El mercado de software hidráulico se divide en tres categorías: (i) modelación de ríos y cauces (HEC-RAS, DELFT3D), (ii) redes presión agua potable (EPANET, WaterCAD), (iii) drenaje pluvial urbano (SWMM). HEC-RAS y EPANET constituyen el “stack gratuito” recomendado para Perú: ambos sin costo de licencia, documentación excelente, y precisión operacional (±3-8%). Software propietario (WaterCAD USD 3-5K/año, DELFT3D USD 20-50K/año) añade automatización pero requiere ROI >USD 50M de proyectos. Implementación típica de cuenca mediana cuesta USD 50-80K (excluyendo licencias), con 60-75% invertido en desarrollo/calibración. Perú debe priorizar HEC-RAS + EPANET + QGIS (all free) antes de escalar a softwares propietarios. Este reporte examina capacidades técnicas, estructuras de costo real, y hoja de ruta implementación por nivel institucional.
1. Ecosistema de Software Hidráulico
1.1 Tres Categorías Principales
Categoría A: Modelación Hidráulica de Ríos y Cauces
Simula flujo en lámina libre (ríos, canales, planicies inundación).
| Software | Dimensiones | Costo | Uso Perú |
|---|---|---|---|
| HEC-RAS | 1D / 2D | Gratuito | Alto (estándar costero) |
| IBER | 2D | Gratuito | Bajo (alternativa) |
| DELFT3D | 2D / 3D | Gratuito (open-source) | Muy bajo (capacidad no existe) |
| FLOW 3D | 3D completo | USD 10-50K/año | Crítico solo |
Categoría B: Modelación de Redes de Distribución (Agua Potable)
Simula presión, caudales, calidad agua en tuberías cerradas.
| Software | Tipo | Costo | Precisión | Uso Perú |
|---|---|---|---|---|
| EPANET | Agregado 1D | Gratuito | ±3-5% | Alto (operadores pequeños) |
| WaterCAD | Agregado 1D + avanzado | USD 3-5K/año | ±2-3% | Medio (SEDAPAL solamente) |
Categoría C: Drenaje Pluvial Urbano
Simula escorrentía lluvia, infiltración, sistemas tratamiento SuDS.
| Software | Alcance | Costo | Aplicación Perú |
|---|---|---|---|
| SWMM | Cuenca urbana + red | Gratuito | Medio (Lima, Callao) |
2. Análisis Detallado de Principales Softwares
2.1 HEC-RAS: El Estándar de Facto para Ríos
Desarrollador: U.S. Army Corps of Engineers (USACE)
Licencia: Gratuita (código propietario pero libre para usar, con soporte oficial)
Costo: USD 0 (completamente)
Versiones: HEC-RAS 2025 (nueva generación, enero 2025); HEC-RAS 6.6 (clásica, septiembre 2024)
¿Por qué HEC-RAS domina Perú?
Perú utiliza HEC-RAS como estándar en proyectos de represas (Poechos, Majes Siguas) y estudios inundabilidad (costa). Razones:
- Costo nulo: imposible justificar propietario cuando existe alternativa gratuita
- Estándar global: aceptado por BID, Banco Mundial, operadores regionales
- Documentación: 1,000+ páginas manual, cursos en español, foros activos
- Soporte oficial: USACE mantiene versiones, actualiza algoritmos
Evolución HEC-RAS 2025 (impactante para Perú):
La versión 2025, rediseñada desde cero, introduce:
- Interfaz completamente moderna: drag-and-drop geometría, edición de malla ágil (antes requería reconstrucción total si había error)
- Visualización en tiempo real: ver inundación propagándose mientras calcula (vs esperar 30 min-2 horas con versión 6.6)
- Arquitectura portable: corre en Linux/Docker/Cloud (vs Windows solo con 6.6), crucial para servidores públicos
- API pública: automatización desde Python, scripts de batching, integración flujos de trabajo
Capacidades técnicas:
| Capacidad | HEC-RAS 6.6 | HEC-RAS 2025 |
|---|---|---|
| Flujo 1D permanente | ✓ | ✓ |
| Flujo 1D no permanente | ✓ | Próximamente |
| Flujo 2D no permanente | ✓ (limitado) | ✓✓ (mejorado) |
| Tuberías cerradas | Beta | Mejorado |
| Oleaje costero | ✓ | ✓ |
| Lluvia sobre malla | Nuevo | Mejorado |
| Exportabilidad mallas | N/A | ✓ (compatible 6.6) |
Aplicaciones documentadas en Perú:
- Costa Pacífico (11 cuencas): Hidrogramas de crecida para diseño represas
- Cuenca Rímac: Estudios inundabilidad Lima (análisis flujo 2D planicies)
- Cuenca Santa: Evaluación inundación Chimbote-Trujillo
- Proyectos futuros: Majes Siguas, Trasvase Marañón
Requisitos de datos para HEC-RAS:
| Dato | Formato | Resolución | Fuente Perú |
|---|---|---|---|
| Topografía (DEM) | GeoTIFF 32-bit | 5-30 metros | SRTM, ALOS PALSAR (libre) |
| Caudales observados | Series diarias | Cuenca | ANA (acceso público 2024+) |
| Precipitación | Diaria | Estación | SENAMHI, CHIRPS satélite |
| Secciones transversales ríos | Puntos LiDAR | < 1 metro | Levantamiento topográfico (costo) |
Precisión alcanzada:
En cuencas peruanas bien calibradas (datos completos):
- Caudales: ±5-10%
- Tirantes (profundidad agua): ±3-8%
- Velocidades: ±10-15%
- Zonas inundables: ±10-20% área
Tiempo de implementación:
| Fase | Duración | Tareas |
|---|---|---|
| Instalación + setup | 1 semana | Descarga, instalación, primeros modelos tutoriales |
| Modelamiento geometría | 2-4 semanas | Importación DEM, secciones ríos, puentes, embalses |
| Calibración histórica | 4-8 semanas | Ajuste parámetros (Manning, infiltración), validación |
| Análisis escenarios | 2-4 semanas | Hidrogramas crecida (100, 500 años), cambio climático |
| Total | 2-4 meses | Cuenca simple-mediana (500-2K km²) |
Capacitación requerida:
- Ingenieros sin experiencia: 40-60 horas capacitación + mentoría
- Costo cursos online: USD 240-500 (ejemplo CERSA Perú: S/ 220 ≈ USD 60)
- Nivel de acceso: técnicos, ingenieros (no requiere PhD matemática)
Ventajas HEC-RAS:
✓ Costo nulo
✓ Interfaz intuitiva (v2025 excelente)
✓ Documentación oficial exhaustiva
✓ Comunidad global activa
✓ Estándar internacional (aceptado todas agencias)
✓ Velocidad computacional: rápido (minutos simulación 50 años)
✓ Acoplamiento posible con otros modelos (SWAT caudales → HEC-RAS estructura)
Limitaciones HEC-RAS:
✗ Requiere topografía detallada (DEM 5-30m)
✗ Calibración requiere caudales observados (sin datos = incertidumbre)
✗ 1D no captura fenómenos 3D complejos (vórtices, recirculaciones grandes)
✗ No simula reacciones químicas (agua clara solamente)
✗ Versión 2025 aún en desarrollo (features 1D no completadas al enero 2025)
2.2 EPANET: Estándar para Agua Potable
Desarrollador: U.S. Environmental Protection Agency (EPA)
Licencia: Gratuita y open-source (código disponible públicamente)
Costo: USD 0
Versión: 2.2 (mayo 2021, estable)
¿Por qué EPANET es imprescindible en Perú?
EPANET es único software de propósito general gratuito para análisis de redes agua potable y riego. Alternativas propietarias (WaterCAD, PIPE Flow) cuestan USD 3-5K/año por licencia. Para gobiernos locales/operadores pequeños Perú, EPANET es única opción viable.
Algoritmo hidráulico núcleo:
EPANET utiliza método de nudos (equilibrio presión simultáneo):
- Resuelve matriz de ecuaciones lineales (sparse)
- Convergencia garantizada incluso redes “patológicas”
- Velocidad: red 500 tuberías simula 1 año en segundos (vs 5+ minutos softwares propietarios)
- Precisión: ±2-5% típica (vs ±1-2% softwares avanzados)
Capacidades EPANET:
Hidráulica (Núcleo):
- Caudales en tuberías (sistema ramificado y cerrado)
- Presiones en nudos
- Niveles en depósitos (tanques)
- Operación de válvulas, bombas, válvulas regulación presión
- Controles lógicos (simples: si nivel >X entonces bombear; complejos: reglas basadas condiciones múltiples)
Calidad agua:
- Rastreo químico: cloro residual (oxidante), otros contaminantes
- Procedencia agua: ¿qué % de agua en nudo X proviene de fuente A vs B? (importante contaminación accidental)
- Reacciones cinéticas: degradación cloro en tuberías
- Tiempo permanencia agua (edad)
Analítica:
- Análisis sensibilidad: ¿cómo cambia presión si cierro válvula Y?
- Escenarios emergencia: ruptura tubería, contaminación puntual
- Optimización operacional: estrategia bombeo que minimice energía
Aplicaciones documentadas en Perú:
- SEDAPAL (Lima): Modelamiento red distribución (1,000+ km tuberías, 9M habitantes)
- Operadores regionales: Análisis calidad agua, detección fugas
- Gobiernos locales: Diseño redes rurales (presupuesto limitado)
- Proyectos riego: Simulación sistemas goteo y asperción (integración demanda agrícola)
Precisión EPANET:
Datos de entrada típicos (calibración con mediciones campo):
- Caudales: ±3-5%
- Presiones: ±2-3% (más crítico para diseño)
- Calidad agua: ±10-15% (depende reacciones químicas)
Integración con otros softwares:
| Software | Flujo Datos |
|---|---|
| QGIS | Importar red desde GIS → EPANET automático |
| SWAT | Caudales cuenca → demanda EPANET |
| Python/R | Toolkit EPANET (API) para automatización |
| Excel | Exportar resultados para reportes |
Tiempo implementación:
| Fase | Duración |
|---|---|
| Instalación | 1 día |
| Modelamiento red | 2-6 semanas (simple) a 3-4 meses (grande) |
| Calibración | 2-6 meses (requiere mediciones campo) |
| Análisis escenarios | 1-2 semanas |
| Total | 1-5 meses (red simple a compleja) |
Capacitación:
- Cursos básicos: 20-30 horas
- Costo: USD 100-300 (e-learning)
- Nivel acceso: técnicos agua (no requiere PhD)
Ventajas EPANET:
✓ Completamente gratuito (sin limitaciones funcionales)
✓ Open-source (código disponible, auditable, sin backdoors)
✓ Algoritmo robusto (30+ años campo, > 500 ciudades mundo)
✓ Integración QGIS nativa (SIG + EPANET en mismo flujo)
✓ Documentación excelente (manual 400+ páginas)
✓ Comunidad global activa (Stack Overflow, foros especializados)
✓ Toolkit permite automatización (Python integration)
✓ Sin dependencia proveedor (no hay riesgo licencias expirar)
Limitaciones EPANET:
✗ Sin interfaz gráfica nativa (depende QGIS u otro)
✗ Calibración manual laboriosa (no optimización automática como WaterCAD)
✗ 1D únicamente (no captura efectos locales 2D como turbulencia, sedimentación)
✗ Módulo sedimentos limitado (diseñado para agua clara)
✗ No simula cavitación en válvulas
✗ Curva aprendizaje media (vs HEC-RAS más visual)
2.3 Software Propietario: ¿Cuándo Vale la Pena?
WaterCAD (Bentley Systems)
Costo: USD 3,000-5,000 por licencia/año + soporte
Ventajas sobre EPANET:
- Interfaz gráfica nativa (vs EPANET depende QGIS)
- Darwin Calibrator: optimización automática parámetros usando algoritmos genéticos (EPANET manual)
- Darwin Designer: diseño optimizado de redes (ej. ¿cuáles son diámetros óptimos para minimizar costo tubería + energía bombeo?)
- Integración ArcGIS profesional
- Reporting automatizado (facturas, planos)
ROI Análisis:
Escenario 1: Operador agua pequeño (50K habitantes)
- Costo WaterCAD: USD 15K (5 licencias × USD 3K × 1 año)
- Ahorro anual vs EPANET manual: USD 30-50K (tiempo calibración)
- ROI positivo en 1-2 años
Escenario 2: Gobierno local rural (< 20K habitantes)
- Costo WaterCAD: USD 3K
- Ahorro anual: USD 5-10K (tiempo, pero proyecto pequeño)
- ROI marginal; EPANET + tiempo local preferible
DELFT3D (Deltares, Holanda)
Costo:
- Educativo (universidades): USD 5,100 / 12 meses + soporte 8 horas
- Comercial: USD 20,000-50,000+ (contactar Deltares)
- Open-source (gratuito): NOAA ofrece Educational Package; código disponible GitHub
Capacidades únicas:
- Modelación 3D completa (no lámina libre, volumen de control)
- Morfodinámica: erosión/sedimentación largo plazo
- Oleaje: storm surge, energía olas
- Agua subterránea acoplada
- Escalas: 1 metro a 1,000 km (flexible)
¿Cuándo usar DELFT3D?
✓ Estuarios complejos (Amazonas desembocadura)
✓ Lagos grandes con estratificación térmica
✓ Proyectos costeros (interacción olas-marea)
✓ Procesos morfológicos a largo plazo (40+ años)
✗ No usar si: cuenca fluvial simple, río recto, presupuesto < USD 150K
Para Perú: DELFT3D relevante solo para proyectos de escala nacional (Amazonía, estudios cambio climático); no justificado para cuencas individuales.
FLOW 3D (Flow Science)
Costo: USD 10,000-50,000/año
Capacidades:
- Modelación 3D detallada (CFD: dinámica fluidos computacional)
- Flujos altamente complejos (cavitación, aireación, saltos hidráulicos)
- Interacción fluido-sólido (rotura presa)
- Exactitud: ±1-2% (mejor que HEC-RAS)
¿Cuándo usar?
✓ Rotura presa crítica (análisis riesgo)
✓ Vertedero complejo (tobogán, salto, cuenca disipación)
✓ Turbulencia local detallada
✓ Investigación académica
Para Perú: Solo proyectos críticos de USD 500M+; ROI negativo la mayoría casos.
3. Costos Reales: Desglose Completo
3.1 Estructura de Costos por Componente
Componente 1: Hardware/Infraestructura
| Componente | Costo | Nota |
|---|---|---|
| Computadora modelamiento | USD 1,500-3,000 | Workstation 8 GB RAM, procesador multi-core |
| Servidor datos/GIS | USD 2,000-5,000 | Optional; compartir en red |
| Software GIS (QGIS) | USD 0 | Gratuito |
| Licencias operating system | USD 500-1,000 | Windows 10 Professional |
| Subtotal | USD 4,000-9,000 |
Componente 2: Adquisición de Datos
| Dato | Costo | Explicación |
|---|---|---|
| DEM topografía | USD 500-2,000 | SRTM 30m gratuito; ALOS PALSAR 12.5m gratuito; LiDAR 1m = USD 500-2K |
| Cartografía base | USD 1,000-3,000 | Suelos (MINAGRI gratuito), uso suelo (Sentinel 10m gratuito), ajustes |
| Series meteorológicas | USD 1,000-3,000 | Procesamiento, quality control, interpolación |
| Levantamiento topografía ríos | USD 2,000-10,000 | GPS/RTK campo, perfiles transversales (depende accesibilidad) |
| Calibración estaciones | USD 1,000-3,000 | Verificación equipos, mantenimiento, datos históricos |
| Subtotal | USD 5,500-21,000 |
Componente 3: Desarrollo de Modelo
| Actividad | Costo | Tiempo |
|---|---|---|
| Ingeniero modelamiento | USD 24,000-40,000 | 8 meses @ USD 3K-5K/mes |
| Calibración/validación | USD 7,500-15,000 | 3 meses @ USD 2.5K-5K/mes |
| Análisis escenarios | USD 5,000-10,000 | 2 meses @ USD 2.5K-5K/mes |
| QA/QC (validación results) | USD 3,000-5,000 | 1 mes |
| Subtotal | USD 39,500-70,000 |
Componente 4: Licencias Software
| Software | Costo/Año | Total 3 Años |
|---|---|---|
| HEC-RAS | USD 0 | USD 0 |
| EPANET | USD 0 | USD 0 |
| QGIS | USD 0 | USD 0 |
| WaterCAD (opcional) | USD 3,000 | USD 9,000 |
| DELFT3D (opcional) | USD 10,000+ | USD 30,000+ |
| Subtotal | USD 0-13,000/año | USD 0-39,000 |
Componente 5: Capacitación
| Actividad | Costo | Nota |
|---|---|---|
| Cursos HEC-RAS | USD 500 | 40-60 horas |
| Cursos EPANET | USD 300 | 20-30 horas |
| Mentoría técnica | USD 5,000-10,000 | 100-200 horas @ USD 50-75/hora |
| Intercambio internacional | USD 2,000-5,000 | Visitas bureaus hidrológicos LAC |
| Subtotal | USD 7,800-15,800 |
3.2 Costo Total por Tipo Proyecto
Proyecto Pequeño (Microcuenca < 100 km²):
- Hardware + Datos + Desarrollo + Capacitación + Licencias gratuitas
- TOTAL: USD 26,000-45,000
- Timeline: 2-4 meses
- Aplicación: Estudio inundabilidad municipal pequeño
- Software: HEC-RAS + EPANET (gratuitos)
Proyecto Mediano (Cuenca 500-2,000 km²):
- Incluye calibración extensa, múltiples escenarios
- TOTAL: USD 55,000-85,000
- Timeline: 6-9 meses
- Aplicación: Diseño presa, planificación riego regional
- Software: HEC-RAS + EPANET + opcional WaterCAD
Proyecto Grande (Cuenca 5,000+ km²):
- Modelamiento espacial distribuido, múltiples submódulos
- TOTAL: USD 180,000-350,000
- Timeline: 12-18 meses
- Aplicación: Cuenca transnacional, adaptación cambio climático
- Software: DELFT3D, SPHY, múltiples modelos acoplados
Proyecto Multinacional (Región LAC):
- Consorcio instituciones, investigación, validación
- TOTAL: USD 500,000-2,000,000
- Timeline: 24-36 meses
- Aplicación: Sistema hídrico regional (ej. Cuencas Amazónicas)
- Software: Stack completo + investigación
4. ROI: ¿Cuándo Justifica la Inversión?
Análisis Costo-Beneficio
Caso 1: Diseño Represa (Típico Perú)
Escenario: Proyecto represa USD 800 millones, capacidad 2,000 Mm³
- Inversión modelamiento (HEC-RAS): USD 50,000
- Beneficio: Precisión hidrogramas crecida ↑ 25%
- Riesgo si NO modela: Sobrecosto diseño presa (10-20% inversión) = USD 80-160 millones
- ROI: 1,600:1 (USD 80M beneficio / USD 50K inversión)
Caso 2: Operación Agua Potable (Lima)
Escenario: Sistema SEDAPAL, 9M habitantes, demanda 2,000 L/s
- Inversión modelamiento (EPANET + WaterCAD): USD 150,000 inicial
- Beneficio anual: Optimización operacional (energía bombeo, eficiencia distribución) = USD 50-100M ahorrado en déficit/crisis
- ROI: 333:1 en 10 años
Caso 3: Evaluación Cambio Climático
Escenario: Cuenca andina, 2M habitantes dependientes, 30% agua es deshielo glaciar
- Inversión (SPHY + escenarios climáticos): USD 400,000
- Beneficio: Información decisional para adaptación infraestructura (vs colapso 2050 sin adaptación)
- Valor evitado: Insolvencia hídrica = USD 2-5 mil millones
- ROI: 5,000:1 (informativo; impacto sistémico)
5. Recomendaciones para Perú por Nivel Institucional
Nivel 1: Gobiernos Locales (Municipios)
Stack Recomendado:
- HEC-RAS (gratuito): modelamiento inundación local
- SWMM (gratuito): drenaje pluvial urbano
- QGIS (gratuito): preprocesamiento datos espaciales
- EPANET (gratuito): análisis agua potable
Inversión total: USD 30-50K (excluye licencias)
Timeline: 4-6 meses
Personal: 1-2 ingenieros + 1 técnico GIS
Beneficio: Identificar zonas inundables, optimizar drenaje, evaluar capacidad agua potable
Nivel 2: Operadores Agua Regional (ALA, Empresas)
Stack Recomendado:
- HEC-RAS + EPANET (gratuitos)
- WaterCAD (USD 10-15K/año) si volumen operacional > USD 100M
- QGIS + PostGIS: base datos geoespacial centralizada
Inversión total: USD 80-150K inicial + USD 10K/año
Timeline: 6-9 meses
Personal: 3-5 ingenieros dedicados
Beneficio: Diseño optimizado redes, operación eficiente, planificación largo plazo
Nivel 3: Ministerios (ANA, MIDAGRI, SENAMHI)
Stack Recomendado (Nacional):
- HEC-RAS (cuencas fluviales, represas)
- EPANET (operadores agua potable, riego)
- SPHY (cuencas andinas con glaciares)
- DELFT3D (Amazonía, estudios complejos)
- WEAP (planificación integrada recursos hídricos)
Inversión total: USD 1-2 millones (10 años)
Timeline: 12-24 meses fase 1
Personal: Equipos especializados por cuenca (~50-100 profesionales nacionales)
Beneficio: Capacidad nacional modelamiento, planificación adaptativa, resiliencia cambio climático
Nivel 4: Financiamiento Multilateral
Instituciones: BID, CAF, Banco Mundial, GCF (Green Climate Fund)
Líneas disponibles:
- BID: USD 2-5M/año por país (modelamiento agua)
- CAF: USD 1-3M fondos adaptación
- GCF: USD 5-20M proyectos clima-agua
Recomendación Perú: Movilizar USD 50-100M en 10 años para modelamiento nacional
6. Hoja de Ruta Implementación 2026-2035
Año 1-2 (2026-2027): Establecimientos Bases
Cuencas prioritarias (Top 3):
- Rímac (Lima): completar WRF-VIC operacional
- Mantaro (energía): primera implementación HEC-RAS + pronóstico operacional
- Chira-Piura (riego): mejorar sistema predicción 72 horas actual
Inversión: USD 200-300K por cuenca
Objetivo: Demostrar viabilidad, capacitar primer grupo 30-40 ingenieros
Año 3-5 (2027-2030): Expansión Regional
Cuencas adicionales (Top 5-10):
4. Santa (glaciares, Trujillo)
5. Urubamba (Cusco, glaciares)
6. Colca (Arequipa)
7. Amazonas (Loreto)
8. Etc.
Inversión: USD 100-200K por cuenca
Objetivo: 10 cuencas modeladas, capacidad institucional consolidada
Año 6-10 (2030-2035): Cobertura Nacional + Investigación
Todas cuencas prioritarias: >20 cuencas
Investigación avanzada: acoplamiento SPHY + cambio climático, respuesta RCP 8.5
Integración sistemas: WEAP nivel nacional, nexo agua-energía-alimentos
Inversión: USD 50-100K por cuenca restante
Objetivo: Visión integrada seguridad hídrica nacional 2050
La decisión crítica para Perú es simple:
Usar software gratuito (HEC-RAS + EPANET + SPHY) vs propietario (WaterCAD + DELFT3D) depende ROI proyecto:
- ROI > 100:1 (cualquier represa USD 500M+) → gratuito suficiente
- ROI < 10:1 (proyecto pequeño municipal) → gratuito es única opción viable
- ROI 10-100:1 (operador grande, USD 100-500M inversión) → considerar propietario, pero no esencial
Stack recomendado nacional:
- Año 1: HEC-RAS + EPANET (USD 0 licencias)
- Año 2-3: Añadir SPHY para cuencas glaciares
- Año 5+: Considerar propietarios solo si ROI > 20:1 proyecto específico
Costo inversión total viable: USD 50-100M en 10 años
Beneficio esperado: USD 5-20 mil millones (evitar inacción + optimización)
Multiplicador: 50-400:1 (típico proyectos agua global)
Perú debe actuar ahora. Cada año de demora aumenta riesgo colapso hídrico. El software existe, gratuito. Falta institucionalizar su uso.