Clases Semana N° 05_C22015 FICA CPyM v1

Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO

1/40

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA

UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZÁN

HUÁNUCO - PERÚ

Curso:

Código:

Condición:

Pre - requisitos:

DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

4206

OBLIGATORIO

HIDROLOGÍA GENERAL

CLASE S05 - CICLO 2015.2

Responsable de cátedra :

C. M Sc. en Ingeniería Hidráulica – UNI – Lima - Perú

Huánuco. Agosto del 2015

Curso: DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS – CICLO 2015 - 2

Caudal Ecológico

2/40

Curso: HIDROLOGÍA GENERAL – CICLO 2015 - 1

Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO – C. M Sc. en Ingeniería Hidráulica – UNI – Lima - Perú

Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Introducción


En los últimos años se viene reconociendo que respetar el valor de los ecosistemas acuáticos implica dejar suficiente agua en las corrientes hídricas y que la extracción necesaria para satisfacer las necesidades humanas básicas debe estar condicionada por la disponibilidad de la fuente. El inconveniente radica en establecer cual es el caudal necesario en determinado cuerpo de agua para conservar las actividades propias de los ecosistemas acuáticos y para que el hombre pueda beneficiarse del agua, sin afectar los procesos propios del río.

La Gestión Integral de los Recursos Hídricos, debe atender las dos facetas de un río: como reserva hídrica y como reserva ecológica. En este contexto, la determinación de Regímenes de Caudales Ecológicos, intentan compatibilizar el aprovechamiento racional y eficiente del recurso hídrico, con el mantenimiento de una integridad ecológico aceptable del ecosistema fluvial.

5. 1. Caudal Ecológico

Fuente: HIDRO WARM

Caudal Ecológico

3/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Base Conceptual


Las implicaciones ecológicas de una modificación del régimen de caudales en un tramo específico dependen del grado y del modo de alteración de sus componentes y de las respuestas de los procesos geomorfológicos y ecológicos ante dicho cambio, por loq ue una regulación de caudales tendrá repercusiones ecológicas diferentes en cada lugar. En cualquier caso, el impacto de una regulación de caudales es muy severo. De hecho, los investigadores Stanford y Ward (1979) afirmaron en el primer congreso internacional de ríos regulados que:

“ Los efectos de la alteración de los caudales naturales en el mundo han sido más severos e irreversibles que los debidos a la contaminación de aguas”

La alteración de caudales modifica generalmente la magnitud y frecuencia de los caudales extremos. Las variaciones súbitas de caudal típicas de un aprovechamiento hidroeléctrico resultan letales para muchos organismos que son arrastrados durante los caudales máximos o quedan aislados en una zona en seco durante los caudales mínimos (Cushman, 1985; Petts, 1984), favorecen la instalación de especies generalistas que toleran ese ambiente y pueden desplazar a las especies nativas (Gehrke, et al. 1995), posibilitan el desarrollo desmesurado de algas (Petts, 1984), rompen el ciclo viatl de algunas especies (Sheidegger y Bain, 1995), alteran el flujo de energía en el sistema (Valentin et al., 1995), modifican la estructura del sustrato (Reiser et al., 1989), repercutiendo todo ello en una reducción de la diversidad y la abundancia de las especies nativas de peces e invertebrados.


Fuente: HIDRO WARM

Caudal Ecológico

4/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Base Conceptual..


El uso de las OBRAS HIDRÁULICAS origina una regulación artificial de caudales que podría afectar a la fauna reófila, no solo por las fluctuaciones de nivel provocadas, sino también por el desfase temporal en que ocurren respecto a la fenología natural (Ward y Stanford,1979; Petts, 1984).

Por ello es que en los últimos años, se han venido implementando proyectos hidroeléctricos que no estiman la generación de un embalse, sino tomas a filo de río que permitirían mantener las condiciones naturales de máxima crecida y estiaje en el área de intervención, garantizando de alguna manera, la integridad ecológica del ecosistema aguas debajo de la captación.

Las OBRAS HIDRÁULICAS son tan abundantes en los ecosistemas fluviales, y cada vez más necesarios (para disminuir la demanda de energía termoeléctrica, por ejemplo), que en la actualidad, son pocos los ríos cuyos caudales no están regulados artificialmente.


Fuente: HIDRO WARM

Caudal Ecológico

5/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Base Conceptual..




Las OBRAS HIDRÁULICAS son tan abundantes en los ecosistemas fluviales, y cada vez más necesarios (para disminuir la demanda de energía termoeléctrica, por ejemplo), que en la actualidad, son pocos

los ríos cuyos caudales no están regulados artificialmente.


Fuente: HIDRO WARM

Caudal Ecológico

6/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Base Conceptual..




Las OBRAS HIDRÁULICAS son tan abundantes en los ecosistemas fluviales, y cada vez más necesarios (para disminuir la demanda de energía termoeléctrica, por ejemplo), que en la actualidad, son pocos

los ríos cuyos caudales no están regulados artificialmente.


Fuente: HIDRO WARM

Caudal Ecológico

7/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Marco Legal – Perú


Ley 29338 – Ley de Recursos Hídricos

Artículo III.- Principios

1. Principio de valoración del agua y de gestión integrada del agua

El agua tiene valor sociocultural, valor económico y valor ambiental, por lo que su uso debe basarse en la gestión integrada y en el equilibrio entre estos. EL agua es parte integrante de los ecosistemas y renovable a través del ciclo hidrológico.

3. Principio de participación de la población y cultura del agua

Promueve programas de educación, difusión y sensibilización, mediante las autoridades del sistema educativo y la sociedad civil, sobre la importancia de agua para la humanidad y los sistemas ecológicos generando conciencia y actitudes que propicien su buen uso y valoración.


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

8/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o



Ley 29338 – Ley de Recursos Hídricos

Artículo III.- Principios..

6. Principio de sostenibilidad

El estado promueve y controla el aprovechamiento y conservación sostenible de los recursos hídricos previniendo la afectación de su calidad ambiental y de las condiciones naturales de su entorno, como parte del ecosistema donde se encuentran.

El uso y gestión sostenible del agua implica la integración equilibrada de los aspectos socioculturales ambientales y económicos en el desarrollo nacional, así como la satisfacción de las necesidades de las actuales y futuras generaciones.

10.Principio de gestión integrada participativa por cuenca hidrográfica

El uso del agua debe ser óptimo y equitativo, basado en su valor social, económico y ambiental, y su gestión debe ser integrada por cuenca hidrográfica y con participación activa de la población organizada. El agua constituye parte de los ecosistemas y es renovable a través de los procesos del ciclo hidrológico.


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

9/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o



Ley 53.- Otorgamiento y modificación de la licencia de uso

El otorgamiento, suspensión o modificación de una licencia de uso de agua se tramita conforme al procedimiento establecido en el Reglamento.

Para ser otorgada se requiere lo siguiente:.

2. Que la fuente de agua a la que se contrae la solicitud tenga un volumen de agua disponible que asegure los caudales ecológicos, los niveles mínimos de reservas o seguridad de almacenamiento y las condiciones de navegabilidad, cuando correspondan y según el régimen hidrológico.


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

10/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o



Reglamento de la Ley de Recursos Hídricos – Decreto Supremo N° 001-2010-AG.

Artículo 153°.- Caudal ecológico

153.1. Se entenderá como caudal ecológico al volumen de agua que se debe mantener en la fuentes naturales de agua para la protección o conservación de los ecosistemas involucrados, la estética del paisaje u otros aspectos de interés científico o cultural.

153.2. En cumplimiento del principio de sostenibilidad, la Autoridad Nacional del Agua , en coordinación con el Ministerio de Ambiente, establecerá los caudales de agua necesarios que deban circular por los diferentes cursos de agua, para asegurar la conservación preservación y mantenimiento de los ecosistemas acuáticos estacionales y permanentes.


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

11/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o




Artículo 153°.- Caudal ecológico

153.3. Los caudales ecológicos se mantienen permanentemente en su fuente natural, constituyendo una restricción que se impone con carácter general a todos los usuarios de la cuenca, quienes no podrán aprovecharlos bajo ninguna modalidad para un uso consuntivo..

153.4. En caso de emergencia de recursos hídricos por escasez, se priorizará el uso poblacional sobre los caudales ecológicos.

153.5. Los caudales ecológicos se fijarán en los planes de gestión de los recursos hídricos en la cuenca. Para su establecimiento, se realizarán estudios específicos para cada tramo del río.

153.6. Los estudios de aprovechamiento hídrico deberán considerar los caudales ecológicos conforme con las disposiciones que emita la Autoridad Nacional del Agua.


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

12/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o




Artículo 154°.- Características del caudal ecológico

Los caudales ecológicos pueden presentar variaciones a lo largo del año, en cuanto a su cantidad, para reproducir las condiciones naturales necesarias para el mantenimiento de los ecosistemas acuáticos y conservación de los cauces de los ríos.

Artículo 155°.- Metodología para determinar el caudal ecológico

Las metodologías para la determinación del caudal ecológico, serán establecidas por la Autoridad Nacional del Agua, en coordinación con el Ministerio del Ambiente, con la participación de las autoridades sectoriales competentes, en función a las particularidades de cada curso o cuerpo de agua y los objetivos específicos a ser a ser alcanzados.


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

13/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Política Nacional y Estrategia Nacional de los Recursos Hídricos del Perú-

Resolución Jefatural N° 0250-2009-ANA(11/05/2009)


Objetivos

Preservación de la biodiversidad

Conservación de los procesos hidrobiológicos

Objetivos específicos

El Estado promueve la conservación de los procesos hidrobiológicos de los cursos de agua

Asegurar los caudales ecológicos para preservar la biodiversidad y las áreas naturales protegidas

Considerar a los ecosistemas como usuarios del recurso hídrico


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

14/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o


Resolución Jefatural N° 0250-2009-ANA(11/05/2009)..


Acciones Estratégicas

Determinación de los caudales ecológicos de acuerdo a las diferentes realidades, en el Perú.

Evaluación permanente de los caudales ecológicos en los cauces naturales

Normar, a través de la ANA, el aprovechamiento sostenible de los ecosistemas relacionados con el agua

Promover la cultura del uso eficiente del agua y la protección de los ecosistemas

Implementar un programa de monitoreo sistemático de los cuerpos de agua en cantidad y calidad

Fomentar el respeto de las áreas naturales protegidas


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

15/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o




Implementación de Acciones


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

16/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o




Implementación de Acciones


Fuente: ANA

Caudal Ecológico

17/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Aspectos Observados sobre caudales ecológicos /

ambientales en el Perú



Caudal ecológico /ambiental = caudal mínimo

Caudales constantes para todo el año

Caudal ecológico / ambiental puede ser destinado para otros usos

Muchos carecen de sustentos biológicos y de otra naturaleza

No se han considerado en la asignación de derechos

No hay registro nacional

Hay una gran diferencia en las características de los ríos a nivel nacional, con diferentes tipos de régimen hidrológico.

Las metodologías empleadas no sustentan aspectos biológicos.

Fuente: ANA

Caudal Ecológico

18/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Grupo de Trabajos



En el año 2010 se conformó un grupo de trabajo con el Ministerio del Ambiente, a fin de desarrollar una reglamentación sobre caudales ecológicos.

Se sostuvieron reuniones de trabajo a fin de evaluar los detalles y aspectos necesarios de contemplar en el proceso de elaboración de esta reglamentación

Tareas pendientes

Crear un registro de caudales ecológicos aprobados o establecidos para las diferentes fuentes naturales de agua.

Reglamentar todos los aspectos relacionados con el caudal ecológico.

Evaluar metodologías para la determinación del caudal ecológico.

Coordinar con los diferentes sectores (Ambiente, Agricultura, energía y Minas, Produce y Otros)

Fuente: ANA

Caudal Ecológico

19/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Desafios



Buscar el equilibrio entre la conservación de los ecosistemas y satisfacer las demandas de agua de la población y actividades económicas.

Recuperar ecosistemas deteriorados por la extracción de agua de las fuentes naturales

Aspectos considerados para la reglamentación

Incorporar el funcionamiento de los ecosistemas en los estudios de caudal ecológico.

Establecer criterios que se ajusten a todos los casos de elaboración de estudios de caudal ecológico.

Incorporar la supervisión en el cumplimiento de los objetivos del caudal ecológico.

Establecer criterios para la evaluación de estudios de aprovechamiento hídrico.

Fuente: ANA

Caudal Ecológico

20/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Antecedentes



Fuente: ANA

Caudal Ecológico

21/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Proceso de formulación



Fuente: ANA

Caudal Ecológico

22/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Proceso de consulta



Fuente: ANA

Caudal Ecológico

23/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Aprobación



Fuente: ANA

Caudal Ecológico

24/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o ¿Qué es caudal ecológico?



El caudal ecológico es un concepto y a la vez una exigencia,

para el desarrollo de actividades extractivas, de producción,

transformación y servicios, que tienen relación con los recursos

hídricos, con la finalidad de contribuir a la protección y

conservación ambiental y consecuentemente a la sostenibilidad

de las actividades. El caudal ecológico es el mínimo que se

requiere para conservar la biodiversidad y los servicios

ecológicos de los ríos, el cuál debe permitir a los organismos

desarrollarse y mantener su población en un buen estado.

Fuente: ANA

Caudal Ecológico

25/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o ¿Cuál es el objetivo del caudal ecológico?



El caudal ecológico tiene que mantener un adecuado hábitat,

temperatura, oxígeno disuelto y química para organismos

acuáticos, agua bebible para animales terrestres y humedad de

suelos para plantas. La determinación del Caudal Ecológico se

enfoca en la época seca y la época de humedad, ya que se

considera un superávit de agua al ecosistema en la época de

lluvias. Se deben estimar los caudales promedios en la época

seca y época de humedad en la zona de estudio que asemejen

las condiciones iniciales de la cuenca antes de ser manipulada

por represas y canales de derivación.

Fuente: ANA

Caudal Ecológico

26/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

¿Qué marco legal lo regula en el país?



La ley 29338, Ley de Recursos Hídricos, regula no sólo el uso

del agua como un recurso, sino también los bienes asociados a

él. La ley considera que el agua es parte integrante de los

ecosistemas. El reglamento de la Ley es el Decreto Supremo N°

001-2010-AG. EL artículo 153 define al caudal ecológico como

el flujo de agua “que se debe mantener en la fuentes naturales

de agua para la protección de los ecosistemas involucrados, la

estética del paisaje u otros aspectos de interés científico o

cultural”. Así mismo el artículo 155 determina que la

metodología de cálculo del caudal ecológico será establecida

por la Autoridad Nacional del Agua en coordinación con el

Ministerio del Ambiente con la participación de las autoridades

sectoriales competentes.

Fuente: ANA

Caudal Ecológico

27/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

¿Qué metodologías son usadas en su cálculo?



• El cálculo del caudal ecológico se puede realizar mediante

• Modelamiento hidrológico distribuido: Cálculo más preciso y

mapas complejo. Toma en cuenta distribución de temperatura y

precipitación. Puede predecir impactos de cambio climático y

cambio. Puede ser calibrado con valores de la cuenca y sub-

cuencas.

• Modelos hidrológicos totales (“lump”): Cálculo más sencillo y

rápido, sólo puede ser calibrado sobre una cuenca. No toma en

cuenta distribuciones de temperatura y precipitación.

• Metodologías aprobadas por los organismos supervisores: Las

agencias reguladoras (ANA y MINAM) pueden establecer sus

propias metodologías.

Fuente: ANA

Caudal Ecológico

28/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Metodología discutida y propuesta por la Autoridad Nacional del Agua



En el Memorándum Múltiple 018-2012-ANA-DCPRH-ERH-SUP se define el caudal ecológico y sus metodología para evaluarlo. Los principales cálculos a realizar (Según numeración del documento)

9.1. Para cursos de agua con caudales medios anuales menores a 20 m3/s, el caudal ecológico será como mínimo el 10% del caudal medio mensual para la época de avenida, y para la época de estiaje será de un 15% del caudal medio mensual.

9.2. Para cursos de agua con caudales medios anuales iguales o mayores a 20 m3/s y menores o iguales a 50 m3/s, el caudal ecológico se determinará como un porcentaje del caudal medio mensual siendo este el 10% para la época de avenidas y para la época de estiaje será de un 12 % del caudal medio mensual.

9.3. Para cursos de agua con caudales medios anuales mayores a 50 m3/s, el caudal ecológico corresponderá al 10% del caudal medio mensual para todos los meses del año. Fuente: ANA

Caudal Ecológico

29/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Ejemplo Numérico aplicativo del caudal ecológico en el diseño de una obra Hidráulica



Fuente: ANA

Caudal Ecológico

30/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Introducción


Desde el punto de vista de la hidráulica fluvial, todos los ríos están sujetos en mayor o menor grado a procesos de erosión o degradación, equilibrio y sedimentación o agradación. Un río se considera en estado de equilibrio cuando no varia el perfil del fondo y de las márgenes del cauce y por lo tanto, existe compensación entre los sedimentos que son transportados hacia el sitio y desde el sitio. Una importante variedad de problemas de ingeniería hidráulica requieren de una descripción apropiada de estos procesos geomorfológicos (Rocha, 2009; Chang, 1988).

Desde la perspectiva ingenieril resulta interesante poder reunir elementos cuantitativos de análisis que permita inferir estas tendencias de evolución morfológica a fin de poder planificar con cierta racionalidad actividades humanas en el ambiente fluvical, tanto sobre el cauce como sobre la planicie de inundación (Chang, 1988:Maza Alvarez, 1988; Melville & Coleman, 2000, Neill, 1973).

El interés por desarrollar nuevas técnicas y herramientas para el estudio de la migración de los ríos, surge por la necesidad de prever situaciones donde se ponga en riesgo la vida humana.

5. 1. Caudal Dominante

Fuente: IRHi, FCEyT – INSIMA, FCF –UNSE, Argentina

Caudal Ecológico

31/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Introducción..


La gran diferencia con la antigüedad, es que actualmente se cuenta con un sinfín de herramientas que permiten llegar a lugares que antes se consideraban inaccesibles, por su localización y morfología. Un ejemplo de esto son los sistemas de información geográfica, que por medio de software de imágenes satelitales hacen posible la recolección, edición y análisis de datos de cualquier lugar del mundo y para todo tipo de investigación, e incluso demostrar que la información recolectada por este medio posee un alto grado de confiabilidad.

Las técnicas de mayor utilización para conocer la evolución de los cauces fluviales actualmente es el del análisis diacrónico, mediante el uso de imágenes satelitales geo-referenciales y orto-imágenes.



Caudal Ecológico

3240



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Introducción..




Caudal Ecológico

33/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Definiciones




El caudal dominante se define como aquel caudal teórico que fluyendo en régimen permanente y uniforme es capaza de producir el mismo efecto morfológico sobre el cauce (en términos del modelado de la sección transversal y patrón de alineamiento en planta) que la secuencia natural de flujos hidrológicamente variables a lo largo de la historia geomorfológica del río.

Expresando matemáticamente este concepto, se obtiene:

Donde Q, indica el caudal líquido, Qs caudal sólido (carga total del material del lecho) y el lapso de tiempo (t2-t1) debe ser los suficientemente largo como para garantizar que durante el mismo hayan acontecido una cantidad de eventos (en términos de transporte sólido) suficientemente representativa de la hidrología de la cuenca (Farias, 2005)

Caudal Ecológico

34/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Definiciones



Fuente: Análisis de la estabilidad del cauce del Llobregat tras la construcción de la autovía del

Baix Llobregat – Barcelona -España

Caudal Ecológico

35/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Definiciones


5. 3. Caudal Mínimo, Promedio y Máximo

Fuente: Estudio Hidrológico Río Chili –Arequipa-Perú

Caudales líquidos obtenidos en función a metodología INDIRECTA (Precipitaciones) o DIRECTA (Caudales de escurrimiento), usando métodos estadísticos de homogeneidad, consistencia, ajustes y bondad

Caudal Ecológico

36/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Definiciones



Fuente: Estudio Hidrológico Río Chili –Arequipa-Perú

Caudal Ecológico

37/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Definiciones



Fuente: Estudio Hidrológico Cuenca del Río Jequetepeque - Pacasmayo–La Libertad-Perú

Caudal Ecológico

38/40



Cau

dale

s d

e D

iseñ

o

Definiciones



Fuente: Estudio Hidrológico Cuenca del Río Jequetepeque - Pacasmayo–La Libertad-Perú

39/40



Curso: DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS – CICLO 2015 - 2 D

es

arr

oll

o in

teg

ral d

e c

uen

cas

Cuestionario de la Semana N°05 – Trabajo Escalonado

1) Evalúe en el Expediente del PIP que evalúa la estimación del Caudal

ecológico.


Dominante.


Mínimo, Promedio y Máximo.

4) Implemente conclusiones y comentarios sobre la metodología aplicada en

el proyecto cuyo expediente evalúa

La cuenca hidrográfica

40/40



Curso: DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS – CICLO 2015 - 2 D

es

arr

oll

o in

teg

ral d

e c

uen

cas

Cuestionario de la Semana N°05 – Trabajo Escalonado Lineamientos:

El contenido virtual mínimo y orden del desarrollo temático a presentar antes de que culminar

las clases de la semana siguiente, es:

A. Marco teórico referida a las deficiencias y/o suficiencias detectadas

B..Proceso de identificación del problema

C. Análisis con soporte documental, estadístico, material, etc.

D. Ensaye la hipótesis de comprobación de sus conclusiones

E.. Conclusiones y Recomendaciones

F. Bibliografía

G.Anexos

Requisitos:

La presentación de las conclusiones y recomendaciones debe tratar de ser en lo posible

novedoso e inédito.

Las Conclusiones estarán referidas a las deficiencias y /o suficiencias , del proyecto

evaluado, teniendo mayor valor para fines de calificación la descripción cuantitativa

sobre la cualitativa

Las recomendaciones serán planteadas a partir de las conclusiones en número y

temática tratada

Desarrollar el trabajo usando metodologías apropiadas para un trabajo de investigación.

Incluye la estructuración de la Bibliografía y el detalle de las referencias empleadas en el

desarrollo temático. Indicar la metodología usada y justificar su empleo.

La cuenca hidrográfica

Clases Semana N° 05_C22015 FICA CPyM v1

Documents

Transcript of Clases Semana N° 05_C22015 FICA CPyM v1