EVALUACIÓN DE VOLÚMENES DE INTERÉSVOLUMEN ÚTIL-VOLUMEN MUERTO

Para determinar la capacidad total del reservorio se debe tener en cuenta sus tres principales componentes:

El almacenamiento activo, o volumen neto requerido para la regulación del flujo del río.

El volumen muerto requerido para el almacenamiento de los sedimentos.

La capacidad de almacenamiento para la regulación de inundaciones. Volumen estacionario, que es considerado como la suma del volumen

útil y volumen muerto.Cada uno de estos componentes puede ser modelado y estudiados separadamente, y después analizado en conjunto para determinar el volumen total del vaso de almacenamiento.

1. VOLUMEN ÚTIL

El volumen útil ha sido determinado en el trabajo anterior, bajo un análisis de escenarios posibles que se resumen en la siguiente tabla, y verificando la probabilidad de eficiencia de cada una de éstas por la metodología de Markov.

Utilizando ese criterio, se dio elección al escenario de volumen útil más favorable.

Apoyando nuestro criterio a la verificación de Markov, se eligió el escenario de Volumen útil, correspondiente a 41.65 MMC.

2. VOLUMEN MUERTO

Todos los embalses formados por presas en los cursos de agua naturales están sujetos a algún grado de entrada de sedimentos y su depósito.

El problema al que se enfrenta el responsable del proyecto es estimar el valor de la sedimentación y el periodo de tiempo antes de que el sedimento interfiera con el funcionamiento útil del embalse. En la fase de diseño debe reservarse almacenamiento suficiente en el embalse para que el sedimento no dañe las funciones del embalse durante la vida útil, o durante el periodo de

análisis económico. El costo de recuperación del almacenamiento perdido anualmente por la acumulación de sedimentos en los embalses en el Perú suma millones de dólares.

La sedimentación acumulada sigue un patrón sigue un patrón de distribución en el embalse que está influenciado por la operación en el embalse y la secuencia de las grandes avenidas. El depósito de los sedimentos más gruesos se produce en los tramos más altos o deltas, mientras que los sedimentos más finos pueden alcanzar la presa y pueden influir en el diseño de elementos de salida. Un importante efecto secundario es la erosión del cauce aguas abajo producido por la descarga de aguas claras.

Los factores relacionados con la sedimentación que requieren estudio son la entrada de sedimentos y los procesos de sedimentación y erosión. El proceso de sedimentación en un embalse en un embalse es bastante complejo debido a la fuerte variación de muchos de los factores importantes. Los más importantes de estos factores son:

- Las fluctuaciones hidrológicas en el caudal de entrada de agua y sedimento.

- La variación del tamaño de la partícula de sedimento.- El ciclo de funcionamiento del embalse.- El control físico, o el tamaño y forma del embalse.

Fuente: Bureau of Reclamation-Design of Small Dams

Para estimar la entrada de sedimentos al proyecto en estudio se utilizará la muy conocida ecuación de RUSLE, utilizada en estudios de hidráulica fluvial para calcular la capacidad del flujo superficial para erosionar el suelo por el que fluye y la vulnerabilidad del suelo frente a un escurrimiento de agua.

2.1. PARÁMETROS DE LA CUENCA:

La ecuación RUSLE es la siguiente:

Donde: A = Pérdida de suelo promedio anual en (ton/ha/año).R = Factor de erosividad de las lluvias en (MJ/ha*mm/hr)K = Factor erodabilidad del suelo en (ton/ha.MJ*ha/mm*hr)LS = Factor topográfico (función de longitud-inclinación-forma de la

pendiente).C = Factor ordenación de los cultivos (cubierta vegetal).P = Factor de prácticas de conservación (conservación de la estructura

del suelo).

En el proyecto en estudio, se han determinado los siguientes parámetros:

A=R .K . L. S .C .P

A continuación se explica las variables que intervienen en la ecuación RUSLE. El procedimiento seguido para calcularlas se encuentra en el ANEXO I (Memoria de Calculo).

2.1.1. EROSIVIDAD DE LA LLUVIA (FACTOR R)

Es el potencial erosivo de la lluvia que afecta el proceso de erosión del suelo. La erosión por gotas de lluvia incrementa con la intensidad de la lluvia.Cuando la energía se combina con la intensidad de la lluvia, el resultado es un buen predictor del potencial erosivo (EI: energía/intensidad).La suma de los promedios anuales de EI para una localidad en particular es el “Índice de Erosividad de la lluvia R”.

R=∑ (E I30)iN

Donde: R = Erosividad anual (tal como las unidades de EI30) (EI30)i = EI30 para tormenta I N = Tormentas erosivas (ej. P> 10 mm) en un periodo de N años.

E=0.29¿

E = Energía cinética de 1 mm de lluvia [MJ/ha*mm] I = Intensidad de lluvia en [mm/hr]

2.1.2. ERODABILIDAD DEL SUELO (FACTOR K)

Es una compleja propiedad que se la entiende como la facilidad con la cual el suelo es desprendido por el salpicamiento, durante una lluvia o por flujo superficial.

CUADRO 38. Parámetros involucrados en la ecuación de RUSLE.PARÁMETRO VALOR

L: 24.3 Km

Pendiente: 1V:10H -

Desnivel: 262 m

I (d=60 min): 13.4 mm/hora (T=1000 años)

I30 (d=30 min): 40.16 mm/hora (T=1000 años)

Tipo de Suelo: Arena Gruesa -

Dm: 4 mm

Practicas No existe Prácticas de conservación de la cuenca.

UNIDAD

El factor K representa el efecto de las propiedades del suelo y de las características del perfil del suelo en la pérdida de suelo. Los valores de K son asignados usando el nomograma de erodabilidad del suelo, que combina el efecto del tamaño de las partículas, %MO, código de la estructura del suelo y la clase de permeabilidad del perfil.

Suelos de textura fina con alto contenido de arcilla tienen bajos valores de K (0.05-0.15), porque ellos son resistentes al desprendimiento.

Suelos de textura gruesa tales como suelos arenosos, tiene valores bajos de K 0.05-0.2), debido al bajo escurrimiento, aunque estos suelos son fácilmente desprendibles. Suelos de textura mediana (franco limoso) tienen valores de K moderados (0.25-0.4), porque son moderadamente susceptibles al desprendimiento y producen moderados escurrimientos. (Mannaerts,1999)

El factor de erodabilidad del suelo se calcula con la ecuación del nomograma de Wischmeier citado por Mannaerts (1999).

A continuación se presenta la tabla con los datos de agua del suelo para las clases principales de textura de suelo: (Mannaerts,1999)

Se presenta además el nomograma de Weischmeier:

CUADRO 39. Códigos de permeabilidad y estructura del suelo en función de su textura

2.1.3. FACTOR DE LONGITUD DE PENDIENTE (FACTOR L)

La longitud de pendiente es definida como la distancia horizontal desde el origen de un flujo hasta el punto, donde:

- El gradiente de la pendiente reduce lo suficiente para que la deposición comience.

- El escurrimiento llega a ser concentrado en un canal definido.

Para su cálculo se utiliza la fórmula: (Mannaerts,1999)

L=( l72.6

)m

Donde: L = Factor de longitud de pendiente l = Longitud de la pendiente [pies] m = Exponente de la longitud de la pendiente 72.6 = Longitud de parcela unitaria RUSLE

La longitud de pendiente l, es la proyección horizontal, no la distancia paralela a la superficie del suelo. El exponente de longitud de pendiente m, determina la relación entre erosión en surcos (causada por flujo) y erosión entresurcos (causado por impacto de gotas de lluvia), puede ser calculado con la siguiente ecuación:

m=0.1342∗ln (θ )+0.192Donde: m = Exponente de la longitud de la pendiente θ= Angulo de pendiente [°]

2.1.4. FACTOR DE INCLINACIÓN DE PENDIENTE (FACTOR S)

El factor de inclinación de la pendiente refleja la influencia de la gradiente de la pendiente en la erosión. El potencial de erosión se incrementa con la inclinación de la pendiente.

Para pendientes con longitudes mayores a 5 m se debe usar las siguientes ecuaciones:

Donde: S = Factor de inclinación de pendiente S = Inclinación de pendiente [%] θ = Angulo de pendiente [º]

2.1.5. FACTOR DE MANEJO DE COBERTURA (FACTOR C)

El factor C es usado para reflejar el efecto de la cultivación y prácticas de manejo en las tasas de erosión. Este factor mide como el potencial de pérdida de suelo será distribuido en el tiempo durante la construcción de actividades, rotación de cultivos, y otros esquemas de manejo.

El factor C está basado en el concepto de desviación standard, siendo el standard un área bajo condiciones de barbecho con cultivo limpio. El valor de C para condiciones Standard es 1.

CUADRO 40. Valores de C para condiciones variadas.

Para el caso del proyecto, no existen prácticas de conservación, o sea no se tienen cultivos (suelo desnudo), por lo que se adopta un factor C=1.

2.1.6. FACTOR DE PRÁCTICAS DE CONTROL DE EROSIÓN (FACTOR C)

Es la relación de pérdida de suelo con prácticas de soporte a la pérdida correspondiente con labranza en pendiente, la cual tiene un valor de 1.

Estas prácticas de control (soporte) combate la erosión, puesto que modifica los patrones de flujo y el grado o dirección de superficie de escurrimiento. Para las prácticas de soporte de tierras cultivadas, generalmente incluye contorno, cultivos en faja, terraceo y drenaje subsuperficial.

RUSLE calcula el factor P basado en porcentajes de pendiente, longitud de pendiente, rugosidad, altura de bordes, distribución del “EI”, grupo de suelos hidrológicos y el efecto de terrazas contra la pendiente.

La guía del usuario del RUSLE, sugiere las siguientes prácticas mínimas de conservación de suelos, poniendo a consideración los valores del factor P para diferentes condiciones:

CUADRO 41. Valores de P mínimos para prácticas de contorno.

CUADRO 42. Valores de P para terrazas en función a su grado de pendiente.

2.2. DESARROLLO DE LA ECUACIÓN DE RUSLE:

Según los resultados del ANEXO I, se resume a continuación lo siguiente:

Por lo tanto:

Para un Área de 36760 ha:

Para una vida útil de 25 años:

Por lo tanto, se concluye que para una vida útil de 25 años:

3. VOLUMEN PERMANENTE

De acuerdo a lo concluido en el CAPITULO 5 y en el capítulo 6.2. Se considerará a partir de ahora como volumen permanente a la suma del volumen útil y volumen muerto para los cálculos posteriores. Entonces:

A=R .K . L. S .C .P ( Tonha∗año

)

V muerto = MMC

PARÁMETRO VALOR UNIDAD

R: 7.36 MJ/ha*mm/hr

K: 0.35 ton/ha.MJ*ha/mm*hr

L: 2.28 -

S: 0.34 -

C: 1.00 -

P: 1.00

A=1.988( Tonha∗año

)

A=73074.03(Tonaño

)

Vol=689377.65m3

Vol=0.7MMC

Vol permanente=Volúti+Volmuerto(MMC )Vol permanente=12.68+0.7 (MMC )

Vol permanente=13.38(MMC )

CAPITULO 7

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE POSICIONAMIENTO

PARA EL EJE DE PRESA

1. INDENTIFIACIÓN ESPACIAL DE CUENCA Y ALTERNATIVAS DE EJE

Para elegir alternativas de Presa se es necesario un análisis de campo, tanto geológico, topográfico e hidráulico, con la finalidad de determinar alternativas viables donde emplazar el eje de presa.

Para este proyecto, se han identificado cuatro posibles alternativas de posición de eje de presa. A continuación se evaluarán estas alternativas en cuanto a altura de presa que demandan, costos económicos y condiciones topográficas.

En la siguiente figura se muestra la delimitación de la cuenca del Río Callazas en Google Earth, asi como la ubicación de la estación Coranchay y encerrado en un rectángulo la zona donde se ubican las alternativas de posición de eje de presa:

Procedimiento Seguido: Digitalización en Civil3d de la cuenca y ríos a exportar. Ubicación en Google Earth de zonas de interés.

2. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE EJE. GRÁFICAS ALTURA VS. VOLUMEN ACUMULADO.

Analizando la topografía de la zona elegida, se ha calculado los volúmenes aproximados entre curvas de nivel consecutivas y el volumen acumulado cuando la quebrada es bloqueada hasta una altura determinada. Se repitió el procedimiento para las 4 alternativas:

A continuación se muestran las curvas obtenidas, en el ANEXO 1: MEMORIA DE CALCULO, se detallan los procedimientos de cálculo seguidos.

ALTERNATIVA 1:

Para almacenar el volumen permanente de 13.38 MMC:

ALTERNATIVA 2:

H presa = 58.48 m

Para almacenar el volumen permanente de 13.38 MMC:

3. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA DE POSICIÓN DE EJE DE PRESA

Dado los resultados obtenidos y teniendo en cuenta el factor económico, tiempo de construcción y características topográficas, se eligió la alternativa que nos señala una menor altura necesaria para almacenar el volumen permanente que se requiere. Por lo tanto:

Correspondiente a la Alternativa 4.Longitud aproximada de corona: 200 m.

H presa = 56.46 m

H presa = 51.32 m

Cota corona = 4289.32 m.s.n.m.