OFERTA Y DEMANDA HIDRICA DE UNA PRESA 1.- INTRODUCCION: 1.1.- OFERTA HIDRICA: Es aquella porción de agua que después de haberse precipitado sobre la cuenca y satisfecho las cuotas de evapotranspiración e inltración del sistema suelo – cobertura vegetal, escurre escurre por los cauces mayores de los ríos ríos y demá demáss corr corrie ient ntes es supe super rci cial ales es,, alim alimen enta ta lago lagos, s, lagu laguna nass y reservorios, conuye con otra tras corrientes y llega direc ectta o indirectamente al mar !sualmente esta porción de agua que escurre por los ríos es denominada por los hidrólogos como escorrentía supercial y su cuantica cuanticación ción conforma conforma el elemento elemento principal principal de medició medición n en las redes de seguimiento hidrológico e"istentes en los distintos países #a ofert oferta a hídri hídrica ca de una cuenca cuenca,, corre correspo sponde nde tambié también n al volume volumen n disp dispon onib ible le de agua agua para para sati satisf sfac acer er la dema demand nda a gene genera rada da por por las las acti ac tivi vida dade dess soci social ales es y ec econ onóm ómic icas as del del homb hombrre $l cuan cuanti tic car ar la escorrentía supercial a partir del balance hídrico de la cuenca, se está estimando la oferta de agua supercial de la misma El conocimiento del caudal caudal del río, río, su conab conabili ilidad dad y e"ten e"tensió sión n de la ser serie ie del regis registr tro o histórico son variables que pueden inuir en la estimación de la oferta hídrica supercial %uando e"iste información histórica conable de los caudales con series e"tensas, el caudal medio anual del río es la oferta hídrica de esa cuenca 1.2.- DEMANDA HIDRICA: #a &emanda 'ídrica corresponde a la sumatoria de las demandas sectoriales (actividades antrópicas sociales y económicas) e"presado en millones de metros c*bicos &+ &!& - &!. - &!/ - &!$ - &!0 &ónde1 • • • • • •
&+ &emanda +otal de agua &!& &emanda de $gua para !so &oméstico &!. &emanda de $gua para uso .ndustrial &!/ &emanda de $gua para el /ector /ervicios &!$ &emanda de $gua para !so $grícola &!0 &emanda de $gua para !so 0ecuario
2.- OBJETIVO: •
El ob2etivo de este traba2o es de dar a conocer los requerimientos necesarios para conocer acerca de la oferta y demanda de agua y
brindar herramientas complementarias para el análisis de su uso adecuado 3.- CARACTERITICAS DE PROYECTO: 3.1 PROYECTO El presente estudio a nivel de 0erl del 0royecto1 30resa 4arripón – %ru5 de %olaya para riego y agua potable6, se encuentra locali5ado en el distrito de 4otupe, provincia de #ambayeque, departamento de #ambayeque #a 5ona de estudio involucra la cuenca del 7ío %hiniama (aguas aba2o llamado 4otupe), la misma que involucra los sectores de 7iego +ongorrape, $rro5al y 4otupe #as obras del proyecto están ubicadas dentro del ámbito de la 8unta de !suarios /ector de 7iego 4otupe 3.2 UBICACIÓN #a ubicación política del área de estudio es1 • • •
&epartamento 1 #ambayeque 0rovincia 1 #ambayeque &istrito 1 4otupe
3.2 CARACTERÍSTICAS DEL RIEGO EN EL ÁREA DEL PROYECTO PROYECTO 3.2.1 E!"#$!"% &# R"#'( El sistema de riego presente en la 5ona del proyecto, es por gravedad mediante dos canales abiertos de conducción los cuales dominan las áreas ba2o riego de los sectores de +ongorrape y $rro5al, de acuerdo al diagnóstico los canales principales %anal 9rande y 4anuel %orte5 se encuentran revestidos en concreto #a eciencia de riego de las áreas agrícolas para la situación actual es de :;<, considerando una eciencia de conducción de =><, una eciencia de distribución de ;>< y una eciencia de aplicación ?:<
3.2.2 E)*%!"($%+"&%& &# S"#,%) / C()#!0%). &el &el sigu siguie ient nte e cuad cuadrro, se pued puede e co conc nclu luir ir que que tant tanto o para para el +ongorrap +ongorrape e como $rro5al, $rro5al, el inicio de las siembras es a partir del mes de @ctubr @ctubre, e, intens intensic icánd ándos ose e entre entre los mes meses es de ener enero o a mar5o #os cultivos con un calendario anual son los frutales (palto maracuyá, plátano y mago) 4ientras que el maí5 y el fre2ol, son
cult cultiv ivos os secu secund ndar ario ioss que que em empi pie5 e5an an a semb sembra rars rse e a part partir ir de diciembre y mayo, respectivamente
. ANÁLISIS DE LA OFERTA .1 E)*%!"$ &# A(() En la parte alta de la cuenca del río 4otupe, se encuentra la quebrada %hiniama, la cual es un auente del río 4otupe, donde se ubica la estación 'idrométrica 4arripón, pró"ima a la represa proye proyect ctada ada $ctua $ctualm lment ente e la estaci estación ón de contr control ol 4arrip 4arripón ón es operada por el $#$ 4otupe #as co #as coor orde dena nada dass de ubic ubicac ació ión n de la me menc ncio iona nada da Esta Estaci ción ón 'idrométrica son1 • • •
#ongitud1 A=B :=C >D6 #atitud 1 >B>C >D6 $ltitud 1 F?> msnm
.2 R#'")*( H")*"!( El pres presen ente te es estu tudi dio o util utili5 i5ó ó el regis egistr tro o hist histór óric ico o de ca caud udal ales es medidos en la estación hidrométrica de 4arripón que va desde el aGo aGo D=F D=F al F>>; F>>; En el cuad cuadro ro HD, HD, se pres presen enta tan n el regis egistr tro o histórico de los aforos reali5ados en la estación .3 O#*% H4&"!% &#+ P(/#!*( #a estación 4arripón cuenta con una serie histórica de caudales medios mensuales desde al aGo D=F hasta el F>>;, en esta estación de control se registra el caudales del rio %hiniama y de las las agua aguass tras trasva vasa sada dass por el cana anal 'ua 'uallab labam amb baI por por su pro"imidad (F>> m apro") al dique de la presa proyectada el caud ca udal al me medi dido do en la esta estaci ción ón se co cons nsid ider erar ará á la ofer oferta ta del del proye proyect cto, o, cabe cabe seGala seGalarr que que duran durante te los traba2 traba2os os de campo campo se vericó que en el tramo entre el dique y la estación no e"istan aportes signicativos del recurso hídrico #a oferta hídrica para el proyecto es de HA 44%J$Go que es equivalente a un caudal medio anual de D? m: Js $ cont contin inua uaci ción ón pres presen enta tamo moss es esto toss dato datoss hist histór óric icos os de es esta ta estación en los siguientes cuadros1
/e utili5ó la fórmula de Keibull, donde se obtiene los caudales medios anuales de >=, >? y >:H m: Js correspondientes a las persistencias de ?>, A? y =><
. C%5&%+ E!(+'"!( 4éto 4étodo do de 7afae afaell 'e 'era rass (Esp (EspaG aGa) a) %o %ons nsid ider era a que que el ca caud udal al ecológico puede alcan5ar valores de hasta F>< del caudal medio mens me nsua uall en >: me mese sess cons consec ecut utiv ivos os cons consid ider erad ados os de me meno norr régimen +ambién 'eras considera que en 5onas semiLáridas el caudal de sequía puede llegar a tener valores del FL:< del %audal medio anual 0ara el presente estudio se utili5a el método hidrológico del F>< del caudal medio de la época de estia2e, a partir de la serie histórica de caudales medios mensuales registrada en la estación 4arr 4arripó ipón n $ contin continuac uación ión se prese presenta ntan n los valor valores es del caudal caudal ecológico en m: Js y en 44%
6. ANÁLISIS DE LA DEMANDA
6.1 D#,%$&% P(+%!"($%+ El cálculo de la demanda poblacional considera los centros poblados de +ongorrape y $rro5al, la proyección de la demanda poblacional se ha hecho a treinta (:>) aGos (%enso F>>A, :>> habitantes), habitantes), utili5ando la tasa de crecimiento poblacional a nivel de la 7egión #ambayeque, que de acuerdo al .ME. es de D?< $simismo, $simismo, la dotación de agua considerada fue de DF? ltJpersonaJdía, seg*n lo asignado por el 4inisterio de /alud para población en 5onas rurales de la costa
6.2 D#,%$&% A'4!(+% El cálculo de la demanda por uso agrícola para la situación sin proyecto y con proyecto considera las áreas agrícolas ba2o riego comprendidas en las comisiones de regantes de 4otupe, +ongorrap +ongorrape e y $rro5al $rro5al principalmente principalmente 6.2.1 C7&5+% &# C5+*"8( / 9! &# C5+*"8() $ continuación se presentan las cédulas de cultivo para la situación /in 0royecto y %on 0royecto y los valores de Nc de los cultivos
6.2.2 E8%(*%$)"%!"$ P(*#$!"%+ ;ET(< ;ET(< /e utili5aron los datos meteorológicos de la estación %limatológica @rdinaria #ambayeque, de valores medios mensuales, el cálculo de la evapotransp e vapotranspiración iración potencial se reali5ó mediante el método de 0enman 4onteith, utili5ando el softOare %ropOat de la P$@, en la imagen F, se observan los valores de los parámetros meteorológicos y los resultados de cálculo de la E+o
6.2.3 P#!""*%!"$ E#!*"8% ;PP E#!.< #a 0rec ecip ipit ita ación ión Efec ecttiva iva se ha ca callcula culado do a parti artirr de la precipitación media mensual de la estación 4otupe la cual se encuentra dentro del ámbito de las áreas ba2o riego del proyecto y en el mismo piso altitudinal 0ara el cálculo de la precipitación efectiva se utili5ó el método !/&$ del /oil %onservation /ervice (/oftOare %ropOat) En la imagen F, se presenta el cálculo de la precipitación precipitación efectiva
6.2. E!"#$!"% &# R"#'( El sistema de riego es por gravedad mediante dos canales abiertos de conducción los cuales dominan las áreas ba2o riego de los sectores de +ongorrape y $rro5al, de acuerdo al diagnostico los canales principales %anal 9rande y 4anuel %orte5 se encuentran revestidos en concreto #a eciencia de riego de las áreas agrícolas para la situación actual ó sin proyectos es de :;< y para la situación con proyecto
se considera :=< de eciencia $ pesar que el proyecto no contempla alguna intervención en el sistema de conducción y distribución se 2ustica el incremento de la eciencia de riego (D<) ya que el proyecto contempla el componente de capacitación en técnicas de riego a nivel parcelario parcelario
6.2.6 C=+!5+( &# +% &#,%$&% A'4!(+% &e acuerdo a las cédulas de cultivo propuestas para la situación sin proyecto y con proyecto, se presentan los cuadros ?F y ?:, donde se observan las demandas mensuales 0ara la situación actual ó sin proyecto se consideran :?>> has ba2o riego con una eciencia de :;< y una demanda de HD 44%J$Go 0ara la situación con proyecto se consideran :?>> has ba2o riego con una eciencia de :=< y una demanda de :A 44%J$Go
6. BALANCE OFERTA-DEMANDA El balance hídrico para el proyecto se formuló anali5ando los aportes y demandas a nivel mensual para una serie de aGos de D=;> hasta F>D> /e ha reali5ado el balance (@fertas versus &emandas) tanto para la situación actual ó sin proyecto (Mo 7egulado) como para la situación con proyecto (Qalle 7egulado) donde se simuló la operación del embalse para diferentes vol*menes *tiles
6.1 B%+%$!# 04&"!( &# +% )"*5%!"$ %!*5%+ )"$ (/#!*( 0ara la situación actual ó sin proyecto se considera un área ba2o riego de :,?>> has, para el valle no regulado alcan5ándose una garantía mensual de HF<, dadas las siguientes condiciones1 • •
Rrea Sa2o 7iego 1 : ?>> ha Eciencia de 7iego (<) 1 :;<
#os resultados fueron los siguientes1 •
9arantía 4ensual 1 H;< 9arantía $nual 1 > (cero) &écit $nual 1 D>> 44%
En el siguiente cuadro , se presenta el 7esumen del Salance 'ídrico de la situación actual
6.2 Salance hídrico situación con proyecto
/e llevo a cabo la simulación de operación de embalse para varios vol*menes *tiles de presa H? 44%, ? 44%, ?? y 44%, los crit criter erio ioss para para es esta tabl blec ecer er el volu volume men n de Ttil Ttil de la 0res 0resa a se establecen mediante las garantías de la demanda (probabilidad que que el sumin suminist istro ro sea satis satisfac factor torio io en un inter interval valo o de tiemp tiempo) o) mensual y anual, considerando que la demanda mensual no debe ser menor del =>< y la anual del A?
Qolumen Ttil de 0resa 1 ?? 44% 9arantía 4ensual 1 =D< 9arantía $nual 1 A?<
$ continuación se presenta el cuadro del balance hídrico promedio promedio de la situación con proyecto donde se observa un décit de D? 44%J$Go, sin embargo la simulación de operación de embalse dene el volumen *til de la presa para una garantía determinada (=>< (=><)) y co cons nsid ider eran ando do a la pres presa a co como mo una una estr estruc uctu tura ra de regulación por encima de la función de almacenamiento
B%+%$!# 04&"!( )"*5%!"$ !($ (/#!*(
En el $ne"o D 'idrología, se presenta la simulación de operación de embalse para un volumen *til de ?? 44%, donde se considera la serie de aGos de D=;> al F>D> 6.3 B%+%$!# 04&"!( )"*5%!"$ !($ (/#!*( 7eali5ada la simulación de operación de embalse para distintos vol*menes *tiles de presa (H, H?, ?, ??, , ? y A 44%) se estima la garantía mensual (probabilidad que el suministro sea satisfactorio satisfactorio en cualquier mes) para cada caso, luego se gracó la curva porcenta2e de garantía versus Qolumen Ttil (Qer .magen F;) Pinalmente se recomienda un volumen *til para el embalse de ?? 44%, con una garantía mensual de =>< (para demandas agrícolas en sistemas regulados se recomienda que la garantía mensual no esté por deba2o del =><), vol*menes mayores incrementarían los costos de la obra sin aumentar signicativamente la garantía de la demanda
>. CONSTRUCCIÓN DE PRESA El proyecto de presa 4arripón, obra de cabecera del /ector de 7iego 4otupe, se ubica en el cauce del rio %hiniamaI estructura proyectada apoyada sobre la cota F> msnmI &el resultado del balance hídrico se determinó la necesidad de proyectar un reservorio para una capacidad total de > 44%, considerando un volumen *til de ?? 44% &e la curva área volumen se determinó la altura má"ima de la presa en ::F> m, incluyendo la altura del borde libre, alcan5ando el espe2o de agua el nivel má"imo de operación la cota F=D>> msnm (M$4@), y la cota de corona el nivel F=:F> msnm El tipo tipo de presa presa ele elegid gida, a, %P7& %P7& (%onc (%oncre rete te Pace aced d 7ocUl ocUlll &am), &am), cuya cuya magnitud depende de la oferta de agua y del tipo de suelo en el cual se implanta implantara, ra, contempl contempla a la conform conformació ación n del dique dique utili5and utili5ando o piedra piedra o grava del sitio producto de las e"cavaciones y de material de cantera, apoyándose en el talud de aguas arriba una pantalla de concreto de elev elevad ada a ca capa paci cida dad d dren drenan ante te,, que que le con coner ere e impe imperrme meab abil ilid idad ad al con2untoI condición que le otorga al cuerpo de presa capacidad para
mantenerse seca y con gran estabilidad estructural (especialmente ante solicitaciones sísmicas), proponiendo taludes parados en las caras de aguas aba2o (QJ', DJD?) y aguas arriba (QJ', DJDH) &ebido a que el elemento impermeable se proyecta ubicado aguas arriba en forma inclinada, condiciona que la presión del agua sobre la presa se e2er5a en forma muy favorable desde el punto de vista de la estabilidad $dicionalmente, se prevé incluir aguas arriba en el pie del talud de la pres presa a, una pant pantal alla la de imper permea eab bili5a li5acción ión y co cons nso olida lidacción ión a continuación de la pantalla de concreto que prote2a el talud de aguas arriba, con la nalidad de sellar deba2o de la presa la sección de la boquilla, impermeabili5ando impermeabili5ando el material depositado deba2o del cuerpo de presa presa,, garant garanti5a i5ando ndo la imper impermea meabil bilida idad d y estabi estabilid lidad ad de la presa presa al impedir la pérdida del caudal por inltración
#os elementos principales que conformarían la presa son los siguientes1 @bra de desvió1 ataguía principal, obra de desvió1 conducción y descarga, presa1 movimiento de tierras, espaldónI presa1 pantalla de concreto y plintoI presa1 pantalla de impermeabili5aciónI aliviadero de e"cedenciasI obra de toma1 conducción y compuertas de regulaciónI caseta de operación de compuertasI instrumentación >.1 C($)"&#%!"($#) %% +% )#+#!!"$ &#+ )"*"( &#+ #,%+)# El vaso natural debe tener una adecuada capacidad, capacidad, la que es denida por la topografía /e debe buscar obtener la mayor relación entre agua
almacenada a volumen de presa, o2alá mayor que die5 para pequeGos proyectos #a siguiente tabla incluye e2emplos de embalses muy conocidos a nivel nacional y mundial >.2 C%%!*#4)*"!%) &# +%) (%) (/#!*%&%)
En el caso del cuerpo de presa, este resulta ser la estructura clave del sist sistem ema, a, rec ecom omen endá dánd ndos ose e agot agotar ar las las posi posibi bili lida dade dess técn técnic icas as y económicas para lograr que el diseGo nal y construcción de la presa garantice la eciencia del funcionamiento y seguridad de la obra ?. CONCLUSIONES.
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#a información previa para reali5ar los cálculos en el diseGo de la presa de tierra es vital, ya que de no ser así se reali5ara un diseGo de presa que no se a2uste a las condiciones y necesidades destinadas destinadas para su construcción, #a utili5ación de los softOare facilitan los cálculos para el diseGo, pero se debe tener especial cuidado en la interpretación de los resultados y el criterio adecuado para discernir si los resultados ofrecidos son correctos El área a cultivar y la elección de los cultivos estará en función a la cantidad de agua que podrá almacenar la 0resa
