro de los cauces que aumenta la amenaza de inundaciones. Entre las metas fundamentales que se planea alcanzar están las siguientes: •

Revisar estudios y consideraciones sobre desastres naturales.

•

Estudiar el comportamiento hidráulico del cauce ante varios eventos posibles.

•

Determinar las áreas inundables y sus posibles efectos en las comunidades que ocupan las zonas aledañas la cauce.

•

Formular medidas de mitigación de inundaciones adecuadas a la realidad topográfica y económica del municipio

2

I.2 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA Hasta la fecha Nicaragua carece de una política nacional bien establecida para la prevención y tratamiento de los desastres naturales. En Nicaragua, a mayoría de los desastres son causados por inundaciones, las cuales son una amenaza potencial para muchas comunidades ubicadas a orillas de las zonas de inundación. Ante precipitaciones intensas se desbordan algunos cauces debido a la cantidad de sedimentos arrastrados por el agua a lo largo del tiempo y a la cantidad de basura depositada por la población cercana, ocasionando pérdidas humanas, destrucción de bienes materiales y daños a la naturaleza.

No se

puede evitar un fenómeno natural, pero sí un desastre natural. En este caso el fenómeno natural es agravado por la mala planificación urbana y la falta de ordenamiento territorial, la falta de mantenimiento de los cauces y la inexistencia de buenas estructuras hidráulicas que eviten la erosión del terreno y el desbordamiento de las aguas. Hace falta, además, un plan de orientación a las personas y educación comunitaria acerca de los desastres naturales. Este estudio adoptó el cauce sin revestir “Motastepe” de Ciudad Sandino para analizar

su

comportamiento

ante

desastres

naturales

recomendaciones para mitigar el efecto de las inundaciones..

3

y

formular

I.3 CONSIDERACIONES SOBRE DESASTRES NATURALES Y SUS ANTECEDENTES Nicaragua está situada al sur de la línea de paso principal por donde transitan los huracanes que anualmente cruzan el atlántico desde las Islas Azores hacia el Caribe y en el Golfo de México. Aproximadamente una docena de ciclones se forman anualmente en el Atlántico, incursionando sobre las Costas Este de los Estados Unidos o el Caribe, afectando, en algunas ocasiones, ambas regiones. En su paso por miles de kilómetros en mar abierto, algunos de estos ciclones llegan a convertirse en huracanes. De forma ocasional, estas tormentas cambian su trayectoria hacia el sur debido a situaciones climáticas excepcionales, impactando de manera directa en las costas de Nicaragua como lo hizo en 1988 el huracán Juana, el cual se desplazó de Este a Oeste sembrando destrucción sobre la Costa Atlántica nicaragüense, desde Bluefields hasta Muelle de los Bueyes, o indirectamente con torrenciales tormentas como las causadas por el huracán Mitch en 1998. Más que la velocidad del viento de los ciclones tropicales, han sido las inundaciones las que han provocado el mayor número de muertes en los últimos treinta años de historia en Nicaragua.

La intensidad de las lluvias no está

directamente relacionada con la velocidad del viento de los ciclones tropicales. De hecho, las mayores precipitaciones son producto de tormentas de menor intensidad que se desplazan lentamente o se estacionan sobre una zona. La destrucción causada por el Mitch no fue por la violencia de los vientos ni por las crecidas de agua, sino por las lluvias constantes y excepcionalmente abundantes que cayeron de manera sostenida por una semana, provocando catastróficas inundaciones. Los daños a las poblaciones pueden ser extremadamente importantes. A pesar de que un poco menos del 0.1% de la población nicaragüense pereció como

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resultado del Huracán Match, el 20% de la población fue severamente afectada por la pérdida de sus hogares a causa de las inundaciones. A finales de noviembre de 1998 un total de 65,261 personas aún continuaban en los refugios temporales ofrecidos por el gobierno en donde se esperaba que permanecieran otros seis meses a la espera de la construcción de nuevas viviendas de reubicación.

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II. ANTECEDENTES Nicaragua ha sido afectado por muchos fenómenos hidro-meteorológicos a través de los años, algunos más intensos que otros, entre los cuales podemos citar los siguientes: el huracán Juana en 1988; el huracán Mitch en 1998 y las recientes tormentas tropicales que pasan por la Nación. La mayoría de los huracanes que han afectado a Nicaragua han sido mucho menos intensos y destructivos que el “Mitch” aunque algunas tormentas tropicales como “Alletas” en 1982 han causado más destrucción que muchos huracanes. Desde su formación, Ciudad Sandino ha sufrido de muchos problemas de drenaje pluvial que han ocasionado que la población busque la forma de deshacerse de las aguas residuales a través de cauces naturales sin pensar en el riesgo que se crea para el sector entero. Estos problemas son graves y causan daños importantes como, por ejemplo:: a) Daño a la infraestructura (calles/ cauces) por la erosión hídrica. b) Inundaciones en zonas urbanas y de crecimientos en la ciudad que afectan a una población estimada en 77,000 habitantes. La falta de datos precisos de precipitación en la cuenca ha dificultado establecer medidas de mejoramiento de la red de drenaje pluvial. No ha habido un estudio completo sobre problemas de inundación ocasionadas por desborde de cauce. La deforestación es otro fenómeno que agrava el problema de inundaciones y erosión del cauce. La deforestación en las áreas de captación superiores de la cuenca reduce la filtración del agua de lluvia en el suelo y aumenta la intensidad de la escorrentía para un nivel de precipitación en un período específico. Se incrementan la erosión laminar y las cárcavas, lo cual causa la degradación del 6

suelo en las tierras más accidentadas, mientras que la mayor escorrentía aumenta el impacto de la inundación en la parte baja Actualmente se están realizando algunos estudios de prevención y mitigación de desastres naturales. En Managua, por ejemplo, se realizó un estudio “Plan de Manejo de la Cuenca de Ciudad Sandino” (PLAMACS), el cual se llevó a cabo por la Alcaldía de Managua en conjunto con el proyecto de drenaje pluvial en el marco del hermanamiento de Ámsterdam-Managua. En este estudio se reflejan los principales problemas del municipio y las posibles soluciones, las cuales no se han ejecutado por falta de financiamiento. Es innegable, de todas maneras, que se necesitan más estudios para entender mejor el comportamiento hidráulico de los cauces, estimar las posibles inundaciones y sus efectos, y formular medidas prácticas y efectivas para mitigar dichos efectos. Este estudio intenta contribuir a satisfacer esa necesidad.

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III. JUSTIFICACIÓN Generalmente los cauces sin revestimiento son inestables ante un sismo o en época de altas precipitaciones. En períodos lluviosos, el peligro aumenta debido a la presencia de velocidades de flujo muy altas en los cauces, las que ocasionan desbordamientos en ciertos tramos, contaminando el ambiente y dañando las estructuras cercanas a los mismos.

Entre las principales

estructuras se encuentran viviendas y sistemas de saneamiento tales como suministros de agua potable o evacuación de aguas residuales. Los problemas de inundación en la Cuenca de Ciudad Sandino se presentan debido, entre otros, a los siguientes factores: 1.

Frecuentes eventos lluviosos extraordinarios

2.

Procesos acelerados de erosión y deforestación a lo largo del cauce

3.

Asentamientos humanos no urbanizados a las orillas del cauce

4.

Sedimentos y basura que se acumulan en los cauces debidos, en parte, a las actividades humanas.

Con mucha frecuencia, los pobladores de Ciudad Sandino, especialmente los que ocupan zonas aledañas a los cauces, se ven afectados seriamente por los efectos de las inundaciones. La difícil situación socio-económica en la que se desenvuelve la mayoría de la población del sector hace que el impacto sea mucho mayor y la recuperación mucho mas lenta. En muchas ocasiones, una total recuperación es imposible. Estudios para entender mejor el comportamiento hidráulico de los cauces y para formular soluciones y medidas de mitigación para inundaciones servirán no sólo para proteger las vidas y propiedades de los habitantes del sector sino también para promover el desarrollo de la municipalidad en general. Además, estas

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medidas, si se las implementa, traerán beneficios adicionales como, por ejemplo, los siguientes: •

Medidas para reducir la erosión aguas arriba se traducirán en una reducción muy importante de gastos en la limpieza y mantenimiento de los cauces para la Alcaldía de Ciudad Sandino.

•

Se contribuirá a la salubridad y apariencia estética del sector al desaparecer los focos de contaminación creados por las inundaciones y que provocan diversos tipos de enfermedades y epidemias que afectan a toda la población, especialmente a la niñez.

•

Se promoverá una mejor calidad de vida para los habitantes del sector al proteger la inversión pública y privada e impulsar un desarrollo sostenible.

Este estudio, con

sus

metas

específicas

de

evaluar

y

entender

el

comportamiento hidráulico de un cauce no revestido en Ciudad Sandino, determinar las áreas inundables y los posibles efectos en la comunidad del sector y, finalmente, formular recomendaciones para mitigar las inundaciones y sus efectos, pretende contribuir a la solución de un problema que ha sido identificado como uno de los más serios de Ciudad Sandino.

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IV. OBJETIVOS IV.1 OBJETIVOS PRINCIPALES 1. Evaluar el desempeño hidráulico de un cauce sin revestir ante la presencia de un evento o fenómeno hidro-meteorológico en Ciudad Sandino. 2. Bajo esas condiciones, identificar las áreas de inundación en zonas pobladas. 3. Formular recomendaciones para la prevención de daños y pérdidas a la comunidad e infraestructuras localizadas en los alrededores del cauce sin revestir de Ciudad Sandino. IV.2 ACTIVIDADES ESPECÍFICAS •

Revisar experiencias pasadas, adoptando un evento representativo (el huracán Mitch en este caso), del comportamiento hidráulico de cauces ante fenómenos extremos en Ciudad Sandino.

•

Seleccionar y delimitar la cuenca en el área de estudio.

•

Recoger información necesaria sobre las características físicas del área alrededor del cauce incluyendo topografía, suelos, forestación, erosión, entre otros.

•

Recoger información socio-económica relevante y de experiencias pasadas mediante encuestas a los habitantes de zonas cercanas al cauce.

•

Calcular caudales de entrada al área poblada aplicando métodos hidrológicos.

•

Realizar una simulación hidráulica para el área poblada del cauce para determinar las zonas inundables.

•

Proponer recomendaciones para el cauce sin revestir que ayuden a reducir los efectos negativos de las inundaciones. 10

V. MARCO TEÓRICO V.1 DEFINICIÓN DE DESASTRES NATURALES. La siguiente definición de desastre natural proviene del “Internacional Agreed Glossary of Basic Terms Related to Disaster Management” (1992), UNI – DMA, IDNDR, Ginebra: “Situación o evento, el cual agobia la capacidad local, necesitando una petición a nivel nacional o internacional para asistencia externa”. Esto significa que la situación o evento rebosa la capacidad local, evidenciando que no solo el tamaño del evento importa, sino también las condiciones locales para mejorar las consecuencias.

También la definición

señala que debe existir una necesidad para pedir asistencia a un nivel nacional o internacional. Una definición más severa de desastres naturales como:

Un evento físico natural que mata gente (directa o indirectamente) o rebasa la capacidad local para controlar daños o de iniciar tareas de recuperación.

Se podría añadir que el evento es inusual, inesperado, y / o repentino. A menos que hayan víctimas mortales, el criterio para definir un desastre se apoya en si la capacidad local es rebasada o no. Si una comunidad está preparada para el riesgo que un puente caiga, entonces no será un desastre el día que suceda porque entrarán en vigor las medidas de recuperación.

Pero si no están

preparados, entonces el efecto puede ser severo y se convertirá en un desastre de acuerdo a la definición dada.

Concluimos que los desastres pueden ser

evitados en la mayoría de los casos y que las pérdidas por eventos que no podamos evitar, se convertirán en desastres.

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V.1.1 Grado de Peligrosidad de los Huracanes La escala Saffir-Simpson define y clasifica la categoría de un huracán en función de la velocidad de los vientos del mismo. La categoría 1 es la menos intensa (vientos de 119 a 153 km/h); la categoría 5 es la más intensa (vientos mayores que 250 km/h). La categoría de un huracán no está relacionada necesariamente con los daños que ocasiona. Los huracanes categorías 1 ó 2 pueden causar efectos severos dependiendo de los fenómenos atmosféricos que interactúen con ellos, el tipo de región afectada y la velocidad de desplazamiento del huracán. Los huracanes de categoría 3,4, o 5 son considerados como severos. Tabla 1

Escala Zafiro-Simpson Categoría

Rango de velocidad de los vientos (kilómetros por hora)

1

119-153

2

154-177

3

178-209

4

210-250

5

mayor que 250

El huracán Mitch tuvo una intensidad de categoría 5. En los últimos cien años solo hubo cuatro huracanes en Centroamérica de categoría 5. V.1.2 Análisis de Amenaza y Vulnerabilidad de Vivienda Ante Desastres. V.1.2.1 Riesgo y Vulnerabilidad. Los procesos naturales como fenómenos atmosféricos y diferentes tipos de inundación pueden causar desastres naturales si tienen una afectación en

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alguno de estos aspectos: vida humana, propiedad, sociedad. Podemos llamar a estos

“Sujetos de Vulnerabilidad”.

V.1.2.2 Vulnerabilidad Vulnerabilidad = F F: Factores físicos, económicos, sociales, políticos, técnicos, ideológicos, culturales, educativos, ecológicos, institucionales. V.1.2.3 Vulnerabilidad de un país para un evento tal como Mitch. La vulnerabilidad se puede expresar ya sea como una función de magnitud o de período de retorno. El daño crece de una manera exponencial cuando muchos sujetos son afectados debido a efectos secundarios, lo cual tiende a aumentar la vulnerabilidad. V.1.2.4 Viviendas El sector de la población que ocupa las viviendas más pobres representa el segmento más vulnerable de la sociedad nicaragüense ante futuros desastres naturales. El huracán Mitch destruyó principalmente casas que estaban mal ubicadas y débilmente construidas. La falta de una política de zonificación de parte de las municipalidades para evitar la construcción en áreas de alto riesgo y la ausencia de datos desde un principio que permitan establecer cuales son en realidad las áreas de alto riesgo, además del hecho de que en zonas donde existen políticas de zonificación éstas no se aplican, facilita el desarrollo de nuevos asentamientos en zonas de alto riesgo. En casi cualquier parte del país las viviendas mal ubicadas y pobremente construidas están de hecho en riesgo y por tanto generarán una necesidad de ayuda de emergencia, servicios hospitalarios adicionales, y la consiguiente reconstrucción de los lugares golpeados por el desastre. adecuada es el inicio para evitar un desastre.

13

Una planificación

V.1.2.5 Amenaza El peligro se presenta en un lugar y tiempo donde puede ocurrir un evento que puede provocar un desastre. Por eso, se traza el peligro en el mapa, pero se clasifica según la amenaza. La amenaza se refiere entonces al proceso natural que posee el peligro. El flujo de un río es un fenómeno acostumbrado, pero si el flujo crece sobre un cierto valor, se desborda y causa lo que comúnmente conocemos como inundación. La palabra inundación en sí, se refiere no solo al proceso sino también a la magnitud de ese proceso. Para poder desarrollar una terminología rigurosa es necesario estar consciente en esto. Por lo tanto, la noción de amenaza será expresada por una combinación de proceso y magnitud.

Amenaza Natural = Una magnitud peligrosa de un proceso natural estocástico.

V.1.3 Estudio de Daños en Infraestructura y Medio Ambiente. V.1.3.1 Vulnerabilidad de la Infraestructura. Al considerar la resistencia de la infraestructura nicaragüense ante los desastres naturales surgen dos interrogantes: ¿Cuál vulnerable es la infraestructura a los daños? Y ¿Qué tan rápidamente pueden ser restablecidos los flujos de energía, agua y materiales después de soportar algún daño? Lo más extenso, el periodo de reajuste, lo más vulnerable se vuelven los habitantes a la hambruna y las epidemias, mientras que los efectos económicos secundarios se incrementan a medida que el abastecimiento y flujo de bienes y servicios permanecen interrumpidos. La situación con respecto al tamaño y la ubicación de reservas estratégicas es en este particular, como lo son también la cantidad, capacidad y distribución de

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las plantas generadoras de energía y la escala de redundancias existentes en la red de transmisión de electricidad.

Después del huracán Mitch, el

abastecimiento de energía a nivel nacional fue restaurado en un 80% de la red en un periodo de 10 días, pero existía el peligro a una contaminación. Podemos señalar que en estos eventos de lluvias son afectados los sistemas de agua potable y pocas veces son totalmente reestablecidos en los asentamientos. Las normas de diseño sobre todo en el caso de los puentes, no son suficientemente rigurosas con respecto al riesgo que representan las inundaciones. Los enfoques empíricos, basados en la experiencia histórica local de máximos niveles de inundación, normalmente son los únicos métodos, aunque prácticos para calcular las arcadas de los puentes, las holguras verticales y la resistencia de la erosión de sus cimientos. Esta observación es válida para el programa actual de reconstrucción de los puentes, aunque los niveles de inundación del Mitch han agregado un nuevo récord al registro histórico. Muchos de los puentes destruidos en 1998 habían sido arrastrados también en 1982 durante la tormenta tropical Alletas. V.1.3.2 Medio Ambiente. Los efectos ambientales son excluidos, ya que el proceso natural es parte del ambiente. Sin embargo, los efectos ambientales indirectos, como polución en el caso que el proceso destruya un embalse con material tóxico, deben ser incluidos. Si dividimos el mundo en dos esferas, una incluyendo al hombre y sus hechos, y la otra incluyendo la naturaleza, entonces podemos definir una amenaza natural como una amenaza que la naturaleza pone contra el hombre, y una amenaza ambiental como una amenaza que el hombre pone contra la naturaleza. Es fácil de identificar la amenaza al medio ambiente, porque la contaminación la ocasiona el hombre, en nuestro caso de estudio toda la población deposita basura y desperdicios al cauce más cercano.

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V.2 ESTUDIO HIDROLÓGICO V.2.1 Estimación de Crecidas. V.2.1.1 Creciente e Inundaciones Definición. Una creciente es un fenómeno de ocurrencia de caudales y una inundación es la ocurrencia de caudales grandes que salen del canal de la corriente. V.2.1.2 Causas de las crecientes. Las principales causas de las crecientes son: el exceso de la lluvia y el desbordamiento de cualquier volumen de agua acumulada aguas arriba. Una creciente causa inundaciones solo cuando el agua se sale del canal (cauce). También el exceso de lluvia de tal forma que la capacidad del canal se sobre pasa y no puede contener el caudal y la existencia aguas abajo del área inundada de cualquier obstrucción que impida el paso del canal. V.2.1.3 Infiltración Es el movimiento del agua, a través de la superficie del suelo y hacia adentro del mismo, producido por las fuerzas gravitacionales y capilares. V.2.1.4 Factores que afectan la capacidad de infiltración Los factores que afectan la capacidad de infiltración son los siguientes: ™ Textura del suelo ™ Cobertura vegetal ™ Uso del suelo ™ Contenido de humedad inicial ™ Contenido de humedad de Saturación

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™ Aire atrapado ™ Lavado de material fino ™ Compactación ™ Temperatura, sus cambios y diferencias V.2.2 Medidas Para Prevenir Crecientes e inundaciones. V.2.2.1 Mejorar los canales (cauces) Para poder transportar cierto caudal sin que este se desborde se puede conseguir usando uno de los siguientes métodos: a) Drenaje b) Rectificación c) Revestimiento d) Construcción de diques El drenaje permite eliminar los depósitos del fondo y de los márgenes y aumentar así la sección del canal. La rectificación permite un aumento de la pendiente del canal y el consiguiente aumento de la capacidad de escurrimiento. El revestimiento, por tener más uniformidad que el canal no revestido, resulta en mayor capacidad del canal, o menor altura de agua para un caudal dado. La construcción de diques delimita la sección superior del canal y permite que el nivel de agua llegue durante una creciente, encima del nivel de inundación.

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V.2.2.2 Legislación adecuada para el control de las crecientes. Una legislación adecuada para las construcciones en el plano de posible inundación es conveniente de esta manera se puede exigir que se respeten las áreas vulnerables a la inundación y destinarlas para parques, jardines, etc. O sea puede exigir construcciones a prueba de agua por debajo del plano. V.2.3 Cálculo del caudal para el diseño por el método tránsito de avenidas en la variante de Muskingum El tránsito de avenidas es un procedimiento matemático para predecir el cambio de magnitud, velocidad y forma de una onda de flujo en función del tiempo (Hidrograma de Avenida). En un punto o más puntos a lo largo de un curso de agua (Cauce o canal). En el tránsito de flujo agrupado o tránsito hidrológico el flujo se calcula como una función del tiempo para todo un tramo a lo largo de un curso de agua. El curso de agua puede ser un río, una quebrada, un canal de riego o drenaje, etc. Y el hidrograma de avenida puede resultar del escurrimiento producto de la precipitación y/o deshielo, descargas de un embalse, etc. El cálculo del caudal máximo probable puede suceder en el punto de cierre de la cuenca, es muy importante para la toma de decisión en lo referente a la construcción de estructuras hidráulicas para determinar niveles de inundación provocados por avenidas. El transito de avenida son todos los procedimientos por los cuales se puede determinar el tiempo y la magnitud de una avenida en un punto del cauce, utilizando datos conocidos o supuestos en uno o mas puntos aguas arriba del sitio de interés.

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Las bases de este método son las siguientes: 1.

Se origina de las formulas de Saint Venant.

2.

No se consideran fuerzas dinámicas.

3.

No se puede aplicar cuando hay remanso.

La aplicación de este método es conveniente cuando (Yeomans, 2003 1 ; Perumal et. al., 2001 2 ; Engineer Manual EM 1110-2-1416, 1993 3 ): a) El flujo no es estable y es no uniforme. b) Las propiedades del cauce cambian entre estaciones y c) Se desprecian las entradas laterales al cauce V.2.3.1 Pasos para usar el método de transito de avenidas en la variante de Muskingum. 1.

Ubicación del punto de interés.

El punto de interés se localiza en el mapa geodésico, sobre el cauce del río en el que interesa conocer su caudal para fines de una construcción Hidráulica, tales como: puente, caja-puente, alcantarilla, cortina Hidráulica, etc. El mapa a utilizar deberá estar en escala adecuada que permita interpretar con claridad la información, de preferencia en 1:10,000 a 1:50,000, las curvas de nivel deben ser lo menos distantes posible, de preferencia a cada dos o cinco metros. 2.

Delimitación de la cuenca.

Se delimita la cuenca estableciendo como punto de control o de cierre el que corresponde al sitio de interés de acuerdo al propósito del estudio. 1

Yeomans, L., 2003, Transito de Avenidas en Cauces, Instituto Tecnológico de Monterrey, Departamento de Ingeniería y Arquitectura, México 2 Perumal, M., O'Connell, E., y Ranga Raju, K., 2001, Field Applications of a Variable-Parameter Muskingum Method, Journal of Hydrologic Engineering., Volume 6, Issue 3, pp. 196-207 (May/June 2001) 3 Engineer Manual EM 1110-2-1416, 1993, Engineering and Design - River Hydraulics, Chapter 5: Unsteady Flows. Theory of Routing Models

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3.

División de la cuenca en sub-cuencas.

El tamaño de cada sub-cuenca está determinado por las limitaciones del método racional que se aplica en cuencas cuya área de aportación es menor de 500 Ha. (5.00 Km2), pero es permitido trabajar con áreas no mayores de 11 Km2. 4.

Identificación del punto de control de cada sub-cuenca.

La identificación puede ser por número, una o grupo de letras o un nombre. 5.

Determinación de las características hidrometeorológicas de cada sub-cuenca. a.

Nombre.

Para identificar cada Subcuenca generalmente se toma la primera letra o las siglas del nombre del sector en el que se localiza el punto de interés de la cuenca. b.

Área.

El área de aportación se obtiene por lecturas directas con el planímetro en el mapa geodésico o con menor precisión dividiendo la Subcuenca en figuras geométricas conocidas. c.

Longitud total del cauce (L)

La longitud se mide tomando en cuenta el cauce principal, que generalmente es el de mayor recorrido partiendo del punto más remoto hasta el punto de control. d.

Altura máxima (Hmax).

Es la elevación máxima del punto más remoto del cauce principal donde se inicia el escurrimiento del agua.

20

e.

Altura mínima (Hmin).

Es la elevación mínima del punto de control de la Subcuenca. f.

Pendiente del fondo del cauce (Sc)

Es la pendiente del fondo del cauce principal: Fórmula f.1:

SO =

H máx. − H mín. L

Donde: Hmáx = Altura máxima Hmín = Altura mínima L = Longitud del Cauce

g.

Tiempo de concentración (Tc)

Se calcula aplicando el método del proyecto hidrometeológico Centroamericano: Fórmula g.1:

⎡ 3 . 28 * L ⎤ t c = . 0041 ⎢ ⎥ S c ⎦⎥ ⎣⎢

0 . 77

t c : Tiempo de concentración en minutos. L: Longitud del cauce principal en metros. SO: pendiente del cauce en m/m

h.

Selección de la estación meteorológica.

La selección depende de la cercanía con el proyecto y de las condiciones topográficas de su área de influencia determinada por los polígonos de thiessen. i.

Intensidad de precipitación (I)

Se obtiene por la lectura directa en la curva de Intensidad Duración Frecuencia (IDF). Curvas de Intensidad Duración Frecuencia IDF. Las series de intensidades máximas pluviográficas observadas se forman con los valores más altos observados cada año (series anuales), Así cada año tendrá una intensidad máxima Imáx (mm/hr) para una duración dada “d”.

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Para obtener las curvas IDF se sigue el procedimiento descrito a continuación: 1. Se ordenan los datos de la intensidad (I) en orden decreciente. 2. Calcular el Período de Retorno Período de Retorno

Fórmula i.1:

n +1 m

TR =

Es el tiempo promedio, en años en que el valor del caudal pico de una creciente determinada es igualado o superado por lo menos una vez. m = No. de orden n = No. total de datos

3. Calcular la probabilidad empírica con la ecuación: 1 = TR

m n +1

Fórmula i.2:

P(X > Xm) =

Fórmula i.3:

P(X ≤ Xm) = 1-P(X > Xm)

4. Calcular la media aritmética X y la desviación estándar Sx de los datos de intensidades. Fórmula i.4:

1 N

X =

X = media

∑X

i

aritmética

Xi = marca de clase N = # total de la muestra Sx =

Fórmula i.5:

⎡1 ⎛ n ⎢ ⎜ ∑ (X ⎣ n ⎝ i =1

)

2

i

(

− n X

5. Calcular los parámetros alfa ( α)

2

⎞⎤ ⎟⎥ ⎠⎦

)

1 2

y beta (β)

de la distribución de

Gumbell con. Fórmula i.6:

α

=

1 . 281 S x

Fórmula i.7:

β = X − 0 . 456 S x

6. Plantear las ecuaciones de la distribución de Gumbell de cada duración o sea sustituir los parámetros α y β.

22

7. Con las ecuaciones anteriores calcular para cada duración de lluvia “d” y valor observado de lluvia I. La probabilidad teórica correspondiente P(X ≤ Xm). Fórmula i.8: P T

= e

− α

− e

(x

− β

)

8. Calcular la desviación máxima

Δmáx entre la probabilidad empírica y

teórica con: Fórmula i.9:

Δ = Pt - Pe

9. Para cada duración “d”, solo hay una crítico de Smirnov-Kolmogorov. Si

Δmáx la cual se compara con Δ0

Δmáx ≤ Δ0 crítico se acepta el ajuste,

de lo contrario se rechaza el ajuste y hay que buscar otra función teórica de probabilidad. 10. Proponer los períodos de retorno TR que nos interesan en el estudio de las IDF. 11. Conocidos TR se puede calcular la P(X > Xm) y con esta, a partir de la ecuación de Gumbell obtener el valor de lluvia correspondiente que es la intensidad buscada” I”

Fórmula i.10:

I

=

X

=

β

−

ln

[−

(1

ln

− P

)]

α

Donde: P = 1

TR

j.

Coeficiente de escorrentía (C)

El coeficiente de escorrentía puede estimarse aplicando varios métodos conocidos o bien se lee de tabla previamente preparada y publicada con base en investigaciones realizadas, debe tenerse cuidado en esta estimación debido a

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que puede dar resultados absurdos.

Si la cuenca no es homogénea en lo

referente al uso y tipo de suelo, este coeficiente debe ser ponderado por unidad de área. Ver tabla No 1(Anexos 1): Coeficiente de escorrentía

k.

Caudal (Q)

Se calcula por el método racional Fórmula Racional: Q = C * I * A * 0 . 2778

Fórmula k.1:

Donde: Q: Caudal (m3/s) C: Coeficiente de escorrentía (adimensional) I: Intensidad (mm/h) A: Área (Km2)

6.

Hidrograma triangular sintético.

Se genera utilizando los datos del tiempo de concentración y su caudal, llamado tiempo pico y caudal pico. Se establece el criterio que la duración de la lluvia es igual al tiempo de concentración de la subcuenca, que a la vez es el tiempo pico del hidrograma. 7.

Gráfico del hidrograma triangular sintético.

Se grafican los datos definiendo la ordenada para los valores del caudal y la abscisa para el tiempo. Se utiliza este tipo de hidrograma por la simplicidad de sus cálculos, sin embargo, la literatura hidrológica contiene diferentes métodos para generar hidrogramas sintéticos. 8.

Aplicación del método del transito de avenida en la variante de Muskingum.

Este método se aplica para transitar el hidrograma obtenido en el punto de control de una subcuenca hacia el próximo punto de control sobre el cauce

24

principal de la cuenca. El tránsito permite amortiguar los caudales a través del tiempo con el propósito de simular la condición del flujo en el cauce del río. Ecuación del tránsito: Fórmula k2:

O2 = C0I2 + C1I1 + C2O1

Donde: O2

: Caudal de salida al momento del tránsito

I2

: Caudal de entrada al momento del tránsito

O1

: Caudal de salida un instante antes del tránsito

I1

: Caudal de entrada un instante antes del tránsito

C0, C1, C2

: Coeficiente de rugosidad del cauce

Cálculo de los parámetros para el tránsito Velocidad de tránsito (Vt) Fórmula k3:

Donde:

V

L tC

=

V: Velocidad del flujo L: Longitud total del cauce en la subcuenca tc:Tiempo de concentración en la subcuenca

Longitud del tránsito (Lt) Es la distancia entre dos puntos de control consecutivos, medidos sobre el cauce principal de la cuenca. Tiempo de retardo (K) Representa el desfase entre el tiempo pico del hidrograma a transitar y el tiempo pico del hidrograma transitado. Fórmula k4:

Donde:

K =

Lt Vt

K: Tiempo de retardo Lt: Longitud del tramo del cauce principal a través del cual se hará el tránsito. Vt: Velocidad del tránsito a realizar.

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Tiempo del hidrograma a transitar (t) Es el cociente que resulta al dividir como mínimo por 2 el tiempo pico del hidrograma a transitar. Coeficientes de rugosidad Fórmula k5:

C0 = −

Fórmula k6:

C1 =

Fórmula k7:

C2 =

(KX

− 0 .5t ) K − KX + 0 . 5 t

(KX

+ 0 .5 t ) K − KX + 0 . 5 t

(K

− KX − 0 . 5 t ) K − KX + 0 . 5 t

Donde: K: periodo de retorno (minuto) t: tiempo de concentración (minuto) X: Valor adimensional para cauces naturales toma un valor de 0.20

Los coeficientes de rugosidad deben de cumplir:

Fórmula k8:

C0 + C1 + C2 = 1

9. Secuencia lógica en la aplicación del Método. a. Transito del hidrograma del primero al segundo punto El procedimiento se realiza de aguas arriba hacia aguas abajo, partiendo del primer punto de control y utilizando el hidrograma triangular sintético en este punto. Si dos o mas subcuencas convergen en dicho punto, se hará una suma de hidrogramas triangulares y el hidrograma resultante se transita hacia el segundo punto de control.

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b. Gráfico del hidrograma transitado Se elabora el gráfico Caudal vs. Tiempo del hidrograma transitado, de acuerdo a lo detallado para el gráfico en el procedimiento 7. c. Suma de hidrograma en el segundo punto Se suma el hidrograma transitado y el hidrograma triangular sintético de la o las subcuencas que convergen hacia el segundo punto. El hidrograma suma se obtiene colocando los tiempos de los hidrogramas a sumar en orden cronológico ascendente con su respectivo caudal.

Los caudales faltantes en cada

hidrograma se leen del gráfico correspondiente o interpolando. d. Grafico del hidrograma suma en el segundo punto Se elabora el gráfico Caudal vs. Tiempo utilizando los tiempos en orden cronológico ascendente y los caudales respectivos resultantes de la suma. Se aplica el criterio descrito en el procedimiento 7. e. Transito del hidrograma suma en el segundo punto hacia el tercer punto El hidrograma resultante de la suma en el segundo punto se transita hacia el tercer punto, según lo descrito en el procedimiento 8 y aplicando la ecuación de tránsito de avenida. f. Gráfico del hidrograma transitado Idéntico a lo especificado en el procedimiento 9.b g. Suma de hidrograma en el tercer punto Se suman los hidrogramas que convergen en el tercer punto de acuerdo a lo detallado en el procedimiento 9.c h. Gráfico del hidrograma suma del tercer punto Idéntico a lo especificado en el procedimiento 9.d

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i. Se prosigue la secuencia lógica del método hasta finalizar los cálculos en el punto de interés de la cuenca Del hidrograma suma o hidrograma resultante en este punto se lee el caudal máximo que corresponde al caudal de diseño para el periodo de retorno (TR) previamente seleccionado.

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V.3 ESTUDIO HIDRÁULICO V.3.1 Canales abiertos. Es un conducto en el cual el agua fluye por una superficie libre. De acuerdo con su origen puede ser natural o artificial. Los canales naturales son todos los recursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían de tamaños por ejemplo: pequeños arroyuelos en zonas montañosas, grandes quebradas, arroyos, pequeños ríos, etc. Los canales artificiales son aquellos construidos mediante el esfuerzo humano por ejemplo: canales de central hidroeléctricas, canales de navegación, etc. Los canales artificiales por lo general se diseñan con figuras geométricas regulares: forma trapezoidal es la más utilizadas para canales debido a que presenta un área de flujo grande en relación con el perímetro mojado, la forma rectangular y triangular son casos especiales del trapecio. Dentro del diseño de canales abiertos existen: ™ Canales no erosionables ™ Canales erosionables que se socavan pero no se sedimentan ™ Canales en pastos V.3.1.1 Canal no erosionable Son todos aquellos canales artificiales revestidos y construidos que pueden resistir la erosión de manera satisfactoria.

Los materiales no erosionables

utilizados para formar el revestimiento de un canal, incluyen concreto, mampostería, acero, hierro fundido, madera, vidrio, plástico, etc.

La selección

del material depende sobre todo de la disponibilidad y el costo de éste, el método de construcción y el propósito para el cual se utilizará el canal.

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V.3.1.2 Canal erosionable Son los canales artificiales no revestidos, por lo general son erosionables, excepto aquellos excavados en cimentaciones firmes, como un lecho de roca. Diseño de canales estables: en el estudio de diseño de canales construidos con materiales estables deben conocerse el caudal “ Q” , la pendiente del fondo “So” , el coeficiente de Manning “n” , y la velocidad permisible; debe escogerse , una forma concreta. El problema consistirá en calcular las dimensiones de la sección y la profundidad del flujo. V.3.1.3 Características del flujo de canales El flujo de Agua en canales presenta una superficie libre en la que actúa la presión atmosférica. El área de la sección transversal del flujo cambia con la profundidad del agua. El flujo en canales presenta una superficie libre, que implica un área de flujo variable, y además las fuerzas impulsoras del movimiento son de naturaleza gravitacional. En los canales reales (tridimensional), debido a la presencia de una superficie libre y a la fricción a lo largo de la pared de canal, la velocidad media en canales ordinarios generalmente ocurren un poco debajo de la superficie libre. V.3.1.4 Clasificación de flujos El flujo en canales puede ser clasificado como: permanente o estacionario, impermanente o no estacionario, uniforme y no uniforme o variado, según la variación de la velocidad con el tiempo y el espacio. El flujo en un canal es el resultado de la acción de las fuerzas impulsoras, y de las fuerzas de fricción que actúan como fuerzas retardadoras. Cuando ambas fuerzas son iguales la aceleración del flujo es nula y por lo tanto el flujo es uniforme.

V.3.1.5 Flujo permanente o impermanente En canales se dice que un flujo es permanente si la profundidad del flujo no cambia con el tiempo. En caso contrario es impermanente. Definiendo el caudal en una forma similar a la que se ha estudiado: 30

Fórmula v.1:

Q = A *V

La ecuación de continuidad en flujo permanente toma la forma: Fórmula v.2:

Q = A1 * V1 = A2 * V2

Donde : Q es caudal ( constante), Ai,,Vi son el área de la sección transversal y la velocidad media , respectivamente, en la sección i

V.3.1.6 Flujo uniforme o variado. En canales se dice que un flujo es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en todas las secciones del canal. De otra forma, el flujo es variado. V.3.1.7 Coeficiente de Manning Método de Cowan para evaluar el coeficiente de Manning Existen varios factores primarios que afectan el coeficiente de rugosidad, Cowan desarrolla un procedimiento para la evaluación de n. Según este procedimiento, el valor de n puede ser calculado con la ecuación:

Fórmula v.3:

n = (n0+n1+n2+n3+n4)*n5

Ver tabla Nº 2 (Anexos 1): Valores del coeficiente de Manning

V.3.2 Definición del programa HEC-RAS El HEC – RAS (Engineering Center River Análisis System) fue desarrollado por el Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los USA. Es un programa que permite obtener el perfil de la lámina de agua en un tramo del río, es decir los calados correspondientes en cada una de las secciones consideradas. Este programa realiza los cálculos con unas condiciones de movimiento estacionario unidimensional. El sistema es capaz de ejecutar cálculos de perfiles de agua en flujos permanentes y variables, y en el futuro incluirá cálculos para transporte de sedimentos, y varios otros cálculos de diseño hidráulico.

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Está basado en: 1. Principio de continuidad 2. Ecuación de Manning

Fórmula v.4: (Ecuación de la energía)

Fórmula v.5:

Según la terminología del HEC – Ras, un proyecto (“Project”) es un conjunto de datos asociados a un sistema o red particular de río o ríos. El modelador puede efectuar algunos o todos los tipos de análisis incluidos en HEC – RAS como parte del proyecto. Los datos de archivo para un proyecto están clasificados de la siguiente forma: datos del plan, datos geométricos, datos de flujo permanente, datos de flujo variable, y datos de diseño hidráulico. Durante el trayecto de un estudio, el modelador puede formular varios planes diferentes. Cada plan representa un conjunto específico de datos geométricos de flujo. Para construir el modelo es necesario definir el ámbito de estudio y estructurar la cuenca, adoptar la topografía adecuada, introducir la geometría del modelo, y caracterizar la rugosidad del lecho (coeficientes η de Manning) Una vez que los datos básicos se introducen al programa HEC – RAS, el modelador puede formular planes nuevos fácilmente.

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VI CARACTERÍSTICAS

DEL

MUNICIPIO

DE

CIUDAD

SANDINO. VI.1 Límites y ubicación geográfica Limita al norte con el municipio de Mateare, al sur con el cerro Motastepe, al este con el lago de Managua y al oeste con las sierras de Managua y la comarca de San Andrés de la Palanca. Geográficamente se encuentra entre las siguientes coordenadas: Latitud: 12º01` a 12º14` Norte Longitud: 86º18` a 86º25` Oeste VI.2 Localización geográfica del cauce. El cauce Motastepe del municipio de Ciudad Sandino se encuentra ubicado al oeste de la ciudad de Managua con una longitud de 18.65 Km. Para el análisis del área inundada se toma un tramo del cauce el cual inicia cerca de la falda del cerro Motastepe, y tiene una longitud de 3 Km. El cauce tiene una dirección de sur a norte con pendientes bastante moderada, dicho cauce desemboca en el lago en la zona de Miraflores. VI.3 Generalidades geomorfológicas del cauce Este presenta un relieve de alturas. Ticomo, Nejapa y Cerro Motastepe, en la parte alta del cauce, en la parte baja es plano, la geomorfología del terreno ha variado un poco debido a la presencia de lluvias. Presenta mucha inestabilidad en las laderas.

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VI.4 Drenaje pluvial El drenaje superficial de la cuenca es del tipo exorreica, ya que drena en un solo punto en el lago de Managua (Miraflores). La red de drenaje se encuentra mejor definida en las partes altas, donde la escorrentía ha conformado una densa red de cauces, hondonados y/o caminos cauces. La deforestación incide mucho en el escurrimiento de laderas provocando arrastre acelerado de suelos. En las zonas planas se han formado grandes cárcavas que forman una densa red de cauces profundos (Bello Amanecer / Ciudad Sandino). La cuenca cuenta con dos estructuras de retención de sedimentos y control de avenidas, que son las micro presas: la Alemana y pozo norte. VI.5 Geología. Toda el área de Managua y su cercanía se compone de rocas vulcanoclásticas, ante todo piroclásticas, que comprenden escorias, cenizas, tobas, pómez, lahares y ignimbritas, coluviales, paleosuelos, material redepositados y meteorizado. Todos estos depósitos yacen en discordancia sobre las ignimbritas del grupo las sierras, cuya parte superior se denominada como los grupos Mateares, Estrella y las Nubes en el estudio “Reconocimiento de la Amenaza Geológica en el Área de Managua, Nicaragua elaborado por el Servicio Geológico Checo (CGU) y el INETER en Diciembre de 1,997. En estos grupos el espesor de los piroclásticos jóvenes oscila entre varios metros hasta decenas de metros y aumenta en las áreas de las Sierras. Las ignimbritas de las Sierras son producto de un volcanismo regional intermedio y básico procedente de fisuras en las calderas. Aflora rocas piroclásticas producto de los colapsos del alineamiento volcánico Nejapa-Miraflores.

En

esta

área

se

encuentran

estratos

de

pómez

aproximadamente 50 cm. de espesor al igual que cenizas, arena, polvo y tobas, las cuales predomina en toda el área de estudio. Ver fotos 1 y 2 (Anexos 3)

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VI.6 Topografía Del Área La topografía de la zona abarca desde lo plano hasta lo escarpado; lo cual existe desde lo ondulado a semi-ondulado un 20.9 %; de plano a semiplano un 42.75% del área; de escarpado a semi-escarpado un 14.8% y de montaña 15.9%, con poblados un 4.5% y otros un 0.9%. VI.7 Clima El clima característico de la cuenca de Ciudad Sandino es tropical de sabana con variaciones a sub-tropical semi-húmedo. En esta cuenca no se cuenta con una estación meteorológica con datos completos, lo que dificulta la obtención de datos de precipitación de dicho lugar. VI.8 Tipo de suelo predominante en el área. Tanto el relieve alto accidentado como en el de planicie son suelos de influencia volcánica. Los factores y procesos formadores que han modelado estos suelos son: Vulcanismo, Tectonismo, Erosión y Sedimentación. Las diferencias textuales dependen del piroclasto del que provienen, de su grado de desarrollo y de su posición geográfica en el área. Estas texturas varían desde la arenosa franca proveniente de piroclastos más recientes a las arcillosas derivadas al lado volcánico. Por sus características morfogenéticas y taxonómicas, podemos mencionar como suelos jóvenes poco desarrollados, los que se localizan alrededor del cerro Motastepe, se caracterizan por presentar un perfil de poco espesor, con texturas totalmente gruesas (arena franca) en todo el perfil. Otros suelos que se localizan en la parte plana del Municipio, presentan un grado de desarrollo un poco más evolucionado. Taxonómicamente son suelos Inséptisoles derivados de cenizas volcánicas, se caracterizan por presentar contenidos de 60% o más de cenizas volcánicas, lapillis o piroclásticos vítreos en la fracción de lino, arena o grava.

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El entorno natural constituye la base física de donde la población extrae los recursos naturales que le sirven para el desarrollo de su base económica. En el caso del Municipio de Ciudad Sandino, la base natural presenta un potencial y diversidad de recursos de agua, suelos, paisajes, vegetación, que bajo un adecuado manejo y administración pueden contribuir al bienestar de su sociedad. La zona boscosa del sector urbano, ha disminuido con el transcurso del tiempo, siendo más obvio en las áreas perimetrales o circundante al área urbana, esto debido a la sobre explotación de suelos, la disminución de la infiltración del agua pluvial y la capacidad de los acuíferos. Actualmente el área urbana se encuentra poblada por especies de árboles frutales y plantas ornamentales transplantadas de otros sitios. En la periferia del área urbana pueden observarse algunos árboles esporádicamente y especies arbustivas de poca significación, se puede decir que estos árboles y arbustos pertenecen a especies características del bosque tropical caducifolio. Geomorfología La inclinación del terreno y la fragilidad de los suelos volcánicos han permitido a los factores erosivos una disección paralela, formando hondonadas y cañadas entre bajas y alargadas colinas, la mayoría de los suelos del área muestran la influencia volcánica tanto en el relieve alto y accidentado como en las pocas planicies que existen en el sector. Los factores que lo han modelado son el vulcanismo, el tectonismo, la erosión y la sedimentación. Las variaciones de textura dependen del tipo del piroclásto del que provienen, de su grado de desarrollo y de su posición geográfica. Estas varían desde la arenosa franca de los suelos provenientes de piroclastos más recientes, hasta las arcillas de los derivados de lodo volcánico; en términos generales se considera que los suelos son bien drenados, con fertilidad aceptable.

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Según estudio de Diseño y Obras Complementarias de Drenaje Pluvial del programa manejo de la cuenca del Lago de Managua realizado por SISCONCO Ing. Consultores y Gómez Cajiano y Asociados y presentados por ABT, con fecha Mayo del 2,000; estiman que el arrastre de sólidos es de 1.6 millones de toneladas métricas al año, originándose en las partes altas de la Cuenca Sur. El suelo de esta zona es inestable debido a que esta compuesta por arena franca proveniente de piroclásticos, es un suelo no cohesivo, fácil de ser arrastrado por la corriente. Son suelos jóvenes poco desarrollado, los que se localizan alrededor del cerro Motastepe, estos se caracterizan por presentar un perfil de poco espesor, con texturas gruesas (arena franca) en todo el perfil. En las partes altas se encuentra con una combinación de texturas más finas, mientras que en la parte baja del cauce el suelo se caracteriza por tener una textura gruesa (franco- arcillosa), existe poca materia orgánica, la cual la hace más vulnerable a la erosión. Ver Foto Nº 3 (Anexos 3) VI.9 Uso de suelo. Solamente el 30.3% del suelo en la cuenca esta utilizado adecuadamente. Las áreas sobre-utilizadas son el 36.8% de la cuenca se ubican sobre todo en el sistema montañoso al lado sur y oeste de la cuenca. El principal problema es el cultivo de granos básicos en terrenos inclinados, donde solamente la vegetación boscosa o sistema agroforestales pueden evitar el deterioro del suelo por la erosión. El 32.9% de los suelos de la cuenca se encuentran sub-utilizados, es decir no se aprovecha el potencial productivo del suelo sobre todo en la planicie donde existen grandes extensiones de pastos y malezas, aunque su relieve plano y suelos fértiles permiten la producción de cultivos.

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VI.10 Recursos naturales ™ Recurso Forestal El recurso forestal de la cuenca de Ciudad Sandino ha desaparecido de forma rápida dentro de las principales causas tenemos: a. sobre-explotación de los bosques con la extracción de leña por la población rural. b. Corte de extensas áreas boscosas para cultivo de algodón. c. Corte de árboles de sombras. La protección de los bosques y árboles en la cuenca es de mucha importancia tanto para mejorar las condiciones hidrográficas (promover infiltración y retención del agua pluvial) como para la conservación de los suelos, el valor paisajístico y la biodiversidad. ™ Áreas de protección Ciudad Sandino no tiene áreas protegidas, sin embargo, existen varias áreas que deberían ser protegidas para preservar los recursos acuíferos y biodiversidad de la subcuenca. VI.11 DAÑOS OCASIONADOS POR FENÓMENOS NATURALES EN LA ZONA DE ESTUDIO. VI.11.1

Los principales daños que sufren tanto la naturaleza como la población:

a. Aumento de caudales en la zona 10 de Ciudad Sandino (Zona de estudio). (Ver figura 3.7. Anexos 3) b. Inundaciones en áreas pobladas como Bello Amanecer, Vista Hermosa,

etc. (Ver figura 3.7. Anexos 3)

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a) Los daños por inundaciones se debe principalmente a la escorrentía superficial que viene de nuevos poblados aguas arriba. b) La desaparición del café con sombra como vegetación protectora. c) La deforestación de las Sierras de Managua y cierta parte intermedia de la cuenca. 3. Incapacidad del acuífero 4. Aumento de la erosión 5. Sedimentación de la parte baja 6. Daños a la infraestructura (erosión de cauces / caminos) 7. Pérdida de fertilidad de los suelos. VI.11.2 Factores que contribuyen en los problemas de drenaje pluvial (inundación) : ™ Uso y manejo inadecuado del suelo. ™ Deforestación de zona boscosa ™ El crecimiento urbano, hace que exista menos zonas boscosa ™ Falta de capacidad del acuífero ™ Deficiencia hidráulica ™ Sedimentos y basuras acumulados / o depositados en el cauce. La pobreza, falta de control, presencia institucional, el crecimiento poblacional, problemas de tenencia de tierra y falta de crédito para la producción, son factores que de alguna forma han causado la fuerte disminución del recurso forestal en la Cuenca y los problemas de erosión. Ciudad Sandino, Satélite de Asososca y Bello Amanecer es el principal núcleo poblado de la cuenca ubicado al norte de la cuenca y al oeste del área urbana de la ciudad y como núcleo principal se encuentran aislado, no poseen un nivel adecuado de desarrollo. No existe el alcantarillado sanitario. Solamente la calle principal de Ciudad Sandino esta revestida.

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VI.11.3 Generalidades del Municipio: La Cuenca de Ciudad Sandino esta conformada por tres tipos de paisajes: a) Las planicies, formadas por cuatro unidades: Los Brasiles, Ciudad Sandino, Motastepe y Chiltepe. b) Sistema montañoso de las sierras de Managua, se localiza al sur y al oeste de la Cuenca. Ocupa la parte alta y media de la Cuenca con pendientes que varían entre el 8 y el 75% comprende un área de 5,575Ha. Se subdivide en tres unidades que son: Crestas, Cañadas y pie de monte. c) Sistema volcánico del oeste que comprende las laderas y conos de origen volcánico en el este. Ocupan una extensión de 2,028 Ha. Equivalentes al 14.7% de la superficie total. La ocupación del suelo en el área de la Cuenca esta determinado por cinco categorías de uso que son: 1- Vegetación boscosa. 2- Cultivos arbustivos. 3- Cultivos de ciclos largos 4- Cultivos de ciclos cortos. 5- Terrenos con condiciones particulares. Estos últimos incluyen las áreas urbanizadas, semi-urbanizadas, micro presas y los bancos de materiales de construcción. Gran peso lo representan las áreas destinadas a cultivos de ciclos cortos referidos a la producción agrícola de cultivos anuales, con 2,893 Ha. Equivalente al 21.8% del área de la Cuenca.

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VI.11.4 Marco Socioeconomico Crecimiento Poblacional Se estima la población urbana en 76,941 habitantes (1996), donde unas 70,115 personas viven en Ciudad Sandino. El crecimiento poblacional representa una amenaza para los recursos naturales debido a que esto provocará

una

demanda de más espacio urbano, leña, agua potable y alimentos. En Vista Hermosa, zona 10 de Ciudad Sandino hay una alta densidad: 11.41 hab/casa Las condiciones de vida de los habitantes son críticas, viven en asentamientos informales, los cuales presentan las siguientes características: a) Reducidas dimensiones b) Pésimo estado físico c) Materiales de construcción pobres d) Ausencia de normas urbanas mínimas Los servicios básicos (agua potable y energía eléctrica) se los obtiene, generalmente, de forma ilegal. No hay drenaje pluvial ni alcantarillado sanitario ni un sistema para la recolección de basura.

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VII METODOLOGÍA PROCESO ADOPTADO EN EL ESTUDIO DE LA CUENCA El proceso de implementación del estudio consistió de los siguientes pasos: 1. Visita a la Alcaldía de Ciudad Sandino para presentar el estudio y solicitar el necesario apoyo. 2. Obtención de información básica, mapas cartográficos, mapa de pendiente, mapas de amenazas en la zona (INETER, organismos internacionales). 3. Visitas de campo al Cauce Motastepe como lugar de estudio. Obtención de información sobre las características físicas del cauce. 4. Obtención de datos poblacionales estadísticos (INEC). 5. Análisis de daños ocasionados por fenómenos naturales en el pasado. Obtención de información sobre amenaza y desastres naturales (INETER, organismos internacionales). 6. Levantamiento de encuestas entre los habitantes de zonas aledañas al cauce Motastepe para completar la información sobre experiencias pasadas y su impacto socio-económico. 7. Obtención de datos hidro-meteorológicos aplicables a la zona de estudio (INETER). Determinación de las intensidades (períodos de retorno) a considerarse en el análisis. 8. Implementación del estudio hidrológico en el área no poblada de la cuenca para la determinación del cauce de entrada en la zona poblada,

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aguas abajo, donde se va a determinar el área inundable. Aplicación del método de tránsito de avenidas. 9. Simulación hidráulica con el programa HEC – RAS para la determinación de las áreas inundables en las zonas pobladas del cauce. 10. Análisis de resultados y definición de recomendaciones para prevenir crecientes e inundaciones y reducir su impacto en las comunidades del sector. Los pasos del proceso listados arriba son explicados en detalle a continuación. 1. Visita a la Alcaldía de Ciudad Sandino Los objetivos de la visita a la Alcaldía de Ciudad Sandino fueron presentar y explicar el estudio y pedir el apoyo necesario de las autoridades. Como resultado de esta gestión, la Alcaldía de Ciudad Sandino brindó la información necesaria sobre los problemas de amenazas naturales que tiene dicho municipio. Es importante señalar que las autoridades municipales tienen clara conciencia de que los principales problemas son los debidos a inundación. 2. Obtención de información básica de amenazas en la zona Se investigaron estudios cartográficos y de amenaza de desastres naturales en la zona para seleccionar la zona de estudio. Estos estudios están disponibles en INETER y son resultados de la colaboración de este organismo con organismos internacionales. La información más relevante fue proporcionada por los mapas y reportes preparados dentro del proyecto “ELABORACIÓN DE MAPAS DE RIESGOS

NATURALES

EN

TRES

ZONAS

DE

INTERVENCIÓN

DEL

PROGRAMA REGIONAL DE RECONSTRUCCION DE AMERICA CENTRAL (PRRAC), un estudio de amenazas naturales en Ciudad Sandino realizado durante los años 2002 y 2003 por

INETER en cooperación con la Unión

Europea. El análisis de los resultados de este estudio indica que la zona más

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afectada en el municipio corresponde a Vista Hermosa, la cual es atravesada por el cauce Motastepe. Como resultado de este análisis, se adoptó este cauce como el área de estudio tentativa y se decidió efectuar visitas de estudio a dicho cauce. 3. Visitas de campo al Cauce Motastepe como lugar de estudio En coordinación con el Departamento de Medio Ambiente de la Alcaldía de Ciudad Sandino, se hizo un recorrido por los cauces de Ciudad Sandino que presentan mayores problemas de inundación de acuerdo a la información de amenazas naturales del municipio obtenida en INETER. Con el análisis de las informaciones recogidas en este recorrido se determinaron las áreas potencialmente más afectadas por inundación y se decidió adoptar un tramo del Cauce Motastepe como modelo para efectos de este estudio. 4. Obtención de datos poblacionales estadísticos en INEC Históricamente, según las estadísticas del Instituto Nicaragüense de Estadísticas y Censos, INEC, y lo observado en situaciones reales ocurridas tanto en Nicaragua como en otros lugares del mundo, gran parte de las zonas semiurbanas que se han desarrollado sin la necesaria planificación tienden a sufrir problemas de inundación debidos, en gran parte, a los efectos negativos causados por la población y sus actividades. En base a estos antecedentes, se decidió levantar nuevas encuestas con el propósito específico de comprobar y complementar estas estadísticas en el cauce seleccionado para el estudio. 5. Análisis de daños ocasionados por fenómenos naturales en el pasado Con el objeto de entender las características de los fenómenos de inundación en la zona de estudio y los efectos que ellos han causado en el pasado, se realizó un análisis cualitativo de amenaza adoptando un evento representativo como el huracán Mitch para el análisis del comportamiento hidráulico del cauce. Se escogió el Huracán Mitch por las siguientes razones:

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a) Es un evento representativo de los niveles mayores de daños que se pueden alcanzar durante procesos de inundación extremos. Se debe notar que Mitch fue un huracán grado 5 (máximo valor de la escala para clasificar huracanes) y que, en los últimos 100 años, han habido sólo otros 3 huracanes de esa magnitud afectando la región Centroamericana. b) Este fenómeno está bien documentado. Han habido muchos estudios sobre las características, efectos e impacto de este Huracán en la región. Estos estudios fueron los que se utilizaron para el análisis cualitativo realizado como parte de este trabajo. c) Es un evento de memoria reciente, es decir que está fresco en la memoria de la población y, por lo tanto, la gente puede identificarse fácilmente con la ocurrencia de un fenómeno similar, entender los resultados producidos por este estudio y aceptar las recomendaciones producidas. Se debe recalcar, sin embargo, que siendo análisis cualitativo para un evento particular, este análisis no refleja todas las características y posibilidades que el fenómeno de inundaciones puede presentar y sirve sólo para obtener un mejor entendimiento de las característica del comportamiento del cauce y sus alrededores ante eventos extremos. Un estudio probabilístico basado en mejores datos cubriendo un período de observación más extenso y representativo puede reflejar de mejor manera las diferentes dimensiones del fenómeno de inundaciones. Esto se realizó con el análisis cuantitativo probabilístico del cauce usando métodos hidrológicos y simulaciones hidráulicas y datos hidrometeorológicos disponibles en el país. Cabe indicar, sin embargo, que los datos disponibles son todavía limitados. La consecución y acopio de mejores datos hidro-meteorológicos en Nicaragua es una de las recomendaciones de este estudio.

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6. Levantamiento de encuestas entre los habitantes de zonas aledañas al cauce Motastepe Durante el recorrido de estudio del cauce se identificaron áreas con mayor peligro de inundación afectando principalmente aquellas viviendas construidas a orillas del cauce en el sector de Vista Hermosa. Adicionalmente, el análisis de estudios sobre los efectos del Huracán Mitch en la zona permitió también tener una idea de los efectos de las inundaciones entre los pobladores del sector. Con el objeto de verificar y complementar estos análisis, se formularon encuestas para el sector de pobladores de Vista Hermosa que tienden a sufrir mayores daños con el desbordamiento de este cauce. Se tomó una muestra representativa de veintiocho casas en base al estudio de las características físicas, económicas y sociales de la zona considerada. Se consideraron además el nivel y las condiciones de vida de cada familia para determinar los factores que contribuyen

a la ocurrencia de las inundaciones y, de esta manera,

identificar las principales causas que agravan este problema. Basados en la memoria de lo ocurrido durante el Huracán Mitch, los miembros de la población indicaron los niveles alcanzados por el agua y los daños sufridos. Esta información fue utilizada para delimitar un área provisional susceptible de inundarse que debía ser posteriormente verificada y definida completamente utilizando los cálculos teóricos adoptados por este estudio. Utilizando la información recogida, se delimitó la cuenca del cauce Motastepe empezando aguas arriba y continuando hasta un tramo poblado de dicho cauce. (Ver figura3.1. Anexos 3)

7. Obtención de datos hidro-meteorológicos aplicables a la zona de estudio. Determinación de las intensidades (períodos de retorno) a considerarse en el análisis. Una vez realizadas las visitas de campo se recopiló toda la información suministrada por la Alcaldía de Ciudad Sandino, INETER, INEC y fuentes bibliográficas que incluyeron el Internet para realizar un estudio hidrológico y un

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análisis de amenaza en el área considerada. Los cálculos se realizaron utilizando datos pluviométricos de los últimos 32 años, los cuales son los únicos datos disponibles al momento. Estos datos se los consiguió a través de INETER. Como se indicó anteriormente, este período de observación es relativamente corto y, por lo tanto, no suficientemente representativo como para realizar planificación a largo plazo. Por esta razón, se decidió adoptar los siguientes períodos de retorno para los eventos hidro-meteorológicos a considerarse en el estudio: 5, 10, 25 y 50 años. Para completar la información básica necesaria para el análisis cuantitativo se hicieron los levantamientos topográficos necesarios y se prepararon los perfiles requeridos para la implementación del análisis hidráulico del cauce y la modelación de la cuenca a incluirse en el estudio. Finalmente, se determinaron los datos del canal del cauce necesarios para implementar la simulación hidráulica en la zona poblada del cauce utilizando el programa HEC-RAS. 8. Implementación del estudio hidrológico en el área no poblada de la cuenca para la determinación del cauce de entrada en la zona poblada Para facilitar la implementación tanto del estudio hidrológico de la cuenca como de la simulación hidráulica para determinar las zonas inundables, se dividió la cuenca en dos áreas: un área boscosa aguas arriba y un área poblada aguas abajo del cauce. Para el área boscosa, que corresponde a la zona no poblada del cauce, se realizaron cálculos de caudales utilizando el método hidrológico denominado “Tránsito de Avenidas por la variable de Muskingum”. Los resultados de estos cálculos permitieron determinar el caudal de entrada a utilizar en la zona poblada para la determinación de las zonas inundables. 9. Simulación hidráulica para la determinación de las áreas inundables en las zonas pobladas del cauce

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Debido a que los efectos del desastre natural son especialmente importantes en el área poblada del cauce, se realizó para esta área una simulación hidráulica en un tramo del cauce de 3 kilómetros de longitud para estimar la altura que alcanzaría el agua y determinar el área inundable. Esta simulación se la realizó utilizando el programa HEC-RAS, el cual es el programa más usado en este tipo de evaluaciones. Adicionalmente, este programa es disponible libre de costo a través del Internet. El cálculo se realizó utilizando el cauce de entrada obtenido del estudio hidrológico de la zona no poblada de la cuenca. Además, se utilizaron

las

secciones

transversales

necesarias

para

representar

apropiadamente la geometría del cauce.

10. Análisis de resultados y definición de recomendaciones para prevenir crecientes e inundaciones y reducir su impacto en las comunidades del sector Se analizaron los resultados de las evaluaciones numéricas para verificar su validez. Estudios similares tanto en el cauce considerado como en otras cuencas fueron utilizados como referencia. Los resultados de las encuestas realizadas entre los habitantes del sector fueron también utilizados para comprobar la validez de los resultados obtenidos. El análisis de los resultados de la determinación

de

las

áreas

inundables

fue

utilizado

para

producir

recomendaciones que pueden ser aplicadas tanto para prevenir crecientes e inundaciones futuras como para reducir el impacto de las inundaciones en las comunidades del sector.

La magnitud de la inundación, la densidad de

población y la existencia de actividades económicas o infraestructura que pudieran perderse o dañarse fueron consideradas para la determinación de las zonas más críticas del cauce donde se recomienda hacer obras de control de inundaciones y de mitigación de sus efectos. (Ver figura 3.6. Anexos 3)

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VIII CÁLCULOS REALIZADOS VIII.1 CÁLCULO DE CURVA IDF El cálculo de la curva IDF fue realizado a través de los pasos descritos en el marco teórico y la aplicación de las fórmulas detalladas, utilizando los datos de las intensidades máximas anuales de precipitación en los últimos 32 años que se muestran en la tabla 2. Se presenta el resumen de los pasos: 1) Cálculo del período de retorno y la probabilidad de ocurrencia para las intensidades de precipitación en la estación Las Mercedes. Aplicación de las fórmulas i (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,9) Tabla 3 y 4 2) Cálculo del delta crítico para duraciones de 5 min. Tabla 5 (El cálculo del delta crítico para todas las duraciones esta en anexos 2)

3) Resultados de delta crítico para las diferentes duraciones. Tabla 6 4) Intensidades de Lluvia para Diferentes Periodos de Retorno. Tabla 7 5) Gráfico de Curvas Intensidad Duración Frecuencia sin ajuste. Figura 1

6) Intensidades de Lluvia para Diferentes Periodos de Retorno con ajuste. Tabla 8 7) Gráfico de Curvas Intensidad Duración Frecuencia Ajustadas. Figura 2

49

INSTITUTO NICARAGUENSE DE ESTUDIOS TERRITORIALES INETER INTENSIDADES MAXIMAS ANUALES DE PRECIPITACION (mm).

CODIGO

: 069027

Latitud Longitud Elevación

PERIODO

: 1971 - 2002

Tipo

ESTACION : Las Mercedes

AÑOS 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

5' 199.2 212.4 200.4 198.0 126.0 123.6 187.2 126.0 121.2 180.0 153.6 155.6 133.2 151.2 150.0 158.4 200.4 212.4 150.1 106.2 238.8 123.6 150.0 122.4 115.2 124.8 120.0 230.4 126.0 124.8 230.4 126.0

10' 112.8 123.6 137.4 115.2 125.4 118.2 142.2 125.6 111.6 178.2 109.2 122.4 102.0 150.0 134.4 103.8 151.8 168.8 120.7 86.4 204.0 111.0 111.0 108.6 114.0 121.8 120.0 141.6 109.8 116.4 164.0 120.0

15' 106.4 86.8 121.2 84.0 118.4 113.6 118.4 90.8 92.8 158.4 104.8 95.6 80.8 123.2 109.6 88.0 119.2 134.4 98.0 72.4 159.6 98.0 87.2 90.0 113.0 120.0 80.0 110.4 84.0 125.2 119.2 114.0

30' 69.4 58.8 89.2 59.0 100.0 72.4 79.2 77.0 57.8 99.0 59.6 68.0 55.8 112.8 106.4 54.4 84.4 93.2 36.4 62.5 82.2 69.0 66.0 60.6 76.0 69.6 64.0 76.6 62.4 89.2 76.8 90.0

60' 41.7 29.5 77.7 44.4 90.0 41.6 52.1 49.0 42.4 63.8 36.7 57.7 35.4 63.2 77.3 28.5 47.1 64.2 25.2 36.9 33.8 39.3 49.3 54.3 76.0 43.5 33.4 43.1 32.6 51.2 46.0 66.5

: 12° 08' 36" : 86° 09' 49" : 56 Msnm : HMP 120' 30.2 18.1 44.7 30.9 65.6 22.8 29.2 30.2 26.8 37.3 23.0 33.6 18.1 32.7 67.9 8.9 17.4 21.2 14.8 14.8 23.0 21.5 29.1 32.8 45.8 23.3 14.9 24.5 22.7 19.8 30.6 62.7

Tabla 2. Datos Meteorológicos de Intensidades Máximas Anuales de Precipitación

50

m

Duracion 5Min. 1 238.80 2 230.40 3 230.40 4 212.40 5 212.40 6 200.40 7 200.40 8 199.20 9 198.00 10 187.20 11 180.00 12 158.40 13 155.60 14 153.60 15 151.20 16 150.10 17 150.00 18 150.00 19 133.20 20 126.00 21 126.00 22 126.00 23 126.00 24 124.80 25 124.80 26 123.60 27 123.60 28 122.40 29 121.20 30 120.00 31 115.20 32 106.20

Duracion 10Min. 204.00 178.20 168.80 164.00 151.80 150.00 142.20 141.60 137.40 134.40 125.60 125.40 123.60 122.40 121.80 120.70 120.00 120.00 118.20 116.40 115.20 114.00 112.80 111.60 111.00 111.00 109.80 109.20 108.60 103.80 102.00 86.40

Duracion 15Min. 159.60 158.40 134.40 125.20 123.20 121.20 120.00 119.20 119.20 118.40 118.40 114.00 113.60 113.00 110.40 109.60 106.40 104.80 98.00 98.00 95.60 92.80 90.80 90.00 88.00 87.20 86.80 84.00 84.00 80.80 80.00 72.40

Duracion 30Min. 112.80 106.40 100.00 99.00 93.20 90.00 89.20 89.20 84.40 82.20 79.20 77.00 76.80 76.60 76.00 72.40 69.60 69.40 69.00 68.00 66.00 64.00 62.50 62.40 60.60 59.60 59.00 58.80 57.80 55.80 54.40 36.40

Duracion Duracion Min60. 120Min. 90.00 67.90 77.70 65.60 77.30 62.70 76.00 45.80 66.50 44.70 64.20 37.30 63.80 33.60 63.20 32.80 57.70 32.70 54.30 30.90 52.10 30.60 51.20 30.20 49.30 30.20 49.00 29.20 47.10 29.10 46.00 26.80 44.40 24.50 43.50 23.30 43.10 23.00 42.40 23.00 41.70 22.80 41.60 22.70 39.30 21.50 36.90 21.20 36.70 19.80 35.40 18.10 33.80 18.10 33.40 17.40 32.60 14.90 29.50 14.80 28.50 14.80 25.20 8.90

TR 33.00 16.50 11.00 8.25 6.60 5.50 4.71 4.13 3.67 3.30 3.00 2.75 2.54 2.36 2.20 2.06 1.94 1.83 1.74 1.65 1.57 1.50 1.43 1.38 1.32 1.27 1.22 1.18 1.14 1.10 1.06 1.03

P(X>Xm) P(X