Modelamiento hidrológico e hidráulico para la estimación de la concentración volumétrica de flujo hiperconcentrado en la Quebrada Quirio - Lurigancho-Chosica

Abstract

Los flujos hiperconcentrados constituyen uno de los fenómenos hidrológicos más peligrosos en quebradas de fuerte pendiente debido a su elevada capacidad de transporte de sedimentos y su impacto sobre la infraestructura y la población. Durante el evento asociado al ciclón Yaku en el año 2023, la quebrada Quirio, ubicada en Lurigancho–Chosica, fue activada por lluvias intensas, evidenciando la necesidad de comprender su comportamiento hidrológico e hidráulico. En este contexto, la presente investigación tuvo como objetivo desarrollar un modelo hidrológico e hidráulico para estimar y determinar la concentración volumétrica del flujo. Para ello, se integró el modelamiento hidrológico HEC-HMS, la estimación de la producción de sedimentos con el método MUSLE y el modelamiento hidráulico bidimensional en HEC-RAS, a partir de la relación entre el volumen sólido y el volumen de escorrentía. Con esta integración, los resultados evidenciaron concentraciones volumétricas entre 19.4 % y 56.3 %, mostrando alta sensibilidad frente a la producción de sedimentos; en este sentido, valores elevados sobreestimaron los tirantes y caudales, mientras que valores bajos los subestimaron. La comparación entre huellas hídricas y tirantes simulados con el modelo hidráulico permitió establecer que una concentración volumétrica de 45.3 % reproduce adecuadamente el comportamiento hidráulico del flujo. En consecuencia, la metodología propuesta permite representar de manera consistente los flujos hiperconcentrados y constituye una herramienta técnica para la evaluación del riesgo en quebradas de fuerte pendiente.

Hyperconcentrated flows are among the most hazardous hydrological phenomena in steep mountain catchments due to their high sediment transport capacity and their significant impact on infrastructure and nearby communities. During the event associated with Cyclone Yaku in 2023, the Quirio stream, located in Lurigancho–Chosica, Peru, was activated by intense rainfall, highlighting the need to better understand its hydrological and hydraulic behavior. In this context, the objective of this research was to develop an integrated hydrological and hydraulic model to estimate and determine the volumetric concentration of the hyperconcentrated flow. To achieve this, the HEC-HMS hydrological model, the MUSLE method for sediment yield estimation, and the two-dimensional HEC-RAS hydraulic model were integrated using the relationship between sediment volume and runoff volume. The results showed volumetric sediment concentrations ranging from 19.4% to 56.3%, demonstrating a high sensitivity to sediment production. Higher concentration values tended to overestimate flow depth and discharge, whereas lower values underestimated these hydraulic variables. By comparing observed high-water marks with the simulated flow depths, it was determined that a 45.3% volumetric concentration provided the best representation of the hydraulic behavior of the hyperconcentrated flow. Therefore, the proposed methodology provides a consistent approach for simulating hyperconcentrated flows and constitutes a valuable technical tool for risk assessment in steep mountain catchments.