República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universidad Rafael Urdaneta Cátedra: Obras Hidráulicas Prof. Diego Cegarra
NECESIDADES Y DEMANDAS DE AGUA RECOMENDACIONES PARA MEJORAR EL TRABAJO
Maracaibo, febrero de 2017
Introducción
La presente investigación se orienta hacia la descripción y Análisis de las necesidades y demandas de agua, fundamental para la supervivencia y desarrollo de las poblaciones. En tal sentido esta investigación se elabora mediante los siguientes pasos: •
Abastecimiento Urbano: En este punto se describe y analiza todo lo referente a los
horizontes de planificación, estimación de necesidades, determinación de las dotaciones. Hipótesis de la demanda y la determinación del gasto de diseño. •
Abastecimiento Agrícola (Agua para riego): Aquí se describen describen y analizan analizan los factores factores que que
determinan determinan la necesidad necesidad de suministro de agua para riego, requerimientos requerimientos de agua para las plantas, proyectos de riego, eficiencia de riego, balances hidrológicos, entre otros. •
Hidroelectricidad: En este aparte analizamos el sector energía con sus fuentes de
obtención primaria y secundaria, como se transforma la energía primaria en energía hidroeléctrica, cuales son las necesidades principales para la generación de la energía, capacidad instalada y se agregan aquí diversos proyectos hidroeléctricos de Venezuela y el mundo.
•
Otros Usos y aprovechamiento: Aquí describimos otros usos aparte de los ya
mencionados que le podemos dar al agua como lo son el uso para la navegación y el uso para la recreación. recreación. •
Usos de protección: Por último se analiza en este punto todos los usos de protección que
por norma se le debe dar al agua como a continuación citamos: disposición de aguas servidas y los diversos tipos de drenajes que se utilizan (Vial, agrícola y urbano).
2.1.- Abastecimiento Urbano
En éste punto se expone una breve descripción y análisis que ha sido extraído del capítulo II del Pr oyectoss de Ing eniería Hidrául Hidráulica ica del del autor utor J uan uan J osé os é Bol B olinaga, inaga, Fundación Fundación P olar, olar, libro: Proyecto Caracas-Venezuela:
El abastecimiento urbano está considerada la primera prioridad a nivel mundial. En Venezuela este queda establecido en el plan Nacional de aprovechamiento de Recursos hidráulicos. El abastecimiento Urbano se orienta hacia 2 aspectos fundamentales: Consumo de necesidades sanitarias y Agua para beber. La complejidad reside en las diversas actividades de cualquier ciudad, ya que la red de distribución urbana es una sola para todos los usos, salvo en áreas industriales que posean sus propios acueductos.
•
Horizontes de planificación
Horizonte de Proyecto: El horizonte de planificación de un proyecto es la fecha más lejana
para la cual se supone que el mismo debe satisfacer las cantidades de aguas necesarias para abastecer las ciudades correspondientes. Este horizonte de proyecto generalmente coincide con el plan de la Nación (30 años).
Horizonte de obra: Este se fija tomando en cuenta principalmente consideraciones de tipo
económico, donde juega un papel importante la vida útil de las estructuras y equipos que no es más que el período real de servicio eficiente. •
Estimación de las necesidades
Las necesidades de las diversas actividades urbanas se definen por dos factores básicos: la población a servir y el plan de desarrollo urbano. Deben cubrir en el futuro un período que abarque hasta el horizonte más lejano. ✓
Consumo y demanda:
Consumo: Cantidad de agua que realmente se usa. Demanda: Cantidad de agua que se desea consumir.
La diferencia entre estas dos está marcada por la cantidad que esté disponible a puerta de usuario; si la oferta es mayor que la demanda ésta y el consumo será igual. ✓
Niveles de demanda
Demanda en reserva: Volumen de agua que debe reservarse en las fuentes de
abastecimiento.
Demanda de proyecto: Demandas medias que deben ser abastecidas por cada obra parte del
proyecto. Gastos de diseño: Se calculan en base a la distribución instantánea de las demandas de
proyecto. Estas demandas se expresan por millones de metros cúbicos por año, ó litros por segundo, y los gastos en ésta última unidad. Se concluye que: Demanda: Gastos o volúmenes medios en el tiempo Gastos de diseño: Gastos picos o máximos. •
Proyecciones de la población
El planificador hidráulico debe disponer de una curva que dé señales de la variación probable de número de habitantes en los años de prospectiva, y un plan de equipamiento que le indique los datos siguientes: ✓
Diferentes usos de la tierra: comercial, residencial, industrial, entre otros.
✓ ✓ ✓
Densidades de población. Tipos de industrias. Zonas verdes e información urbana general.
En Venezuela la información puede encontrarse en la oficina Central de Estadística e Informática de la Presidencia de la República. •
Determinación de las dotaciones
Es la cantidad deseable de agua por habitante de la cual debe disponer una determinada población. Se expresa en litros per cápita por día (lpcpd). La Dotación se forma con los diferentes usos urbanos: Consumo Doméstico: En Venezuela la dotación mínima indispensable está en unos 70 lpcpd,
lo recomendable como mínimo es 120 lpcpd. Consumo Industrial: Este depende del tipo de industria y del proceso que ella utilice podemos
encontrar: procesadoras de alimentos, bebidas gaseosas, refinería de petróleo, plantas hidroeléctricas, entre otras.
Para zonas industriales se utilizan dotaciones por unidad de área que van de 1 a 1,5 lps/hab dependiendo o no la instalación de industrias muy consumidoras de agua. Uso Público: Comprenden los consumos en edificios públicos, escuelas y hospitales, agua
para riego de parques y zonas verdes, y para la limpieza de calles, por norma del MSAS e INOS se recomiendan los siguientes valores: ✓ ✓ ✓
Riego de zonas verdes y limpieza de calles: 800 a 1200 lts/ha/día Edificios públicos, escuelas y semejantes: 60 a 100 Lpcpd Hospitales: 500 a 800 lts/cama/día
Pérdidas: En Venezuela se han adoptado valores del 10 al 20 % del consumo total,
dependiendo de si el acueducto tiene un mayor o menor control de su eficiencia. Dotaciones globales: Estas incluyen todos los usos, se basan en valores extraídos de la
experiencia con consumos totales. Este método de las dotaciones globales se sugiere para determinar el consumo total de una población. Factores que influyen en la determinación de las dotaciones Necesidades de tipo sanitario: Dentro del consumo doméstico la influencia es significativa en
la dotación para salas sanitarias y cocinas. Esta dotación siempre es mayor que la de consumo doméstico.
Clima: En climas muy calurosos el consumo de agua es mayor que en climas frescos, en
especial en lo que respecta al riego de jardines. Tamaño de la Ciudad: Los consumos por tendencia son mayores en las grandes ciudades,
pero salvo excepciones ya que esto depende del grado de industrialización de las mismas. Precio del agua: El precio del agua incide en el consumo sobre todo si se cobra por volumen.
Cloacas: Cuando no existen redes cloacales el consumo de agua se reduce, esto sucede en
zonas rurales y semiurbanas.
Características de los habitantes: El nivel de vida y la situación económica influye de forma
significativa en los consumos, ya que una persona con mayor poder adquisitivo va a tener acceso a servicios que requieren mayor consumo de agua. En nuestro país las zonas urbanas con mayor poder adquisitivo pagan un porcentaje más por el agua que las zonas populares. Tipos de industrias y de comercios: Existen industrias con un tipo de consumo sanitario y
otras que tienen consumos muy grandes. Cuando existen industrias que poseen consumos muy grandes hay que considerarlas aparte del consumo urbano. En nuestro estado Zulia tenemos como ejemplo: Pequiven la cual tiene sus tanques de almacenamiento aparte, y en otros estados: Venepal, Sidor, entre otras. En Venezuela no ha existido un programa sistemático de mediciones que permitan conocer el consumo real, el cual sería necesario para la asignación de dotaciones razonables. •
Hipótesis de demandas:
El planificador hidráulico debe tener en cuenta los factores que a continuación detallaremos antes de expresar las demandas urbanas: Calidad de información de oferta de agua: Este corresponde al grado de seguridad de las
cantidades de aguas aprovechables. Seguridad respecto al crecimiento probable de la población, tanto en: Aspectos
demográficos, usos de tierras y desarrollos industriales. Importancia de la población: esto se refiere a las consecuencias que traen las limitaciones de
agua, tanto en lo social como en lo económico. Rigidez o flexibilidad del sistema de abastecimiento: facilidad de operación de fuentes de
abastecimientos y aducciones.
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Determinación del gasto de diseño
Se entiende como gasto de diseño a los caudales supuestos para la determinación de las dimensiones de los elementos que forman las redes. Para ello es necesario: Establecer los requerimientos medios anuales. ✓ Los estudios de la variación estacional y horaria: máximos instantáneos. ✓ Hipótesis de funcionamiento de las redes basadas en condiciones probables de operación.(NORMAS) ✓
Gastos medios anuales: Estos se establecen sobre las bases de las dotaciones unitarias, es
decir las cantidades necesarias para satisfacer los requerimientos de la actividad urbana. Estas dotaciones unitarias se dividen en dos grupos: Grupo # 1: Usos domésticos, comerciales y públicos
Grupo # 2: Usos industriales Para comprender mejor los gastos medios anuales lo ilustramos a continuación con un ejemplo. Variaciones de gastos en el tiempo: Estas variaciones se producen por los cambios
estacionales que se dan por la influencia del clima en la demanda: ✓ ✓ ✓
Así una Ciudad con clima fresco y buena distribución de la lluvia tendrá menos variación estacional. Una ciudad ubicada en una zona donde el clima obligue a usar más agua en épocas secas, posee mayor variación estacional. Lo mismo sucede en ciudades con mayor consumo industrial que consumo doméstico, la variaciones serán diferentes a las de una ciudad con escaso componente industrial.
Por Norma se tiene: ✓ ✓
Se debe tomar 200% el consumo máximo horario del medio anual, cuando la población del centro sea de 100.000 o más habitantes. Se debe tomar 275% el consumo máximo horario del medio anual, cuando la población sea igual o menor que 1.000 habitantes.
Dónde: M = 275 – 0,75X M= Consumo máximo horario en porcentaje (%) X= Población en miles de habitantes. Gastos de Incendio : La norma establece que se supone una duración de 4 horas a los
incendios y los gastos que se usan son los siguientes: ✓ ✓ ✓ ✓
10 lps: zonas residenciales con viviendas aisladas. 16 lps: zonas residenciales, comerciales o mixtas con 120 % de construcciones aisladas o construcciones unifamiliares continúas. 32 lps: zonas industriales, comerciales y residenciales con áreas de construcción mayor a 120 % y áreas de reuniones públicas como: Iglesias, Cines y Teatros. No se exigirá dotación de incendio en parcelamientos con 4 o menos lotes por hectárea, destinadas a viviendas unifamiliares aisladas.
El gasto de incendio se debe ubicar en el nodo más desfavorable y el criterio para su elección es: ✓ ✓
Lejanía a los puntos de alimentación a la red. Las cotas del terreno
Hipótesis para establecer los gastos de diseño En redes Abastecidas por Gravedad se deben cumplir las siguientes condiciones: ✓ ✓
La red operara con una demanda igual al pico Max.= 250% del gasto medio anual. La red operara con una demanda del 180%del gasto medio anual + gasto de incendio.
En redes abastecidas por bombeo se deben cumplir las siguientes condiciones:
✓
Bombas operando y flujo desde el estanque, el pico máximo será= 180% del gasto medio anual + gasto de incendio. (Tanque a medio llenar).
✓
Bombas sin operar y flujo desde el estanque, se calculará la red con una demanda igual al promedio durante el período en el cual no operan las bombas.
✓
Bombas operando y el estanque llenándose, éste análisis deberá ser efectuado para las diversas demandas indicadas en la curva de variación horaria.
✓
Demanda igual a cero, éste se utiliza para determinar la carga máxima de las bombas
2.2.- Abastecimiento de agua para riego
La problemática del agua para riego está íntimamente ligada al desarrollo del sector agrícola; siendo por ello indispensable tener un conocimiento de este sector para cuantificar los volúmenes de agua que se requieren para esos fines. En Venezuela siendo un país tropical, la agricultura se lleva adelante mediante los siguientes esquemas: ✓
✓
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Agricultura de secano :
Esta se comprende en dos modalidades: la primera, que se desarrolla con la alimentación directa de las lluvias, denominada de invierno, y la segunda, que es aquella que ocurre en la época seca alimentada por la humedad dejada en el suelo por las lluvias y las escasas precipitaciones en esa época, denominada agricultura de secano. Agricultura de riego : Esta consiste en la aplicación artificial del agua, dependiendo de sus modalidades estas se pueden clasificar en: agricultura de riego el cual corresponde a la época seca, y de riego suplementario, que se desarrolla en las áreas de bajo riego en época de inviernos. Sistemas de riego
Un sistema de riego consiste en las obras de captación de las aguas, las aducciones al área de riego, el sistema de distribución hasta el nivel de finca o parcela, las obras de distribución del agua dentro de esta última, el sistema de drenajes que recolecte los excesos de agua en el área regada, conduciéndolas a los cauces naturales de la zona y una red vial que permite el acceso a las parcelas y obras de ingeniería. Es importante aclarar que un sistema de riego es en realidad más complejo, pues su éxito solo se logra si se cumplen el conjunto adicional de actividad de tipo agrícola, de asistencia técnica, crediticia, sociales y de mercadeo. Las obras de captación pueden ser de aguas superficiales como el caso de embalses o derivaciones directas de ríos, y de aguas subterráneas mediante el uso de pozos profundos. Las obras de aducción llevan el agua desde la captación hasta la zona de riego, donde, mediante el sistema de distribución, se conduce el agua hasta cada una de las fincas o parcelas. Las obras del sistema de distribución se denominan principales cuando dominan zonas de riego, y secundarias cuando son ramificaciones del principal y cubren sectores de riego integrados por grupos de fincas o parcelas. Una clasificación similar que las de las obras de drenaje, definiendo los drenajes como parcelarios, terciarios, secundarios y primarios. Se deben tomar en cuenta unos criterios básicos para el diseño de las obras de distribución del agua en un sistema de riego como, por ejemplo: propiedades del suelo relacionadas con la retención y el movimiento del agua, requerimiento de agua y frecuencia de riego, infiltración de agua en el suelo.
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Factores que influyen en la necesidad de suministro de agua para riego
El riego en una región tropical como Venezuela, junto con el drenaje agrícola, es fundamental para llevar adelante un sector agrícola estable, no sujeto a imponderables creados por las fluctuaciones climatológicas. La figura 2.6 presenta una estimación de las probables necesidades futuras de áreas de cosechadas en el país, sin tomar en cuenta los pastos. Estos datos solos deben tomarse a titulo ilustrativo, pues la cifra de áreas para pastos seria en el año 2000 del orden de 37.000millones de hectáreas, de ellas 500.000 estaría bajo riego. Es importante entender que en la figura también se incluye un rango de área física disponible; en ella, el área cosechada corresponde a la extensión sembrada, la cual no debe confundirse con el área física, pues una hectárea puede rendir dos o más cosechas al año. Las cantidades el agua que demanda la agricultura bajo riego, dependen de tres parámetros fundamentales: el clima, el área bajo riego y los cultivos correspondientes. Esto indica que cualquier proyección de volúmenes de agua requeridos para el riego, tiene como paso previo a determinación razonable de las cantidades que deben producirse bajo riego en los diferentes cultivos y las áreas que ellos requieren, además, de un conocimiento de parámetros climáticos de la zona. La proyección de las magnitudes agrícolas es tarea compleja. Sin embargo, el procedimiento que se aplica, la figura 2.7 muestra resumidamente las etapas más significativas de ese proceso, en el cual algunos puntos merecen una explicación complementaria. ✓
Punto 5 – Rendimientos: La estimación de los rendimientos futuros y de la productividad
es un punto clave en toda la planificación agrícola. Su determinación requiere, además de los estudios precedentes, del conocimiento de la calidad de las tierras cultivables disponibles y cuales son aptas para riego. ✓
Punto 7 – Rentabilidad de cultivos: Es el establecimiento de criterios de rentabilidad, que
permiten decir cuales productos deben ser cosechados en secano y cuales, con riego, y en que regiones. ✓
Punto 8 – Cuantificación y ubicación de áreas y cultivos: De acuerdo con las
necesidades de productos agropecuarios y su rentabilidad, debe cuantificarse y ubicarse las áreas y cultivos necesarios. ✓
Punto 9 – Definición de proyectos: El punto 8 lleva directamente a la definición de
proyectos concretos de riego y secano. Es oportuno mencionar que tanto el secano como en riego, hay usualmente necesidad de adelantar proyectos de drenaje agrícola y control de crecidas
Fig.1.1. secuencia general de planificación del sector agrícola
Es imprescindible tener de un inventario apropiado de tierras que puedan ser objetos de explotación, para así poder realizar una planificación apropiada. Comúnmente, se lleva acabo dos tipos de inventarios: el de índole general y el de carácter específico de riego, el cual este último es el que nos compete y se describirá a continuación: Inventarios específicos para riego: estos estudios se realizan de acuerdo con las
especificaciones del U.S Bureau of Reclamation (USBR). Estos inventarios se elaboran tomando en cuenta, además de los criterios de tipo agrologico, topográfico y de suelos, el concepto de la rentabilidad y la existencia de agua para riego en cantidad y calidad adecuadas, la cual es una variable que afecta dicha rentabilidad e inclusive la factibilidad de riego en sí. Existen tres niveles de profundidad en la realización, de este tipo de estudios: de reconocimiento, semidetallado y detallado. La diferencia de entre cada uno de ellos consiste, principalmente, en el número de observaciones de campo que se efectúan por unidad de área.
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Requerimiento de agua para plantas
Durante la etapa de crecimiento de un cultivo, este requiere de una cantidad de agua que se denomina uso consuntivo. Este requerimiento es suplido por la lluvia y por la humedad que el suelo es capaz de conservar y el resto, si fuese necesario, debe ser suministrado de forma artificial; es decir, mediante el riego. Es pues indispensable saber conocer el uso consuntivo de la planta, para determinar las demandas de riego.
Este uso consuntivo es la evapotranspiración potencial ETP, es la suma de la evaporación y la transpiración de las plantas, bajo el supuesto de que siempre hay agua disponible en la superficie o en el sub suelo. La evapotranspiración real ETR es la que realmente ocurre. El método de estimación de evapotranspiración potencia ETP, pueden ser clasificados en: ✓
Métodos directos: se basan en observaciones en campo, es decir, en mediciones de las
diferentes variables que intervienen en las relaciones agua- planta- suelo. El uso de lisímetros es el más empleado en este sentido, este consiste en un recipiente de proporciones adecuadas, que se llena de tierra, se introduce en el suelo y se le siembra el cultivo deseado, manteniéndolo siempre con suficiente cantidad de agua, lo cual permite, por medio del balance correspondiente, determinar el valor de ETP. ✓
Métodos indirectos: que son estimaciones basadas en variables climatológicas, siendo los
más usuales los fundamentados en la evaporación o en la temperatura media ambiental. En Venezuela, se han utilizado tradicionalmente los métodos de tipo evaporación o temperatura, por ser estas dos variables sobre las que se dispone de información en una mayor extensión geográfica y en el tiempo. Los métodos indirectos basados en la evaporación operan mediante la fórmula:
Ec.-2.1
Dónde: ETC: evapotranspiración potencial máxima del cultivo analizado (cm/día) Cc: Coeficiente del cultivo (porcentaje del peso seco a estufa) tabla 14.1 EV: Evapotranspiración al sol medida en una tina (cm/día) El problema radica en la determinación del valor del coeficiente, pero se ha podido constatar que el valor de Cc está influenciado por el tipo de tina evaporimétrica, en el medio ambiental donde ella está colocada, las obstrucciones geografías o similares que pueda haber y el clima en general. Para cálculos más realistas, la mejor vía es suponer valores de Cc variables de acuerdo con los cultivos correspondientes.
Donde el ETP viene en cm y referido a un periodo de 30 días; tc es el tiempo de claridad de un día, expresado en unidad de 12hrs; T es la temperatura media mensual del aire en ᵒC, I índice de calor, que se obtiene sumando los doce índices correspondientes mensuales calculados por:
Conocida la ETP, que es la necesidad de agua de la planta, la determinación de la demanda neta de riego DNR se hace practicando un balance de agua. Este balance puede resumirse en las siguientes ecuaciones, establecidas para valores mensuales y en unidades de longitud, generalmente mm. Ec.-2.4
Donde ETR es la evapotranspiración real, que viene dada por:
Ec.-2.5 Y finalmente el exponente viene expresado por:
Ec.-2.6 Donde PE es la precipitación efectiva y S es el agua almacenada en el subsuelo.PE se refiere básicamente a aquella porción de la precipitación P que se hace disponible a la planta y no al porcentaje de lluvia que se escurre.
Fig.-2.2. esquema del balance hidrológico en la planta
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Requerimiento de agua y frecuencia de riego.
Por medio de la evapotranspiración potencial y de un análisis de las ecuaciones y métodos de cálculo de este parámetro en conjunto con el análisis de un clima se podrá determinar los requerimientos de agua para suplir los requisitos de evapotranspiración de un determinado cultivo. Una de las ecuaciones para estimar la tasa de evapotranspiración es la siguiente:
Dónde: ETC: evapotranspiración potencial máxima del cultivo analizado (cm/día) Cc: Coeficiente del cultivo (porcentaje del peso seco a estufa) tabla 14.1
Ec.-2.6
EV: Evapotranspiración al sol medida en una tina (cm/día). Tabla 2.1.- resumen de las propiedades físicas del suelo
Una vez definida la extracción de agua del suelo es necesario conocer la capacidad de almacenamiento de agua que tiene este, a fin de establecer cuánta agua aplicar en cada riego y con qué frecuencia. El suelo tiene una capacidad de almacenamiento que tiene definida por su textura, estructura, contenido de materia orgánica y profundidad radicular de cultivo.
Dónde:
(−)
Ec.-2.7
Dn: densidad aparente del suelo que representa la relación entre el peso del suelo seco y el volumen total del suelo no disturbado. d: cantidad de agua total utilizable por las plantas (cm) CC: capacidad de campo (%) Pw: (cm) Da: (gr/cmᶾ) Esta ecuación está dividida por el peso específico del agua, el cual no se incluye ya que se considera igual a 1/gr/cm ᶾ También es necesario determinar la cantidad total de agua físicamente utilizable por las plantas, d, solo un porcentaje de ella puede ser usada sin afectar la producción económica del cultivo. A este último concepto se conoce como porcentaje de agotamiento permisible, Ag, y la lámina resultante se le da el nombre de lámina neta, dn.
ò bien,
(− )
Ec.-2.7
En general los valores típicos de Ag están entre 0.5 y 0.6, lo que quiere decir que entre el 50 y 60% del agua útil almacenable en el suelo puede ser económicamente aprovechable por los cultivos. En la práctica, cuando el contenido de agua en el suelo alcanza el valor mínimo económicamente permisible, se toma la decisión de regar. Dado que la capacidad del campo representa el contenido de agua en el suelo por encima del cual las perdidas por percolación profunda se hacen importantes, la aplicación de riego se realiza hasta que el agua almacenada en el suelo alcance a capacidad del campo. Después de finalizado el riego, el contenido de agua en el suelo comienza a disminuir debido a la extracción de agua por la planta para cubrir las necesidades transpiratorias y por el efecto de la evapotranspiración. El intervalo de tiempo Tt, durante el cual el contenido de agua del suelo pasa de capacidad de campo al agotamiento máximo, (si no hay ocurrencia de lluvias en ese intervalo), será aquel en el cual el proceso evapotranspiratorio consume la lámina neta, ósea:
Ec.-2.8
Dónde: Tt= frecuencia de riego (días) Dn= cm ETC= cm/día Es importante hacer notar que el número de riegos en un mes multiplicado por la cantidad de agua aplicada en cada riego, más la diferencia entre el contenido de agua en el suelo al comienzo y final del mes, es igual a la demanda neta de riego al mes, denotado como DNR. En la figura 2.2 se ilustra el proceso de agotamiento de agua en el suelo partiendo de una condición inicial igual a CC y aplicando láminas de riego iguales a dn. En esta figura se puede observar el intervalo de tiempo entre riegos T, cuyo valor mínimo es Tt, o frecuencia de riego.
Figura 2.2.
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Infiltración de agua en el suelo. Tiempo de riego
Es el nombre que se le da al proceso de penetración del agua en el perfil de suelo a través de la superficie en contacto con la atmosfera. En estas ecuaciones se usará el termino I para denotar el volumen de infiltración acumulado y le letra i para designar la tasa de infiltración.
Ec.2.9
Ec.2.10
Ec.2.11
Ec.2.12
Ec.2.13 Donde b, B, n, K, S, a, M son parámetros que dependen del tipo de suelo y las condiciones iniciales de contenido de agua en el suelo, mientras que io representa la tasa de infiltración inicial cuando t es igual a cero e ic es lo que se conoce como tasa de infiltración básica. •
Eficiencia de riego
En todos los sistemas de riego se producen pérdidas y desperdicios de agua a través de as obras de conducción de esta desde la fuente hasta la parcela, en la distribución interna del agua en la parcela y en su aplicación a los cultivos. La evaluación de estas pérdidas se hace a través de la estimación de un parámetro que se conoce como eficiencia global de riego Eg y que representa el porcentaje del volumen de agua total derivado desde la fuente de suministro hacia la zona de riego que realmente llega a ser utilizado por cultivos.
Ec.2.14
Dónde: Vt: volumen derivado desde la fuente de suministro. Vn= volumen neto utilizado por las plantas. Este depende de muchos factores como: tipo de obras de conducción, tipo de distribución, textura de los suelos, método de riego, cantidad de agua aplicada, topografía, caudal, tipo de cultivo, experiencia del regante y, en general una serie de aspectos económicos, sociales,
legales e institucionales. En la literatura el termino de eficiencia global de riego se divide en tres componentes: eficiencia de conducción Ec, eficiencia de distribución Eb, eficiencia de aplicación Ea, las cuales se definen como:
Ec.2.15 Dónde: Vt, representa el volumen el volumen suministrado a la parcela, Va el volumen aplicado al campo y los términos Vn y Vt fueron definidos anteriormente. De acuerdo a estas expresiones se puede escribir:
Ec.2.16 Eficiencia de aplicación: Los principales factores que determinan el valor de la eficiencia de
aplicación son: método de riego m, lamina a aplicar I, textura de suelo s, caudal medio de riego q y topográfica del terreno t. Para estimar el valor de eficiencia de aplicación de proyecto, se debe calcular el promedio de los valores obtenidos en las tablas 14.4 y 14.9 y multiplicarlo por un coeficiente de disponibilidad Cero de agua y de recurso humano que se da en la tabla 14.10: ósea:
Ec.2.17 Cuando se carece de información de algunos de los términos de esta ecuación, se debe obtener el promedio de los valores asociados a los factores conocidos o disponibles. En general:
Ec.2.18 Dónde: Eai; es la eficiencia de aplicación estimada según el factor i. n; será el número de factores conocidos. Eficiencia de distribución: En este caso la única información disponible es a reportada por
Bos y Nugteren la cual se resume en las figuras 14.13 y 14.14. En la primera figura, la eficiencia de distribución Eb se da como función del área de la parcela, tipo de obra de conducción, tipo de suelo en el caso de canales naturales y método de distribución del agua.
Eficiencia de conducción: Para estimar Ec se supone que las obras de conducción será en
principio tuberías o canales revestidos, siendo principales factores a determinar: evaporación, fugas, operación y método de distribución de agua sobre las líneas principales, ya que el método de distribución del agua a nivel de parcela ya fue considerado. •
Determinación de la capacidad de diseño de las obras de distribución
Unos de los aspectos más importantes en la determinación de la capacidad de diseño de as obras de distribución del agua es el método de suministro que se va a emplear. Esta decisión además de condicionar el diseño del sistema de riego, define las reglas de la operación y la eficiencia en el uso del recurso agua. En la literatura relacionada con riego se proponen tres formas diferentes de suministro del agua: continuo, por turnos o rotación y a demanda libre. Caudal continuo o ficticio: este representa el flujo de agua que es necesario suministrar a la
planta en forma continua para que satisfaga sus requerimientos evapotranspiratorios. A nivel de planta se calcula como:
Ec.2.19
Dónde: NRm, Representa las necesidades promedio de riego que será igual a ETP, evapotranspiración potencial total en el mes de máxima demanda, o bien DNR, demanda neta de riego en el mes de máxima de demanda si hay precipitación apreciable. T; Es el número de días al mes. 0.116; Es un factor de conversión que permite obtener el gasto ficticio q en lps/ha, dado que NRm está expresada en mm. Para obtener el gasto ficticio a nivel de campo, qc, es necesario dividir q entre la eficiencia de aplicación:
Ec.2.20 De igual forma, el gasto ficticio a nivel de parcela qp, será:
Ec.2.22 Y el gasto ficticio a nivel de fuente de suministro, qf:
Ec.2.23
2.3.- Hidroelectricidad
La estimación de las demandas de agua corresponden a la generación de energía eléctrica, debe complementarse en un panorama más amplio: producción de energía eléctrica, la cual a su vez está en marco de referencia mayor la problemática energética. •
El sector energía
El esquema tiene tres grandes partes o columnas que representan: las fuentes primarias que son las disponibilidades primarias de energía existentes en la naturaleza; las fuentes secundarias, representadas por las que se originan al transformar las primarias, haciéndolas así disponibles para ser consumidas; y los sectores de consumo final, es decir, el destino final de la energía. Dentro de las tres grandes divisiones anteriores, no toda la energía de fuente primaria debe ser primero transformada en fuente secundaria para poder ser consumida y, además, no todo el consumo ocurre en la tercera categoría, pues los procesos de extracción y producción en las dos primeras requieren de energía para su materialización. Las fuentes primarias pueden clasificarse en: convencionales: petróleo, gas natural, carbón e hidroenergía y no convencionales, donde destaca la energía nuclear y un conjunto adicional, todavía muy poco desarrollado. La transformación de las fuentes primarias en energía eléctrica se hace a través de dos procesos generales: el térmico y el hidroeléctrico, El primero consiste en hacer uso de los combustibles sólidos y líquidos provenientes del carbón o del petróleo o bien del gas, para transformarlos en energía térmica y generar electricidad; el segundo es la conversión de la energía cinética y potencial del agua en energía mecánica y ésta, a su vez, en eléctrica, El primer proceso hace uso de fuentes primarias no renovables, mientras que con el segundo ocurre lo contrario. •
Necesidades de generación de energía hidroeléctrica
En el caso de las necesidades de energía, las dos variables determinantes, a nivel nacional, son el crecimiento del producto territorial bruto (PTB) y de la población (42) (43). La variación con el PTB ha sido comprobada en Venezuela (trabajos realizados por el Ing. Rodolfo Tellería) Para comenzar el proceso, se deben formular una o más hipótesis razonables de crecimiento (Recuadro N°2, Figura 2.21). En este sentido, es importante la definición de una política energética, particularmente en Venezuela, donde la mayor parte de las divisas aún provienen de la exportación de petróleo, lo cual significa que el consumo interno puede afectar la capacidad de exportación y, en consecuencia, de generación de divisas. El planificador hidráulico juega un papel importante en las actividades señaladas en los Recuadros N° 8, 15,16 Y 17, pues es factor indispensable en la estimación de la oferta de hidroelectricidad. El recuadro N° 15 se refiere a la repartición o asignación de las cantidades de generación correspondientes a plantas térmicas o hidroeléctricas. En principio, esta asignación está condicionada por criterios económicos; es decir, el menor o mayor costo de generación, pero deben además tomarse en cuenta dos factores adicionales importantes: ✓
✓
La hidroelectricidad no requiere del uso de combustibles, es decir, no compite directamente con la generación de divisas petroleras (política energética). La construcción de plantas hidroeléctricas supone el financiamiento de un componente extranjero y, por lo tanto, salen divisas indirectamente. La hidroenergía es un recurso inagotable, aunque limitado y no contaminante; al contrario de los consumos de combustibles de las plantas térmicas.
Antiguamente, la asignación entre térmica o hidroeléctrica era de tipo excluyente, pero hoy en día, con las nuevas facilidades de transmisión, se han desarrollado los sistemas interconectados, que son alimentados conjuntamente por plantas térmicas e hidroeléctricas. Por otra parte, este tipo de sistema, como se verá en el Literal c., posee ventajas importantes de operación
En cuanto se refiere a fuentes secundarias, existen estimaciones hechas por el Ministerio de Energía y Minas (MEM) (41p9) Y por la empresa EDELCA (no publicadas), que se representan en la Figura 2.24a. La misma figura indica en su parte b las demandas de potencia instalada requeridas para cumplir los requerimientos de generación.
Es importante señalar que la relación entre la energía requerida ER y la demanda de potencia instalada DP viene dada por la fórmula. .
.
Ec.2.24
Dónde: DP; se expresa en millares de watios o megawatios (MW) y ER en GWh. FC; es el factor de carga que representa la relación entre la ER y la DP necesaria para su generación. En ambas curvas de la Figura 2.24b se adoptó un valor de FC del orden de 0,70. •
Capacidad instalada
Los requerimientos de energía eléctrica, tanto de origen térmico como hidroenergético, deben ser traducidos a capacidad instalada, que es la suma de las potencias de las diferentes instalaciones generadoras; para determinar esa capacidad, se hace necesario conocer la llamada curva diaria de carga, que representa la variación horaria de la demanda, es decir, la forma cronológica como se consume diariamente la energía a nivel de usuario
Las curvas de la Figura 2.26 representan variaciones típicas: la primera para el caso de una ciudad grande como Caracas, con fuerte consumo industrial, que presenta variaciones cíclicas de noche a día; la segunda, corresponde a Maracaibo, curva más llana, debido al alto consumo por aire acondicionado durante la noche; y la tercera para la región de los Llanos Occidentales, típica región rural agrícola, sin grandes concentraciones urbanas, que induzcan grandes consumos.
La capacidad del sistema abastecedor de electricidad de una determinada localidad o región, debe ser tal que pueda suplir el consumo pico o máximo, señalado por la curva de carga respectiva. La curva de la relación entre esa carga máxima CM y la promedio del día, es lo que se denomina factor de carga FC, al cual se ha hecho referencia anteriormente. El área debajo de la curva representa el consumo diario de energía ERD, por lo que el valor de FC puede expresarse así:
Dónde:
24
Ec.2.25
ERD; se expresa en KWh y CM en KW Cuanto menor sea el valor de FC, mayor será la necesidad de capacidad instalada y, en consecuencia, la ociosidad de las instalaciones generadoras correspondientes, es decir, bajarán su utilización o capacidad plena, y por lo tanto, su eficiencia. Efectivamente, durante gran parte del día operarán las unidades generadoras muy por debajo de su capacidad. En este sentido, la interconexión de plantas térmicas e hidroeléctricas es conveniente, pues las plantas térmicas no se adaptan con facilidad a variaciones relativamente repentinas del consumo, ya que su proceso de generación requiere de un tiempo para transformar la energía primaria en secundaria; lo contrario sucede con la planta hidroeléctrica, donde el tiempo de adaptación sólo está condicionado al tiempo de estabilización del flujo al abrir o cerrar llaves, o sea, que salvo que las unidades generadoras se encuentren muy alejadas de la fuente de agua, la respuesta es casi instantánea. Las plantas térmicas necesitan un proceso de calentamiento de calderas que no es violento; por lo general, se requieren al menos 30 mino En una hidroeléctrica el tiempo de respuesta se cuenta en segundos y, rara vez, es más de 3 o 4 min.
La determinación de las capacidades instaladas requiere del conocimiento de la curva de carga más desfavorable a ser servida por el sistema interconectado y que ésta, en principio, pueda ser suplida por las instalaciones generadoras en su condición, también más desfavorable. Teóricamente, la capacidad instalada de un sistema determinado debe acoplarse a la curva de crecimiento de la demanda respectiva. En la práctica, esto no sucede por los siguientes motivos: la incorporación de unidades generadoras produce escalones, y lo más importante es que no puede garantizarse una utilización o disponibidad de los equipos el 100% del tiempo, debido al mantenimiento y a las fallas de los equipos de generación, transmisión y distribución. Lo anterior lleva a la necesidad de disponer siempre de una capacidad adicional mínima de reserva, normalmente un 25% al menos. De acuerdo con lo anterior, la capacidad instalada requerida CIR se puede calcular a través de la siguiente fórmula:
. 24
Ec.2.26
donde CIR viene expresadaenMW, ERen GWh.FS es el factor de seguridad (1,25 mínimo) y el subíndice d correspondiente al día más desfavorable, que debe fijarse aceptando un riesgo calculado. Las necesidades de CIR se distribuirán entre térmico e hidroeléctrico, de acuerdo a consideraciones económicas, de oferta de cada tipo de generación y a la política energética respectiva. Las demandas de agua correspondientes a la generación hidroeléctrica no pueden cuantificarse previamente a la definición, al menos preliminar, del proyecto o proyectos correpondientes como en los dos casos anteriores (abastecimiento urbano y riego), por cuanto ellas no son solamente función de la energía requerida, sino también de la disponible que se estima mediante la fórmula: 9,81 10− ∆ Ec.2.27 Donde PT es la potencia generada en kW, correspondiente a un gasto turbinado Q en m 3/seg y a una diferencia de la energía por unidad de peso disponible, ∆ en metros antes y después de las unidades generadoras; es la eficiencia de dichas unidades y el peso específico del agua en kg/m 3 .
Como Q es el gasto en un momento dado y ∆H la hidroenergía por unidad de peso consumida, también en un momento dado, la energía total generada EG durante un período t será:
Ec.2.28
∫ 9.81 Por lo general, es suficientemente preciso expresar la ecuación anterior así: 9.81 ∑24 ∆
Ec.2.29
donde el subíndice se refiere a valor diario y el a promedio horario. El valor de EG d vendría expresado en kWh. Este valor EG es, con sus variaciones horarias, el que realmente determina el valor del gasto medio horario a turbinar de acuerdo a Qp y en consecuencia, los volúmenes horarios de agua demandados, de cuya sumatoria se obtendrán los volúmenes anuales requeridos. Nótese que los valores de EG pueden no ser iguales a los de energía requerida ER, por cuanto existen un conjunto de pérdidas en transformación, transmisión y distribución. Definiciones basicas.
A continuación se presentan un conjunto de definiciones básicas que permiten configurar un lenguaje común.
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Potencia o capacidad.
El trabajo que realiza un cierto volumen de agua al desplazarse de una altitud a otra, puede expresarse: Ec.2.30
en la cual T es el trabajo, es el peso del volumen de agua y H el desnivel de energia. Si este trabajo se realiza en un tiempo t y se expresa el peso del agua como siendo V el volumen traslado y el peso especifico del agua, se tiene que la potencia P correspondiente es:
Ec.2.31 Para conducir el agua de un nivel, a otro inferior se ocasionan perdidas de energia debidas a la friccion y a la resistencia de forma (codos, valvula, etc), no aprovenchandose integramente el desnivel de energia H o altura o salto bruto, sino una fracción de ésta que usualmente se denomina altura o salto neto Si ℎ es la pérdida de energía o carga total se tendrá:
Y por lo tanto:
ℎ
Ec.2.32
Ec.2.33
A los fines prácticos la potencia se acostumbra expresarla en caballos de vapor (C.V o hp métricos) o en kilovatios (kW) para lo cual se aplican factores de conversión correspondientes, obteniéndose:
5
13.33
( . ℎ)
13.33 0.736 9.81
( )
Ec.2.33 Ec.2.34
Donde: Q; Caudal. ; Altura neta y están expresados en m 3 / seg y metros respectivamente Esta expresión permite envaluar la potencia hidráulica generada por un determinado caudal al trasladarse un desnivel o salto neto. Para transformar potencia hidráulica en potencia eléctrica es necesario introducir un paso intermedio: la conversión de la potencia hidráulica en potencia mecánica, mdiante el ejemplo de turbinas. Finalmente, la potencia mecánica se transforma en eléctrica por medio de generadores o alternadores. De la misma forma que la potencia hidráulica corresponde a la altura bruta de generación, desconectándose las pérdidas hidráulicas de conducción, en las turbinas, como conseciencia de roces mecánicos etc, no se transforma a la totalidad de la potencia hidráulica neta en potencia mecánica. Se prodicen pérdidas adicionales que expresadas como porcentaje de la potencia hidráulica neta se denominan eficiencia de las turbinas y depende de la magnitud de Q y . De igual forma sucede en los generadores, que no entregan totalmente la potencia mecánica que reciben, sino que poseen pérdidas que se expresan en porcentajes de la potencia mecánica.
Como consecuencia de estas pérdidas hidráulica en las turbinas y mecánica en los generadores, la potencia eléctrica se debe afectar de los factores de eficiencia expresándose: 9.81
Ec.2.35
Es también común utilizar el término eficiencia global o total , que involucra a las eficiencias señaladas y correspondientes a la conducción, transformación de H en , con lo cual: 9.81
Ec.2.36
Esquema de la transformación.
Potencia
Turbina
Generador
mecánica
Hidráulica neta
•
Potencia
Potencia eléctrica
Energía.
Si una determinada potencia constante es entregada por una central hidroeléctrica durante un cierto tiempo t, se tendrá una energía producida:
Ec.2.37
Ahora bien, a lo largo de un periodo cualquiera varían los caudales turbinados y las alturas netas de generación, por lo cal la energía producida en un periodo T se expresa en una forma más general:
∫ 9.81 ∫
ℎ
Ec.2.38
Dónde: Q está en m 3 /seg y en metros. Generalmente, se acepta el concepto de energía producida referida a un año, es decir, a 8760 horas. Si la potencia viene expresada en kW y el tiempo en horas se tendrá la energía en kilovatioshora (kWh). Generalmente se expresa cando se trata de magnitudes considerables de energía en Gigavatios- hora (GWh) que son 10 6 kWh. •
Términos usuales en aprovechamiento hidroeléctrico
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Mercado: es uno o más poblaciones y lugares de consumo de energía (industrias, etc.) que
puede ser servido por un sistema aislado o interconectado. ✓
Sistema aislado: es un sistema formado por una sola central de generación (hidroeléctrica,
térmica o de cualquier otra índole). Solo se emplean hoy en día para suplir las demandas de mercados muy pequeños; razón por lo cual no se hará más referencia a ellos.
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Sistema interconectado: es un sistema formado por más de un central, normalmente de
✓
Potencia o capacidad firme: es la potencia máxima garantizada, a un riesgo aceptable,
diferente tipo. Son los sistemas utilizados hoy en día por su versatilidad y eficiencia de operación.
que un determinado aprovechamiento hidroeléctrico puede colocar dentro de un patrón programado de generación del sistema interconectado. Este patrón puede ser de diversas formas y magnitudes en el tiempo, el cual depende del papel que el aprovechamiento juegue dentro del sistema que cubre la demanda del mercado. ✓
Potencia continua : es la potencia constante y permanente que podría entregar un
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Energía firme: es la energía generada de acuerdo con el patrón diario programado de
aprovechamiento hidroeléctrico a un riesgo aceptable, como la firme, corresponde a las condiciones mínimas combinadas de caudal y altura neta.
generación que le corresponde al aprovechamiento dentro del sistema interconectado, es decir, es la energía que la central correspondiente puede colocar en el mercado. ✓
Energía secundaria: es la energía que se produce en exceso de la firme y que no es
garantizable a un riesgo aceptable. Solo se genera en situaciones en que ella puede colocarse en el mercado. ✓
Energía total: es la energía total entregada por el aprovechamiento al mercado (firme más
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Energía de base: es la energía que se consumiría en un determinado mercado durante un
✓
Energía de pico: es la energía consumida en exceso de la de base y se consume en las
secundaria) en un periodo de tiempo determinado, generalmente el año.
periodo de tiempo si a él se supliera una potencia constante equivalente a la necesaria para cubrir el requerimiento mínimo de potencia de ese periodo. horas de máxima demanda.
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Factor de planta nominal: es la relación entre la energía total y la energía teórica que se
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Factor de carga de un mercado: es la relación entre la potencia promedio y la máxima
✓
Altura o carga de diseño: es la altura de generación correspondiente al centro de
produciría si a central funcionase permanentemente a su capacidad instalada durante un periodo de tiempo, normalmente un año. También puede definirse como el cociente de dividir la potencia promedio entregada para un periodo de tiempo entre la potencia instalada. consumida por el mercado servido por un sistema interconectado.
gravedad de energía media anual producida por un central, determinada por la expresión:
∑= = ∑= =
Ec.2.39
Dónde: ; Es la altura o carga de diseño ; Es la altura neta promedio de generación del mes i ; Es la energía producida en el mes i N; Es el número de meses en consideración ✓
Atura o alto neto de generación: es la altura o salto que resulta de disminuir a la altura
bruta de generación, las pérdidas de energía correspondientes a la conducción desde la obra de captación hasta la central. ✓
Altura o salto bruto de generación: es la diferencia en metros entre el nivel de energía en
la obra de captación (cota de aguas normales en el caso de embalses) y el nivel de energía de restitución en la obra de descarga. Este último nivel corresponde aproximadamente al eje de las turbinas, en el caso de turbinas de acción o impulso o a la cota del agua en la salida de las turbinas en el caso de turbinas a reacción.
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Demanda asociada a centrales hidroeléctricas.
Como ya se mención en la capitulo 2, las demandas asociadas vienen expresadas en unidades de energía y no de volumen o caudales de agua. A diferencias de otros usos del agua, esta actúa como un medio de producción y no como un insumo. En este mismo capitulo se analizo la problemática general de demandas del sector energía a nivel nacional y de la energía eléctrica como parte de dicho sector y, finalmente, como parte de dicha energía, la hidroelectricidad. Se hizo especial énfasis en la estrecha interconexión que existe entre las diferentes formas de energía, y muy especialmente entre las diversas modalidades de generación de electricidad. Cuando se requiere ir a un nivel mas detallado, como es establecer la demanda a cubrir por un determinado aprovechamiento hidroeléctrico, debe tenerse presente la citada interconexión, pues será el análisis del conjunto el que determinara no solamente la cuota parte de que dicha demanda deberá cubrir la central hidroeléctrica, sino, también, la modalidad en la cual ella deberá operarse. La única manera en la cual pueda desecharse ese análisis de conjunto seria en los casos de mercado aislados. Estos casos únicamente se presentan , hoy en día, en pequeñas plantas de suministro de energía para poblaciones y localidades de pequeño tamaño y rentas o bien en industrias aisladas. Lo usual es que un determinado aprovechamiento pertenezca a un sistema interconectado, donde existan plantas térmicas, otras hidroeléctricas e inclusive de otra forma de generación. Lo anterior indica que la optimización que lleve a la selección de l mejor alternativa, debe se hecha a nivel del sistema interconectado y no para cada central considerada aisladamente. La función objetivo a ser optimizada, es usualmente la maximización de beneficios económicos del sistema.
2.4.- Otros usos de aprovechamiento.
Los tres usos considerados en los apartes anteriores: abastecimiento urbano, riego e hidroelectricidad son -en Venezuela-los que demandan mayores volúmenes de agua,
particularmente los dos primeros que son usos consuntivos. Adicionalmente, quedarían por considerar tres usos de aprovechamiento adicionales -navegación, recreación y uso ecológicoque no han merecido, hasta el presente, mayor atención en Venezuela. •
Navegación.
Las necesidades de navegación fluvial y lacustre deben analizarse dentro del sect or transporte, como una vía alternativa o complementaria al transporte por carretera, por ferrocarril y aéreo. En Venezuela, la navegación fluvial y lacustre han sido básicamente inducidas por razones muy concretas en dos rutas muy definidas. La primera, en la entrada al Lago de Maracaibo para transporte de petróleo; y la segunda, en el río Orinoco, desde Puerto Ordaz hacia el Océano Atlántico, para el acarreo de mineral de hierro y, más reciente, de aluminio; en el resto del país no existe ningún tipo de navegación que tenga significación apreciable. El análisis de la factibilidad técnica y económica de un proyecto de navegación, requiere información relativa a muchos aspectos, entre los cuales merece destacar los siguientes (es el mismo tipo de información general que se requiere para cualquier medio de transporte): ✓ ✓ ✓
El número de personas que se va a transportar. El tipo y cantidad de mercancías que han de transportarse. El origen y destino del transporte.
Estos tres factores, al ser considerados conjuntamente con las características de las vías fluviales o lacustres donde se pretende realizar el transporte, permiten la definición del tipo de embarcación necesaria y las mejoras -si fuesen necesarias- que deben realizarse en la correspondiente vía acuática. Estas mejoras se refieren principalmente a obras hidráulicas para garantizar: Calados, es decir, profundidades mínimas. Anchos necesarios. ✓ Alineamientos. ✓ Velocidades máximas admisibles. ✓ Facilidades portuarias ✓ ✓
En Venezuela no existe ningún estudio completo sobre las necesidades actuales y futuras de navegación. Un análisis rápido de la hidrografía venezolana lleva a una conclusión casi obvia: en el país, solamente el río Orinoco y quizás el Apure ofrecen posibilidades importantes de navegación; sin embargo, las circunstancias actuales - falta de información y poco desarrollo en las riberas de los ríos- permite presuponer que a corto plazo, no habrá demandas generalizadas sobre este uso. •
Recreación.
En líneas generales, las necesidades recreativas referentes al agua se traducirán, dependiendo del tipo de variación, en uno o varios de los siguientes requerimientos: ✓ ✓ ✓ ✓
Condiciones mínimas de calidad de las aguas. Extensiones de agua requeridas. Profundidades requeridas. Velocidades máximas aceptables.
DeNtro del aspecto recreativo debe analizarse también la influencia del agua en los aspectos paisajistas, como podrían ser el desarrollo y mantenimiento de parques. •
Uso ecológico.
El uso ecológico se refiere a mantener las cantidades y calidades adecuadas de agua, para que no se ocasione daños irreversibles al medio ambiente, que redunden en un desmejoramiento de la calidad de vida del hombre. En Venezuela existen numerosos estudios que aportan un conocimiento de los ríos y lagos cuya calidad de las aguas han sido severamente afectadas. Este conocimiento, desafortunadamente, es en algunos casos sólo subjetivo. Existen algunos estudios sobre el segundo tipo de necesidad -fomento y conservación de la flora y la fauna pero salvo casos aislados, es sólo recientemente cuando se inician a escala nacional. En cuanto a demandas de agua, este tipo de necesidad puede traducirse en los siguientes aspectos principales: ✓ ✓ ✓ ✓
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Mantenimiento de un gasto en los ríos afectados, que permita un grado de disolución apropiado. Limitaciones en la cantidad y calidad de los efluentes, que pueden ser descargados en los cuerpos de agua (mar, lagos y ríos). Limitaciones en la obstaculización del libre discurrir de las aguas, con el objeto de facilitar el hábitat natural de la fauna. Limitaciones en el tiempo de retención de las aguas en los embalses u otros cuerpos de agua (lagos, lagunas y pantanos) con el propósito de impedir un deterioro inaceptable de la flora y la fauna que allí se desarrollen. Creación de cuerpos de agua artificiales para la cría de ciertas especies.
El uso ecológico de las aguas irá cobrando cada vez más importancia, pues la necesidad de conservar o crear un medio ambiente apropiado para el desenvolvimiento de la vida humana, animal y vegetal, se ha convertido en una primera prioridad. 2.5 Usos de Protección.
Como ya se ha hecho referencia con anterioridad, los denominados usos de protección no generan propiamente demandas de agua, en el sentido estricto de la palabra, ya que las necesidades que haya que cubrir se traducen, por lo general, en la atenuación de daños causados por las aguas. En este aparte, se tratan en forma resumida las necesidades que originan esas demandas como son: •
Disposición de aguas servidas.
Cualquier agua servida, normalmente contaminada, debe ser dispuesta de forma adecuada para que no cause daños. Este hecho implica que debe ser descargada en un cuerpo de agua sin deteriorar la calidad de él, evitando así daños inaceptables. En materia de aguas servidas es, pues, importante determinar la calidad y las cantidades de agua que deben ser dispuestas y que pueden ser absorbidas por los cuerpos de agua receptores.
Las necesidades están determinadas por que implica que toda población, industria o área de riego, a la cual se le suplan aguas que van a ser contaminadas por esos usos, requiere de un sistema de disposición de ellas. Para industrias, los volúmenes a ser dispuestos dependen, como en el caso de las dotaciones de agua, del tipo de industria y, entonces, un análisis específico debe de ser hecho de cada caso. Investigaciones realizadas por la Universidad Central de Venezuela dan algunos valores en este sentido (15p59). El INOS en sus normas (45p16) sugiere una cifra 1,51ps por hectárea bruta de área industrial, en aquellos casos en los cuales no se tiene información sobre tipo de industrias. •
Drenaje urbano.
Las necesidades de drenaje urbano están, como la demanda de agua y la disposición de aguas servidas, ligadas al desarrollo de los centros urbanos, es decir, al crecimiento demográfico y al uso de la tierra en las áreas urbanizadas. En principio, todo daño causado por las aguas de lluvia debe ser evitado; sin embargo, en la práctica esto no es realizable. En primer lugar, conviene establecer que se entiende por daño en drenaje urbano. En este sentido habría dos tipos: ✓ ✓
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Daños a personas y propiedades, como son las pérdidas de vidas humanas y la pérdida parcial o total de inmuebles, equipos y bienhechurías, es decir, de propiedades. Perturbaciones al libre desenvolvimiento de la actividad urbana, como los inconvenientes al tránsito de vehículos y personas. Drenaje agrícola .
El concepto de drenaje agrícola empleado en este libro se refiere a la capacidad que tienen la superficie y el subsuelo de retirar las aguas de lluvia. El procedimiento para la determinación de las necesidades de drenar tierras cuyos fines son agrícolas, es el mismo que para las áreas de riego. Las metodologías de clasificación de tierras con fines agrícolas generales o de riego, usan como uno de los criterios básicos de clasificación, la existencia o no de un buen drenaje natural, tanto superficial como sub-superficial y, en consecuencia, ellas sirven para detectar aquellas tierras que deben recibir tratamiento correctivo de drenaje, configurando así las necesidades correspondientes. Dentro de la problemática planteada, tiene una importancia vital para estimar daños, el tipo de cultivo y su capacidad de resistencia al exceso de agua, pues los más resistentes soportarán inundaciones más frecuentes, de mayor altura y de mayor tiempo de permanencia sin pérdidas apreciables. •
Control de crecidas.
Este uso está Últimamente relacionado con los dos anteriores, por el hecho de que todas las aguas pluviales retornan, en definitiva, a los cauces de las quebradas y ríos, salvo las que se evaporan o se infiltran a estratos muy profundos; por lo tanto, los niveles en esos cauces afectan al drenaje de las áreas contribuyentes y viceversa. Las necesidades del control de crecidas, como en los dos casos anteriores, están determinadas por los daños que el desbordamiento de los ríos pueda causar en áreas urbanas y rurales y de la misma forma, su exceso de agua.
está definido por un período de retorno y un nivel de inundaciones. Cuando el área afectada por los desbordes es urbana, ambos parámetros se fijan exactamente en la misma forma que en drenaje urbano (usualmente 100 años de período de retorno y 50 cm máximo de altura de inundación). ✓
Cálculos de los gastos del Proyecto. Para determinar los gastos, es necesario saber la población a servir, el uso de la tierra y las dotaciones para cada uso, otras cantidades de agua que se incorporan al sistema de cloacas y las variaciones del gasto durante el día.
