Obras de Regulacion y Almacenamiento'
October 9, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Obras Hidráulicas
Capítulo II Obras de Regulación y Almacenamiento
Capítulo II
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Obras de regulación y almacenamiento
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Capítulo II Obras de regulación y almacenamiento
2.1 Obras de almacenamiento Introducción y Justificación de su uso Las ob Las obra ras s de alma almace cena nami mien ento to ca capt ptan an el fl fluj ujo o su supe perf rfic icia iall y lo al alma mace cena nan n temporalmente para descargarlo acia aguas abajo durante tiempos más prolongados disminuyendo los caudales má!imos en relación a los "ue pro#ocaría la tormenta sin ellas$ Las La s ob obra ras s de alma almace cena nami mien ento to ca capt ptan an el fl fluj ujo o su supe perf rfic icia iall y lo al alma mace cena nan n temporalmente para descargarlo acia aguas abajo durante tiempos más prolongados disminuyendo los caudales má!imos en relación a los "ue pro#ocaría la tormenta sin ellas$ %on muy efecti#as en lograr reducir los gastos má!imos pero no tiene efecto sobre el #olumen total de escorrentía& ya "ue sólo la postergan temporalmente$ %e recomienda emplearlas cuando no se dispone de capacidad de infiltración en el suelo& o cuando los #ol'menes de regulación necesarios son importantes$ (e"uieren de aguas relati#amente limpias para e#itar la acumulación de basuras y su des descom compos posici ición ón mie mientr ntras as el agu agua a est está á alm almace acenad nada$ a$ )de )demá más s nec necesi esitan tan esp espaci acios os generosos$ %i se considera en t*rminos estrictos prácticamente todas las obras alternati#as necesitan un cierto #olumen de almacenamiento$ %e denominan entonces como obras de almacenamiento las "ue sólo act'an de esta forma& sin capacidad de infiltración de las aguas "ue reciben$ +resentan como #entaja su gran efecti#idad en reducir los caudales má!imos y la posibilidad de emplearlas para otros fines& especialmente recreati#os$ Como des#entaja están las necesidades de espacio$ ,stas obras pueden operar en serie idráulica con otras obras alternati#as& como es el caso de obras de infiltración& o canales de drenaje urbano$ -e es esta ta man manera era pu puede eden n em emple plears arse e co como mo ele eleme mento ntos s de alm almace acenam namien iento to par para a alimentar con caudales reducidos obras de infiltración como .anjas& po.os o estan"ues de infiltr inf iltraci ación& ón&los e#i e#itan tando do "ue "uereciben est estos os a dis dispo ponga ngan npueden de gra grande ndes s #o #ol'm l'mene enes s de ret retenc ención ión par para a acomodar gastos los "ue infiltrar$
Estanques de retención Los estan"ue estan"ues s de ret retenc ención ión se dis dise/a e/an n de ma maner nera a "ue se #ac #acíen íen tot totalm alment ente e despu*s de un periodo relati#amente corto una #e. "ue pasa la tormenta y por lo tanto la mayor parte del tiempo se encuentran #acíos o secos$ ,l objeti#o fundamental de estos estan"ues es reducir los caudales má!imos acia aguas abajo$
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Frente a los cinco objeti#os básicos propuestos para las obras alternati#as de drenaje urbano el comportamiento de los estan"ues de retención es el siguiente0 1$ -isminuyen el caudal má!imo 2$ +ermiten otros usos alternati#os 3$ 4ejoran la calidad del efluente ,stos estan"ues están formados por una serie de elementos básicos cuya disposición general se ilustra en la Figura 5$3$1$2$
Figura 5$3$1$20 ,s"uema de los elementos principales de un estan"ue de regulación$ r egulación$ 1$6 ,ntrada& 2$6 -isipador de energía 7opcional8& 3$6 %edimentador 7opcional8& 5$6 9ona compatible con otros usos& :$6 Canal de flujos bajos, bajos , 6.-.ona 6.-.ona inferior& ;$ Obra de descarga& > pa part rtic icul ular arme ment nte e en la las s .o .ona nas s ár árid idas as y semiáridas& donde la disponibilidad del agua es crítica por la baja precipitación plu#ial$ %e enfoca principalmente el problema de los pe"ue/os almacenamientos por medio de la construcción de bordos de tierra compactada& o bien de pe"ue/os di"ues de mampostería$ La justificación de un pe"ue/o proyecto0 "ueda establecida por tres criterios de singular importancia "ue son0 18 altura del di"ue de contención& 28 almacenamiento posible y 38 economía de la obra$ La altura del di"ue es importante por"ue se a encontrado "ue se puede construir un bordo de tierra compactada de sección omog*nea asta de 12 metros de altura con sección económica Con respecto al almacenamiento& se tiene la e!periencia de "ue #ol'menes entre 1??&??? y 2:?& ??? m 3& permiten un fácil manejo por parte de los usuarios& ya "ue no se re"uieren grandes canales de conducción y a su #e.& pueden eliminarse conducciones muy largas$ Diseño 1$ Cortina0 +ara pe"ue/os almacenamientos& se emplean preferentemente cortinas de tierra compactada& por su relati#o bajo costo& abundancia de materiales a distancias cortas de acarreo& fle!ibilidad estructural& empleo de mínimo e"uipo de construcción& fácil conser#ación& etc$
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Cuando las condiciones topográficas& geológicas& geológicas& idrológicas& no lo permitan o las limitaciones de materiales agan proibiti#o el empleo de una cortina de tierra& podrá recurrirse a las secciones de tipo mi!to& formadas por un cora.ón impermeable de tierra y espaldones de enrocamiento& o bien& secciones de gra#edad a base de mampostería o concreto$ )mbos casos "uedarán "uedarán sujetos a la e!iste e!istencia ncia de los materiales nec necesarios esarios y a estudios más se#eros& bajo la super#isión de los departamentos t*cnicos respecti#os$
+erfiles de bordos de almacenamiento de secciones recomendadas
+erspecti#a de un bordo de almacenamiento
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2. Obra de ecedencias. @eniendo en cuenta "ue las fallas ocurridas mundialmente en presas de tierra se an debido de manera especial a la insuficiencia del #ertedor de demasí dem asías& as& se ten tendrá drá esp especi ecial al cui cuidad dado o en su dis dise/o e/o&& bas basand ando o los cál cálcul culos os en dat datos os obtenidos de la a#enida má!ima obser#ada$ La estructura "ueda anclada al terreno natural& alojándose en cual"uiera de las laderas o en un puerto natural& pero jamás en el cuerpo de la cortina$
Ae Aertedor rtedor tipo la#adero en bordo de almacenamiento$
!. Obra de toma" ,l co cond nduc ucto to de la ob obra ra se in inic icia iará rá en un mu muro ro de ca cabe be.a .a&& es este te&& generalmente de mampostería& cimentado sobre terreno firme$ ,l paramento aguas arriba será #ertical& los laterales y el de aguas abajo serán inclinados y deberán garanti.ar su estabilidad$ La operación de la torna se ará por medio de una compuerta desli.ante accionada por un mecanismo ele#ador& ele#ador& el cual se instalará sobre una m*nsula de concreto refor.ado anclada al muro de cabe.a& o bien& sobre #iguetas empotradas en la mampostería del mismo muro$ 5$ 5$ #anales. #anales. %e calcularán siempre por medio de la fórmula de 4anning deben proyectarse con un gasto proporcional al área de riego "ue #ayan a ser#ir> siendo pe"ue/as en general re"uieren un caudal unitario de 3 l$p$s$Ba$ Las condiciones geom*tricas se ajustarán en lo posible& a secciones tipo& de fácil construcción$ Los canales de riego se proyectarán de modo "ue la superficie libre de agua "uede ?$2? m por encima del ni#el natural del terreno& con bordos de protección en ambas márgenes& tratando de obtener una sección compensada& o la sección tipo "ue más se acer"ue a ella$
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:$ Obras :$ Obras de deri$ación. ,l dise/o empie.a por la determinación del caudal "ue es necesario deri#ar ya sea para riego o para alimentación de #asos de almacenamiento$ ,n el primer caso& será el resultado de considerar a todos los factores agrológicos "ue inter#ienen> en el segundo& el gasto se fijará en proporción a la capacidad del depósito& teniendo en cuenta las condiciones idrológicas de la región$ La etapa siguiente& consiste en proyectar la bocatoma "ue puede ser en general uno o #arios orificios0 o un #ertedor #ertedor$$ %us dimensiones se determinan& en el primer caso aplicando la formula de orificios& considerando la carga "ue propicia el gasto& igual al desni#el entre el espejo del agua& a la entrada y a la salida del orificio> este ultimo a su #e. "ueda definido por el tirante en el canal& "ue siempre será mayor "ue el orificio& ori ficio& con objeto de pro#ocar aogamiento "ue impida turbulencia$ ,s necesario además& proyectar un desarenador desarenador&& "ue in#ariablemente tendrá su eje normal al de la toma& y con una ele#ación de la plantilla frente a la bocatoma "ue será cuando menos ? cm más baja "ue la ele#ación de la parte inferior del conducto de la toma$ Con objeto de "ue los sedimentos se depositen en el canal desarenador frente a la toma& debe darse un área de paso apropiada> *sta se determina di#idiendo el gasto má!imo de e!tracción por la toma& entre una #elocidad comprendida de ?$3 a ?$$ Cuando la finalidad de la obra sea la de deri#ar aguas de una cuenca acia otra& deberán proyectarse orificios libres& sin compuertas en condiciones tales& "ue permitan la entrada del agua al canal en cual"uier momento en "ue se produ.ca una a#enida$ ,n el caso en "ue los #ol'menes de acarreos sean considerables& será con#eniente preferir una bocatoma de tipo #ertedor$
Obra de @oma en Dordo de almacenamiento
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2.2 Embalses 2.2.% Introducción ,l ombre a construido embalses desde antiguo& pero no a sido asta muy recientemente cuando este tipo de construcciones a tenido un auge considerable$ La creciente demanda de agua y energía idroel*ctrica& así como las m'ltiples aplicaciones adicionales de los embalses a impulsado considerablemente su construcción$ ,n el mundo actual& las represas destinadas a producir energía idroel*ctrica son las "ue resaltan más por ser ser las de mayor tama/o$ ,stas represas ca cada da #e. más altas y ancas& an permitido almacenar una cantidad cada #e. mayor de agua Los Lo s emb embals alses es son est estruc ructur turas as de co const nstruc rucció ción n de muca muca uti utilid lidad& ad& ya "ue son usados en campos como el riego& el apro#ecamiento y generación de energía& el control de inundaciones& la na#egación& la pesca& control de sedimentos& y la recreación$ Un emb embals alse e o rep repres resa a es una acumu acumulac lación ión artifi artificia ciall de ag agua ua "ue tiene como particularidad poder ser parcial yBo totalmente #aciado por gra#edad o por aspiración$ %eg'n %eg' n su origen se clas clasifican ifican en nat naturale urales s o artificial artificiales$ es$ Un embal embalse se de origen natural 7como un #alle inundado8 se lo puede clasificar de acuerdo con su tama/o& su profundidad& su llocali.ación ocali.ación geográfica como0 Lago Carca Laguna ,stan"ue$ %i e es s d de e or orig igen en ar arti tifi fici cial al pu pued ede e se serr ca ca#a #ado do en el su suel elo o 7p 7por or ej ejem empl plo& o& en la las s gr gra# a#as as8& 8& o se ser r consec con secuen uencia cias s de un una a rep repres resa a en tie tierra rra 7es 7estan tan"u "ue e de pis piscic cicult ultura ura&& por eje ejempl mplo8& o8& de piedras y de ormigón 7por ejemplo& las grandes represas8$
2.2.2 Definición -esde el punto de #ista de riego& emos definido embalse como un lago artificial construido para almacenar agua durante la estación llu#iosa y para distribuirla durante la estación seca$ +ara la mayoría de los países del mundo& *sta es una condición general impuesta por el clima$ clima$ Nue Nuestr stras as llu#ia llu#ias& s& sal sal#o #o con contad tadas as áre áreas& as& est están án conce concentr ntrada adas s dur durant ante e un period per iodo o de cinco o sei seis s mes meses& es& "ue llama llamamos mos in# in#iern ierno& o& sie siendo ndo muy esca escasa sa o nul nulas as durante el resto del a/o> entonces esa mala distribución del agua de llu#ia nos obliga a almacenar almac enarla la mediante la constru construcción cción de embals embalses$ es$ Los embals embalses es pueden alma almacena cenar r agua y tiene mucos usos no menos importantes como son0 ,n (ie (iego> go> uso usos s dom dom*st *stico icos s e ind indust ustria riales les&& obt obteni eni*n *ndos dose e co como mo ben benefi eficio cio>> Incremento de la producción agropecuaria$ %uministro de agua para uso de las poblaciones y de las industrias$ ,n control de inundacion iones> +re#enció ión n de da/os causados por desbordamiento durante la creciente& en defensa de las poblaciones y áreas culti#adas o industriales$ Eene Ee nera raci ción ón de ,n ,ner ergí gía> a> prot protec ecci ción ón y su sumi mini nist stro ro de en ener ergí gía a pa para ra us usos os dom*sticos e industriales$
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Na#egación> facilidades de trans transporte porte por #ía flu#ial& permitiendo la na#egación entre poblaciones$ Control de sedimentos> pe"ue/os embalses para control de sedimentos a otros embalses o a corrientes de agua$ Control de erosión$ (ecreación> aumento de bienestar de la población$ 4ejora 4ej oramie miento nto de la pis piscic cicult ultura ura par para a uso usos s ind indust ustria riales les$$ 4ej 4ejora oramie miento nto de la ecología #egetal y animal$
2.2.! Justificación de su uso Los proyectos de las represas grandes causan cambios ambientales irre#ersibles en un área geográfica grande& y& por lo tanto& tienen el potencial para causar impactos importantes$ Ha aumentado la crítica a estos proyectos durante la 'ltima d*cada$ Los críticos más se#eros reclaman "ue& como los beneficios #alen menos "ue los costos sociales& ambientales y económicos& es injustificable construir represas grandes$ Otros sostienen "ue se puede& en algunos casos& e#itar o reducir los costos ambientales y sociales a un ni#el aceptable& al e#aluar cuida cu idados dosame amente nte los pro proble blemas mas potencia pote nciales les y la imple implement mentación ación de las medidas correcti#as$ ,l ár área ea de infl influe uenc ncia ia de una un a rep repres resa a se e!t e!tien iende de des desde de los límites superiores de captación del reser#orio asta el estero& la costa y el mar$ Incluye la cuenca idrográfica y el #alle del río aguas abajo de la represa$ %i bien e!ist isten efectos ambi am bien enta tale les s dire direct ctos os de la construcción de una represa 7por ejemplo& problemas con el pol#o& la erosi rosión ón&& el mo#imi #imie ento nto de tierras8& los impactos mayores pro#ienen del en#ase del agua& la inundación de la tierra para formar el reser#orio y la alteración del caudal del agua& más abajo$ ,stos efectos tienen impactos directos para los suelos& la #egetación& la fauna y las tierras sil#estres& la pesca& el clima& y& especialmente& para las poblaciones umanas del área$ Los efectos efectos ind indirec irectos tos de la rep repres resa& a& "ue "ue&& a #ec #eces& es& puede pueden n ser peore peores s "ue los directos& se relacionan con la construcción& mantenimiento y funcionamiento de la misma 7por 7por ej ejem empl plo& o& lo los s ca cami mino nos s de ac acce ceso so&& ca camp mpam amen ento tos s de co cons nstr truc ucci ción ón&& lín línea eas s de transmisión de la electricidad8 y el desarrollo de las acti#idades agrícolas& industriales o municipales& fomentadas por la represa$
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)demás de los efectos ambientales directos e indirectos de la construcción de la repres rep resa& a& deb deberá erán n ser con consid sidera erados dos los efe efecto ctos s "ue el medio medio ambien ambiente te pro produc duce e en la represa$ Los principales factores ambientales "ue afectan el funcionamiento y la #ida de la represa son causados por el uso de la tierra& el agua y los otros recursos del área de captación encima del reser#orio 7por ejemplo la agricultura& la coloni.ación& el desbroce del bos"ue8 y *ste puede causar mayor acumulación de limos y cambios en la calidad del agua del reser#orio y del río& aguas abajo$ Los beneficios de un embalse son0 se controlan las inundaciones y se pro#ee un afluente de agua más confiable y de más alta calidad para el riego& y el uso dom*sticos e industrial$ )demás& las represas pueden crear alternati#as para las acti#idades "ue tienen el potencial para causar impactos negati#os mayores$ La en ener ergí gía a idr idroe oel* l*ct ctric rica& a& po porr ejem ejempl plo& o& es un una a al alte tern rnat ati# i#a a pa para ra la en ener ergí gía a termoel*ctrica a base del carbón& o la energía nuclear$ La intensificación de la agricultura& localmente& a tra#*s del riego& puede reducir la presión sobre los bos"ues& los ábitats intactos de la fauna& y las otras áreas "ue no sean idóneas i dóneas para la agricultura$ )s )sim imis ismo mo&& las las repr repres esas as pu pued eden en cr crea earr un una a in indu dust stria ria de pe pesc sca& a& y fa faci cili lita tarr la producción agrícola en el área& aguas abajo del reser#orio& "ue& en algunos casos& puede más "ue compe compensa nsarr las p*r p*rdid didas as suf sufrid ridas as en est estos os se secto ctores res&& com como o res result ultado ado de su construcción$
2.2.& Efectos 'ociales 4uy a menudo& la gente de ciudad& los intereses agrícolas y las personas "ue #i#en lejos& disfrutan de los beneficios de las represas& pero los "ue soportan la mayor parte de los costos ambientales y sociales& se benefician en un grado menor& o no se benefician& a saber0 los abitantes del área inundada por el reser#orio& y los "ue #i#en en los terrenos alu#iales$ )l llenar el reser#orio& se produce el despla.amiento in#oluntario de cientos de miles de personas 7en algunos proyectos8& re"uiriendo un reajuste social profundo& no solamente de parte de ello& sino tambi*n& de la gente ya establecida en las áreas de reasentamiento 7#er la sección -espla.amiento in#oluntario8$ +ara las personas "ue permanecen en la cuenca del río& a menudo se restringe el acceso al agua& la tierra y los recursos bióticos$ %e interrumpe la pesca artesanal y la agricultura 7tipo de los de terrenos el caudal y tradicional la reducción en recesión8 el asentamiento linos$ alu#iales& a causa de los cambios en Los Lo s ter terren renos os alu alu#ia #iales les de muc mucos os río ríos s tro tropic picale ales s son áre áreas as eno enorme rmes s de gra gran n importancia para la población umana y la de los animales> al reducirse los terrenos alu#iales& debe aber un cambio en el uso de la tierra& si no las poblaciones se #erán obligadas a cambiarse de sitio$ ) menudo& se aumentan las enfermedades relacionadas con el agua de otras personas al área& es decir& los trabajadores de la construcción& los jornaleros temporales para la agricultura y otras acti#idades inducidas por la represa& y los campesinos "ue apro#ecan el mayor acceso al área gracias a los caminos& líneas de transmisión o mejor transporte flu#ial$
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Las consecuencias son0 problemas de la salud& agobiamiento de los ser#icios p'bli p' blicos cos&& com compet petenc encia ia por los rec recurs ursos& os& con confli flicto ctos s soc social iales es e imp impact actos os amb ambien iental tales es negati#os para la cuenca& el reser#orio y el #alle del río aguas abajo$
2.2.( Efectos )idroló*icos )l represar un río río y cre crear ar una lagu laguna& na&cambios se cam cambia bia profu profunda ndame mente nteflujo& la idrología idrología y limnología limnología del sistema flu#ial$ %e producen dramáticos en el la calidad& cantidad y uso del agua& los organismos bióticos bióticos y y la sedimentación de la cuenca del río río$$ La descomposición de la materia orgánica 7por ejemplo& los árboles8& de las tierras inundada inun dadas s enri enri"uece "uece los alime alimentos ntos del reser# reser#orio$ orio$ Los fertili fertili.ante .antes s empl empleado eados s agua aguas s arriba se suman a los alimentos "ue se acumulan y se reciclan en el reser#orio$ ,sto soporta no solamente la pesca& sino tambi*n el crecimiento de las ierbas acuáticas& como nen'fares nen'fares y y jacintos jacintos de agua agua$$ Las esteras de ierbas y algas pueden constituir molestias costosas& si obstruyen las salidas de la represa y los canales de riego& destruyen la pesca& limitan la recreación& aume au ment ntan an lo los s co cost stos os de tr trat atam amie ient nto o de dell ag agua ua&& im impi pide den n la na na#e #ega gaci ción ón y au aume ment ntan an sustancialmente las p*rdidas de agua a causa de la transpiración$ %i el terreno inundado& tiene mucos árboles y no se limpia adecuadamente antes de inundarlo& la descomposición de esta #egetación agotará los ni#eles de o!ígeno en el agua$ ,sto afecta la #ida acuática& y puede causar grandes p*rdidas de pescado$ Los pr prod oduc ucto tos s de la descomposición anaeróbica incl incluy uyen en el sulfuro de idrógeno idrógeno&& "ue es noci#o para los organismos acuáticos y corroe las turbinas de la represa& y el metano metano&& "ue es un gas de in#ernadero in#ernadero$$ ,l dió!ido de carbono carbono&& el gas principal "ue se produce& tambi*n e!acerba los riesgos de in#ernadero$ Las partículas suspendidas "ue trae el río se asientan en el reser#orio& limitando su capacidad de almacenamiento y su #ida 'til& pri#ando el río de los sedimentos& aguas abajo$ 4ucas áreas agrícolas de los terrenos alu#iales an dependido siempre de los limos ricos en alimentos para sostener su producti#idad$ Como el sedimento ya no se depos de posita ita&& agu aguas as ab abajo ajo&& en el ter terren reno o alu alu#ia #ial& l& est esta a p*r p*rdid dida a de ali alimen mentos tos deb deberá erá ser compensada mediante insumos de fertili.antes& para mantener la producti#idad agrícola$ La liberación de las aguas libres de sedimentos& relati#amente& puede la#ar los lecos& aguas abajo$ %in embargo& la sedimentación del reser#orio produce agua de más alta calidad para riego& yiona consumo y ios umano$ Los Lo s ef efec ecto tos s ad adic icio nale les s deindustrial los los ca camb mbio s en la idrología idrología de la cuenca del río& incluyen #ariaciones en el ni#el freático freático&& aguas arriba y abajo del reser#orio& y problemas de salini.ación> estos tienen impactos ambientales directos y afectan a los usuarios aguas abajo$
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2.2.6 Estructuras que conforman los embalses @odo embalse consta de las siguientes estructuras bás básicas0 icas0 la presa& el ali#iadero y las obras de toma$ La presa& di"ue o represa& es la estructura de retención de las aguas y resiste un empuje$ -ebe ser por lo tanto& impermeable y estable& conjuntamente con su fundación y sus estribos$ ,l ali#iadero o estructura de ali#io o descarga de los e!cedentes "ue llegan al embalse& los cuales no se desean almacenar$ %us características más importante es la de e#acuar con facilidad las má!imas crecientes "ue llegan al #aso de almacenamiento$ %u insuficiencia pro#oca el desborde del agua por encima de la cresta de la presa y el posible colapso de esta estructura si se trata de una presa de tierra o enrocado$ Las obras de toma son un conj conjunto unto de estru estructura cturas s forma formado do por una estructu estructura ra de entrada o toma& un t'nel o conducto a tra#*s de un estribo o de la presa y una estructura de salida$ ,ste conjunto permite tomar las l as aguas del embalse y pasarlas al canal principal$ -ebe tener suficiente capacidad para descargar las aguas abastecer a la .ona de riego con el gasto necesario& de acuerdo a los re"uerimientos de los suelos para ni#eles mínimos del embalse$ ,n algunos embalses se construyen di"ues o presas adicionales para el cierre de alguna depresión en la di#isoria de aguas del #aso de almacenamiento$ )lgunos de estos di"ues se dise/an como di"ues fusibles& es decir& "ue pueden destruirse con el paso de las aguas sobre los mismos& aumentando así la seguridad de la l a presa principal$
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2.2.+ #aacidad de un embalse" La capacidad de un embalse se mide por el #olumen de agua contenido en su #aso de almacenamiento para una altura dada de la presa y de su ali#iadero$ +ara calcular la capacidad se utili.an los planos le#antados del #aso de almacenamiento$ +ara ello& una #e. "ue allamos fijado el sitio de la presa y la cota del fondo del río& comen.amos por por medir con el planímetro las áreas a abarcadas barcadas por cada un una a de las cur#as de ni#el$ Luego& si calculamos la semisuma de las áreas entre cur#as y las multiplicamos por el inter#alo entre las mismas obtenemos el #olumen almacenado entre cur#as o #olumen parcial$ %i se acumulan luego los #ol'menes parciales& se obtienen el #olumen almacenado por cada cota o altura sobre el fondo del río$ @odos estos cómputos se anotan en un cuadro similar al "ue se muestra a continuación0 )ltura mts
Cota m$s$n$m
Lectura +lanim$
Constantes
)reas 5B2 Aol'menes Has$ Has$ parciales
Aol'menes acumulados
2.2.+.% #ur$as de reas y caacidades" Con los datos del cuadro cuadro dibujamos las cur#a cur#as s de capacidades y de áreas& las cuales nos permitirán conocer gráficamente los #ol'menes capaces de ser almacenados en el sitio y las áreas "ue serán inundadas para cual"uier altura de la presa$ ,stas cur#as nos permiten seleccionar entre #arias alternati#as& a"uellas "ue presentan mayores capacidades para la misma altura de la presa$ +ara dibujar estas cur#as se elige un sistema de coordenadas rectangulares y sobre el eje de las abscisas& a escala determinada& se dibujan los #ol'menes& a escala determinada& se dibujan los #ol'menes> en las ordenadas a partir de la cota de fondo del río las alturas o cotas& o ambas$ %e dibuja tambi*n las áreas inundadas& usando sentido contrario a la cur#a de #ol'menes para e#itar confusiones al usar el gráfico$ Los deposible los #ol'menes& de las áreas y el%idibujo de las cur#as acerse lo cómputos más preciso y muy cuidadosamente$ se cometen erroresdeben al calcularlas o dibujarlas& *stos se reflejarán en las dimensiones de todas las estructuras "ue integrarán el futuro embalse$ Las capacidades de los #asos de almacenamiento& se e!presan en metros c'bicos 7mG8& ectómetros c'bicos 7HmG8& e"ui#ale tambi*n esta medida a 71?mG8& o en ectáreas6 metro 7Ha$m8& e"ui#alente a 1?$??? mG$
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2.2.+.2 #aacidades caractersticas de un embalse" ,n un embalse podemos distinguir tres capacidades o #ol'menes característicos0 18 el #olumen muerto o capacidad de a.ol#es> 28 el #olumen 'til 38 la suma de ambos "ue nos da el #olumen total$
Vt = a ! u ,l #olumen de a.ol#es es el #olumen "ue debemos disponer en el #aso para almacenar los sedimentos$ @ransportadas @ransportadas por el río y "ue con el tiempo se #an depositando en *l$ *l$ ,l período "ue tarda en colmarse colmarse esta capacida capacidad& d& constituye la #ida 'til del embalse y se estima para proyectos pe"ue/os en unos :? a/os y para los grandes proyectos para unos 1?? a/os$ ,l #olumen 'til es el necesario para suplir las demandas y las p*rdidas de aguas durante un período determinado de funcionamiento del embalse$ -ebe ser de tal magnitud "ue garantice dentro de un periodo idrológico escogido& el riego de toda el área disponible apro#ecable$ Cuando se presentan períodos muy secos& no pre#istos en el período de estudio& se pued puede e racionar el agua prudente prudentemente mente alargando así lo más posible& el tiempo de abastecimiento y e#itando dejar completamente #acía la capacidad 'til del embalse para el a/o siguiente$ ,n algunos casos cuando se desea combinar el riego con el control de inundaciones& se pre#* otro #olumen adicional& por encima del #olumen 'til con el objeto de retener la creciente por un tiempo prudencial& no permitiendo "ue el ali#iadero sobrepase gastos determinados& e"ui#alentes a la capacidad adicional debe siempre "uedar disponible para absorber la creciente pre#ista$ 2.2.+.! /lturas de las resas" ,n todo embalse e!isten dos alturas determinadas en las cur#as de capacidades& así0 18 La altura de aguas muertas& 1 y 28 La altura de aguas normales& 2$ +ero no es aceptable "ue el agua #ierta sobre la presa mis misma ma y por lo tanto debemos a/adir una altura 3 "ue llamaremos borde libre$ ,ntonces la altura total de la presa será0 H 1 2 3$ 2.2.+.& 'ección tica de una resa de tierra ti erra Las presas de tierra& tienen sección trape.oidal$ ,n ellas se denomina anco de cresta o simplemente cresta& al lado menor& el lado mayor está definido por la línea de contacto entre el material de la presa y el material de la fundación y los lados del trapecio constituyen los taludes$ ,l "ue es está tá en co contacto ntacto con el agua se denomin denomina a talud a aguas guas arribas y al opuesto talud aguas abajo$
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,n las presas .onificadas e!isten uno o dos espaldones de materiales impermeable& n'cleo o cora.ón de la presa& el cual& puede ser #ertical o inclinado$ Otro elemento importante en las presas omog*neas para almacenamiento& es el dren de pie& el cual tiene como función colectar toda el agua "ue pueda percolar a tra#*s de la sección o de la fundación de la misma$ ,l dren desaparece en las presas .onificadas cuando el espaldón aguas abajo es impermeable y por lo tanto sustituye al dren$ Cuando la presa está fundada sobre material permeable y se dese desea a cortar el flujo de aguas a tra#*s de dico material& se dise/a una .anja& denominada dentellón& la cual se rellena con el mismo material del n'cleo$ Cuando la fundación es directa sobre la roca& se transforma el dentellón en una pe"ue/a .anja de traba para la mejor unión del material del n'cleo con la roca de fundación$
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2.2.0 #aractersticas de un Embalse -ise/o del embalse" Consiste en la determinación del tama/o del almacenamiento incluy inc luyend endo o el #ol #olume umen n mue muerto rto&& el 'ti 'til& l& las p*r p*rdid didas& as& #ol #olume umen n de ope operac ración ión&& #o #olum lumen en for.ado y el borde libre$ Operación de embalses ,s la simulación del comportamiento del embalse a tra#*s del tiempo$ Las reglas de operación "ue se deducen están afectadas por los datos idrológicos "ue son difíciles de predecir& por lo "ue la regulación "ue se estable.ca para el embalse debe ser ajustada o #ariada de acuerdo con las condiciones reales de funcionamiento "ue se presenten$
Los estudios estudi os se pueden di di#idir #idir en tres ti tipos pos"" -eterminar la descarga óptima del embalse teniendo en cuenta almacenamientos largos o estaciónales 7multianuales& anuales& mensuales8$ Hacer la operación del embalse para suplir las fluctuaciones de la demanda en oras picos 7regulación oraria& diaria& semanal8$ -arr las -a las regl reglas as pa para ra la op oper erac ació ión n de dell emba embals lse e en *p *poc ocas as de se se"u "uía ía o de precipitaciones e!tremas$ La operación del embalse se ace para cual"uiera de los siguientes casos0 casos 0 -eterminar el #olumen necesario a embalsar para suplir la demanda$ -eterminar el consumo má!imo "ue se puede garanti.ar si se tiene como limitante el #olumen del embalse$ Optimi.ación del embalse en proyectos multipropósito$
La operación de embalses esta regulada por las siguientes ecuaciones básicas0 Ecuación de continuidad J1 J1 1entra - 1sale J1 J1 cambio en el almacenamiento durante un período dado 7semana& mes8$ 1entra aportes al embalse durante un período dado 7semana& mes8$ 1sale cau 1sa caudal dales es de dem deman anda& da& #er #ertim timien iento& to& p*r p*rdid didas as dur durant ante e un per períod íodo o dad dado$ o$ Las p*rdidas en el embalse pueden ser por e#aporación o por filtración$ J1 J1 1f -1i 1f almacenamiento al final del período 1i almacenamiento al inicio del período La operación de embalses se ace para un ciclo$ Un ciclo se considera formado por el n'mero de a/os para los cuales e!isten datos idrológicos$ +ara la mayoría de estudios se buscan datos de mínimo 2? a/os$ +ara el caso de mucos pe"ue/os proyectos la información disponible es solo la "ue se puede recoger durante los l os estudios$
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+ara reali.ar la operación de embalses se asume "ue el caudal "ue a ocurrido en el pasado se repite en el futuro$ @eóricamente se puede construir una presa en cual"uier sección de un curso de agua pero no siempre resulta práctico acerlo de modo "ue resulte segura& económica y de capacidad suficiente para suplir las necesidades de los usuarios$ %e puede dar el caso de "ue la demanda de agua e!ceda la capacidad disponible del #aso$ ,n estos casos& toca por ejemplo& aumentar la altura de la presa y a #eces tambi*n se ace necesario la construcción de di"ues para aumentar la capacidad de almacenamiento$
#iel #i el de embal embalse se muer muerto to $#%E $#%E&" &" es el ni#el mínimo de agua en el embalse$ -elimita -elim ita su supe peri rior orme ment nte e el #o #olu lume men n mu muer erto to de dell em emba bals lse e el cu cuál ál de debe be e! e!ce cede derr en capacidad al #olumen de sedimentos calculado durante la #ida util el fin de "ue el embalse los pueda contener$ %u determinación es muy compleja& sobre todo si el embalse es de propósito m'ltiple 7caso en "ue debe tenerse en cuenta la carga de agua sobre las turbinas& condiciones de na#egación aguas arriba& altura de comando sobre las tierras de riego& etc$8$ #i #ie ell míni mínimo mo de op oper erac ació ión n del del emba embals lsee $#%OE $#%OE&" &" delim delimita ita supe superiorm riormente ente el #olu lume men n gen ene era rad do po porr la alt ltur ura a mín ínim ima a de dell agu gua a ne nec ces esar aria ia par ara a el co corr rrec ecto to funcionamiento de toma toma de agua la "ue se sit'a po porr encima de 34E $ #iel normal del agua $##E&" delimita superiormente al #olumen 'til del embalse& "ue "u e es el "u "ue e se ap apro ro#e #ec ca a y ga gast sta a en fu func nció ión n de di dife fere rent ntes es pr prop opós ósit itos os00 en ener ergí gía& a& irrigación& suministro de agua& etc$ +ara su ubicación se tienen en cuenta los siguientes aspectos0 aportes de la cuenca& demanda de agua& p*rdidas por infiltración y e#aporación$ #iel 'or(ado de agua $#)E&" se presenta temporalmente durante la creciente de los ríos dando lugar al #olumen for.ado del embalse& el cual puede ser usado en algunos casos& pero por lo general es e#acuado rápidamente por medio del #ertedor de demasías o rebosadero o ali#iadero$ ,n condiciones condiciones norma normales les ocurre oscila oscilación ción del ni#el del agua entre el 33E y el 34OE$ Aolumen total del embalse #olumen muerto #olumen de operación #olumen 'til #olumen for.ado$
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2.* Calculo del Volumen +til
+ara determinar el #olumen 'til del embalse se consideran los siguientes criterios0 %e busca tener el embalse lleno la mayor parte del a/o$ La operación del embalse se inicia considerándolo lleno al inicio del ciclo$ ,l embalse se considera lleno cuando el #olumen de almacenamiento es cero y desocupado para un #olumen igual al má!imo #alor absoluto$ (ebose solo se presenta cuando el embalse está lleno y cuando el #olumen "ue entra al embalse sea mayor "ue el #olumen "ue sale del embalse$ )l finali.ar la operación del embalse se debe ce"uear "ue el almacenamiento al final de la operación sea igual al almacenamiento al inicio de la operación$ ,ste implica "ue se siga con la operación del embalse asta "ue logre el ajuste$ ,l #olumen 'til re"uerido es el mayor #alor absoluto de la operación del embalse$ ,l período critico es el n'me n'mero ro de perío períodos dos de tiemp tiempo o desd desde e "ue el embalse está lleno asta "ue se desocupa$ La operación del embalse se puede acer para períodos semanales& mensuales& anuales& o multianuales& con la limitación de "ue los aportes medios del río al emba em bals lse e en un pe perí ríod odo o da dado do de debe ben n su supe pera rarr la de dema mand nda a me medi dia a en el mi mism smo o período$
E,emplo" Calcular el #olumen 'til del embalse para abastecer una demanda de 1$= m 3Bs si se cuenta con los aportes del río indicados en los respecti#os gráficos$ Caudales mínimos 7m3Bs8 1=;? , F 4 ) 4 K 1$3 ?$ 1$3 2$= 1$3 2$< Caudales mínimos 7m3Bs8 1=;1 , F 4 ) 4 K 1$1 1$< ?$3 ?$; 1$< 2$1
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K 2$2
) 3$=
% 3$5
O 3$?
N 2$<
1$;
K 3$:
) 2$=
% 3$1
O 5$=
N 1$2
?$
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La operación del embalse se resume en las siguientes tablas$
-abla . Operación del embalse.
Aolumen 'til 11$< 4m 3 La operación reali.ada indica "ue el #olumen 'til re"uerido para suplir la demanda es de 11$< 4m 3$ +eríodo crítico meses 7OctubreB1=;1 a 4ar.oB1=;?8$
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-abla. Resumen de la operación del embalse considerndolo lleno la mayor parte del a/o.
2.!.% Determinación del $olumen muerto del embalse +ara el dime +ara dimens nsio iona nami mien ento to de em emba bals lses es&& se re re"u "uie iere re co cont ntar ar co con n es esti tima mati ti#o #os s suficientemente precisos del tipo& magnitud y #ariación a tra#*s del tiempo del transporte de sólidos por las corrientes de agua "ue llegan al embalse$ ,sta información es 'til para planear medidas de control de erosión en la l a cuenca del embalse y anticipar los efectos de modific mod ificac acion iones es en la oy oya a sob sobre re la pro produc ducció ción n de sed sedime imento ntos$ s$ ,s fre frecu cuent ente e "ue la información istórica sobre transporte de sedimentos sea muy deficiente en cuanto a su calidad& representati#idad y duración$ ,n mucos casos no ay datos y la información disponible es la "ue se obtiene durante el tiempo de estudio del proyecto$ ,ste problema no es solo de Colombia pues tambi*n ocurre en países desarrollados$ La au ause senc ncia ia de info inform rmac ació ión n se tra tradu duce ce en la di dific ficul ulta tad d pa para ra de deci cidi dirr so sobr bre e la factibilidad de un proyecto& especialmente cuando depende de la apreciación correcta del acarreo de sedimentos al embalse$
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Los factores principales "ue afectan el transporte de sedimentos a un embalse son0 Características idráulicas del cauce$ Características de los materiales del cauce$ Factores idrometeorológicos "ue afectan el proceso erosi#o$ Factores topográficos& especialmente importantes en .onas de monta/a "ue en combinación con llu#ias copiosas generan crecientes rápidas con alto potencial de arrastre$ Factores geológicos causantes de problemas principalmente en la .ona andina de Colombia con frecuentes inestabilidades de los taludes y ca/ones de los ríos y "uebradas$ ,stas inestabilidades generan la formación de depósitos de sedimentos poco consolidados "ue a su #e. constituyen aporte de sedimentos a los cauces$ Factores erosi#os agra#ados por reforestación$ 4al manejo de materiales sobrantes de obras de ingeniería ci#il$
La toma de datos de sedimentos en nuestro país se inició ace unos 3? a/os& abi*ndose limitado especialmente a los ríos con proyectos de centrales idroel*ctricas importantes$ La escase. de información a ocasionado serias dificultades en la operación de algunos embalses$ Caso típico es el del Dajo )nc )ncicayá icayá "ue se colmató en pocos a/os despu*s de su construcción y se #e sometido a permanentes operaciones de dragado$ ,s posible calcular teóricamente la capacidad de transporte de material de leco de un río aplicando principios de mecánica de fluidos& pero la dificultad está en la ad"uisición de la información necesaria$ La determinación teórica del material suspendido es difícil& y se ace preciso recurrir a la toma directa de muestras de campo$ ,l material suspendido usualmente es predominante y sobre todo es alto en *pocas llu#iosas$ ,l material de leco usualmente se considera como un 2: del suspendido$ )nte la necesidad de contar con registros de sedimentos suficientemente largos y bien distribuidos a lo largo de la cuenca del cauce en estudio& es fundamental considerar las estaciones automáticas de muestreo continuo y muestreadores de sedimentos para aguas altas$ ,n resumen& para el dimensionamiento del #olumen muerto de un embalse& se re"uie re" uiere re co conta ntarr con infor informac mación ión de cau caudal dales es má má!im !imos os y de aporte aporte y cal calida idad d de los sedimentos "ue llegan al embalse$ Las gra gra#as #as fin finas& as& are arenas nas&& lim limos os y arc arcilla illas s con consti stituy tuyen en el may mayor or por porcen centaj taje e de sedimentos "ue contribuyen a la formación del embalse muerto$ ,l mayor porcentaje de aporte de sedimentos se da cuando se presenta una creciente en el río por lo "ue los caudales má!imos son los "ue se consideran para la determinación del #olumen muerto$ -os formas para calcular el #olumen muerto se #an a considerar a continuación& teniendo en cuenta si se tienen o no información sobre caudal y sedimentos$
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1. -eniendo -eniendo en cuenta in'ormación de caudal y de sedimentos VM
CQT bT
FC
Mm3& 4m3 3
# sedimentos 5 concentración caudal má!imode mensual Mm 3Bsen un inter#alo de tiempo J t MgBm #ida 'til de la obra Ma/os +b@ densidad bul del sedimento al cabo de la #ida 'til del embalse& MgBm 3 peso #olum*trico del sedimento 7# factor de con#ersión de unidades 1 a/o 31P:3&??? segundos +b@ +b Q log @ +b densidad bul inicial MgBm3 Q coeficiente de consolidación Lane R Soel.er 71=:38 dan los siguientes #alores para el cálculo de los anteriores parámetros$
,l #olumen muerto se puede calcular mes a mes o a/o a a/o considerando la información idrológica disponible$ ,l #olumen muerto total en un a/o se obtiene sumando el #olumen muerto obtenido para cada inter#alo de tiempo Jt en un a/o y multiplicándolo por el n'mero de a/os de #ida del embalse$
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2. -eniendo -eniendo en cuenta el olumen 0til del embalse ,l #olumen muerto se puede tomar preliminarmente entre un
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