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Hidrología para Presas: Consideraciones

Mesías Burga Tarrillo Tarrillo Noviembre 2013

Curso Análisis y Diseño de de Presas de Tierra Tierra ESTUDIO HIDROLOGICO PARA PRESAS

TÉRMINOS DE REFERENCIA PARA ESTUDIO HIDROLÓGICO DE LA CUENCA DE RECEPCIÓN DEL EMBALSE El Estudio hidrológico debe evaluar hidrológicamente las zonas de recarga o cuenca de recepción y fuentes de captación de agua para los embalses embalses y las quebradas para el diseño de las obras hidráulicas necesarias. Evaluación Hidrológica Adquirir Adquirir de SEA!H" SEA!H" los registro registross históric históricos os de informac información ión meteoro meteorológi lógica ca necesar necesarios ios y generar descargas medias mensuales de ser el caso# as$ mismo deberá realizar el análisis hidrológico para embalses y caudales de diseño para obras de arte. Se debe de determinar como m$nimo la siguiente información% & 'arám 'arámetr etro o de la la cuenc cuenca a & Anál Anális isis is de la prec precip ipititac ació ión# n# temp temper erat atur ura a y otra otrass vari variab able less mete meteor orol ológ ógic icas as para para la generación de caudales. & (eneraci (eneración ón de caudales caudales & )etermin )eterminar ar la oferta oferta de agua agua mensual mensual & *otas *otas má+imas má+imas y m$nim m$nimas as de embal embalse se 'resen 'resentar tar infor informac mació ión n para para el dise diseño ño de la opera operació ción n de la presa# presa# del del plan plantea teami mient ento o hidráulico# variabilidad de la oferta h$drica de la fuente de agua y niveles de cobertura de la demanda h$drica poblacional# agr$cola# energ,tica y otros usos que se est,n generando de la fuente. )efi )efini nirr el volu volume men n muer muerto to del del emba embals lse# e# en func funció ión n al tran transp spor orte te y acum acumul ulac ació ión n de sedimentos que se depositarán. 'resentar el cálculo de las avenidas de diseño# tanto para las obras temporales de desv$o del r$o# como para las obras permanentes permanentes -presa y obras cone+as debidam debidamente ente transitadas hasta su descarga por el aliviadero. 'resentar simulaciones del comportamiento del embalse para las siguientes condiciones% & /os ingreso ingresoss al embalse# embalse# que serán serán definidos definidos por la selección selección de una serie generad generada a de caudales mensuales. El procedimiento o metodolog$a a emplear deberá ser aprobado por la 0nidad 1ormuladora.


Mesías Burga Tarrillo Tarrillo Noviembre 2013

& 'ara determin determinar ar la capacid capacidad ad del embalse embalse se deberá deberá tomar en cuenta tambi, tambi,n# n# el efecto efecto producido cuando el nivel má+imo normal sea alcanzado por lo menos durante el 234 o 534 del tiempo para la demanda. /os *audales de diseño se determinarán en base a los registros de caudales má+imos anua anuale less obten btenid idos os en la estac stació ión n de la fuen fuente te de agua agua## los cual cuales es deben eben estar star convenientemente actualizados# se determinarán los caudales de diseño para las obras temporales y permanentes como sigue% & 6bras 7emporale 7emporales% s% )efinir prioritariamente# prioritariamente# el periodo periodo de retorno que se adoptará para para el dise diseño ño de factib factibili ilidad dad de las las obras obras de desv$ desv$o# o# asimis asimismo mo calcul calcular ar los los caudal caudales es pico pico correspondientes. & 6bras 6bras perma permanen nentes tes%% )efin )efinir ir el per$od per$odo o de retorn retorno o y los los corres correspo pond ndie iente ntess caud caudal ales es má+imos laminados laminados que se adoptarán en el diseño de las obras permanentes% permanentes% presa# obra de captación# aliviadero y descarga de fondo. /os procedimientos de cálculo de estos caudales má+imos estarán basados en m,todos de análisis reconocidos# considerando una vida 8til para la presa de hasta 39 años y una probabilidad de falla de la misma# concordante concordante con las 8ltimas t,cnicas y la utilización en este análisis# de todos t odos los registros históricos disponibles a la fecha. Sedimentos :eal :ealiz izar ar un estu estudi dio o de sedi sedime ment ntos os que que invo involu lucr cre e a los los trib tribut utar ario ioss del del r$o r$o -1ue -1uent nte e considerada hasta su embalse dentro de los siguientes parámetros% & ;olum olumen en muer muerto to del del emb embal alse se < Se evalu evaluará ará el volum volumen en muert muerto o del del embal embalse se a parti partirr del del más probab probable le ingre ingreso so de sólidos al embalse calculado en base a los registros -de no e+istir para el área del 'royecto se recurrirá a áreas vecinas seme=antes donde e+iste esta información. < Se puede determin determinar ar la colmata colmatación ción del embalse embalse por el m,todo de correlació correlación# n# con otros proyectos similares en la zona. & ;ida 8ti 8til del emb embalse lse < /a vida 8til de embalse deberá ser mayor de 39 años# acercándose preferiblemente a los 23 años. Este requerimiento e+ige dar importancia al análisis de r,gimen de transporte de sedimentos del r$o y sus afluentes# pese al reducido volumen que probablemente podr$a esperarse. < En base base al estu estudi dio o se desa desarr rrol olla lará rá el dise diseñ ño y as$ as$ mism mismo# o# se prep prepar arar ará á el correspondiente correspondiente 'rograma de 6peración y !antenimiento !antenimiento que permita predecir la vida 8til y llevar más adelante# el control del proceso de sedimentación sedimentación dentro de ,l cuando entre en funcionamiento. *audal ecológico < Se determinará la cantidad de agua que permita mantener la vida de la flora y fauna silvestre del r$o. < 'ara determina determinarr el caudal caudal ecológico ecológico m$nimo# evaluará evaluará las condicion condiciones es del r$o aguas aguas aba=o de la presa


Mesías Burga Tarrillo Noviembre 2013

DETERMINACIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS DISPONIBLES EN LA CUENCA APORTANTE & (eneración de caudales a partir de registros de 'recipitación total mensual# 'recipitación má+ima en >? horas. Se calcula los caudales medios mensuales con 234 de probabilidad de ocurrencia en los puntos de inter,s del proyecto. & Adquirir registros de estaciones limnim,tricas SEA!H" -operativas y desactivadas y estaciones particulares en la cuenca y cuencas vecinas. & :ealizar aforos en puntos de inter,s.

En ,poca de avenida# parte de esta agua -hasta un má+imo de @ H!* anuales ser$a almacenada en un reservorio o en reservorios# para que en ,poca de estia=e# sea retornada al r$o o derivada para satisfacer el d,ficit de agua. El caso para la segunda etapa del proyecto 6lmos# se muestra en la figura siguiente.



2

CUENCA TABACONAS +2&29% #m , '(% hm3

a r e d a t r o * . a d A

293 hm3 /año 2!" #m2

2"3 hm3 /año $3% #m2 E=e de presa 7abaconas b o m C99 msnm l 7 a E

E=e de 7oma !anchara

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C99 msnm A d a . 7 or o H ua c a

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Estación 7abaconas (rande (3" ) '(% * 2 "" hm3

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*ochalán

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239 msnm 2#999 ha

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p e i n c h i h * o : $

?>9 msnm

DIMENSIONAMIENTO HIDROLOGICO DE UNA PRESA !antener el depósito lleno para asegurar la disponibilidad del recurso en tiempos de sequ$a. 'ara el diseño hidrológico es necesario una serie de registros históricos hidrometeorológicos del sitio en cuestión.



BALANCE DE MASA Falance de masa entre las entradas y salidas y el cambio de almacenamiento producido dentro del vaso -*hoG# 5D5. S I Es J 'A K Et A K ) K ;v K " K 1 )onde% S% Es% '% A% Et% )% ;v% "% 1%

*ambio en el almacenamiento -/LM7 Escurrimiento superficial 'recipNtación Orea del espe=o de agua la presa de almacenamiento Evaporación )emanda ;olumen vertido "nfiltración 1iltraciones

"# al ser dif$cil de cuantificar# no se considera. Entonces la confiabilidad de regulación que la presa posee# ba=o las caracter$sticas f$sicas que se le proporcionen# se encontrará con la ecuación% S I Es J 'A K Et A K ) K ;v K 1 /a confiabilidad se refiere a un $ndice num,rico que indica de alguna forma# la confianza o garant$a que se tienen de que la e+tracción posible no sea menor que la demanda -7homas# 525. Es decir# que se contabilizan el n8mero de veces que la presa de almacenamiento estuviera por deba=o de la capacidad muerta# con los valores correspondientes a entradas por r$os. *on cada cantidad alcanzada# se obtiene el porcenta=e correspondiente# el que complemente a la unidad# representa el porcenta=e de confiabilidad que la presa posee ba=o las caracter$sticas f$sicas dadas inicialmente# este porcenta=e de confiabilidad debe de estar lo más cercano al 534. En este proyecto# el porcenta=e de d,ficit que se consideró como ideal fue de un 34. AN.LISIS DE LA OFERTA

La microcuenca del río Ochape, es beneficiada por las precipitaciones pluviales que se presentan durante el año en diferentes intensidades y que permiten una distribución marcada de los recursos hídricos, presenta, al igual que la mayoría de cuencas de la costa peruana, una variación estacional del recurso hídrico bien marcada lo cual podría repercutir en el afianzamiento de la cuenca, para ello se ha proyectado la construcción de estructuras de regulación la que conforman las dos alternativas embalse “Socchesito y embalse “La !"rcel, cuya capacidad de almacenamiento estar" en función de los recursos disponibles y de las demandas a ser atendidas#



La microcuenca de del río Ochape, que pertenece a la cuenca de !hicama, no cuenta con una estación hidrom$trica implementada, pero la cuenca de !hicama sí, denominada estación %l Salinar, la cual cuenta con información de descargas medias mensuales desde &'() al *)&)# # Cuadro Precipitación areal para las diferentes cuencas en estudio Cuenca %stación Salinar !uenca .uebrada Soccha !uenca .uebrada !olorado !uenca .uebrada !hingavillan !uenca .uebrada 1 !hingavillan1%mb La !"rcel !uenca 2arte 3lta de !ascas1 Subcuenca & !uenca 2arte 3lta de !ascas1 Subcuenca * !uenca 2arte 3lta de !ascas1 Subcuenca +

Área km2 +(+&#)& &&#/' &/#0* /#'0 ('#-( 0#0+ 0#0 *0#+/

4uente5 3ne6o 7idrología#

Gráfico Ubicación de las Microcuencas


Gráfico

PP media anual Mm )#-) 0*+#+( 0)#& 0(0# 0(+#*& --'#/+ -'#/ -&'#'&



Mapa de Isoyetas




Estación Salinar 8bicada en el río !hicama aguas aba9o de la entrega del río .uirripano en las coordenadas -0:(0; de longitud y -:/); de latitud sur a una altitud de +() m#s#n#m# Estación ambo 8bicada en el río !hicama aguas aba9o de la entrega del río San 4elipe en las coordenadas -0:/*; de longitud y -:+/; de latitud sur a una altitud de -&* m#s#n#m# %l S%<3=7> operó esta estación desde &'-* hasta &'0)#



Gráfico



Caudales má!imos" m#nimos y medios re$istrados en la estación Salinar


D/01o//4/5a5 H657/8a 594 P7o:98;o

Se cuenta con & años de registros de caudales, lo cual es suficiente para realizar el balance hídrico y la simulación de operación de la presa# La disponibilidad hídrica del proyecto para el afianzamiento del valle de !ascas, est" definido por tres fuentes de agua superficiales5 3guas superficiales no reguladas que proveen a la cuenca del ?alle de !ascas @subcuencas !&, !* y !+A 


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3guas superficiales regulables las cuales se han estimado para los puntos de inter$s para las dos alternativas planteadas, en el caso del embalse Socchesito se cuenta con el aporte de + cuencas !hingavillan, !olorado y Socche, el agua de las dos primeras ser" derivada al embalse mediante un canal colector# 3guas de recuperación las cuales abastecen las "reas del valle 2uente Ochape#

G997a8/< 59 Ca=5a490 9 94 P=;o 59 I;97>0

La generación de caudales se realiza para el rio !hingavillan a la altura del e9e de las presas proyectadas# 2ara la generación de caudales se utilizó la relación que e6iste entre el caudal superficial @data base5 caudales de la estación %l SalinarA en un punto dado y el volumen de agua precipitada sobre el "rea vertiente a dicho punto, teniendo en cuenta que el volumen precipitado es el producto del "rea por la l"mina de lluvia ó precipitación, y afectado por un factor de corrección para calibrar la serie de caudales generados debido a la variación por altitud, tipo de suelo, estado de saturación del suelo, entre otros# 2or lo cual se desarrolló la siguiente ecuación5 Q X = C *Q EH * (A X /A EH ) * (Pp X /Pp EH )

Bonde5  X 5

!audal incógnita para la sub cuenca de inter$s# .%75 !audal medio mensual de la %stación 7idrom$trica %l Salinar# ! X 5 Crea de la sub cuenca de inter$s# 3%75 Crea de la sub cuenca aguas arriba de la %st# 7idrom$trica %l Salinar# Pp X 5 2recipitación areal Dotal anual en la sub cuenca de inter$s# 2p%75 2recipitación areal Dotal mensual en la sub cuenca aguas arriba de la %st# 7idrom$trica %l Salinar# !5 4actor de corrección para calibración @&#+ 1 *#0A

Cuadro %ol&menes medios mensuales aportados por subcuenca para el embalse Socc'esito %*+,

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Cuadro %ol&menes medios mensuales aportados por subcuenca para el embalse +a Cárcel CUE(C)

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A1o7;9 59 4a ?=97a5a So88h9%

La quebrada Socche, se encuentra en la cuenca del rio !hingavillan y de acuerdo a la alternativa * sus aguas ser"n almacenadas en el vaso Socchesito para ser derivadas hacia los valles de !ascas, Ochape y 2uente Ochape# %l caudal de agua disponible para el proyecto es de & m+Hs durante los meses de lluvia, segIn autorización de la 3dministración Local del 3gua !hicama# La quebrada Socche presenta caudales pró6imos a * m+Hs en los meses de avenida lo cual garantiza el caudal a derivar# %n el siguiente cuadro se presentan los aforos realizados entre los meses de marzo y octubre del *)&) durante los traba9os de campo, así mismo se consideró los registros y huellas que se obtuvieron para determinar el caudal en los meses de avenida# Cuadro Caudales medidos en la >uebrada Socc'e 3m 7?s4 Mes

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Cuadro )porte a la presa Socc'esito


%olumen disponible en %aso Socc'esito


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%n $pocas de avenida @%nero, 4ebrero y =arzoA el río !hingavillan oferta apro6imadamente + m+Hs de caudal medio mensual, por lo que para las $pocas de avenida se presenta un super"vit, del cual &m +Hs ser" almacenado en la $poca de avenidas #

PASO DE PECES EN UNA DERI@ACIÓN 'ara facilitar y promover la reproducción# el paso de peces# ser$a una estructura hidráulica destinada a romper la discontinuidad introducida en el r$o por la bocatoma de derivación hacia una represa. /a que har$a posible que los peces puedan circular# en ambos sentidos# ascendente y descendente# a trav,s de la misma. El tipo de paso de peces deberá seleccionarse con velocidad suficiente para atraerlos y el caudal necesario formar$a parte del caudal ecológico. CAUDAL ECOLOGICO Es el caudal m$nimo que preserva el ecosistema de un curso de agua. E+isten infinidad de definiciones y m,todos para su determinación. eco I 94 del caudal medio anual. eco I 394 del caudal m$nimo del estia=e del año al 534 de persistencia. eco I caudal que es e+cedido al menos L?2 d$as del año I L?2 7eniendo en cuenta las consideraciones siguientes% E+igencias m$nimas generales El caudal m$nimo será al menos de 39 lMs 'ara cursos de agua cuyo L?2 sea inferior a #999 lMs# el caudal m$nimo debe corresponder al L34 del caudal L?2 *onsiderando el tamaño má+imo normal de las especies de peces nativos & )icha profundidad depende de la forma f$sica de los peces y de sus dimensiones o morfolog$a & Se estima que una columna de agua que permita el desplazamiento horizontal y vertical de los peces debe estar en el rango de L a ? veces la mayor dimensión transversal de los e=emplares.   







Ancho mo=ado del cauce

En el 'er8 está normado por la /ey de :ecursos H$dricos y su :eglamento. /a metodolog$a para la determinación del caudal ecológico# dada la diversidad de cursos de agua# a8n está en elaboración en la Autoridad acional del Agua.

METODOLOGÍAS PARA DETERMINAR EL CAUDAL ECOLÓGICO /as metodolog$as# m,todos o procedimientos desarrollados mundialmente# permiten tener un acercamiento a la realidad y aportar al desarrollo y conocimiento del comportamiento de los r$os y ecosistemas fluviales locales# lo que es factible lograr si se conocen plenamente los elementos conceptuales y teóricos que rigen los caudales ecológicos o más bien llamados ambientales. H/57o4</8a0 El P!anual de ormas y 'rocedimientos para la Administración de :ecursos H$dricosQ aprobado por :esolución )(A 39L del L de mayo de >99># España# para la estimación del caudal ecológico# establece los criterios y metodolog$as siguientes% criterios básicos %

< )efinirlo como un determinado porcenta=e del caudal natural del r$o < Fuscar conocimiento espec$fico respecto al requerimiento de caudal por parte de los agentes usuarios -flora y fauna acuática# vida humana# requerimientos ambientales# etc.. metodologías :

eco I 94 del caudal medio anual como m$nimo. eco I 394 del caudal m$nimo del estia=e del año 534. eco I *audal que es e+cedido al menos LL9 d$as al año. I LL9 I 594 eco I *audal que es e+cedido al menos L?2 d$as al año. I L?2 I 534 /os m,todos utilizados en forma complementaria son% < !,todo de 7ennant < !,todo de ueva "nglaterra < /egislación Suiza < /egislación Asturiana < PArea )renanteQ < Etc. 7ennant conocido tambi,n como !,todo de !ontana reconoce que e+iste una relación entre los niveles de caudal y las caracter$sticas del hábitat e+istente# encontrando relaciones entre los parámetros f$sicos del cauce



-ancho# profundidad y velocidad del cauce y la disponibilidad del hábitat para una especie en particular. En 1rancia y las *omunidades Autónomas de *antabria y Aragón se utilizan# con carácter orientativo# las fórmulas de !attey# que emplean el L?2 -caudal superado durante L?2 d$as del año. /a legislación Suiza utiliza tambi,n el L?2# aunque considera el inter,s pisc$cola del tramo. En la *onfederación Hidrográfica del orte de España se ha desarrollado una metodolog$a -basada en el m,todo Suizo que utiliza el L?2 de forma diferente# dependiendo del nivel de protección del tramo. El (obierno de avarra# España# mediante el )ecreto 1orestal L??M559# de >9 de )iciembre# establece el caudal m$nimo a respetar en el r$o# como sigue% &

'ara las zonas salmon$colas# el LL9. LL9 I *audal sobrepasado durante LL9 d$as en un año considerado medio.

&

'ara las zonas ciprin$colas# el 94 del caudal medio interanual durante todo el año.

El 'lan Ebro# España# considera como demanda medioambiental el caudal clasificado LL9# es decir# aquel caudal que es superado o igualado al menos LL9 d$as al año. En Suiza# el cálculo de las demandas medioambientales se realiza a partir del L?2 de la serie de caudales clasificados medios diarios# de acuerdo con las e+igencias m$nimas para las aguas pisc$colas. El caudal m$nimo debe representar al menos%



H/57=4/8a0 ;ariación de caudal con una variable hidráulica de la sección transversal# como una manera de apro+imarse al hábitat disponible. 'er$metro mo=ado igual al D94 del per$metro medio del cauce en la ,poca de verano y que es capaz de mantener una comunidad de macroinvertebrados compuesta por un m$nimo de especies. H/57o/o4</8a0 0tilizan variables hidráulicas -velocidad# profundidad y estructurales -sustrato# cobertura# etc.# que se agregan adecuadamente en un $ndice con significado biológico. 'rincipalmente# toma en cuenta el caudal m$nimo requerido para el estadio de freza. A partir de las mediciones de las variables en muchos puntos de cada sección para varios caudales# eval8a la idoneidad del hábitat en cada punto. El grupo de traba=o sobre caudales ecológicos P"nstream 1loG (roup&"1(Q del )epartamento de 'esca y ;ida Silvestre de EE.00 -P0.S. 1ish and Rildlife Service& 0S1RSQ incorpora un modelo de simulación hidráulica que evita realizar muchas mediciones en campo. Además# el "1( implementa el modelo conceptual informatizado de simulación del hábitat fluvial 'HAFS"! -!ilhous et al.# 5C# que calcula para cada caudal una PSuperficie 'onderada til -S'0 del tramo -PReighted 0sable Area&R0AQ# similar a la empleada por Raters. En la actualidad# la metodolog$a más ampliamente utilizada para determinar unos reg$menes de caudales consensuados es la "1"! -P"nstream 1loG "ncremental !ethodologyQ# promovida por el )epartamento de 'esca y ;ida Silvestre de EE.00. -P0.S. 1ish and Rildlife ServiceQT Fovee y !ilhous# 52C# como una t,cnica estándar para evaluar el efecto de una variación de caudal en el hábitat fluvial utilizable. /a modelación del hábitat se desarrolla en el componente 'HAFS"! -P'hysical Habitat Simulation SystemQT Fovee# 5C># el cual incluye varios modelos hidráulicos de simulación de iveles de Superficie /ibre -S/ y velocidades# cuyas predicciones se combinan adecuadamente con unas curvas de preferencia estipuladas# para estimar



la cantidad y calidad del hábitat f$sico# generalmente mediante la variable Superficie 'onderada til -S'0.

/a implementación y aplicación de la metodolog$a "1"! en los r$os de nuestro pa$s requiere de un gran esfuerzo en t,rminos de la cantidad# tipo y calidad de información que debe ser recolectada para lograr la definición de un caudal ecológico que permita preservar las condiciones de habitabilidad para una o varias especies o sus estados de desarrollo. En la 1acultad de "ngenier$a Ambiental de la 0niversidad acional de "ngenier$a# :oberto Ueus Bttrich Aguirre Sanchez ha desarrollado la tesis% VAplicación del m,todo "1"! como modelamiento para determinar el caudal ecológico en la cuenca del r$o *hanchamayoV# seg8n art$culo publicado en :evista Ambiental# 0". 1acultad de "ngenier$a Ambiental# W 3# año >99D.

Adicionalmente se dispone de modelos hidráulicos bidimensionales# como% o

o

*AS"!": -Computer Aided Simulation Model for Instream Flow Requirements  :iver >)

Ho460;/8a0 !ás que un m,todo en si# es un procedimiento o protocolo de cómo deducir el caudal de mantenimiento a partir de un análisis independiente de las necesidades de los componentes del ecosistema fluvial ob=etivo# sean aspectos abióticos -geomorfolog$a# calidad del agua# etc.# ecológicos -comunidades naturales# perceptuales -paisa=e# socioeconómicos o todos en con=unto. *omo planteamiento metodológico es



ciertamente impecable# pero en la práctica su aplicación puede ser comple=a en función de la heterogeneidad de los resultados parciales obtenidos para cada componente considerado. Son poco utilizables a escala de planificación. Algunas referencias son las siguientes% &

FF! -Building Bloc Met!odolog" . Establece un r,gimen de caudales de mantenimiento apto para preservar aspectos y componentes bióticos# abióticos# culturales o sociales# previamente identificados como ob=etivos de conservación# de forma incremental y sobre la base de un r,gimen hidrológico básico.

&

AHA - Australian #olistic Approac!. Sólo difiere del anterior en los criterios de análisis de los requerimientos correspondientes a los valores de conservación ob=etivo y algo en la estructura del protocolo de aplicación.

/as metodolog$as hol$sticas han sido desarrolladas y muy utilizadas en pa$ses como Sudáfrica y Australia# donde se han construido grandes represas que han transformado las caracter$sticas hidrológicas de las cuencas. Es un enfoque que requiere información e+tensa y de muy alta calidad# registros históricos de caudales# variables hidráulicas y modelos que relacionen el caudal con los requerimientos de todos o algunos componentes del ecosistema y de la biota acuática# además de información económica y social. Eo=9 98oh/57o4</8o Es un enfoque de s$ntesis# en cierto modo h$brido entre el hidrológico y el hidrobiológico. El caudal de mantenimiento se calcula a partir de datos hidrológicos# pero adoptando como referente los requerimientos de una o varias especies ob=etivo# definibles para cada caso -cada ecoregión# por e=emplo# y para los que el caudal m$nimo establecido debe permitir su conservación. /a 8nica referencia conocida es el !,todo de uebec% A partir de una regionalización hidrológica y de la definición de una serie de especies de peces ob=etivo en cada región# se deducen los requerimientos de caudales de mantenimiento necesarios para permitir el normal desarrollo del ciclo biológico de las especies ob=etivo a lo largo del año. /as necesidades de cada especie se deducen de estudios disponibles o se hacen de propio y para los cálculos de los caudales de mantenimiento adecuados se parte de un tanteo de varios m,todos que sólo requieren datos hidrológicos -en el caso de u,bec# básicamente el AF1# el !ontana y el 2>. 6tra manera de clasificar las actuales propuestas metodológicas sobre definición y cálculo de caudales de mantenimiento# es en función de cual es el aspecto o componente del medio que tales caudales m$nimos pretenden preservar. Fa=o esta perspectiva# las anteriores cinco categor$as se configuran en tres grupos% . B/o;o1o4</8o0% *audales de mantenimiento definidos para la preservación de un componente abiótico del ecosistema -paisa=e fluvial# calidad del agua# etc.. *onduce a la utilización de m,todos fundamentalmente hidráulicos o en menor medida hidrológicos simples# y admite la aplicación parcial de m,todos hidrológicos secuenciales y m,todos hol$sticos.



>. B/o89o4</8o0% *audales de mantenimiento definidos para la preservación de un componente biótico del ecosistema fluvial -una especie de pez# el macrobentos# la ribera# etc.. *onduce a la aplicación preferente de m,todos hidrobiológicos# ecohidrológicos o en menor medida hidráulicos y admite en este caso tambi,n# la utilización de m,todos que puedan incorporar criterios ecológicos espec$ficos# como los m,todos hol$sticos y algunos m,todos hidrológicos secuenciales. L. E8o0/0;>m/8o0% *audales de mantenimiento definidos para la preservación de todo el ecosistema fluvial# sin ninguna preferencia particular. *onduce forzosamente a la aplicación de m,todos hidrológicos secuenciales o m,todos hol$sticos. Es importante diferenciar en este caso entre estos dos tipos de m,todos. /os primeros construyen el r,gimen de caudales de mantenimiento pensando en las necesidades integrales del ecosistema fluvial# sin penalizar# ni priorizar# ni ponderar ning8n aspecto o componente del medio# de forma espec$fica. /os segundos construyen ese mismo r,gimen de caudales de mantenimiento como el sumatorio de los requerimientos particulares de los aspectos o componentes del ecosistema fluvial considerados a tal efecto.

El documento 'reguntas frecuentemente formuladas -1A sobre los aprovechamientos de pequeña hidráulica# traducido al español por *elso 'enche# elaborado# en el marco del 'royecto 1'3 :ed 7emática sobre Aprovechamientos !ini&hidroel,ctricos# con la ayuda de la )irección (eneral de 7ransportes y Energ$a -)(7:E de la *omisión Europea y del 6ffice 1,d,ral de /X,ducation et de la ScienceQ -61ES# en el marco del 'royecto 9>M9992# menciona que todas las metodolog$as para la determinación del caudal ecológico# vigentes en Europa y EE.00.# pueden clasificarse en dos grupos% <

!,todos hidrológicos# basados en el análisis de los datos históricos de caudales y plasmados en fórmulas emp$ricas generalizables# de fácil y rápida aplicación u obtenidos por aplicación directa de porcenta=es fi=os. Entre los que se pueden diferenciar - los que utilizan un porcenta=e -94# 34# etc. del caudal medio anual - los que utilizan la formula !atthey -basada en el L?2 y el LL9 que representan los caudales superados L?2 y LL9 d$as al año respectivamente.

<

!,todos hidrobiológicos% basados en la obtención de datos de campo para cada r$o en particular# considerando tanto los parámetros hidráulicos como los bióticos. Entre los que cabria destacar - el m,todo de análisis de hábitat# - el m,todo del per$metro mo=ado -:andolph y Rhite# 5C? - la metodolog$a 'HAFS"!T Fovee# 5CD.



DETERMINACION DEL CAUDAL ECOLOGICO DEL RIO CHOTANO! TRAMO AGUAS ABAO DE LA BOCATOMA DE DERI@ACIÓN A TNEL CHOTANO M9;o5o4o6a =;/4/a5a 'ara estimar el caudal ecológico del r$o *hotano# en el tramo aguas aba=o de la bocatoma de derivación al t8nel *hotano# hacemos uso de datos hidrológicos# hidráulicos y ecológicos# metodolog$a sustentada en los ciclos biológicos que dentro del cauce operaban antes de la derivación de las aguas por el t8nel *hotanoT por tanto# se infiere que corresponde a recuperar el componente biótico -peces que e+ist$a# y que garantizar$a la supervivencia del sistema acuático preestablecido antes del corte del agua.

Foquichico pescado en r$o *hotano# a altura de ciudad de *ochabamba 6bs,rvese el tamaño entre ?9 a D9 cm 1echa anterior a derivación por t8nel *hotano /os testimonios de los pobladores y autoridades# fotograf$as de peces de fechas anteriores y posteriores a la derivación# obtenidos en la zona de estudio# con certeza permiten aseverar que los peces que e+ist$an antes de la derivación son representativos del componente biótico y ecosistema a recuperar# cuyo tamaño medio representativo tiene las dimensiones siguientes% /argo I ?9 cm.



Ancho I C cm. *uya supervivencia requiere tirantes de agua m$nimos L a ? veces la mayor dimensión transversalT es decir# entre >? a L> cm.

e j o R l E . a d Q

n r a o d n o T a L . a d Q

R � o C h o t a n o

t e c a s L u a . d Q Q d a . H o n d a o P a m p a c a n

Q d a . S a l a y

TRAMO ?UE ES SECADO POR DERI@ACION DE LAS AGUAS

n o a t o h C l n e u T

e y l l o M a . d Q

a l i l d n a

/evantamiento topográfico *on la finalidad de contar con información del cauce del r$o# a partir de la bocatoma de derivación se ha realizado el levantamiento topográfico con estación total# en un tramo de 2 Ym. hasta la confluencia de la quebrada 7ondora# siguiendo el e=e del r$o y estableciendo secciones representativas de los cambios morfológicos del cauce# los mismos que por la hidrodinámica del r$o cambian constantemente.



:esultados con softGare HE* (E6:AS y HE* :AS /a geometr$a del e=e del r$o y secciones obtenidas en el levantamiento topográfico# ha sido utilizada como insumo para la determinación de los tirantes de agua# haciendo uso de la herramienta del softGare HE* (E6:AS L.. y HE*&:AS L..L para los caudales siguientes% Q = 1.1 m3/s % 394 del caudal m$nimo en estia=e del año 534 Q = 1.0 m3/s % *audal m$nimo solicitado por !unicipalidad de *ochabamba Q = 0.7 m3/s % 9 4 del caudal medio anual como m$nimo Q = 0.!3 m3/s % *audal que es e+cedido al menos L?2 d$as al año

FS &* K=  (-(#(& :S I >

:"6 *H67A6

.9L L995 I. mLMs 5>2.?

I.9 mLMs I9.2C mLMs

5>2.>

I9.3L mLMs (round FanY Sta

5>2.9 . m -

n o i t 5>D.C a v e l E

5>D.D

5>D.?

5>D.>

5>D.9

9

3

9

3

>

Station -m

/os resultados se presentan en el cuadro resumen siguiente# mientras que en Ane+o se presenta los cuadros de resultados completos para cada caudal# los gráficos de los tirantes de agua para las secciones establecidas# ubicación de las



secciones a lo largo del e=e del r$o y datos ingresados al softGare de distancias y niveles de secciones en el e=e del r$o.



%e+#l!ado con ,oare (/C %), %&' C('T)*' Tramo: Derivación a Túnel Co!ano - "#e$rada Tondora ,ección

Tiran!e de a#a m ara " en m3+

m

*o

52.42 109.48 168.76 256.44 391.37 506.73 677.78 911.51 1113.36 1320.03 1648.19 1916.43 2059.94 2260.39 2491.50 2609.07 2840.12 2928.42 3218.12 3320.13 3388.32 3446.20 3575.76 3683.57 3779.20 3869.96 4121.59 4282.27 4390.44 4528.36 4695.81 4785.64 4994.57 5090.58 5281.65 5366.03 5560.04 5675.52 5810.76 5862.21 5992.53 6065.34 6162.85 6242.59 6372.29 6554.17 6645.92 6754.00 6806.76 6897.43 aimo nimo Promedio

49.00 48.00 47.00 46.00 45.00 44.00 43.00 42.00 41.00 40.00 39.00 38.00 37.00 36.00 35.00 34.00 33.00 32.00 31.00 30.00 29.00 28.00 27.00 26.00 25.00 24.00 23.00 22.00 21.00 20.00 19.00 18.00 17.00 16.00 15.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 -

1.100 0.290 0.180 0.180 0.240 0.300 0.150 0.180 0.220 0.200 0.230 0.290 0.260 0.230 0.120 0.190 0.270 0.360 0.280 0.230 0.310 0.210 0.130 0.190 0.360 0.200 0.370 0.260 0.210 0.250 0.270 0.270 0.170 0.280 0.170 0.290 0.170 0.190 0.200 0.370 0.250 0.200 0.390 0.370 0.170 0.270 0.310 0.280 0.270 0.310 0.190 0.390 0.120 0.246

1.000 0.280 0.170 0.180 0.230 0.300 0.140 0.170 0.210 0.190 0.230 0.280 0.260 0.220 0.120 0.180 0.250 0.350 0.270 0.210 0.300 0.210 0.120 0.170 0.360 0.190 0.370 0.250 0.210 0.240 0.260 0.270 0.150 0.270 0.150 0.280 0.170 0.180 0.190 0.360 0.250 0.180 0.390 0.360 0.160 0.260 0.300 0.260 0.260 0.300 0.180 0.390 0.120 0.237

0.780 0.260 0.160 0.160 0.200 0.260 0.130 0.140 0.200 0.180 0.200 0.260 0.240 0.190 0.110 0.170 0.230 0.310 0.240 0.210 0.200 0.180 0.100 0.150 0.320 0.170 0.330 0.230 0.140 0.230 0.230 0.250 0.140 0.250 0.140 0.260 0.150 0.160 0.170 0.320 0.120 0.160 0.290 0.330 0.150 0.230 0.280 0.240 0.240 0.270 0.160 0.330 0.100 0.209

0.530 0.220 0.140 0.130 0.180 0.220 0.110 0.120 0.170 0.150 0.190 0.220 0.220 0.160 0.090 0.150 0.200 0.270 0.210 0.180 0.240 0.160 0.090 0.130 0.270 0.150 0.270 0.190 0.150 0.200 0.200 0.210 0.120 0.200 0.120 0.230 0.140 0.130 0.150 0.280 0.210 0.130 0.210 0.300 0.130 0.190 0.250 0.200 0.200 0.240 0.160 0.300 0.090 0.184



El m,todo utilizado# al emplear datos hidrológicos# hidráulicos y ecológicos# permite la selección adecuada del tirante de agua# por ende la selección de caudal ecológico# para la recuperación en algo del ecosistema e+istente anterior a la derivación y la conservación de los componentes bióticos particulares -concretamente peces que supuestamente son garantes de idoneidad para todo el ecosistema. El tirante entre >? a L> cm determinado para la recuperación de los peces e+istentes anteriormente a la derivación# concuerda con la /egislación Suiza para aguas pisc$colas# que establece% para mantener el mo$imiento migratorio de los peces se debe garanti%ar una profundidad de agua de al menos &' cm( en el caso que el )*+, sea superior a -' l.s(

'or otro lado# ba=o la misma legislación# en casos de e/trema sequía0 establece un caudal mínimo de al menos &1' l.s cuando el )*+, es -'' l.s0 al que adiciona *2 l.s por cada 2'' l.s adicionales # cuya e+trema sequ$a para la cuenca aportante sea

declarada por el SEA!H"# el caudal m$nimo a de=ar circular por el r$o ser$a de al menos L9 lMs. correspondiente al L?2 I 3L9 lMs.

OPERACIÓN DEL RESER@ORIO Se considera que al final del mes de noviembre# el espe=o de agua coincide con el nivel ecológico# es decir con la cota de la tuber$a de descarga# tiene almacenado 5C#LLL.33 mL# a los que se adiciona el volumen posible de almacenar del mes de diciembre# y as$ sucesivamente hasta la capacidad del embalse al A!6# cota L5>2 msnm# el e+cedente fluirá por el aliviadero. Es as$ que el almacenamiento está lleno los meses de febrero# marzo y abril. )esde mayo empieza a disminuir el volumen almacenado en el reservorio hasta noviembre en que llega con L22#DC9.LD mL# superior en 25#L?D.C mL al ecológico supuesto. 'or tanto# la operación es aceptada# al garantizar un nivel algo mayor al ecológico.



*uadro.

;ol8menes y caudales medios aportados

"s#udio Hidrol$gico para Presas: Consideraciones


/a operación del reservorio suministrará los caudales mensuales determinados en la )emanda de Agua# cuyos valores má+imos son >L5 lMs en noviembre y >LC lMs en enero. *on un adicional de >34# se establece en L99 lMs el caudal de diseño del canal de derivación a la zona a irrigar. Asimismo# el caudal m$nimo a discurrir por el r$o *huquimarán debe ser L94 mayor a la demanda de agua actual y nunca menor que el caudal que ingresa al almacenamiento. *on riego por gravedad se irrigará >?9 ha con una eficiencia de riego de 9.?9. 'osteriormente# una vez consolidado el proyecto se debe implementar un sistema de riego tecnificado# con lo cual con el mismo caudal se incrementará el área a irrigar. En el fondo del dique# la tuber$a de descarga tendrá una capacidad de conducción de > mLMs y servirá para la eliminación de los sedimentos acumulados en el fondo del reservorio. El vertedero de e+cedencias# con ingreso ubicado fuera y suficientemente distanciado del dique# ha sido diseñado para una avenida milenaria# que luego de transitada por el reservorio es igual a 3.? mLMs# que fluirán por el vertedero de demas$as# al cual le continuará un canal de evacuación que descargará el agua en una poza de disipación. Adicionalmente al canal de evacuación se descargará el agua que deberá discurrir por el r$o *huquimarán. A la poza de disipación tambi,n se descargará los sedimentos a trav,s de la tuber$a de descarga de fondo. En el diseño de la poza de disipación se ha compatibilizado los saltos hidráulicos correspondientes. /a oferta de agua es aquella

que será almacenada en el reservorio



/a operación del reservorio suministrará los caudales mensuales determinados en la )emanda de Agua# cuyos valores má+imos son >L5 lMs en noviembre y >LC lMs en enero. *on un adicional de >34# se establece en L99 lMs el caudal de diseño del canal de derivación a la zona a irrigar. Asimismo# el caudal m$nimo a discurrir por el r$o *huquimarán debe ser L94 mayor a la demanda de agua actual y nunca menor que el caudal que ingresa al almacenamiento. *on riego por gravedad se irrigará >?9 ha con una eficiencia de riego de 9.?9. 'osteriormente# una vez consolidado el proyecto se debe implementar un sistema de riego tecnificado# con lo cual con el mismo caudal se incrementará el área a irrigar. En el fondo del dique# la tuber$a de descarga tendrá una capacidad de conducción de > mLMs y servirá para la eliminación de los sedimentos acumulados en el fondo del reservorio. El vertedero de e+cedencias# con ingreso ubicado fuera y suficientemente distanciado del dique# ha sido diseñado para una avenida milenaria# que luego de transitada por el reservorio es igual a 3.? mLMs# que fluirán por el vertedero de demas$as# al cual le continuará un canal de evacuación que descargará el agua en una poza de disipación. Adicionalmente al canal de evacuación se descargará el agua que deberá discurrir por el r$o *huquimarán. A la poza de disipación tambi,n se descargará los sedimentos a trav,s de la tuber$a de descarga de fondo. En el diseño de la poza de disipación se ha compatibilizado los saltos hidráulicos correspondientes. /a oferta de agua es aquella que será almacenada en el reservorio 7allapalcca*huquimarán durante la ,poca de lluvias# que en estia=e será suministrada al operar la válvula de descarga de la represa con elun caudal requerido en el cuadro de demanda de agua. de @. lMs# compromiso refrendado por los beneficiarios que acuerdan regar por turnos# a fin de garantizar un abastecimiento de agua del 994 de la zona beneficiaria. El probable volumen de agua a almacenar es determinado mediante el estudio hidrológico /a precipitación efectiva de la zona donde se construirá la futura represa# cuyos datos se obtuvieron de la Estación 'ampa (aleras para la determinación del volumen de agua disponible# de la misma estación se utilizó la precipitación má+ima en >? horas para determinar el caudal má+imo con el cual se diseña el vertedero de e+cedencias.

*-



T7a01o7;9 59 095/m9;o0 En la zona del posible embalse en 7allapalgcca no e+isten datos de la cantidad de material sólido arrastrado por las aguas en ,poca de avenidas# por lo que el análisis de sedimentolog$a se basará en la observación de campo y en la utilización de fórmulas emp$ricas determinadas para otras zonas del pa$s de similares caracter$sticas. En el reconocimiento de campo se ha podido apreciar que la pendiente del curso de agua# aguas arriba del posible e=e de presa# es ba=a por lo cual la erosión es m$nima a e+cepción de las nacientes de ambos r$os donde la pendiente es mayor por lo tanto la capacidad erosiva y de transporte de las aguas se incrementa. 'ara tener una idea del volumen anual promedio del transporte de sedimentos en 7allapalga# se ha utilizado una relación emp$rica que ha sido a=ustada a 3 subcuencas del r$o !antaro y que tiene la siguiente fórmula% ?0 * (%!( A)%!2" )onde% s en mLMYm>Maño A ?C9 Zm>

I 7ransporte total anual de sedimentos I Superficie de la cuenca en Zm> I

El valor estimado con dicha relación es de 3D.C mLMZm># que hacen un total de 23#>D2 mL de sedimentos que ser$an depositados anualmente en el embalse de 7allapalcca# de los cuales se considera el C94 en suspensión y el >94 de fondo# en el embalse se depositar$a 3#999 mLMaño # los que deberán ser eliminados a trav,s de la descarga de fondo.. Si se considera que la vida 8til de la presa es de 39 años# entonces en dicho per$odo se almacenar$a 239#999 mL# en el caso que la presa se construya sin descarga de fondo. En general# la sedimentación en un reservorio es un proceso paulatino que ocurre ba=o la superficie cuando las aguas fluviales se estancan al llegar al embalse y se produce una ralentización del caudal. /os sedimentos gruesos se depositan en la parte superior del vaso formando un delta que puede afectar a los niveles de avenida aguas arriba# mientras que los sedimentos más finos son llevados al interior del vaso. Se puede afirmar que la tasa de sedimentos en suspensión que saldr$a por la tuber$a de descarga se apro+ima a la cantidad de limos finos que entran al embalse.

Ecuación Uni@ersal de la PArdida de Suelo La pérdida anual de suelo puede ser estimada, según Wishmaier, como: P = R * K * C * (LS * (C! "onde: P = Promedio anual de pérdida de suelo en t#ha#a$o

*0



R = %actor de llu&ia ('ndice de erosin K = %actor suelo C = %actor de culti&o (co)ertura &egetal (LS = %actor com)inado de longitud  pendiente (C! = %actor de pr+cticas de control de erosin La teor'a ha sido desarrollada por el SCS de S-, aplicada por la !./01!R12 3omando los siguientes &alores: R = 455 t#ha#a$o K = 5265 C = 5256 LS = 524 (L maor de 755 m  S maor de 6 8 C! = 925 (sin pr+cticas Los resultados permiten o)tener 9 3on#ha#a$o, eui&alente a 5244 m 7#ha#a$o2 La cantidad de sedimentos ue llega a la estacin de control es menor a la calculada, de)ido a ue se depositan a lo largo del cauce, de modo ue se estimar+ slo en un 45 8 la cantidad ue llega a las secciones de control2 "e esta ;orma o)tenemos los resultados para los em)alses San %ernando  Chihuane, &er Cuadro 1< 262

Promediando los resultados o)tenidos en los cuadros anteriores  considerando una &ida útil de los em)alses Chihuane  San %ernando de 955 a$os, o)tenemos los resultados mostrados en el Cuadro 1< 27> para el em)alse San %ernando hemos asumido un &olumen muerto de 95 ??C  para el em)alse Chihuane 9 ??C2

*'

Hidrología Presas.doc

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