UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA CICLO 2013-I
TRABAJO ESCALONADO
REPRESA CALLAZAS ALUMNO GÓMEZ ROJAS, Manuel Steven Francois
20084043B
CURSO PRESAS DE EMBALSE Y DERIVACIÓN HH485 - G
DOCENTE ING. CASTILLO NAVARRO, Leonardo
LIMA, 03 DE JUNIO DEL 2013
ÍNDICE INTRODUCCIÓN
..................................................................................................... ................................................ ..................................................... ...................... 3
CAPÍTULO 1: ALCANCES GENERALES DEL PROYECTO ....................................................... .................... 4 1.1. Objetivos del Proyecto. .......................................................................... .................... ...................................................... .............................. 4 1.2. Ubicación del Proyecto. ............................................................................................. ........... 4 CAPÍTULO 2: ESTUDIOS BÁSICOS EN LA ZONA DEL PROYECTO ................................................ ............................................................. ............. 5 2.1. Recopilación de Información Cartográfica C artográfica ......................................................... .................... 5 2.2. Recopilación y Análisis de Información Hidrometrica ................................................ ............................................................. ............. 5 2.2.1. Análisis de Consistencia ................................................. ................................................................................................. ................................................ 7 2.2.2. Análisis de Frecuencia .......................................... ...................................................... . 10 2.2.2.1.
Series de Tiempo ........................................ ....................................................... 10
2.2.2.2.
Curva de Duración .................................................................................. .............................. .................................................... ........... 11
2.2.3. Regulación del Embalse ...................................................... .............................................. 12 2.2.3.1. Método Curva Masa ........................................................................ ............................ 13 2.3. Recopilación y Análisis de Información Pluviométrica ............................................... .......................................................... ........... 15 2.3.1. Pruebas de Bondad de Ajuste ........................................ .............................................. 16 CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DEL PROYECTO ..................... .................................................... .. 17 3.1. Determinación del Eje de la Presa ....................................................................................... 17 3.2. Determinación de los Niveles de Operación ............................................................... ....... ........................................................ ......... 20 CONCLUSIONES
..................................................................................................... ................................................ ..................................................... .................... 22
RECOMENDACIONES................................................ ..................................................................................................... ..................................................... .................... 22 BIBLIOGRAFÍA
..................................................................................................... ................................................ ..................................................... .................... 23
2
INTRODUCCIÓN
Uno de los aspectos más importantes del planeamiento de sistemas de recursos hidráulicos, es la regulación de agua por medio de embalses para proyectos de agua potable, centrales hidroeléctricas, irrigación, etc. La zona sur de nuestro país, en especial el departamento de Tacna se caracteriza por ser zonas secas en la costa y poco húmedas en la sierra. Geomorfológicamente la zona sur varia de cota altitudinal en distancias cortas. Esta geografía atípica nos permite plantear proyectos de almacenamiento de agua. El Estudio de la Represa del Rio Callazas forma parte del esquema de aprovechamiento hídrico de la cuenca del Rio Locumba para su aprovechamiento en especial para irrigación. El presente trabajo tiene como finalidad estudiar la vialidad de la Represa Callazas, partiendo de un análisis de los estudios básicos hasta el desarrollo de la Ingeniería de Detalle.
3
CAPÍTULO 1: ALCANCES GENERALES DEL PROYECTO 1.1. Objetivos del Proyecto. El objetivo general del estudio es la elaboración del diseño de la presa Callazas, para el proyecto de la de la Represa de Regulación del Rio Callazas, de acuerdo a las especificaciones técnicas actuales. Para el logro del objetivo general, el presente estudio comprendió, sin ser limitativo, los siguientes objetivos específicos: a) Analizar la disponibilidad del recurso hídrico. b) El diseño de las represa Callazas, esté dimensionado de acuerdo a la demanda y capacidad operativa del proyecto. c) Diseño hidráulico de la Represa Callazas.
1.2. Ubicación del Proyecto. El área en estudio se ubica en la microcuenca del río Callazas, que es afluente del rio Candarave, que pertenece a la Cuenca Hidrográfica del Rio Locumba de la Vertiente del Pacifico. Geográficamente, el área de la cuenca del río Callazas que involucra el estudio, se localiza entre las siguientes altitudes y coordenadas UTM (datum WGS84): El proyecto de la Represa Callazas se encuentra entre las altitudes 4220 msnm y 4300 msnm, y está comprendida en la Zona 19S, entre las coordenadas de los siguientes vértices opuestos 8112918.00 m S, 361735.00 m E y 8117482 m S, 363086 m E. Políticamente, el área de estudio pertenece al distrito de Candarave, provincia de Candarave, Región de Tacna.
Carta del IGN del Rio Callazas.
4
CAPÍTULO 2: ESTUDIOS BÁSICOS EN LA ZONA DEL PROYECTO 2.1. Recopilación de Información Cartográfica Al identificar las zonas de emplazamiento de los proyectos, se comenzó a recopilar información básicamente en cartografía y topografía. La información cartográfica recopilada corresponde a la elaborada por el Instituto Geográfico Nacional “IGN” y la Oficina Nacional de Reforma Agraria, confeccionados por métodos aero-fotogramétricos con intervalos de curva cada 50 m. Las hojas utilizadas de la Carta Nacional fueron las siguientes: Hualtire (Hoja 34 -v) en escalas 1/100 000. Tarata (Hoja 35-v) en escalas 1/100 000. Asi mismo se cuenta con un modelo digital del terreno de la zona del embalse con curvas de nivel cada 2 metros, proporcionadas por el profesor del curso. Toda la información se trabajó en el Datum Horizontal WGS –84. Este ítem se desarrollara en detalla en el Trabajo Escalonado N° 2
2.2. Recopilación y Análisis de Información Hidrometrica Sobre el Rio Callazasse tiene una estación hidrométrica de la Empresa Hidroeléctrica. Estos datos han sido proporcionados por el profesor del curso. Registro de caudales medios mensuales en el Rio Callazas. 3
DESCARGA MEDIA MENSUAL (m /s) Año
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Qm
1955
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1.90
2.30
2.21
1956
2.85
3.00
2.60
2.00
1.96
1.89
1.82
1.81
1.75
1.62
1.57
1.62
1.71
1957
1.62
1.81
2.23
1.73
1.67
1.65
1.63
1.67
1.65
1.64
1.67
1.86
1.91
1958
2.38
2.53
3.09
1.66
1.60
1.60
1.60
1.60
1.58
1.58
1.60
1.56
1.69
1959
1.56
1.88
2.62
1.69
1.58
1.52
1.56
1.53
1.56
1.51
1.55
1.74
1.88
1960
3.91
2.53
1.66
1.66
1.63
1.63
1.59
1.57
1.59
1.60
1.55
1.65
1.96
1961
2.65
3.45
2.64
1.97
1.67
1.57
1.60
1.59
1.59
1.58
1.60
2.10
2.47
1962
2.51
5.96
4.15
3.50
2.11
1.66
1.49
1.44
1.55
1.36
1.40
1.58
3.14
1963
1.90
5.00
11.10
3.82
3.00
2.35
2.35
2.25
2.18
2.09
2.11
2.64
2.14
1964
2.00
2.79
2.65
2.04
1.82
1.76
1.79
1.82
1.68
1.55
1.49
1.62
1.65
1965
1.72
2.12
1.85
1.54
1.47
1.60
1.61
1.61
1.69
1.67
1.65
1.66
1.63
1966
1.70
1.81
1.91
1.80
1.66
1.33
1.34
1.39
1.44
1.46
1.45
1.52
1.74
1967
1.71
2.54
3.11
1.78
1.45
1.47
1.47
1.44
1.45
1.41
1.35
1.36
1.66
1968
1.70
1.93
3.05
1.76
1.54
1.48
1.43
1.41
1.34
1.35
1.58
1.37
1.48
1969
1.51
1.87
1.75
1.36
1.34
1.40
1.42
1.43
1.45
1.39
1.35
1.54
1.58
1970
2.33
2.15
1.94
1.41
1.29
1.34
1.35
1.39
1.38
1.42
1.42
1.35
1.65
1971
1.78
3.29
2.34
1.50
1.37
1.37
1.31
1.33
1.32
1.32
1.32
1.40
1.96
1972
3.27
2.41
2.91
3.41
1.91
1.50
1.45
1.37
1.39
1.43
1.41
2.17
2.91
5
1973
2.60
6.61
8.41
4.03
2.47
1.57
1.42
1.45
1.38
1.50
1.41
1.51
2.95
1974
4.03
7.51
6.15
2.73
2.28
2.28
2.21
2.39
2.26
2.05
1.98
2.02
3.15
1975
2.72
5.80
8.14
3.67
2.83
2.25
2.09
1.99
1.98
1.91
1.89
2.17
2.45
1976
3.17
4.37
4.45
2.86
2.20
1.62
1.39
1.41
1.45
1.40
1.22
1.32
2.11
1977
1.48
3.14
6.74
2.58
1.59
1.51
1.48
1.41
1.42
1.39
1.43
1.41
1.65
1978
2.91
2.23
1.64
1.54
1.42
1.46
1.42
1.48
1.44
1.33
1.30
1.42
1.58
1979
1.89
1.53
2.43
1.57
1.52
1.50
1.52
1.48
1.42
1.42
1.40
1.46
1.46
1980
1.50
1.55
1.80
1.49
1.57
1.32
1.31
1.33
1.32
1.31
1.32
1.31
1.66
1981
1.58
3.56
2.38
1.60
1.38
1.39
1.36
1.38
1.34
1.38
1.36
1.53
1.47
1982
2.13
1.86
1.65
1.53
1.32
1.21
1.19
1.19
1.23
1.23
1.23
1.15
1.22
1983
1.10
1.07
1.19
1.43
1.32
1.26
1.23
1.18
1.21
1.32
1.40
1.54
1.62
1984
1.96
3.42
2.37
1.44
1.16
1.15
1.24
1.19
1.08
1.21
1.65
1.64
1.99
1985
1.65
4.23
2.95
2.10
1.49
1.43
3.13
1.32
1.25
1.28
1.26
2.53
2.53
1986
4.41
5.19
4.14
3.02
2.22
1.76
1.62
1.62
1.47
1.40
1.38
1.81
2.01
1987
5.60
3.96
1.91
1.34
1.27
1.22
1.39
1.32
1.33
1.28
1.40
1.51
1.42
1988
1.95
1.44
1.34
1.45
1.33
1.27
1.30
1.48
1.39
1.28
1.34
1.82
1.67
1989
1.90
2.85
1.94
2.44
1.34
1.26
1.28
1.15
1.25
1.28
1.26
1.30
1.35
1990
1.54
1.48
1.21
1.41
1.30
1.41
1.40
1.39
1.39
1.40
1.26
1.34
1.69
1991
2.81
2.27
2.65
1.89
1.44
1.39
1.25
1.25
1.26
1.37
1.42
1.45
1.41
1992
1.59
1.57
1.50
1.50
1.44
1.34
1.30
1.22
1.20
1.27
1.39
1.55
1.40
1993
2.23
1.45
1.73
1.15
1.14
1.22
1.21
1.22
1.18
1.20
1.36
1.57
1.99
1994
2.02
5.92
2.18
2.07
1.81
1.58
1.50
1.50
1.58
1.64
1.72
1.78
1.52
1995
1.83
1.54
1.99
1.33
1.14
1.10
1.23
1.36
1.57
1.57
1.76
2.07
1.61
1996
2.41
2.06
1.43
1.26
1.18
1.30
1.35
1.34
1.46
1.49
1.68
1.18
1.76
1997
1.38
3.67
2.92
1.84
1.55
1.50
1.29
1.20
1.23
1.11
1.21
1.14
1.40
1998
1.81
1.99
1.40
1.39
1.40
1.56
1.35
1.26
1.16
1.24
1.25
1.18
1.89
1999
1.24
5.17
4.67
2.07
1.32
1.17
1.10
1.06
1.03
1.06
1.04
1.15
1.56
2000
2.05
3.39
2.81
1.34
1.21
1.24
1.24
1.20
1.15
1.19
1.14
1.28
2.21
2001
2.21
6.09
6.18
2.57
1.21
1.21
1.19
1.15
1.12
1.08
1.10
1.21
2.05
2002
1.29
3.47
4.38
4.41
2.08
1.50
1.49
1.48
1.48
1.48
1.56
1.48
1.51
2003
1.57
1.72
1.74
1.50
1.45
1.41
1.45
1.34
1.30
1.29
1.28
1.28
1.48
2004
1.64
2.61
1.59
1.47
1.32
1.28
1.34
1.30
1.27
1.27
1.25
1.21
1.48
2005
1.52
3.12
1.75
1.38
1.23
1.25
1.28
1.27
1.29
1.24
1.24
1.32
1.93
2006
2.17
3.60
4.64
2.40
1.40
1.33
1.30
1.27
1.28
1.23
1.23
1.25
1.46
2007
1.95
1.67
2.76
1.26
1.22
1.23
1.23
1.20
1.18
1.14
1.17
1.18
1.28
2008
1.94
1.33
1.32
1.23
1.22
1.20
1.24
1.20
1.17
1.20
1.16
1.30
1.56
2009
1.46
2.42
3.25
1.43
1.27
1.22
1.26
-
-
-
-
-
6
2.2.1. Análisis de Consistencia Representamos la relación de caudales medios versus el tiempo en meses:
Serie Periódica 12 10
) s / 3 m 8 ( o i d 6 e M l a d 4 u a C
2 0
1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 0 0 2 1 2 3 4 6 8 9 0 2 3 4 5 6 8 9 0 1 2 4 5 6 7 8 1 2 3 4 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 8 9 1 4 5 6 7 8 0 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6
Tiempo (mes)
Se observa del grafico que existe una inconsistencia de salto aproximadamente en el mes 313, que correspondería al año 1982. Se procederá a realizar su análisis estadístico para su verificación y corrección de ser necesaria. Análisis Estadístico: Salto Agrupamos en dos series y calculamos los siguientes parámetros estadísticos: Serie
Años
n
Xp
S
S
n.S
1
1956 - 1981
312
2.00
1.15
1.33
413.61
2
1982 - 2008
324
1.66
0.85
0.72
233.44
Donde: - n: cantidad de datos -
- Xp: promedio del grupo de datos
- S: deviación estándar
Consistencia en la Media Calculamos el parámetro estadístico “ t de Student”
td = 4.289 Luego de las tablas estadísticas calculamos el valor teórico considerando: * Nivel de significación: 5%
* Grados de libertad: n1+n2-2 = 634
tt = 1.645 Análisis:
td > tt : La información NO es consistente en la media para el 5% de significación. 7
-
Consistencia en la Desviación Estándar Calculamos el parámetro estadístico “ F de Fisher”
Fd = 1.8399 Ahora calculamos el valor de “F” teórico considerando:
* Nivel de significación: 5%
* Grados de libertad:
Numerador: n1-1 = 311 Denominador: n2-2 = 323
Ft = 1.294 Análisis:
Fd > Ft : La información NO es consistente en la media para el 5% de significación.
Corrección de la Información Inconsistente Ahora debemos escoger cuál de las dos series es inconsistente para realizar su corrección. De acuerdo a la información recopilada en el “ ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO DE EVALUACIÓN DE LA INCIDENCIA DE LA EXPLOTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS MEDIANTE POZOS TUBULARES EN LAS NACIENTES DEL RIO CALLAZAS” presentado por el Ing. Carlos Pagador – IRH en el año 2008, se construyeron pozos de extracción de agua subterráneas a principios de la década de los 80’s lo que ha
generado impactos negativos en la disponibilidad hídrica.
Ubicación de los Pozos de Agua Subterránea en la Sub-Cuenca del Rio Callazas.
8
Entonces, corregimos la segunda serie: 3
DESCARGA MEDIA MENSUAL (m /s) Año
Sep
Oct
Nov
Dic
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
1982
1983
1.42
1.42
1.41
1.30
1.24
1.20
1.36
1.69
1.54
1.46
1.42
1.35
1983
1984
1.40
1.54
1.65
1.84
2.41
4.39
2.96
1.71
1.33
1.31
1.43
1.37
1984
1985
1.22
1.40
1.99
1.98
2.00
5.48
3.75
2.60
1.77
1.69
4.00
1.55
1985
1986
1.45
1.49
1.46
3.19
5.74
6.79
5.37
3.85
2.77
2.14
1.95
1.95
1986
1987
1.75
1.64
1.62
2.21
7.35
5.13
2.34
1.56
1.48
1.40
1.64
1.55
1987
1988
1.55
1.49
1.65
1.79
2.39
1.70
1.57
1.71
1.55
1.48
1.51
1.76
1988
1989
1.64
1.49
1.57
2.22
2.33
3.61
2.38
3.06
1.57
1.46
1.49
1.31
1989
1990
1.45
1.49
1.46
1.51
1.84
1.76
1.39
1.66
1.52
1.66
1.65
1.63
1990
1991
1.63
1.64
1.47
1.57
3.56
2.83
3.35
2.32
1.70
1.63
1.45
1.45
1991
1992
1.46
1.61
1.68
1.72
1.90
1.87
1.78
1.78
1.70
1.57
1.52
1.41
1992
1993
1.38
1.48
1.63
1.85
2.77
1.72
2.10
1.31
1.30
1.41
1.40
1.41
1993
1994
1.35
1.38
1.59
1.88
2.49
7.79
2.71
2.56
2.20
1.90
1.79
1.79
1994
1995
1.89
1.97
2.09
2.17
2.23
1.84
2.45
1.55
1.30
1.25
1.42
1.60
1995
1996
1.88
1.88
2.14
2.57
3.02
2.55
1.69
1.46
1.35
1.51
1.58
1.57
1996
1997
1.74
1.77
2.03
1.36
1.63
4.73
3.71
2.25
1.85
1.79
1.50
1.38
1997
1998
1.42
1.26
1.39
1.29
2.20
2.45
1.65
1.63
1.65
1.87
1.58
1.46
1998
1999
1.33
1.44
1.44
1.35
1.43
6.76
6.08
2.56
1.55
1.34
1.25
1.19
1999
2000
1.15
1.19
1.17
1.31
2.54
4.35
3.56
1.57
1.40
1.43
1.43
1.38
2000
2001
1.31
1.36
1.30
1.49
2.75
8.01
8.13
3.24
1.39
1.39
1.37
1.32
2001
2002
1.27
1.22
1.25
1.39
1.50
4.45
5.70
5.73
2.58
1.78
1.77
1.77
2002
2003
1.77
1.76
1.87
1.75
1.88
2.08
2.11
1.78
1.72
1.67
1.72
1.56
2003
2004
1.51
1.50
1.49
1.49
1.97
3.29
1.91
1.75
1.55
1.49
1.58
1.51
2004
2005
1.48
1.47
1.45
1.40
1.82
3.98
2.13
1.62
1.42
1.45
1.48
1.48
2005
2006
1.49
1.44
1.43
1.54
2.70
4.63
6.05
3.00
1.65
1.56
1.52
1.48
2006
2007
1.49
1.42
1.42
1.44
2.40
2.01
3.49
1.46
1.41
1.43
1.42
1.37
2007
2008
1.35
1.30
1.34
1.35
2.38
1.56
1.54
1.42
1.41
1.37
1.43
1.39
Los cálculos en adelante se realizaran con esta serie corregida. Se recomienda analizar los datos pluviométricos de las estaciones cercanas tales como la Estación Suches, para su verificación y correcta corrección de los datos hidrométricos.
9
2.2.2. Análisis de Frecuencia Para conocer la potencialidad de una corriente de agua, es necesario conocer con qué frecuencia ocurren caudales iguales o superiores a un valor determinado. Dado que la cuenca del Rio Callazas no se encuentra regulada, se utilizara el Método de Curva de Duración para calcular la persistencia de los caudales medios.
2.2.2.1. Series de Tiempo A partir la Tabla 2.1 elaboramos la siguiente grafica de Tiempo vs Caudal Medio Anual.
Serie No Periódica 4.00 ) 3.50 s / 3.00 3 m ( 2.50 o i d 2.00 e M l 1.50 a d u 1.00 a C
0.50 0.00
6 5 9 1
8 5 9 1
0 6 9 1
2 6 9 1
4 6 9 1
6 6 9 1
8 6 9 1
0 7 9 1
2 7 9 1
4 7 9 1
6 7 9 1
8 7 9 1
0 8 9 1
2 8 9 1
4 8 9 1
6 8 9 1
8 8 9 1
0 9 9 1
2 9 9 1
4 9 9 1
6 9 9 1
8 9 9 1
0 0 0 2
2 0 0 2
4 0 0 2
6 0 0 2
8 0 0 2
Tiempo (años)
Para los tres años de máxima avenida se elabora al siguiente grafica de Tiempo vs Caudal Mensual.
Serie Periódica (Corregida) 12 10 ) s / 3 8 m ( o i d 6 e M l a d u 4 a C
2 0
9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 1 3 5 7 9 1 3 5 7 1 2 3 4 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 8 9 0 1 2 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 8 9 0 1 2 4 5 6 7 8 0 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6
Tiempo (mes)
10
2.2.2.2. Curva de Duración De los datos de la Tabla 2.1 se elaboran la siguiente gráfica.
Curva de Duración 12.00 10.00 ) s / 3 m 8.00 ( o i d e 6.00 M l a d 4.00 u a C
Curva de Duración
Q 50 = 1.50 m3/s
Q 75 = 1.33 m3/s Q 95 = 1.18 m3/s
2.00 0.00 0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Persistencia (%)
Para un análisis más detallado de la oferta hídrica se ha calculado la persistencia mensual. P (%) 0.25 0.5 0.75 0.9 0.95
Sep 1.56 1.39 1.26 1.18 1.12
Oct 1.51 1.39 1.28 1.20 1.11
Nov 1.57 1.40 1.26 1.22 1.14
Dic 1.66 1.51 1.32 1.18 1.15
Ene 2.41 1.94 1.62 1.50 1.29
Feb 3.67 2.54 1.86 1.53 1.44
Mar 3.11 2.38 1.75 1.43 1.32
Abr 2.40 1.66 1.44 1.34 1.26
May 1.67 1.45 1.32 1.21 1.16
Jun 1.57 1.41 1.27 1.21 1.17
Jul 1.52 1.39 1.29 1.23 1.19
Ago 1.48 1.39 1.26 1.19 1.15
Curva de Duración Estacional 4.00
0.25 0.5
3.50 ) s / 3 3.00 m ( o i d 2.50 e M l a d 2.00 u a C
0.75 0.9 0.95
1.50 1.00 Sep
Oct
Nov
Dic
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Tiempo (meses)
11
2.2.3. Regulación del Embalse El aprovechamiento de los recursos hídricos de un rio prevé la retirada de un valor de caudal mayor que el mínimo, se hace necesaria la reserva de los excesos sobre el caudal de derivación para atender los periodos cuyos caudales naturales sean menores que aquel derivado. Dicho análisis de regulación de caudales se realiza sobre el periodo crítico de diseño del embalse. A continuación se presenta el análisis para diferentes periodos críticos de años consecutivos Año Hidrológico 1956 1957 1957 1958 1958 1959 1959 1960 1960 1961 1961 1962 1962 1963 1963 1964 1964 1965 1965 1966 1966 1967 1967 1968 1968 1969 1969 1970 1970 1971 1971 1972 1972 1973 1973 1974 1974 1975 1975 1976 1976 1977 1977 1978 1978 1979 1979 1980 1980 1981 1981 1982
1 año 1.714 1.906 1.688 1.877 1.959 2.475 3.138 2.141 1.655 1.633 1.737 1.657 1.476 1.576 1.655 1.965 2.915 2.948 3.150 2.450 2.109 1.646 1.576 1.463 1.657 1.666
2 años 1.810 1.797 1.782 1.918 2.217 2.806 2.639 1.898 1.644 1.685 1.697 1.566
1.526 1.616 1.810 2.440 2.931 3.049 2.800 2.280 1.877 1.611
1.520 1.560 1.662
1.534
3 años 1.769 1.824 1.841 2.104 2.524 2.584 2.311 1.810 1.675 1.676 1.623 1.570 1.569 1.732 2.178 2.609 3.004 2.849 2.570 2.068 1.777
1.562 1.565 1.595 1.575 1.671
Año Hidrológico 1982 1983 1983 1984 1984 1985 1985 1986 1986 1987 1987 1988 1988 1989 1989 1990 1990 1991 1991 1992 1992 1993 1993 1994 1994 1995 1995 1996 1996 1997 1997 1998 1998 1999 1999 2000 2000 2001 2001 2002 2002 2003 2003 2004 2004 2005 2005 2006 2006 2007 2007 2008
1 año
1.402 1.945 2.453 3.177 2.473 1.679 2.010 1.584 2.050 1.668 1.646 2.451 1.813 1.933 2.145 1.655 2.310 1.873 2.755 2.533 1.805 1.753 1.765 2.374 1.729 1.487
2 años 1.674 2.199 2.815 2.825 2.076 1.844 1.797 1.817 1.859 1.657 2.049 2.132 1.873 2.039 1.900 1.982 2.092 2.314 2.644 2.169 1.779 1.759 2.069 2.052 1.608
3 años 1.933 2.525 2.701 2.443 2.054 1.758 1.882 1.767 1.788 1.922 1.970 2.066 1.963 1.911 2.036 1.946 2.313 2.387 2.364 2.030 1.774 1.964 1.956 1.863
De la Tabla 2.2 se observa los siguientes caudales máximos para los siguientes periodos de años consecutivos. Periodo Critico 1 año 2 años 3 años
Año Hidrológico 1982 - 1983 1978 - 1980 1977 - 1980
12
2.2.3.1. Método Curva Masa El diagrama de curva masa o diagrama de Rippl se utiliza para la estimación del volumen de reservorio necesario para satisfacer determinada demanda. Este se define como la integral del hidrograma de entrada al embalse y se obtiene graficando en abscisas el tiempo acumulado y en ordenadas el volumen acumulado obtenido a partir del caudal medio diario o mensual. En nuestro estudio se elabora la Curva Masa para caudales medios mensuales y como demanda se tomara el caudal obtenido de la pendiente de la recta que une los extremos de la curva masa. Para 1 Año Crítico:
Año
Mes
1982
1983
Días
(MMC)
Demanda Acum. (MMC)
Ofer-Dem Acum. (MMC)
30 61 91 122 153 181 212 242 273 303 334 365
3.68 7.47 11.14 14.63 17.95 20.86 24.50 28.89 33.03 36.81 40.61 44.24
3.33 6.78 10.11 13.56 17.00 20.12 23.56 26.89 30.34 33.67 37.12 40.56
0.34 0.69 1.02 1.07 0.95 0.74 0.94 2.00 2.69 3.13 3.49 3.68
Vol.
3.33
MMC
Q
Volumen
Tiempo Acum.
Oferta Acum.
(m3/s)
(MMC)
(días)
3.68 3.79 3.67 3.49 3.32 2.90 3.64 4.39 4.13 3.78 3.81 3.63
Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
30 31 30 31 31 28 31 30 31 30 31 31
1.42 1.42 1.41 1.30 1.24 1.20 1.36 1.69 1.54 1.46 1.42 1.35
Qprom
1.40
m3/s
Curva Masa 50 ) 45 C M40 M ( o 35 d a 30 l u m25 u c 20 A n 15 e m u 10 l o V 5 0 Sep
Oct
Nov
Dic
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Tiempo (días)
13
Para 2 Años Críticos:
Año
Mes
1978
1979
1980
Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Qprom
Días 30 31 30 31 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 31 28 31 30 31 30 31 31 1.520
Q
Volumen
Tiempo Acum.
Oferta Acum.
Demanda Acum.
Ofer-Dem Acum.
(m3/s)
(MMC)
(días)
(MMC)
(MMC)
(MMC)
1.44 1.33 1.30 1.42 1.89 1.53 2.43 1.57 1.52 1.50 1.52 1.48 1.42 1.42 1.40 1.46 1.50 1.55 1.80 1.49 1.57 1.32 1.31 1.33
3.72 3.55 3.38 3.81 5.05 3.70 6.51 4.08 4.07 3.89 4.07 3.95 3.69 3.79 3.62 3.90 4.02 3.74 4.81 3.86 4.20 3.42 3.50 3.57
30 61 91 122 153 181 212 242 273 303 334 365 395 426 456 487 518 546 577 607 638 668 699 730
3.72 7.27 10.65 14.45 19.50 23.20 29.71 33.79 37.86 41.75 45.82 49.77 53.46 57.25 60.87 64.77 68.79 72.53 77.35 81.21 85.40 88.82 92.33 95.90
3.79 7.70 11.49 15.40 19.32 22.85 26.77 30.56 34.47 38.26 42.17 46.09 49.88 53.79 57.58 61.49 65.41 68.94 72.86 76.64 80.56 84.35 88.26 92.18
-0.07 -0.43 -0.84
Vol. 1
5.79
MMC
m3/s
-0.95 0.18 0.35 2.94 3.23 3.39 3.49 3.64
3.68 3.58 3.46 3.29
3.28 3.38 3.59 4.49 4.56
4.84 4.48 4.06 3.72
Curva Masa 120 ) C M100 M ( o d 80 a l u m 60 u c A n 40 e m u 20 l o V
0
r y n l o p t v c r v c e b r p t b r n l o u c o i e a b y a u u g e c o i n e a b a u e n e J J g D D S O N E F M A M J E F M A M J A S O N A
Tiempo (días)
14
2.3. Recopilación y Análisis de Información Pluviométrica Para el diseño de caudales máximos tenemos siguiente data pluviométrica de precipitación máxima 24h. AÑO 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
11.5
24.0
13.7
18.0
3.6
0.0
1.8
2.5
8.0
8.0
14.7
11.8
20.5
18.0
7.7
13.0
4.0
0.0
0.0
2.0
0.0
0.0
9.0
12.0
9.0
22.0
8.5
3.0
1.0
0.0
0.0
2.0
7.0
0.0
0.8
10.2
6.0
23.5
22.0
0.0
18.0
0.0
0.0
0.0
0.0
9.0
10.0
30.5
13.5
20.0
9.0
9.0
1.0
0.0
3.0
0.0
3.0
16.5
2.0
16.2
25.6
11.0
32.8
3.0
6.0
9.0
1.0
0.0
0.0
12.5
14.3
7.5
18.2
20.7
8.0
5.0
0.0
0.0
0.0
1.5
7.0
1.0
6.7
22.0
23.0
15.3
9.7
1.6
5.1
0.0
0.0
0.0
0.0
5.8
0.0
10.3
18.7
16.5
9.5
5.5
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
7.5
23.0
19.0
27.0
17.2
12.2
0.0
0.0
0.0
0.0
3.2
12.0
1.2
19.0
16.0
15.3
26.0
12.4
0.0
0.0
0.0
5.2
5.2
2.0
2.2
6.5
23.0
21.0
15.0
32.7
0.0
0.0
0.0
12.0
3.0
0.0
8.5
27.3
19.0
14.2
12.4
2.5
3.0
1.0
0.0
0.0
0.0
1.5
0.0
14.8
17.0
13.5
25.5
13.5
3.0
0.0
0.0
1.0
8.0
0.0
0.0
16.0
27.0
24.5
19.5
9.4
0.0
0.0
0.0
0.0
2.3
7.1
11.2
10.8
24.5
6.5
14.2
6.5
0.0
0.0
1.5
0.5
0.0
1.5
20.5
8.0
12.2
9.5
10.5
0.0
0.0
0.0
0.0
9.5
1.5
9.0
8.9
22.9
9.8
14.0
17.8
2.7
0.0
0.0
0.0
0.5
0.4
20.0
9.0
13.0
15.0
17.0
9.5
6.0
0.0
0.0
0.0
5.0
2.0
0.0
4.5
17.0
14.0
20.0
12.5
11.5
0.0
0.0
0.0
0.0
7.4
7.5
3.4
7.9
9.4
15.1
12.8
3.7
0.0
0.0
0.0
0.0
5.0
0.0
0.0
15.7
28.0
26.0
18.5
10.4
1.0
4.0
0.0
4.4
0.0
12.5
27.2
6.2
13.0
20.4
21.1
13.0
2.0
2.0
0.0
1.2
3.9
0.0
21.8
11.2
30.8
39.5
10.8
4.9
2.4
0.0
8.2
2.0
0.0
0.0
2.5
23.4
25.5
18.2
8.0
0.0
0.0
4.2
10.2
0.0
0.0
11.2
6.4
9.5
25.0
13.8
18.2
7.2
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
2.2
0.0
11.0
35.6
19.8
20.1
10.3
0.0
2.8
1.2
0.0
0.0
0.0
0.0
4.0
14.8
10.5
12.9
5.0
2.6
24.0
0.0
0.0
0.0
8.1
17.4
20.0
23.5
10.2
20.2
7.8
0.0
11.5
0.0
0.0
0.0
16.0
12.5
11.4
7.8
6.9
0.4
0.0
0.0
2.2
0.0
1.2
0.0
5.3
7.0
18.3
19.7
13.2
15.6
6.0
0.2
3.1
0.2
17.8
1.1
4.2
4.5
14.4
17.2
16.1
5.6
15.2
3.3
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
3.2
7.6
13.0
9.0
19.3
11.5
0.3
0.0
0.0
0.0
0.5
7.4
4.7
11.2
9.1
17.6
10.6
9.5
2.0
0.0
0.0
1.8
1.2
0.0
7.6
23.7
23.8
21.0
15.2
5.4
6.3
0.0
0.0
6.4
9.2
2.1
3.4
14.3
30.5
12.8
4.9
0.7
0.0
3.5
0.0
0.0
0.0
0.5
28.5
10.5
7.6
22.3
34.5
9.0
0.0
0.0
0.0
0.0
10.4
1.4
0.0
8.5
17.6
17.5
11.0
6.8
4.0
0.5
0.1
0.0
0.0
7.5
3.0
5.8
27.8
14.8
14.3
12.2
0.5
2.2
0.4
3.5
1.6
5.2
2.7
6.0
15
2.3.1. Pruebas de Bondad de Ajuste Se pasa a efectuar las pruebas de bondad de ajuste para determinar a qué función de distribución de probabilidad se ajusta mejor el registro de precipitaciones máximas en 24 horas; a partir de los dos métodos más conocidos, la Prueba Chi-Cuadrado y la Prueba de Smirnov-Kolgomorov. Las funciones de distribución que se analizaran en este caso son: • • • • •
Normal Log Normal Gumbel Pearson III Log Pearson III
Las Pruebas han sido realizadas con el software Hidro Esta, teniendo como resultado que la Distribución Gumbel es la de mejor ajuste para la cual se ha calculado la precipitación para los periodos de retorno de 50 años y 100 años:
DISTRIBUCIÓN GUMBEL
50 años
100 años
38.66 mm
41.67 mm
16
CAPÍTULO 3: DISEÑO HIDRÁULICO DEL PROYECTO De acuerdo al análisis de oferta hídrica realizada en el capítulo 2, tenemos un volumen útil de almacenamiento de 6 MMC aproximadamente.
3.1. Determinación del Eje de la Presa Se escogió la sección ubicada con las siguientes coordenadas opuestas:
EJE 0+000.0 EJE 0+202.5
ESTE 362245.1 362477.5
NORTE 8114380.3 8114392.1
Procedemos a desarrollar la Curva Área – Elevación – Volumen.
17
Numero 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Elevación ( m.s.n.m. ) 4252.00 4253.00 4254.00 4255.00 4256.00 4257.00 4258.00 4259.00 4260.00 4261.00 4262.00 4263.00 4264.00 4265.00 4266.00 4267.00 4268.00 4269.00 4270.00 4271.00 4272.00 4273.00 4274.00 4275.00 4276.00 4277.00 4278.00 4279.00 4280.00 4281.00 4282.00 4283.00 4284.00 4285.00 4286.00 4287.00 4288.00
Área ( m2 ) 1747 3827.67 7072.95 14452.93 20466.3 25407.89 32374.48 40408.51 51139.02 66524.23 86833.24 106692.54 132339.78 149781.96 170875.97 187028.94 205245.15 220133.03 235902.2 248192.31 263583.72 278859.62 297054.57 314640.36 337657.44 365082.79 391382.65 414977.06 444738.98 470843.33 501400.25 539296.48 582840.27 625385.55 672664.38 719378.32 769264.79
Área ( Ha ) 0.17 0.38 0.71 1.45 2.05 2.54 3.24 4.04 5.11 6.65 8.68 10.67 13.23 14.98 17.09 18.70 20.52 22.01 23.59 24.82 26.36 27.89 29.71 31.46 33.77 36.51 39.14 41.50 44.47 47.08 50.14 53.93 58.28 62.54 67.27 71.94 76.93
Vol. Par. ( m3 ) 2,787.34 5,450.31 10,762.94 17,459.62 22,937.10 28,891.19 36,391.50 45,773.77 58,831.63 76,678.74 96,762.89 119,516.16 141,060.87 160,328.97 178,952.46 196,137.05 212,689.09 228,017.62 242,047.26 255,888.02 271,221.67 287,957.10 305,847.47 326,148.90 351,370.12 378,232.72 403,179.86 429,858.02 457,791.16 486,121.79 520,348.37 561,068.38 604,112.91 649,024.97 696,021.35 744,321.56
Vol. Acum. ( m3 )
Vol. Acum. Altura de la Presa ( MMC ) 0 0.00 0.00 2.78734E-09 1.00 5,450.31 0.00545 2.00 16,213.25 0.01621 3.00 33,672.87 0.03367 4.00 56,609.96 0.05661 5.00 85,501.15 0.08550 6.00 121,892.64 0.12189 7.00 167,666.41 0.16767 8.00 226,498.03 0.22650 9.00 303,176.77 0.30318 10.00 399,939.66 0.39994 11.00 519,455.82 0.51946 12.00 660,516.69 0.66052 13.00 820,845.65 0.82085 14.00 999,798.11 0.99980 15.00 1,195,935.15 1.19594 16.00 1,408,624.24 1.40862 17.00 1,636,641.86 1.63664 18.00 1,878,689.11 1.87869 19.00 2,134,577.13 2.13458 20.00 2,405,798.80 2.40580 21.00 2,693,755.89 2.69376 22.00 2,999,603.36 2.99960 23.00 3,325,752.26 3.32575 24.00 3,677,122.37 3.67712 25.00 4,055,355.09 4.05536 26.00 4,458,534.95 4.45853 27.00 4,888,392.97 4.88839 28.00 5,346,184.12 5.34618 29.00 5,832,305.91 5.83231 30.00 6,352,654.28 6.35265 31.00 6,913,722.65 6.91372 32.00 7,517,835.56 7.51784 33.00 8,166,860.53 8.16686 34.00 8,862,881.88 8.86288 35.00 9,607,203.43 9.60720 36.00 18
Curva AVH 90.00 4295
80.00
70.00
60.00
Área de Espejo de Agua (Ha) 50.00 40.00
30.00
20.00
10.00
4295
4290
4290
4285
4285
4280
4280
) m4275 n s m ( a r u t 4270 l A
4275 4270
4265
4265
4260
4260
4255
4255
4250
4250 0
2
4
6
8
10
12
Volumen de Almacenamiento (MMC) Volumen vs Altura
Area vs Altura
19
3.2. Determinación de los Niveles de Operación De acuerdo a la Curva AVH, tenemos: NAMINO:
4271.0 m.s..m.
Vol Sedimentos: 1.88 MMC
NAMO:
4285.0 m.s.n.m.
Vol. Util : 5.67 MMC
Para el cálculo del NAME realizamos el tránsito de la avenida de 100 años de retorno. Este ha sido desarrollado con el software HEC HMS, se adjunta el modelo desarrollado. Para esto Primero se ah calculado el hidrograma de entrada utilizando el modelos de precipitacion escorrentia del SCS, tanto para la abstraccion hidrologica como la transformacion.
20
Realizamos el transito con un vertedero de 5metro de longitud utilizando el software HEC HMS.
Entonces determinamos lo siguiente: NAME:
4285.8 m.s..m.
CORONA:
4288.0 m.s.n.m.
21
CONCLUSIONES Los niveles de operación de la presa son: NAMINO:
4271.0 m.s..m.
Vol Sedimentos: 1.88 MMC
NAMO:
4285.0 m.s.n.m.
Vol. Util : 5.67 MMC
NAME:
4285.8 m.s..m.
CORONA:
4288.0 m.s.n.m.
ALTURA: 36.0 METROS
La presa tiene las siguientes dimensiones: Altura: 36.0 metros Longitud: 194 metros Talud: 1:2.5 en ambos lados. Presa de Tierra.
RECOMENDACIONES Se recomienda estimar el volumen de demanda del proyecto y caudal ecológico necesarios para obtener la disponibilidad hídrica real del rio Callazas. Se recomienda realizar un análisis más exhaustivo de la alteración de la data hidrométrica, debido a la presencia de los pozos de extracción de agua subterránea. Se recomienda revisar la geología de la zona para poder plantear el tipo de presa adecuado. Se recomienda realizar el estudio de arrastre de sedimentos para poder calcular el volumen de sedimentos que se almacenara en la presa.
22
BIBLIOGRAFÍA [1] Ven Te Chow, David Maidment, Larry Mays; “ H id ro log ía A pli cada ”. Bogotá 1994. [2] G. Monsalve; “Hidrología en la Ingeniería”, Colombia 1998
23
