Modelización Hidrológica e Hidráulica Con Rs Minerve

SEMINARIO DE FORMACIÓN EN MODELIZACIÓN HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA CON RS MINERVE

Proyecto aplicado: Estudio de la cuenca Atienza

Seminario de formación en modelización hidrológica e hidráulica con RS MINERVE

DESCRIPCIÓN Debido a los déficits hídricos que ha venido sufriendo en los últimos años y a los costes que le supone importar la energía para su abastecimiento, un Parque industrial ha encargado el pre-estudio de construcción de un nuevo complejo hidroeléctrico ubicado en un río próximo que le ayude a abastecerse en agua potable y en electricidad. El Parque industrial quiere saber qué niveles de déficit de agua se esperan en los próximos años, si la construcción del complejo se justifica económicamente y en cuántos años se podrá amortizar (los beneficios derivados de su construcción superan la inversión inicial) dicho complejo.

Situación actual Cuenca vertiente Mato El complejo hidroélectrico se va a ubicar en la cuenca del río Atienza, un afluente del río 2 Mato. La cuenca tiene una superficie aproximada de 84 km  y se divide en 3 subcuencas SC1, SC2 y SC3. El río Atienza nace en la confluencia de las subcuencas SC1 y SC2, y discurre por la subcuenca SC3 hasta desembocar en el río principal Mato (Figura 1). 1). Se dispone de los datos de temperatura y precipitación registrados por 2 estaciones meteorológicas que se encuentran próximas a la cuenca de estudio. Se dispone además de los datos de caudales de una estación de aforo situada en la desembocadura del río Atienza al río Mato.

Parque industrial El Parque industrial se emplaza próximo a la cuenca y toma el agua del río Atienza para su abastecimiento en agua potable. La toma se encuentra justo aguas abajo de la estación de aforo, antes del reintegro del río Atienza al río Mato. 3

La demanda de agua del Parque Industrial es constante y de valor 1.2 m /s. Cuando el abastecimiento por el río Atienza no es suficiente (es decir se producen déficits), el Parque tiene que importar la cantidad de agua que le falta de otras cuencas, a un coste de 0.075 3 €/m . Por otro lado, su consumo energético medio es de 1’000  kWh/día. Por el momento, el suministro eléctrico al Parque se realiza desde una central lejana con un coste de importación de energía de 0.065 €/kWh.

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Proyecto aplicado

Estación meteo mete o1

Río Atienza (afluente) Estación aforo

Parque industrial

SC3

SC1

SC2

Estación meteo mete o2 Río Mato (principal)

Figura 1 Cuenca de estudio y ubicación del punto de toma de agua en el río Tornero.

Proyecto de construcción Para producir energía para el Parque industrial y disponer de una reserva de agua potable, se contemplan 2 proyectos de construcción, entre los cuales el alumno deberá elegir y analizar únicamente uno.  Proyecto 1: presa+mini-central hidroeléctrica en la desembocadura del

río Atienza Consiste en la construcción de una presa con una mini-central hidroeléctrica al pie de la presa. EL conjunto se ubica en la desembocadura del río Atienza al Mato (Figura 2). 2). El agua utilizada por la mini-central sale de la cuenca Atienza y se reintegra directamente al río Mato. El abastecimiento de agua potable al Parque industrial se realiza tomando las aguas del embalse formado por la presa, mientras que la energía generada en la central suministra la electricidad requerida por el Parque. Cuando la demanda de energía y/o de agua no se pueda satisfacer mediante este complejo hidroeléctrico, se importará el restante como actualmente desde otros puntos y al coste 3 indicado en el enunciado (0.075 (0.07 5 €/m  de agua, y 0.065 €/kWh). €/kWh). Tanto la presa como la min-central hidroeléctrica son propiedad del Parque industrial. Cuando la producción de la mini-central sobrepasa la demanda energética del Parque, la electricidad sobrante se vende a otros puntos de consumo a 0.065 0.06 5 €/kWh. El agua restante no consumida ni por la central ni por el e l Parque industrial se reintegra al río Mato. Sus principales características se indican en la  Tabla 1. 3

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Presa + Central hidroeléctrica

Parque industrial

Río Mato (principal)

Figura 2 Descripción del Proyecto 1. 1.

PROYECTO 1 Presa

Ubicación: Al tura: Aliviadero:

Desembocadura del río Atienza al Mato

25 m  Archivo "Aliviaderos.xlsx" 

Embalse

Curva característica:  Archivo "Embalses.xlsx"  25 Hm3

Capaci dad: Al tura i ni ci al agua:

2516 m s.n.m.

Mini-central hidroeléctrica

Ubicación: Zcentral L D K

Desembocadura del río Atienza al Mato

ν

Def aul t Pri ce Efi ci enci a Qturbi nado

2493 m s.n.m. 20 m 3m 0.0003 m 0.0000015 m2/s 0.065  €/KWh 100% 0.5 m3/s

Coste de constr construcción ucción

Presa Mi ni -central TOTAL

12'000'000  € 3'000'000  € 15'000'000  €

1. Tabla 1 Principales características del Proyecto 1.

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Proyecto aplicado

 Proyecto 2: presa en la confluencia de las subcuencas SC1 y SC2, y

central hidroeléctrica en la desembocadura del río Atienza Consiste en la construcción de una presa en la confluencia de las subcuencas SC1 y SC2. Además, se prevé la construcción de una central hidroeléctrica ubicada en la desembocadura del río Atienza al río Mato que funciona turbinando el agua almacenada en el embalse formado por la presa (Figura 3). 3). El agua utilizada por la central sale de la cuenca Atienza y se reintegra directamente al río Mato. Como antes, la demanda de agua potable del Parque industrial se satisface utilizando el almacenamiento en el embalse, y la demanda energética se satisface con la energía generada en la central. Cuando la demanda de energía y/o de agua no se pueda suministrar mediante este complejo hidroeléctrico, se suministrará como actualmente mediante importación de otros puntos y al 3 coste indicado en el enunciado (0.075 (0.07 5 €/m  de agua, y 0.065 €/kWh). €/kWh). Tanto la presa como la central hidroeléctrica son propiedad del Parque industrial. Cuando la producción de la central sobrepasa la demanda energética del Parque, la electricidad sobrante se vende a otros puntos de consumo a 0.065 0.06 5 €/kWh. El agua restante no consumida ni por la central ni por el Parque industrial se reintegra al río Mato. Sus principales características se indican en la  Tabla 2.

Central hidroeléctrica

Parque industrial

Presa

Río Mato (principal)

Figura 3 Descripción del Proyecto 2. 2.

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PROYECTO 2 Presa

Ubicación: Al tura: Aliviadero:

Confluencia subcuencas SC1 y SC2

60 m  Archivo "Aliviaderos.xlsx" 

Embalse

Curva característica:  Archivo "Embalses.xlsx"  60 Hm3

Capaci dad: Al tura i ni ci al agua:

2870 m s.n.m.

Mini-central hidroeléctrica

Ubicación: Zcentral L D K

Desembocadura del río Atienza al Mato

ν

Def aul t Pri ce Efi ci enci a Qturbi nado

2493 m s.n.m. 4600 m 1.5 m 0.00035 m 0.0000015 m2/s 0.065  €/KWh 70% 0.65 m3/s

Coste de constr construcción ucción

Presa Central TOTAL

36'000'000  € 6'000'000  € 42'000'000  € Tabla 2 Principales características del Proyecto 2. 2.

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Proyecto aplicado

ACTIVIDADES A REALIZAR A partir de los datos disponibles y de la descripción de la cuenca, evalúe la satisfacción actual de las demandas (hídricas y energéticas) del Parque industrial y justifique la implementación del Proyecto elegido. Desarrolle para ello los siguientes puntos.

A. Situación actual 1. Creación de una base de datos hidrometeorológicos Utilice los datos registrados de temperatura, precipitación y caudal en las estaciones de medida para crear una base de datos en RS MINERVE. 2. Construcción de un modelo hidrológico para el estado actual de la cuenca (sin infraestructuras hidráulicas) Utilice la delimitación de la cuenca del Atienza, los datos hidrometeorológicos y las informaciones del enunciado para elaborar un modelo hidrológico completo del estado actual de la cuenca (sin ningún Proyecto implementado). 3. Calibración del modelo Realice la calibración del modelo construido utilizando los datos de caudales aforados en la toma de agua. Tome un periodo de calibración de 1 año (por ejemplo del 01.09.2004 al 31.08.2005), y utilice el resto del periodo de registro para la fase de validación. Básese en los ejercicios del 1 curso para definir los parámetros a calibrar y los indicadores de eficiencia . Analice y valide los resultados obtenidos (indicadores de eficiencia, sensibilidad del modelo, importancia de los parámetros, etc.).

B. Proyecto de construcción (situación futura) 4. Modelización del proyecto propuesto para el futuro Partiendo del modelo hidrológico construido y calibrado previamente con RS MINERVE, utilice los datos del proyecto de construcción elegido y las previsiones de precipitación y temperatura para los próximos 50 años y elabore los siguientes modelos: -

Modelo hidrológico de la cuenca sin ninguna medida implementada, para los próximos 50 años.

1

Tenga en cuenta que la duración de la calibración depende del tamaño del modelo y del número de parámetros a calibrar.

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-

Modelo hidrológico de la cuenca habiendo implementado el Proyecto elegido, para los próximos 50 años. 5. Justificación del proyecto adoptado

Se pide justificar de forma razonada la implementación del proyecto elegido. Para ello evalúe, tanto en el caso SIN medidas como en el caso del PROYECTO  elegido, lo siguiente: a. Los déficits de demandas energéticas y de agua potable entre 2014 y 2064, y el coste en € que suponen al Parque industrial. 2

b. Comparación de los costes netos (los costes totales  menos los beneficios por la venta de electricidad) entre el caso SIN medidas y el caso del PROYECTO . c. Una estimación de cuándo la inversión económica del PROYECTO  se amortizará (es decir, a partir de qué año los costes netos en el caso SIN medidas serán mayores que los costes netos habiendo implementado el PROYECTO ).

2

 Costes totales=costes de construcción + costes por importación de agua y/o electricidad debido a los déficits.

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Proyecto aplicado

DATOS DISPONIBLES Se dispone de un estudio que prevé las precipitaciones y temperaturas en las 2 estaciones meteorológicas para los próximos 50 años (2014-2064). En la Tabla la Tabla 3 se presentan los archivos necesarios para el desarrollo del ejercicio. Tabla 3. Lista de a rchivos disponibles para la elaboración de los mode los hidrológicos

Nombre del archivo

Ubicación

De scripción Registro de datos meteorológicos horarios de precipitación (mm/h) y temperatura (°C) de las 2 estaciones de l a cuenca. - Fecha inicial: 01.09.2004 a las 00:00 - Fecha final : 01.09.2014 01.09.2014 a las 00:00 00:00 Datos horarios horarios de cuadales en l a estación de aforo. - Fecha inicial: ini cial: 01.09.2004 a las 00:00 - Fecha final : 01.09.2014 01.09.2014 a las 00:00 00:00 Previsión de precipitación (mm/h) y temperatura (°C) en l as 2 estaciones de la cuenca para los próximos 50 años. - Fecha inicial: 01.09.2014 a las 00:00 - Fecha final : 31.12.2064 31.12.2064 a las 23:00 23:00

Datos_meteo.xlsx

Dossier para los participantes\Proyecto aplicado\Datos\Datos_meteo

Datos_hidro.xlsx

Dossier para los participantes\Proyecto aplicado\Datos\Datos_hidro

Datos_meteo_prevision.xlsx

Dossier para los participantes\Proyecto aplicado\Datos\Datos_meteo

Subcuencas.shp

Dossier para los participantes\Proyecto aplicado\Datos\Subcuencas

Shapefil e de l as 3 subcuencas subcuencas SC1, SC2 y SC3 con información de su su área A, su pendiente media J0 y sus centros de gravedad ( Xcdg, Ycdg, Zcdg).

Río Atienza.shp

Dossier para los participantes\Proyecto aplicado\Datos\Río aplicado\Datos\Río Atie nza

Shapefile del río Atienza (desde la confluencia de las subcuencas SC1 y SC2 hasta la desembocadura al río Mato) con información de su longitud L, su pendi ente J0 y su anchura B0. B0.

Dossier para los participantes\Proyecto aplicado\Datos

Archivo de tex to con las coordenadas meteorológicas que se encuentran en la cuenca: - Estacion Est acion 1 (192'905 (192'905 ; 8'981'880 ; 3'566) 3'566) - Estacion Est acion 2 (204'388 (204'388 ; 8'972'482 ; 2'978) 2'978)

Estaciones meteorologicas.txt

Aliviaderos.xlsx

Embalses.xlsx

Dossier para los participantes\Proyecto aplicado\Datos\Infraestructuras hidráulicas Dossier para los participantes\Proyecto aplicado\Datos\Infraestructuras hidráulicas

Curvas de desagüe de los aliviaderos de las presas consideradas en el Proyecto 1 y en el Proyecto 2. Curvas característica característicass de los e mbalses considerados en el Proyecto 1 y en el Proyecto 2.

Otros datos 

Settings: Method Interpolation: Shepard



Settings: Evapotranspiration data: Turc con latitud 46° y longitud 8°



Simulation time step: 1 hora



Recording time step: 1 hora

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