ESTUDIO HIDROLOGICO DEL PROYECTO “Creación de las Represas Sacracocha y Perolcocha, Distrito de Malvas" I.
DESCRIPCION GENERAL DE LOS VASOS Y DE LAS CUENCAS DE APORTE 1.1 UBICACIÓN: La ubicación política y geográfica de los vasos y de las cuencas de aporte, son: a) Ubicación Política: Departamento Provincia Distrito
: : :
Ancash Huarmey Malvas
b) Ubicación Hidrográfica: Quebrada Sub Cuenca Cuenca
: : :
Eropocha Río Malvas Río Huarmey
1.2 HIDROGRAFIA DE LAS QUEBRADAS DE APORTE: La quebrada de aporte a la laguna de Sacracocha, tienen su origen en las cumbres de los cerros Panapunta y Ranrash. La quebrada de aporte a la laguna de Perolcocha, tienen su origen en las cumbres de los cerros Panapunta e Isacracochairca. El 100% del área de las quebradas en estudio corresponde a la cuenca húmeda, zona en la cual la precipitación pluvial representa un aporte efectivo al escurrimiento superficial.
1.3 CARACTERISTICAS GEOMORFOLOGICOS La cuenca de recepción es el ambiente hidrológico, en donde las aguas superficiales provenientes de las precipitaciones y/o deshielos, son drenados por un sistema convergente de red hidrográfica, que se inicia en el divisor topográfico y finaliza en la desembocadura o punto de aforo. Los procesos hidrológicos son complejos y están en función de las características climáticas y fisiográficas que inciden directamente en la conducta de la cuenca. Por lo tanto, es importante cuantificar los parámetros geomorfológicos de la cuenca, para establecer su efecto en el comportamiento hidrológico de la misma. Las características geomorfológicas que se consideran en este estudio son 1
referidas a las quebradas de aporte al proyecto, que comprende desde el eje de la represa hacia aguas arriba.
A) QUEBRADA DE APORTE A LA LAGUNA SACRACOCHA - Area: El área total de drenaje de la Quebrada en estudio, es 0.394 km2. - Perímetro: El perímetro de la Quebrada en estudio, es 2.431 km. - Coeficiente de Compacidad: La Quebrada en estudio, tiene un coeficiente de compacidad de 1.08, el cual indica que la unidad hidrográfica es oval redonda, donde la respuesta hidrológica es rápida con respecto a una cuenca de forma alargada. - Elevaciones de la Quebrada: La elevación mínima de la Quebrada en estudio es 4380 m.s.n.m. y su elevación máxima 4670 m.s.n.m. - Curva Hipsométrica: La curva hipsométrica, nos muestra el relieve que presenta la quebrada de aporte, a través de la representación gráfica de la relación entre las elevaciones del terreno y las superficies acumuladas por debajo o por encima de dicha elevación. A partir de la curva hipsométrica, se observa que la Quebrada en estudio, es una cuenca con valles no tan profundos y praderas amplias, geológicamente se trata de una cuenca joven. La curva hipsométrica, se muestra en el Cuadro Nº 01 y el gráfico Nº 01.
2
CUADRO Nº 01 CURVA HIPSOMETRICA – QUEBRADA DE APORTE – LAGUNA SACRACOCHA Altitud (msnm)
Areas parciales (Km2 )
Areas acumuladas (Km2 )
Areas que quedan sobre las altitudes(Km2 )
% del total
4400
0.049
0.049
0.394
12.353
4425
0.038
0.086
0.307
9.614
4450
0.037
0.123
0.271
9.276
4475
0.043
0.166
0.228
10.947
4500
0.051
0.217
0.176
13.019
4525
0.038
0.255
0.139
9.549
4550
0.071
0.326
0.067
18.131
4575
0.037
0.363
0.030
9.396
4600
0.014
0.377
0.017
3.433
4625
0.008
0.385
0.009
2.011
4650
0.007
0.392
0.002
1.731
4670
0.002
0.394
0.000
0.542
FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA
Gráfico Nº 01: CURVA HIPSOMETRICA - QUEBRADA LAGUNA SACRACOCHA
4700
Altiud m.s.n.m
4650 4600
4550 4500 4450 4400 0
10
20
30
40
50 60 % Area
70
80
90
100
FUENTE: ELABORACION PROPIA
3
- Elevación Media La elevación media de la quebrada de aporte está dada por:
Ai * hi Ai
Altitud .Media
Por tanto, la elevación media de la Quebrada de aporte hacia la laguna Sacracocha es igual a 4464.80 m.s.n.m.
- Pendiente del Cauce Principal de la Quebrada de Aporte El perfil longitudinal del Cauce Principal va desde la cota mínima (4380 m.s.n.m.) a la cota máxima (4600 m.s.n.m). Recorriendo una longitud total de 0.747 km. La pendiente media del cauce principal es de 13.61%.
CUADRO Nº 02 COTAS, LONGITUD Y PENDIENTE PARCIAL DE LA QUEBRADA DE APORTE A LA REPRESA SACRACOCHA Cotas
Desnivel
longitud
L S
Pendiente
Inicial
Final
m
m
(S)
4380
4400.00
20.00
344.43
0.06
1429.32744
4400.00
4425.00
25.00
92.79
0.27
178.7707659
4425.00
4450.00
25.00
39.26
0.64
49.200221
4450.00
4475.00
25.00
36.30
0.69
43.74491921
4475.00
4500.00
25.00
42.86
0.58
56.12840719
4500.00
4525.00
25.00
57.74
0.43
87.75256745
4525.00
4550.00
25.00
39.20
0.64
49.0809051
4550.00
4575.00
25.00
54.05
0.46
79.46997079
4575.00
4600.00
25.00
40.93
0.61
L
52.36756393
747.56
2025.84
FUENTE: ELABORACION PROPIA
La quebrada de aporte delimitada se muestra en el plano HI-01.
B) QUEBRADA DE APORTE A LA LAGUNA PEROLCOCHA - Area: El área total de drenaje de la Quebrada en estudio, es 0.142 km2. - Perímetro: El perímetro de la Quebrada en estudio, es 1.732 km. - Coeficiente de Compacidad: La Quebrada en estudio, tiene un coeficiente de compacidad de 1.287, el cual indica que la unidad hidrográfica es oval, donde la respuesta hidrológica es rápida con respecto a una cuenca de forma alargada. 4
- Elevaciones de la Quebrada: La elevación mínima de la Quebrada en estudio es 4380 m.s.n.m. y su elevación máxima 4575 m.s.n.m. - Curva Hipsométrica: La curva hipsométrica, nos muestra el relieve que presenta la quebrada de aporte, a través de la representación gráfica de la relación entre las elevaciones del terreno y las superficies acumuladas por debajo o por encima de dicha elevación. A partir de la curva hipsométrica, se observa que la Quebrada en estudio, es una cuenca con valles no tan profundos y praderas amplias, geológicamente se trata de una cuenca joven. La curva hipsométrica, se muestra en el Cuadro Nº 03 y el gráfico Nº 02.
CUADRO Nº 03 CURVA HIPSOMETRICA – QUEBRADA DE APORTE – LAGUNA PEROLCOCHA
Altitud (msnm)
Areas parciales (Km2 )
Areas acumuladas (Km2 )
Areas que quedan sobre las altitudes(Km2 )
% del total
4400
0.032
0.032
0.142
22.571
4425
0.017
0.049
0.093
11.741
4450
0.016
0.065
0.077
11.294
4475
0.020
0.085
0.057
14.136
4500
0.023
0.108
0.035
15.871
4525
0.011
0.118
0.024
7.429
4550
0.016
0.134
0.008
11.283
4575
0.008
0.142
0.000
5.676
FUENTE: ELABORACION PROPIA Gráfico Nº 02: CURVA HIPSOMETRICA - QUEBRADA A LA LAGUNA PEROLCOCHA
4575 4550
Altiud m.s.n.m
4525 4500 4475 4450 4425 4400 0
10
20
30
40
50 60 % Area
70
80
90
100
FUENTE: ELABORACION PROPIA 5
- Elevación Media La elevación media de la quebrada de aporte está dada por:
Altitud .Media
Ai * hi Ai
Por tanto, la elevación media de la Quebrada de aporte hacia la laguna Perolcocha es igual a 4461.50 m.s.n.m.
- Pendiente del Cauce Principal de la Quebrada de Aporte El perfil longitudinal del Cauce Principal va desde la cota mínima (4380 m.s.n.m.) a la cota máxima (4525 m.s.n.m). Recorriendo una longitud total de 0.592 km. La pendiente media del cauce principal es de 16.72%. CUADRO Nº 04 COTAS, LONGITUD Y PENDIENTE PARCIAL DE LA QUEBRADA DE APORTE A LA REPRESA PEROLCOCHA Cotas
Desnivel
Longitud
Pendiente
L S
Inicial
Final
m
M
(S)
4380
4400.00
20.00
227.59
0.09
767.7192983
4400.00
4425.00
25.00
42.01
0.60
54.45513748
4425.00
4450.00
25.00
61.35
0.41
96.10488761
4450.00
4475.00
25.00
89.00
0.28
167.9237321
4475.00
4500.00
25.00
136.51
0.18
318.9788602
4500.00
4525.00
25.00
35.37
0.71
L
591.82
42.06473134 1447.25
FUENTE: ELABORACION PROPIA
La quebrada de aporte delimitada se muestra en el plano HI-01.
6
II.
INFORMACION HIDROLOGICA La información hidrometeorológica disponible para el estudio se ha recopilado de la estaciones Malvas y Aija, que se ubican en la misma vertiente tanto a la quebrada de aporte, como a la zona donde se va a irrigar, respectivamente. Se ha recopilado información en lo que respecta a registros de precipitación, temperatura y humedad relativa. La ubicación de la estación, se indica en el Cuadro Nº 05. CUADRO Nº 05 UBICACIÓN DE LA ESTACION HIDROMETEOROLOGICA CONSIDERADA EN EL ESTUDIO UBICACIÓN POLITICA ESTACION
UBICACIÓN GEOGRAFICA LATITUD LONGITUD ALTITUD
DISTRITO
PROVINCIA
SUR
OESTE
m.s.n.m.
Malvas
Huarmey
09° 56'
77° 39'
3500
Aija
Aija
09:47:00
77:36:00
3363
MALVAS AIJA FUENTE: SENAMHI
2.1 TEMPERATURA La temperatura mensual para la zona de cultivos, ha sido calculada tomando como referencia los datos de temperatura mensual de la estación Aija, que se ubica en la misma vertiente que la zona en estudio. En el cuadro Nº 06, se muestra la temperatura media mensual para la zona del proyecto. CUADRO Nº 06 TEMPERATURA MEDIA MENSUAL (°C) PARA LA ZONA DE CULTIVO Estación de Referencia “Estación Aija” ENE
FEB
MAR
ABR
8.6
8.4
8.2
8.9
MAY JUN JUL 9
8.9
8.7
AGO
SEP
8.7
8.9
OCT NOV DIC 8.7
8.7
8.6
PROM. 8.69
FUENTE: SENAMHI
7
2.2 HUMEDAD RELATIVA Para el proyecto es recomendable usar los datos de la estación Aija, por ser la estación que se ubica en la misma vertiente, con respecto a la zona de cultivos. La humedad relativa media mensual calculada para la zona de cultivos, se muestra en el cuadro Nº 07. CUADRO Nº 07 HUMEDAD RELATIVA MEDIA MENSUAL ZONA DE CULTIVOS Estación de Referencia “Estación Aija” ENE 73.5
FEB 74.4
MAR 77.4
ABR 75.3
MAY JUN
JUL
AGO
SEP
70.7 66.7
64.6
62.6
65.3
OCT 69.5
NOV
DIC
TOTAL
70.8 71.5
70.2
FUENTE: SENAMHI
2.3 PRECIPITACIÓN La precipitación es una de las variables hidrometeorológicas muy importantes para evaluar y calcular la disponibilidad del recurso hídrico; como en la zona en estudio no se cuenta con estaciones pluviométricas, ha sido necesario encontrar un modelo regional donde relacione la precipitación media anual con la altitud. a) Precipitación Media Anual para las Quebradas de Aporte La precipitación media anual para las quebradas de aporte, ha sido calculada en base a los datos de precipitación media anual de la estación Malvas, para el cual es necesario conocer las altitudes medias de las quebradas en estudio.
Precipitación Media Anual para la Quebrada de Aporte a la Laguna Sacracocha
Para la altitud media de la quebrada de aporte igual a 4464.0 m.s.n.m. y para altitud de la estación Malvas igual a 3500.00 m.s.n.m., resulta un factor F = 1.2754, por lo que, para una precipitación media anual de la estación Malvas igual a 517.9 mm, la precipitación media anual de la quebrada de aporte a la laguna Sacracocha se estima igual a 660.2 mm.
8
Precipitación Media Anual para la Quebrada de Aporte a la Laguna Perolcocha
Para la altitud media de la quebrada de aporte igual a 4461.50 m.s.n.m. y para altitud de la estación Malvas igual a 3500.00 m.s.n.m., resulta un factor F = 1.2747, por lo que, para una precipitación media anual de la estación Malvas igual a 517.9 mm, la precipitación media anual de la quebrada de aporte a la laguna Sacracocha se estima igual a 660.0 mm.
b) Precipitación Mensual Generada para las Quebradas de Aporte Tomando como base los valores de precipitaciones mensuales de la estación Malvas, se generó la precipitación total mensual a las quebradas de aporte, tomando como factor F = 1.275, para un período de 27 años (1981 – 2007). En los cuadros 08 y 09, se presentan las precipitaciones medias mensuales de las quebradas de aporte hacia las lagunas Sacracocha y Perolcocha, respectivamente. CUADRO Nº 08 PRECIPITACION MEDIA MENSUAL GENERADA (mm) QUEBRADA DE APORTE A LA REPRESA SACRACOCHA MES MEDIA D.EST
ENE 98.4 57.66
FEB MAR 182.9 180.6 206.43 151.84
ABR 57.0 31.97
MAY 9.1 9.04
JUN JUL 0.3 0.0 1.10 0.25
AGO 0.5 1.88
SET 3.9 5.60
OCT 20.8 18.20
NOV 31.0 33.18
DIC 75.9 53.33
TOTAL 660.2 383.25
DIC 75.8 53.30
TOTAL 660.0 383.05
FUENTE: ELABORACION PROPIA
CUADRO Nº 09 PRECIPITACION MEDIA MENSUAL GENERADA (mm) QUEBRADA DE APORTE A LA REPRESA PEROLCOCHA MES MEDIA D.EST
ENE 98.3 57.64
FEB MAR 182.8 180.5 206.32 151.74
ABR 56.9 31.94
MAY 9.1 9.04
JUN JUL 0.3 0.0 1.10 0.25
AGO 0.5 1.88
SET 3.9 5.60
OCT 20.8 18.18
NOV 31.0 33.16
FUENTE: ELABORACION PROPIA
c) Precipitación Media Anual para la Zona de Cultivos La precipitación media anual para la zona de cultivos, se ha calculado tomando en cuenta los datos registrados por la estación Malvas, que se
9
muestra en el Cuadro Nº 10.
CUADRO Nº 10 PRECIPITACION MEDIA MENSUAL ZONA DE CULTIVOS ESTACION MALVAS ENE
77.2
FEB
MAR
ABR
143.4
141.6
44.7
MAY
JUN
7.1
0.3
JUL
AGO
SEP
0.0
0.4
3.1
OCT
16.3
NOV
DIC
TOTAL
24.3
59.5
517.9
FUENTE: SENAMHI
2.4 EVAPORACIÓN La evaporación, es el agua evaporada a partir de una superficie, que puede ser la del agua del suelo o las hojas; y como en la zona de estudio no se cuenta con estaciones que registren dicho elemento meteorológico, se ha tomado como referencia los datos proporcionados por la Estación Querococha, que se ubica a una altitud de 3955 m.s.n.m. Cuadro Nº 11. CUADRO Nº 11 EVAPORACIÓN MENSUAL (mm) ESTACIÓN QUEROCOCHA ENE
79.8
FEB
82.5
MAR
85.8
ABR
78.8
MAY
69.7
JUN
JUL
60.0
58.9
AGO
61.5
SET
68.8
OCT
77.6
NOV
72.0
DIC
73.6
PROM.
72.4
FUENTE: SENAMHI
III.
INFORMACION CARTOGRAFICA Plano catastral (1/25,000), recopilado de COFOPRI (Ex PETT), hojas 20h-II-SO Malvas y 20h-II-SE Cotaparaco.
10
IV.
DISPONIBILIDAD DE AGUA – QUEBRADAS DE APORTE A LAS REPRESAS La disponibilidad del recurso hídrico a nivel del eje de las presas en estudio, hacia aguas arriba de las quebradas de Aporte, ha sido calculada mediante el método de precipitación – escorrentía, en vista que no existe estación de aforo en el lugar, ni cercano a la zona en estudio. 4.1 DETERMINACION DEL VOLUMEN DE ESCURRIMIENTO ANUAL Este escurrimiento se determinó en forma mensual con las relaciones siguientes (Fuente Manual de Pequeñas Irrigaciones Fondo Perú – Alemania, Junio 2008): Vm = C P A
(1)
Donde: VM = Volumen mensual C = Coeficiente de escurrimiento P = Precipitación pluvial del mes A = Área de cuenca La precipitación pluvial, para aplicar la fórmula de V = CPA, en cuencas pequeñas, según el Manual de Pequeñas Irrigaciones Fondo Perú – Alemania, bastará con la altitud media de la cuenca, por lo que para el presente estudio, corresponderá la precipitación mensual generada. Para la utilización del coeficiente de escurrimiento (C) se consideró, lo que recomienda el Manual de Pequeñas Irrigaciones Fondo Perú – Alemania: - Para cuencas pequeñas (hasta 5 Km2) en la Sierra a alturas mayores de 3500 m.s.n.m. y con terreno rocoso con mucha pendiente: C = 0.60 a 0.70 Las quebradas de aporte hacia las represas Sacracocha y Perolcocha, se encuentran en la condición indicada líneas arriba, por lo que para el presente estudio, se toma C = 0.65. El volumen de escurrimiento mensual generado para las quebradas de aporte hacia las lagunas Sacracocha y Perolcocha (en miles de metros cúbicos por mes), se calculó aplicando la ecuación (1).
11
En los cuadros Nº 12 y 13; en los gráficos Nº 03 y 04, se muestran los volúmenes mensuales al 75% de persistencia para las Quebradas de aporte a la represas Sacracocha y Perolcocha, respectivamente. CUADRO N° 12 VOLUMENES MENSUALES CON 75% DE PERSISTENCIA (miles de metros cúbicos) QUEBRADA DE APORTE A LA REPRESA SACRACOCHA VOLUMENES MENSUALES CON 75% DE PERSISTENCIA (mmc) ENE 14.35
FEB 18.00
MAR 23.50
ABR 11.20
MAY 0.20
JUN 0.00
JUL 0.00
AGO 0.00
SET 0.00
OCT 2.40
NOV 3.10
DIC 12.70
FUENTE: ELABORACION PROPIA
GRAFICO Nº 03: VOLUMEN MENSUAL CON 75% DE PERSISTENCIA QUEBRADA APORTE A LA LAGUNA SACRACOCHA
VOLUMEN MENSUAL (mmc)
25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00
ENE FEB MAR ABR MAY 75% PERSISTENCIA 14.35 18.00 23.50 11.20 0.20
JUN 0.00
JUL 0.00
AGO 0.00
SET 0.00
OCT 2.40
NOV DIC 3.10 12.70
CUADRO N° 13 VOLUMENES MENSUALES CON 75% DE PERSISTENCIA (miles de metros cúbicos) QUEBRADA DE APORTE A LA REPRESA PEROLCOCHA VOLUMENES MENSUALES CON 75% DE PERSISTENCIA (mmc) ENE 5.20
FEB 6.50
MAR 8.50
ABR 4.00
MAY 0.10
JUN 0.00
JUL 0.00
AGO 0.00
SET 0.00
OCT 0.90
NOV 1.10
DIC 4.60
FUENTE: ELABORACION PROPIA
12
GRAFICO Nº 04: VOLUMEN MENSUAL CON 75% DE PERSISTENCIA QUEBRADA APORTE A LA LAGUNA PEROLCOCHA
VOLUMEN MENSUAL (mmc)
9.00 8.00 7.00
6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00
ENE 75% PERSISTENCIA 5.20
FEB 6.50
MAR 8.50
ABR 4.00
MAY 0.10
JUN 0.00
JUL 0.00
AGO 0.00
SET 0.00
OCT 0.90
NOV 1.10
DIC 4.60
13
V.
DEMANDAS HIDRICAS EN LA ZONA DE RIEGO La demanda de agua para el uso agrícola, no sólo está en función de la oferta de agua, de tal manera que satisfaga la evapotranspiración, sino que depende de la eficiencia de conducción, distribución y aplicación; así mismo también de la intensidad y distribución temporal de la lluvia. En la zona de riego, donde la explotación agrícola contempla la aplicación del riego complementario, dicho elemento líquido se debe usar antes de que las plantas sufran insuficiencias en sus actividades fisiológicas, el cual debe ser planeado mediante la construcción de obras de derivación o regulación, planificando la agricultura que permita adecuar la cédula de cultivo a las disponibilidades de agua en el lugar. La zona de riego está ubicada donde el recurso hídrico es escaso, principalmente en época de estiajes y no cuenta con información sobre consumo de agua de los cultivos, ni estación climatológica propia, razón por la cual, para efectuar el cálculo de la evapotranspiración potencial, se han utilizado los parámetros meteorológicos calculados en el item II.
5.1 EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL (ETp) Para estimar la evapotranspiración potencial existen varias fórmulas empíricas, en el presente estudio se ha evaluado considerando las recomendaciones hechas por "El Riego" - Principios básicos a. Vásquez y l chang. Los elementos meteorológicos necesarios para la aplicación del método de Hargreaves son: Factores de evapotranspiración potencial, temperatura media mensual, humedad relativa en %. Las ecuaciones matemáticas que permiten evaluar la evapotranspiración potencial son:
ET p MF * TMF * CH * CE Donde: Etp : Evapotranspiración Potencial en ( mm/mes) MF : Coeficiente mensual de evapotranspiración que se encuentra en función de la latitud, 09° 50’ 00” H : Altitud promedio de la zona de cultivos en m.s.n.m. (3200 msnm) CH : Factor de corrección por humedad relativa del aire, cuando la humedad relativa es menor de 64% se asume CH = 1.00 HR : Humedad relativa mensual expresado en %
CE 1 0.04
H 2000
Los valores de evapotranspiración potencial, se muestran en el Cuadro Nº 14.
14
CH 0.166(100 HR) 0.5 CH = Factor de corrección por elevación (altitud) Los valores de evapotranspiración potencial, se muestran en el Cuadro Nº 14.
CUADRO Nº 14 CALCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL MESES Temperatura °C Índice calórico mensual Evapotrans. sin corregir ( mm/mes/Ha) Factor de corrección Evapotrans. Corregida ( Eto) (m3/mes/Ha)
ENE.
FEB.
MAR.
ABR.
MAY.
JUN.
JUL.
AGO.
SEP.
OCT.
NOV.
DIC.
8.6
8.4
8.2
8.9
9.0
8.9
8.7
8.7
8.9
8.7
8.7
8.6
2.00
1.94
1.88
2.09
2.12
2.09
2.03
2.03
2.09
2.03
2.03
2.00
79.80
82.52
85.80
78.84
69.66
60.03
58.86
61.51
68.79
77.56
72.04
73.63
0.7468
0.6952
0.6260
0.7643
0.9144
1.0000
1.0000
1.0000
0.9275
0.7857
0.8790
0.8523
715.10
688.42
644.53
723.09
764.41
720.30
706.33
738.13
765.58
731.27
759.84
753.03
FUENTE: ELABORACION PROPIA
5.2
CEDULAS DE CULTIVOS La cédula de cultivo para la zona en estudio, se definió considerando los siguientes criterios: - Capacidad de uso de la tierra - Aptitud de las tierras para riego - Cultivos tradicionales - Fechas posibles de siembra y cosecha de los cultivos. La cédula de cultivos propuesto para el proyecto se muestra en el cuadro Nº 15 elaborado por el proyectista, tomando en cuenta los datos de la oficina de estadística de la Dirección Regional de Agricultura – Ancash y en coordinación con los beneficiarios.
15
CUADRO Nº 15 CEDULA DE CULTIVOS DEL PROYECTO MESES CULTIVOS JUL.
AGO.
SEP.
OCT.
NOV.
AREA Has
PLAN CULTIVOS Has.
ENE.
FEB.
MAR.
ABR.
MAY.
JUN.
DIC.
ARVEJA GRANO SECO
8.10
8.10
8.10
8.10
8.10
8.10
0.08
8.1
CEBADA
10.80
10.80
10.80
10.80
10.80
10.80
0.10
10.8
HABAS
9.30
9.30
9.30
9.30
9.30
9.30
0.09
9.3
TRIGO
11.47
11.47
11.47
11.47
11.47
11.47
0.11
11.5
PAPA
60.45
60.45
60.45
60.45
ALFALFA
4.70
4.70
4.70
4.70
4.70
TOTAL
104.8
104.8
104.8
104.8
44.4
60.45
60.45
60.45
60.45
60.45
60.45
0.58
60.5
4.70
4.70
4.70
4.70
4.70
4.70
0.04
0.04
4.7
44.4
65.2
65.2
65.2
65.2
65.2
60.5
1.00
104.8
FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA
16
5.3
DEMANDA DE AGUA PARA USO AGRARIO La determinación de la demanda de agua tiene igual importancia que la disponibilidad; observándose que hay mayor posibilidad de equivocarse en la obtención de la demanda, porque hay mayor incertidumbre en las variables, especialmente en la eficiencia.
a) Déficit de Humedad La cantidad de agua que teóricamente debe suministrarse a los cultivos por riego, es igual a la diferencia entre la evapotranspiración real y la precipitación efectiva. La ecuación para el cálculo de la demanda es: DH = ETR – Pe Donde: DN Pe ETR
: Déficit de Humedad : Precipitación efectiva : Evapotranspiración real o uso consuntivo
Los resultados se muestran en el Cuadro Nº 16. La precipitación corresponde a valores de precipitación mensual al 75% de probabilidad, cuyos resultados también se muestran en el Cuadro Nº 16. b) Requerimiento de Agua El requerimiento de agua depende de la eficiencia de conducción (Ec), eficiencia de distribución (Ed) y la eficiencia de aplicación (Ea). La eficiencia de riego (Er) es el producto de las tres eficiencias. Eficiencias Se ha empleado una eficiencia global del 75% que contempla una eficiencia por conducción de 0.90 (canal revestido), eficiencia por distribución de 0.85 y eficiencia por aplicación de 0.70. El valor de Er = 0.75, sugiere mejorar la eficiencia de distribución y la eficiencia de uso, para lo cual es necesario revestir el canal principal, ejecutar obras de distribución óptimas (compuertas, partidores, etc.), capacitación al usuario en el manejo óptimo del recurso hídrico. El requerimiento de agua o también denominada como demanda bruta, viene a ser el déficit de agua dividido por la eficiencia. RA = DH (mm) /Ef. 17
Donde: RA DH Ef
: Requerimiento de Agua (mm/mes) : Déficit de Humedad (mm/mes) : Eficiencia
Los resultados del cálculo del requerimiento de agua o demanda bruta se muestran en el Cuadro Nº 16.
c) Número de Horas de Riego Es el tiempo de riego efectivo en el que se podría utilizar el sistema. Está expresado en horas. Para el presente estudio, por las costumbres, condiciones climáticas, se está considerando 12 horas por día. d) Requerimiento de Agua (m3/mes) El requerimiento de agua en metros cúbicos por mes, se toma en cuenta el número de horas de riego, el área de riego. e) Demanda de Agua del Proyecto Es el caudal requerido por el sistema, de manera tal que se atiendan a todos los usuarios. Se expresa en lt/s. Los resultados del cálculo del caudal requerido, se muestran en el Cuadro Nº 16. La máxima demanda de agua corresponde al mes de Abril con 55.87 lt/s; la mínima demanda de agua corresponde a los meses de Mayo y Junio, que son cubiertos por las precipitaciones; por lo tanto, el caudal de diseño del canal de riego será igual a 60 lt/s. El máximo volumen de agua por mes que se requiere para satisfacer la demanda de agua corresponde al mes de Abril con 55.87 lt/s. La demanda de agua calculada, considera 104.8 hectareas.
18
CUADRO Nº 16 DEMANDA DE AGUA ENE.
FEB.
MAR.
ABR.
MAY.
MESES JUN. JUL.
Área cultivada por mes (has.)
1.00
1.00
1.00
1.00
0.42
0.42
Kc ponderado Evapotranspiracion potencial (m3/mes/ha). Evapotranspiracion real (m3/mes/ha). Precipitación efectiva (m3/mes/ha)
0.77
0.62
0.80
1.03
0.34
715.10
688.42
644.53
723.09
549.63
425.23
514.25
98.46
182.89
451.17
DESCRIPCIÓN
Déficit de humedad (m3/mes/ha.) Eficiencia de riego del proyecto Requerimiento de agua (m3/mes/ha.) Numero de días del mes Número de horas de jornada de riego Requerimiento de agua (lts/seg/ha:) Demanda de agua del proyecto (lts/seg/ha.) Demanda de agua del proyecto (lts/seg)
AGO.
SEP.
OCT.
NOV.
DIC.
0.62
0.62
0.62
0.62
0.62
0.62
0.22
0.70
0.56
0.29
0.41
0.62
0.70
764.41
720.30
706.33
738.13
765.58
731.27
759.84
753.03
747.79
259.07
161.63
496.04
416.21
219.76
298.48
472.27
528.84
180.60
57.01
9.06
0.38
0.00
0.51
3.95
20.79
30.99
75.89
242.34
333.65
690.78
250.02
161.25
496.04
415.70
215.81
277.69
441.28
452.95
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
601.56
323.12
444.87
921.04
333.36
215.00
661.39
554.27
287.74
370.25
588.38
603.93
31.00
28.00
31.00
30.00
31.00
30.00
31.00
31.00
30.00
31.00
30.00
31.00
16.00
16.00
16.00
16.00
16.00
16.00
16.00
16.00
16.00
16.00
16.00
16.00
0.34
0.20
0.25
0.53
0.19
0.12
0.37
0.31
0.17
0.21
0.34
0.34
0.34
0.20
0.25
0.53
0.08
0.05
0.23
0.19
0.10
0.13
0.21
0.21
35.31
21.00
26.11
55.87
8.28
5.52
24.13
20.22
10.85
13.51
22.18
22.04
FUENTE: ELABORACION PROPIA
19
VI.
BALANCE HIDRICO Y REQUERIMIENTO DE EMBALSE El balance hídrico y requerimiento de embalse, corresponde a los represamientos de las Lagunas Sacracocha y Perolcocha, donde se han evaluado, considerando los siguientes criterios: -
Demanda de agua para uso agrícola en el Proyecto de Irrigación, indicada en el Cuadro Nº 16.
-
Tiempo de riego de 16 horas.
-
Disponibilidad de agua calculada, indicada en los Cuadros Nº 12 y 13.
- El balance hídrico se ha calculado para una eficiencia de riego Er = 0.75. Con los volúmenes de descarga de las quebradas que se ubican aguas arriba de las lagunas Sacracocha y Perolcocha, disponibles al 75% (cuadros Nº 12 y 13) y con los requerimientos de riego calculados, se ha realizado el balance hídrico, lográndose emplear el recurso casi en su totalidad. El resultado del balance hídrico se muestra en el cuadro N° 17 y en el gráfico Nº 05, considerando como aporte de las quebradas que se encuentran aguas arriba de las Lagunas Sacracocha y Perolcocha. Existe déficit para cubrir con regulación de las lagunas, en los meses de Abril a Noviembre (totalizando un déficit de 226,900 metros cúbicos), el mayor déficit se observa en el mes de Abril en una cantidad 55.87lt/s, esta deficiencia se solucionará de la siguiente manera: Obra de regulación en las Lagunas Sacracocha y Perolcocha, mediante la construcción de dos embalses, cuyo volumen total a almacenar es de 226 900 metros cúbicos, con lo que se garantiza cubrir la deficiencia de agua y de esta manera satisfacer la demanda del proyecto.
20
CUADRO Nº 17
BALANCE HIDRICO Y REQUERIMIENTO DE EMBALSE AREA TOTAL DE CULTIVO
104.8 Has
DESCRIPCION DEMANDA TOTAL (Lts/Seg) NUMERO DE HECTAREAS POR MES CAUDAL DISPONIBLE (lt/s) DEFICIT PARA CUBRIR CON REGULACION(mm3/mes) NUMERO DE DIAS DEL MES VOLUMEN TOTAL DE REGULACION Caudal de diseño del canal será:
ENE 35.31 104.8
FEB 21.00 104.8
MAR 26.11 104.8
ABR 55.87 104.8
MAY 8.28 44.4
60 0.0 31
60 0.0 28
60 0.0 31
60 12.0 30
60 29.2 31
226.900 60
mm
MESES DEL AÑO JUN JUL AGO 4.09 24.13 20.22 44.4 65.2 65.2 60 15.6 30
60 8.0 31
60 12.1 31
SET 10.85 65.2
OCT 13.51 65.2
NOV 22.18 65.2
DIC 22.04 60.5
60 16.9 30
60 12.8 31
60 7.5 30
60 0.0 31
3
lt/s
GRAFICO 05 BALANDE DE LA OFERTA Y LA DEMANDA 70.0
OFERTA DEMANDA MENSUAL DE AGUA EN lt/seg.
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0 DEMANDA DE AGUA EN lt/seg
ENE. 35.3
FEB. 21.0
MAR. 26.1
ABR. 55.9
MAY. 8.3
JUN. 5.5
JUL. 24.1
AGO. 20.2
SEP. 10.8
OCT. 13.5
NOV. 22.2
DIC. 22.0
OFERTA DE AGUA EN lt/seg
60.0
60.0
60.0
60.0
60.0
60.0
60.0
60.0
60.0
60.0
60.0
60.0
MESES DEL AÑO
21
VII.
HIDROGRAMA DE AVENIDAS ADIMENSIONAL SCS Debido a que en la zona en estudio, no se cuenta con una estación hidrográfica que registre datos de variación de caudal a través del tiempo en forma continua; para el presente estudio se elaboró el hidrograma correspondiente a la cuenca de aporte hacia la presa, utilizando el método del hidrograma adimensional SCS. El hidrograma adimensional SCS, es un hidrograma sintético, y se elabora en función de las características morfológicas de las microcuencas, como son: Area de la cuenca, longitud del cauce principal, cotas aguas arriba y aguas abajo del cauce principal, altura del exceso de precipitación, que ha sido calculado a partir de precipitación máxima en 24 horas de la estación Malvas, para un período de retorno de 100 años.
7.1 PASOS PARA LA ELABORACIÓN DEL HIDROGRAMA ADIMENSIONAL SCS a) Calculo del Tiempo de Concentración (Tc): El tiempo de concentración Tc, se ha estimado con la ecuación de Kirpich:
Tc 0.000325
L0.77 S 0.385
donde: Tc : tiempo de concentración, hr L : longitud del cauce principal, en m S : pendiente del cauce, en m/m b) Calculo de la Duración en Exceso (de): La duración en exceso, se calcula con la siguiente ecuación, que corresponde para cuencas pequeñas:
de Tc c) Calculo del Tiempo de Retraso (Tr): El tiempo de retraso se estima mediante el tiempo de concentración Tc, de la forma: Tr = 0.6 Tc d) Calculo del Tiempo Pico (Tp): El tiempo pico se expresa como:
Tp t c 0.6t c 22
e) Calculo del Tiempo Base (Tb):
Tb 2.67Tp f) Calculo de Precipitación en Exceso (hpe): Según SCS, la precipitación en exceso está dada por:
hpe
P 0.2S 2 P 0.8S
donde:
S N
2540 25.4 (cm) N
: es el número de curva, que varía en función de la cobertura vegetal, uso del terreno, información de suelos sobre la cuenca, condición Hidrológica (N se encuentra en tablas).
P
: precipitación máxima para un tiempo de retorno dado.
g) Calculo del Caudal Pico (Qp):
Qp 0.208
hpe xA Tp
Donde: Qp
: caudal pico, m3/s
hpe
: altura de precipitación en exceso, en mm
A
: área de la cuenca, en km2
Tp
: tiempo pico, en hr
Calculados los valores de Qp y Tp, y tomando los datos de la relación t/tp y q/qp, elaboramos el hidrograma adimensional correspondiente.
7.2 CÁLCULO DE LA PRECIPITACIÓN MÁXIMA PARA PERÍODO DE RETORNO DE 100 AÑOS Para este análisis se ha tenido en cuenta la información de precipitación máxima en 24 horas de la estación Malvas; se ha seleccionado a la estación Malvas, como la estación base para los cálculos, por tener un comportamiento de similitud hidrológica a la zona en estudio y por contar con datos de precipitación máxima diaria. 23
Los datos de precipitación máxima de 24 horas de la estación Malvas, tienen un registro de 10 años (1992-2001). Con los datos de precipitación máxima de 24 horas, se ha realizado la prueba de ajuste para las distribuciones probabilísticas Normal, Log Normal 2 y 3 parámetros, Gamma 2 y 3 parámetros, Gumbel, Log Pearson III, mediante el programa HIDROESTA, tal como se muestran los resultados en el Cuadro Nº 18. CUADRO Nº 18 PRUEBA KOLMOGOROV SMIRNOV – PRECIPITACION MAXIMA 24 HORAS ESTACIÓN MALVAS Distribución Probabilística Normal Log Normal 2 parámetros Log Normal 3 parámetros Gamma 2 parámetros Gamma 3 parámetros Gumbel Log Pearson Tipo III
Delta Calculado 0.1306 0.1055 0.1362 0.1235 0.1177 0.1243 -.-
Delta Tabular 0.4301 0.4301 0.4301 0.4301 0.4301 0.4301 -.-
Los datos se ajustan a la distribución SI SI SI SI SI SI -.-
FUENTE: ELABORACION PROPIA
De la prueba de Smirnov-Kolmogorov se observa que los datos de precipitación máxima de 24 horas de la estación Malvas, se ajustan a las distribuciones probabilísticas analizadas, pero las variables hidrometeorológicas extremas, como en este caso se trata de precipitación máxima 24 horas, mejor se ajustan a la distribución probabilística Log Normal de 2 parámetros, por tanto, se ha calculado la precipitación máxima de 24 horas con dicha distribución y para diferentes períodos de retorno, tal como se muestra en el Cuadro Nº 19. CUADRO Nº 19 PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS PARA TR ESTACIÓN MALVAS Período de Retorno (años) 20 50 100 200
Ppmax 24 h (mm) 50.39 64.82 73.77 83.04
FUENTE: ELABORACION PROPIA
24
7.3 CALCULO DE HIDROGRAMA ADIMENSIONAL PARA LAS QUEBRADAS DE APORTE A LA REPRESAS SACRACOCHA Y PEROLCOCHA a) Quebrada de Aporte a la Represa Sacracocha Para un área colectora de 0.394 km2, Longitud de cauce 0.748 km, pendiente del cauce de 13.62%, precipitación máxima de 100 años de período de retorno igual a 73.77 mm, número de curva igual a 65; y siguiendo los pasos indicados, se han calculado los parámetros para el hidrograma, tal como se muestra en el cuadro Nº 20. CUADRO Nº 20 PARÁMETROS DEL HIDROGRAMA QUEBRADA COLECTORA A LA REPRESA SACRACOCHA Tiempo de Duración en concentración exceso
Tiempo de retraso
Tiempo pico
Tiempo base
Precipitación en exceso
Caudal Pico 3
hr
hr
hr
hr
hr
mm
m /s
0.114
0.114
0.07
0.406
1.084
11.76
2.374
FUENTE: ELABORACION PROPIA
Con datos del pico del hidrograma “tp” y “Qp” y las coordenadas del hidrograma adimensional SCS, se ha calculado el hidrograma resultante, multiplicando las coordenadas por “tp” y “Qp”. Con tp = 0.406 hr. y Qp = 2.374 m3/s, se obtiene el hidrograma unitario para la quebrada de aporte hacia a la Represa Sacracocha, tal como se muestra en el Cuadro Nº 21 y el gráfico Nº 06.
25
CUADRO Nº 21 HIDROGRAMA ADIMENSIONAL DE LA QUEBRADA COLECTORA A LA REPRESA SACRACOCHA t
Q
(hr) 0.000 0.100 0.300 0.400 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.000 1.200 1.300 1.500 1.700 1.900 2.200 2.600 3.200 5.000
m3/s 0.000 0.071 0.451 0.736 1.567 1.947 2.208 2.350 2.374 2.350 2.208 1.899 1.614 1.092 0.783 0.499 0.261 0.095 0.000
FUENTE: ELABORACION PROPIA
GRAFICO Nº 06: HIDROGRAMA DE ENTRADA QUEBRADA DE APORTE - REPRESA SACRACOCHA 2.50
Q(m3/s)
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00 0.000
0.122
0.244
0.325
0.406
0.487
0.609
0.771
1.056
2.030
Tiempo (hr) Hidrograma Entrada
FUENTE: ELABORACION PROPIA 26
b) Quebrada de Aporte a la Represa Perolcocha Para un área colectora de 0.142 km2, Longitud de cauce 0.592 km, pendiente del cauce de 16.72%, precipitación máxima de 100 años de período de retorno igual a 73.77 mm, número de curva igual a 65; y siguiendo los pasos indicados, se han calculado los parámetros para el hidrograma, tal como se muestra en el cuadro Nº 22. CUADRO Nº 22 PARÁMETROS DEL HIDROGRAMA QUEBRADA COLECTORA A LA REPRESA PEROLCOCHA Tiempo de Duración en concentración exceso
Tiempo de retraso
Tiempo pico
Tiempo base
Precipitación en exceso
Caudal Pico 3
hr
Hr
hr
hr
hr
mm
m /s
0.088
0.088
0.05
0.349
0.932
11.76
0.995
FUENTE: ELABORACION PROPIA
Con datos del pico del hidrograma “tp” y “Qp” y las coordenadas del hidrograma adimensional SCS, se ha calculado el hidrograma resultante, multiplicando las coordenadas por “tp” y “Qp”. Con tp = 0.349 hr. y Qp = 0.995 m3/s, se obtiene el hidrograma unitario para la quebrada de aporte hacia a la Represa Sacracocha, tal como se muestra en el Cuadro Nº 23 y el gráfico Nº 07.
27
CUADRO Nº 23 HIDROGRAMA ADIMENSIONAL DE LA QUEBRADA COLECTORA A LA REPRESA PEROLCOCHA t
Q
(hr) 0.000 0.100 0.300 0.400 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.000 1.200 1.300 1.500 1.700 1.900 2.200 2.600 3.200 5.000
m3/s 0.000 0.030 0.189 0.308 0.657 0.816 0.925 0.985 0.995 0.985 0.925 0.796 0.677 0.458 0.328 0.209 0.109 0.040 0.000
FUENTE: ELABORACION PROPIA
GRAFICO Nº 07: HIDROGRAMA DE ENTRADA QUEBRADA DE APORTE - REPRESA PEROLCOCHA 1.20
1.00
Q(m3/s)
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00 0.000
0.105
0.209
0.279
0.349
0.419
0.524
0.663
0.907
1.745
Tiempo (hr) Hidrograma Entrada
FUENTE: ELABORACION PROPIA 28
VIII.
DIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA 8.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO DE LOS VASOS El levantamiento topográfico de los vasos es un aspecto importante en el diseño de una presa, a partir de este plano se determinará la capacidad y las áreas de embalse a diferentes elevaciones, además para estimar las pérdidas por evaporación. Además el plano topográfico del vaso es una herramienta básica, para los estudios hidrológicos, geológicos, geotécnicos.
8.2 CURVA ALTURA – ÁREA – VOLUMEN La curva Altura – Volumen, nos da un volumen del vaso para una altura determinada de presa. En el plano a curvas de nivel de los vasos, se calcula el área encerrada por la cota h2, considerando que el punto del lecho del cauce se encuentra en la cota más baja h1 tendrá el área del espejo de agua a 1 metro de altura; de la misma manera se calcula el área para la cota h3 y así sucesivamente hasta llegar a la cota hn. Para calcular el volumen en cota h1 (V1) por la altura correspondiente; el volumen de la cota h2 (V2) se calcula mediante la siguiente relación:
Vm Vh1
h Ah1 Ah2 Ah1 Ah2 3
Donde: Vh1
: Volumen en la cota h1
Ah1
:
Ah2
: Área encerrada por la curva de nivel de cota h2
∆h
= Diferencia entre las cotas de h1 y h2
Área encerrada por la curva de nivel de cota h1
En los cuadros Nº 24 y 25, se muestran los datos de elevación, área y volumen acumulados de los vasos de la represas Sacracocha y Perolcocha, respectivamente; y en los gráfico Nº 08 y 09, se muestran las curvas Altura-ÁreaVolumen.
29
CUADRO Nº 24 DATOS PARA LA CURVA H-A-V DEL VASO – REPRESA SACRACOCHA COTA (m.s.n.m)
2
AREA (m )
DELTA (h)
VOLUMEN 3 (m )
VOL. ACUM 3 (m )
4397
17629.05
1
17814.525
0
4398
19373.446
1
20494.391
17679.866
4399
20893.194
1
22528.538
40208.404
4400
22462.844
1
26673.282
66881.686
4401
24084.163
1
30268.796
97150.482
4402
25750.065
1
32992.472
130142.954
4403
26831.19
1
36288.775
166431.729
FUENTE: ELABORACION PROPIA
FUENTE: ELABORACION PROPIA
30
CUADRO Nº 25 DATOS PARA LA CURVA H-A-V DEL VASO – REPRESA PEROLCOCHA
COTA (m.s.n.m)
2
AREA (m )
DELTA (h)
VOLUMEN 3 (m )
VOL. ACUM 3 (m )
4397
4625.237
1
10312.619
8312.619
4398
7135.356
1
14835.131
23147.750
4399
8667.823
1
16889.176
40036.926
4400
10295.148
1
18469.826
58506.752
4401
11639.939
1
19960.667
78467.419
FUENTE: ELABORACION PROPIA
FUENTE: ELABORACION PROPIA
8.3 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO Y NIVEL DE ALMACENAMIENTO MÁXIMO DE OPERACIÓN (NAMO) La determinación del almacenamiento útil necesario, se ha realizado con la finalidad de verificar el volumen de agua a almacenar, de esta manera satisfacer el déficit de agua que se observa cuando se realiza el balance hídrico y por tanto garantizar la demanda de agua para riego. 31
Según el balance hídrico y requerimiento de regulación (cuadro Nº 17), el volumen total de regulación es igual a 226 900 metros cúbicos. Por tanto el volumen de almacenamiento, para el presente estudio, está limitado a la capacidad de almacenamiento de los vasos de las Lagunas Sacracocha y Perolcocha, como a continuación se detalla: De acuerdo a la disponibilidad de agua, por cuenca de aporte, y para satisfacer la demanda de agua para riego , se plantea almacenar un volumen de 226 900 metros cúbicos. El volumen total a almacenar, comprende la demanda de agua por riego (Vr= 226 900 m3) más volumen de pérdida por evaporación (Ve = 1 515 m3), Vt = 228 415 m3. Para el volumen que se ha calculado (226 900 m3), de acuerdo a la capacidad desde el punto de vista topográfico de los vasos de las lagunas y de la curva Altura-Area-Volumen,
se
plantea
los
volúmenes
a
almacenar
y
sus
correspondientes cotas. (Cuadro Nº 26). CUADRO Nº 26 VOLUMEN A ALMACENAR Y COTAS LAGUNAS: SACRACOCHA Y PEROLCOCHA NOMBRE DEL VASO SACRACOCHA PEROLCOCHA TOTAL
VOLUMEN DE ALMACEN. 3 m 166432 78467 266900
COTA TOPOGRAFICA m.s.n.m. 4401.50 4400.20
Por tanto, el Nivel de Aguas Máximas de Operación será: -
Para la laguna Sacracocha: NAMO = 4401.50 m.s.n.m.
-
Para la laguna Perolcocha: NAMO = 4400.20 m.s.n.m.
32
8.4 CARGA
SOBRE
EL
ALIVIADERO
DE
DEMASÍAS
–
NIVEL
DE
ALMACENAMIENTO MÁXIMO EXTRAORDINARIO (NAME) En una presa, se deberá tener en cuenta que el agua nunca debe verter por su cresta por lo que se dimensionará el aliviadero con la suficiente capacidad para dejar escapar el agua excedente o de avenidas que cabe en el espacio destinado para el almacenamiento. Para determinar el tamaño del aliviadero, se ha realizado un estudio de variación de niveles utilizando el hidrograma de avenidas máximas en función del hidrograma sintético (calculado en VII) y de las curvas de volúmenes – alturas del vaso (indicadas en 8.2). El análisis de variación de niveles nos da el tamaño de aliviadero desde el punto de vista hidrológico, el cual será redimensionado mediante el diseño hidráulico y la correspondiente altura de presa. El estudio de variación de niveles se ha realizado utilizando un computador, aplicando un programa que desarrolla este estudio (HEC HMS), recomendado por el Bureau of Reclamation, en su obra Small Dams. Utilizando el Hidrograma de Avenidas de Diseño, la Curva de Almacenamiento en función de alturas representado en gasto de descarga, por la curva de descarga del vertedor en función de la elevación del nivel de la superficie del vaso se ha desarrollado los criterios dados por el Bureau of Reclamation, en su obra Small Dams. a) Laguna Sacracocha En el cuadro Nº 27 se muestra la relación Altura – Descarga – Almacenamiento; y en el cuadro Nº 28 se muestra el tránsito de avenidas de la represa Sacracocha tomando en cuenta el hidrograma de entrada, las curvas H-A-V y los datos del cuadro 24.
33
CUADRO Nº 27 ALTURA - DESCARGA – ALMACENAMIENTO H m 4401.50 4401.55 4401.60 4401.65 4401.70
S 3 m 87206.719 88452.343 89697.966 90943.590 92189.213
Qs 3 m /s 0.000 0.057 0.162 0.297 0.457
2S/Delta t + Q 3 m /s 715.98 726.27 736.6 746.96 757.35
FUENTE: ELABORACION PROPIA
CUADRO Nº 28 TRANSITO DE AVENIDAS - REPRESA SACRACOCHA Qe
Tiempo
I 1 + I2
2S/Delta t - Q1
2S/Delta t + Q2
Qs
3
hr (2) 0.000 0.041 0.122 0.162 0.244 0.284 0.325 0.365 0.406 0.406 0.487 0.528 0.609 0.690 0.771 0.893 1.056 1.299 2.030
m /s (3)
3
m /s (4) 715.98 716.051 716.567 717.734 719.993 723.423 727.438 731.766 736.168 740.456 744.47 747.933 750.714 752.628 753.677 754.119 754.041 753.573 752.868
3
m /s (5)
3
m /s (6)
716.051 716.573 717.754 720.037 723.507 727.578 731.996 736.490 740.892 745.014 748.577 751.446 753.420 754.503 754.959 754.879 754.397 753.668
0.000 0.003 0.010 0.022 0.042 0.070 0.115 0.161 0.218 0.272 0.322 0.366 0.396 0.413 0.420 0.419 0.412 0.400
m /s (1) 0.000 0.071 0.451 0.736 1.567 1.947 2.208 2.350 2.374 2.350 2.208 1.899 1.614 1.092 0.783 0.499 0.261 0.095 0.000
0.071 0.522 1.187 2.303 3.514 4.155 4.558 4.724 4.724 4.558 4.107 3.513 2.706 1.875 1.282 0.760 0.356 0.095
Qmáx salida =
3
0.420
FUENTE: ELABORACION PROPIA
Del cuadro Nº 28, se tiene que el caudal pico de salida es de 0.420 m3/s. Además cabe indicar, que el tránsito de avenidas se ha realizado para un vertedero de descarga libre, para una longitud de vertedero igual a 3.00 m. 34
Para el caudal pico de 0.420 m3/s, corresponde una cota de 4401.688 msnm. Por tanto: NAME = 4401.70 m La carga sobre el aliviadero es igual a 0.200 m.
b) Laguna Perolcocha En el cuadro Nº 29 se muestra la relación Altura – Descarga – Almacenamiento; y en el cuadro Nº 30 se muestra el tránsito de avenidas de la represa Perolcocha tomando en cuenta el hidrograma de entrada, las curvas H-A-V y los datos del cuadro 25. CUADRO Nº 29 ALTURA - DESCARGA – ALMACENAMIENTO H M 4400.200 4400.225 4400.250 4400.275 4400.300 4400.325 4400.350 4400.375
S 3 m 27698.885 27972.902 28246.919 28520.935 28794.952 29068.969 29342.985 29617.002
Qs 3 m /s 0.000 0.010 0.029 0.053 0.081 0.113 0.149 0.187
2S/Delta t + Q 3 m /s 264.55 267.18 269.82 272.46 275.10 277.75 280.41 283.06
FUENTE: ELABORACION PROPIA
35
CUADRO Nº 30 TRANSITO DE AVENIDAS - REPRESA PEROLCOCHA Qe 3 m /s (1) 0.000 0.030 0.189 0.308 0.657 0.816 0.925 0.985 0.995 0.985 0.925 0.796 0.677 0.458 0.328 0.209 0.109 0.040 0.000
Tiempo Hr (2) 0.000 0.035 0.105 0.140 0.209 0.244 0.279 0.314 0.349 0.349 0.419 0.454 0.524 0.593 0.663 0.768 0.907 1.117 1.745
I 1 + I2 3 m /s (3) 0.030 0.219 0.497 0.965 1.473 1.741 1.910 1.980 1.980 1.910 1.721 1.473 1.135 0.786 0.537 0.318 0.149 0.040
2S/Delta t - Q1 3 m /s (4) 264.55 264.58 264.797 265.288 266.241 267.686 269.375 271.201 273.059 274.879 276.587 278.066 279.265 280.102 280.576 280.795 280.795 280.63 280.364
2S/Delta t + Q2 3 m /s (5)
Qs 3 m /s (6)
264.580 264.799 265.294 266.253 267.714 269.427 271.285 273.181 275.039 276.789 278.308 279.539 280.400 280.888 281.113 281.113 280.944 280.670
0.000 0.001 0.003 0.006 0.014 0.026 0.042 0.061 0.080 0.101 0.121 0.137 0.149 0.156 0.159 0.159 0.157 0.153
Qmáx salida = 0.159 FUENTE: ELABORACION PROPIA
Del cuadro Nº 30, se tiene que el caudal pico de salida es de 0.159 m3/s. Además cabe indicar, que el tránsito de avenidas se ha realizado para un vertedero de descarga libre, para una longitud de vertedero igual a 1.50 m. Para el caudal pico de 0.159 m3/s, corresponde una cota de 4400.357 msnm. Por tanto: NAME = 4400.40 m La carga sobre el aliviadero es igual a 0.200 m.
8.5 BORDE LIBRE (BL) Las presas deben tener suficiente borde libre arriba del nivel máximo del embalse para que las ondas no puedan sobrepasar la cresta. El oleaje en un embalse es causado por el viento y por los movimientos propios del agua. 36
Para embalses pequeños la acción del viento se puede considerar con un factor de seguridad adicional en el borde libre de la presa. El oleaje causado por el viento se calcula por medio de fórmulas empíricas de las cuales dos ejemplos son: - Formula de Stevenson – Monitor:
h0 0.76 0.0323 VF 0.2724 F ho = altura de la ola [m] V = velocidad del viento [km/h] F = fetch [km] Para el estudio de la velocidad de viento en la zona en estudio, se ha procesado la velocidad media mensual, registrada en la Estación Querococha, la cual tiene un período de registro histórico de 10 años (19851994). Ver Cuadro Nº 31. CUADRO Nº 31 VELOCIDAD DE VIENTO MENSUAL ESTACIÓN QUEROCOCHA AÑO
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
AGO
SET
OCT
NOV
1985
3.6
6.0
5.0
3.5
5.5
7.0
JUL 8.0
6.8
6.1
4.0
5.1
3.9
5.38
1986
4.0
3.9
3.5
3.5
4.0
7.1
6.5
7.2
7.2
5.1
4.5
4.6
5.09
1987
4.1
4.2
3.8
5.1
5.6
6.5
5.1
4.1
5.1
4.8
3.9
4.8
4.76
1988
4.5
3.5
4.8
4.9
5.2
4.1
6.2
5.1
4.5
3.9
4.0
3.1
4.48
1989
4.1
4.2
3.8
5.1
6.5
6.2
4.7
3.9
3.8
5.9
3.8
3.9
4.66
1990
3.9
4.2
5.1
4.8
6.8
4.4
5.1
5.9
4.5
4.1
4.1
4.2
4.76
1991
3.2
5.1
3.9
5.1
4.1
4.1
4.8
8.1
6.7
5.1
3.8
3.1
4.76
1992
4.5
4.8
4.1
4.8
5.4
5.9
4.9
5.2
4.2
4.8
3.5
3.5
4.63
1993
4.2
5.1
4.1
5.1
4.9
5.1
5.1
4.5
4.2
4.8
3.9
3.7
4.56
1994
4.3
4.2
4.5
4.2
4.8
6.1
5.8
5.5
4.6
4.3
4.1
4.76
Prom.
4.04
4.52
4.26
4.61
5.28
5.65
5.66
5.18
4.71
4.09
3.89
4.78
5.60
DIC
PROM.
FUENTE: SENAMHI
Del cuadro Nº 31, se aprecia que la velocidad promedio mensual oscila entre 3.89 m/s que corresponde al mes de diciembre a 5.66 m/s correspondiente al mes de agosto. Para el presente estudio, se tomará una velocidad de viento igual a 20.38 km/h, que es el valor máximo que corresponde a condiciones más desfavorables. 37
Para una velocidad de viento igual 20.38 km/h, fetch de cada uno de los vasos de las lagunas y según Stevenson – Molitor, la altura de las olas, se muestra en el cuadro Nº 32. CUADRO Nº 32 CALCULO DE BORDE LIBRE STEVENSON MOLITOR
REPRESA SACRACOCHA PEROLCOCHA
VEL. VIENTO km/h 20.38 20.38
FETCH km 0.24 0.18
B.L. M 0.640 0.600
FUENTE: ELABORACION PROPIA
- Formula de Diakon:
h0 0.0186V 0.71F 0.24 P 0.54 ho = altura de la ola [m] V = velocidad del viento [m/s] F = fetch [km] P = altura de la presa [m] Para una velocidad de viento igual 5.66 m/s, fetch correspondientes a los vasos de las lagunas Sacracocha y Perolcocha, alturas de las presas, según Diakon, las alturas de las olas, son los que se muestran en el cuadro Nº 33. CUADRO Nº 33 CALCULO DE BORDE LIBRE SEGÚN DIAKON
REPRESA SACRACOCHA PEROLCOCHA
VEL. VIENTO m/s 5.66 5.66
FETCH Km 0.18 0.24
ALTURA PRESA m 5.50 4.00
B.L. M 0.11 0.10
FUENTE: ELABORACION PROPIA
Por tanto, el borde libre se toma del cuadro Nº 32.
38
8.6 ALTURA DE LAS PRESAS (HP) Las alturas de las presas, corresponde a las cotas de coronación de las presas y resulta de: COTA DE CORONACIÓN = COTA NAME + BL
En el cuadro Nº 34, se muestra la cota de coronación de las presas Sacracocha y Perolcocha. CUADRO Nº 34 COTA DE CORONACIÓN
PRESA
NAME m.s.n.m.
BL m
CORONA m.s.n.m.
SACRACOCHA PEROLCOCHA
4401.70 4400.40
0.80 0.60
4402.50 4401.00
FUENTE: ELABORACION PROPIA
Como se conoce las cotas de fondo de las presas, entonces las alturas de las presas (HP), son tal como se muestra en el cuadro Nº 35. HP = COTA DE CORONACIÓN – COTA FONDO CUADRO Nº 35 ALTURA DE LA PRESA
REPRESA SACRACOCHA PEROLCOCHA
COTA FONDO
CORONA
m.s.n.m.
m.s.n.m.
ALTURA DE PRESA m
4397.00 4397.00
4402.50 4401.00
5.50 4.00
FUENTE: ELABORACION PROPIA
39
8.7 RESUMEN DE LA DIMENSIÓN DE LA PRESA: REPRESA SACRACOCHA: a) Nivel Mínimo de Agua (NAMINO)
:
4397.30 msnm
b) Nivel Máximo de Operación (NAMO)
:
4401.50 msnm
c) Nivel de Máximas Extraordinarias (NAME)
:
4401.70 msnm
d) Cota de coronación
:
4402.50 msnm
e) Carga de Agua sobre el vertedero (h)
:
0.20 m
f) Borde Libre (BL)
:
0.80 m
g) Altura de la Presa (HP)
:
5.50 m
h) Longitud Efectiva del Vertedero (L)
:
3.00 m
i) Volumen útil de almacenamiento
:
87 535.00 m3
COTA COR.
4402.50
NAME 4401.70 NAMO
4401.50 0 5.50
NAMINO 4397.30
4397.00
40
REPRESA PEROLCOCHA: a) Nivel Mínimo de Agua (NAMINO)
:
4397.30 msnm
b) Nivel Máximo de Operación (NAMO)
:
4400.20 msnm
c) Nivel de Máximas Extraordinarias (NAME)
:
4400.40 msnm
d) Cota de coronación
:
4401.00 msnm
e) Carga de Agua sobre el vertedero (h)
:
0.20 m
f) Borde Libre (BL)
:
0.60 m
g) Altura de la Presa (HP)
:
4.00 m
h) Longitud Efectiva del Vertedero (L)
:
1.50 m
i) Volumen útil de almacenamiento
:
27 880.00 m3
COTA COR.
4401.00
NAME 4400.40 NAMO
4400.20 0 4.00
NAMINO 4397.30
4397.00
41