Estudio Hidrologico 09-011

DISEÑO FINAL PROYECTO PRESA “CASAS VIEJAS”ESTUDIO HIDROLOGICO

ESTUDIO HIDROLOGICO

1 UBICACIÓN

El área del proyecto de riego Casas Viejas, se encuentra ubicado al sudoeste del departamento de Santa Cruz de la Sierra, en la jurisdicción de los Municipios de Vallegrande y Trigal que corresponden a la Primera y Segunda Sección Municipal de la Provincia Vallegrande del Departamento indicado.

El área del proyecto comprende a las comunidades que se hallan en la margen izquierda del río La Cienaga, las cuales son: Casas Viejas, El Bello, Mataralcillo, San Jerónimo, Murillo, Trigo Pampa y San José de Pujio.

Las coordenadas geográficas que limitan el área del proyecto, son: 18° 26´ a 18° 27´ de Latitud Sur, y 64º 10´ a 64º 11´ de longitud oeste. La altitud media es de 1820 msnm.

Asimismo, el proyecto de encuentra a una distancia de 351 km desde la capital departamental. El recorrido desde la ciudad de Santa Cruz se realiza en 4 horas en movilidad liviana, utilizando el antiguo camino carretero asfaltado hacia Cochabamba hasta la localidad de Mataral (185 km) y a partir de allí se ingresa hacia Vallegrande (51 km), mediante carretera asfaltada. Ambas vías son transitables durante todo el año.

Tanto la zona de riego como la cuenca de aporte se encuentran contenida en la carta geográfica IGM hoja 6738 I serie H 731 Vallegrande.

2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA CUENCA

La cuenca en estudio corresponde a la cuenca del río La Cienaga, que surca la Provincia de Vallegrande de Norte a Sur y es afluente del río Yapacani. La cuenca tiene una superficie de 106 km2 y un perímetro de 49,4 km; la longitud del cauce principal es de 22,5 km, el desnivel máximo de 873 m, el índice de pendiente (Ip) de 18,4% y la pendiente del cauce principal de 3,8%.

La estratigrafía corresponde al sistema de la Zona Subandina, con afloramientos rocosos de origen sedimentario formados por lutitas y areniscas. Los sedimentos del terciario están presentes en las serranías y en algunas terrazas; el cuaternario ocupa integralmente el fondo de los valles.

El río La Cienaga es un río intermitente de montaña que aumenta considerablemente su caudal en la época de lluvias y desminuye notablemente hasta prácticamente cero en los meses de mayo, junio, julio, agosto y septiembre. La naciente se encuentra en la quebrada el Zorro y en su curso asume nombres diferentes, recibiendo aportes de pequeños ríos estaciónales y poco caudalosos como El Bello, Mataral (Mancallpa) y otras quebradas de bajo aporte hídrico.

En la cuenca se encuentran suelos erosionados poco protegidos, cultivos en limpio y suelos protegidos con cobertura vegetal.

La vegetación primaria se encuentra solamente como vestigio de lo que fue algunas épocas, ubicándose en las quebradas y laderas aun no intervenidas por el hombre. La

MTCB CONSULTORES ASOCIADOS S.R.L. 1


fisonomía de la vegetación presenta árboles de 8 a 10 metros de altura, copas poco desarrolladas y con ramificaciones que varían desde los 5 hasta los 8 metros y diámetro de fuste entre los 40 y 50 cm. También se presentan cactus, bromeliáceas y vegetación abusiva espinosa.

La cobertura vegetal varía de acuerdo a los paisajes o relieve del terreno, encontrándose desde suelo erosionado poco protegido, cultivos en limpio que cubre una cierta área y el resto protegida por cobertura vegetal.

El bosque originario presenta las siguientes especies: Algarrobo, ceibo, chakatia, chirimolle, gargateo, jarka, lanza-lanza, lloke, quine, suncho, tipa, carahuata, kayara, ulala.La temperatura máxima extrema es de 31,1 ºC, la mínima -1 ºC y la media 16,8 ºC, presentándose una tendencia de temperaturas altas en los meses de octubre a abril. El invierno es frío con presencia de heladas en los meses de mayo y junio.

3 PRECIPITACIÓN

3.1 Precipitación mensual y anual

En la cuenca se encuentra la estación de Vallegrande, que cuenta con registros de precipitaciones desde el año 1944. Las precipitaciones anuales tienen una media de 656,3 mm, una máxima 1.355 mm y una mínima 284,8 mm. El periodo lluvioso se concentra de Noviembre a Marzo con unos dos meses muy húmedos y periodos de cinco meses efectivamente secos, alargándose ocasionalmente a 7 y 8 meses.

Cuadro No. 1. Resumen de Precipitaciones Medias Mensuales Estación Vallegrande

Precipitación MesEne Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual

Max (mm) 390,0 318,7 253,4 113,7 53,7 79,5 38,5 68,3 115,0 134,0 220,3 214,8 1355,0Min (mm) 44,3 10,0 1,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 8,7 284,80Media (mm) 144,2 120,1 74,5 41,9 17,1 13,1 10,2 12,7 20,9 40,1 62,9 98,6 661,29

Las series de precipitación a nivel mensual, no tienen comportamiento regular en los periodos observados, mostrando desviaciones estandard que oscilan entre el 50% del valor promedio en los meses de lluvia hasta el 110% del valor medio en los meses de estiaje, ello indica claramente que la utilización de valores promedio nos llevan a sobreestimaciones relativas al volumen útil del recurso hídrico. La precipitación anual distribuida por meses está sujeta a marcadas fluctuaciones, por lo que el valor medio no es representativo en la zona (por ello para el análisis hidrológico se utilizará las series completas de datos).

La serie original de precipitaciones se muestra en el Anexo 3.

3.2. Caracterización de Lluvias Extremas

3.2.1. Análisis de calidad de las series de precipitación máxima diaria

Una etapa previa antes del uso de variables observadas en hidrología, es su control de calidad, como en este caso los valores de precipitación máxima diaria constituyen una



serie de extremos, se recurre al test de homogeneidad de Mann Kendall, que establece las siguientes hipótesis.

H0: Todos los valores de la serie resultan de un sorteo aleatorio de la misma población.

H1: No todos los valores de la serie resultan de un sorteo aleatorio de la misma población.

El test de hipótesis fue aplicado a la serie de precipitación máxima diaria de la estación de Vallegrande, la cual se indican en el Cuadro No. 2, observándose que con un nivel de significancia del 5% se acepta que esta serie es homogénea.

Cuadro No. 2. Serie Anual de Precipitación Máxima Diaria

Nº Año Pd (mm)

1 1944 60.0

2 1945 75.0

3 1946 60.5

4 1947 82.0

5 1948 52.3

6 1949 132.6

7 1950 51.6

8 1951 59.6

9 1952 39.0

10 1953 64.6

11 1954 74.0

12 1955 99.0

13 1956 39.4

14 1957 54.5

15 1958 94.0

16 1959 50.3

17 1960 51.0

18 1961 48.0

19 1976 38.0

20 1977 57.1

21 1978 41.3

22 1979 38.1

23 1980 37.3

24 1981 37.1

25 1982 26.5



Cuadro No. 2. Serie Anual de Precipitación Máxima Diaria (Cont.)

Nº Año Pd (mm)

26 1983 18.1

27 1988 61.2

28 1989 71.7

29 1990 57.3

30 1991 45.1

31 1992 81.0

32 1993 45.4

33 1994 50.3

34 1995 37.0

35 1996 54.1

36 1997 53.2

37 1998 58.3

38 1999 41.4

39 2000 45.7

40 2001 36.2

41 2002 46.4

42 2003 54.1

43 2004 118.3

44 2005 39.0

Con la finalidad de visualizar el comportamiento de la serie indicada, en la Figura 1, se muestra una ilustración de la evolución temporal de los valores de precipitación máxima diaria, observando que la serie no muestra una tendencia de valores creciente o decreciente monótona, aspecto detectado por el test de Mann Kendall.

Figura No. 1.Serie anual de precipitación máxima diaria en estaciones indicadas

3.2.2 Precipitación máxima en 24 horas



Los datos de precipitación máxima de 24 hr son valores registrados para tiempo fijo por ejemplo de 8 am a 8 am diarios. Las medidas de la precipitación en una estación pluviométrica se acostumbra a efectuarlas en forma diaria y a la misma hora (7 u 8 a.m.), por consiguiente esta medida diaria no siempre corresponde a una sola precipitación continua, si no a todas las precipitaciones en el intervalo de tiempo transcurrido entre dos lecturas; por consiguiente el control pluviométrico es considerado como precipitación diaria.

Cuando el control de precipitación es realizado con equipo automáticos como los pluviógrafos, estos registran los tiempos reales de duración de cada precipitación, pudiéndose por lo tanto, determinar la precipitación para cualquier duración. Ante la ausencia de estos registradores automáticos en la estación, se ha buscado una metodología por medio de un factor que pueda correlacionar las precipitaciones diarias a 24 horas.

La metodología se basa en la afectación de la precipitación diaria por un coeficiente que varia según las características climáticas regionales:

P24 = M x Pd

donde:

P24 = Precipitación en 24 horas.Pd = Precipitación diariaM = Coeficiente que varia de 1.13 a 1.20, siendo estos valores para clima semiárido, subhúmedo y clima húmedo respectivamente.

Se ha adoptado un valor de M = 1.13 para afectar las precipitaciones diarias y obtener las correspondientes precipitaciones de 24 horas. De los valores registrados de precipitación máxima diaria, se elige el máximo valor por año. Los valores obtenidos para las precipitaciones máximas en 24 horas se resumen a continuación.



Cuadro No. 3.Precipitaciones máximas diarias para 24 hr.

Nº AñoPrec. Máxima diaria

Pd (mm)Prec. Máxima Diaria

P24 (mm)

1 1944 60.0 67.8

2 1945 75.0 84.8

3 1946 60.5 68.4

4 1947 82.0 92.7

5 1948 52.3 59.1

6 1949 132.6 149.8

7 1950 51.6 58.3

8 1951 59.6 67.3

9 1952 39.0 44.1

10 1953 64.6 73.0

11 1954 74.0 83.6

12 1955 99.0 111.9

13 1956 39.4 44.5

14 1957 54.5 61.6

15 1958 94.0 106.2

16 1959 50.3 56.8

17 1960 51.0 57.6

18 1961 48.0 54.2

19 1976 38.0 42.9

20 1977 57.1 64.5

21 1978 41.3 46.7

22 1979 38.1 43.1

23 1980 37.3 42.1

24 1981 37.1 41.9

25 1982 26.5 29.9

26 1983 18.1 20.5

27 1988 61.2 69.2

28 1989 71.7 81.0

29 1990 57.3 64.7

30 1991 45.1 51.0

31 1992 81 91.5

32 1993 45.4 51.3

33 1994 50.3 56.8

34 1995 37.0 41.8

35 1996 54.1 61.1

36 1997 53.2 60.1

37 1998 58.3 65.9

38 1999 41.4 46.8

39 2000 45.7 51.6

40 2001 36.2 40.9

41 2002 46.4 52.4

42 2003 54.1 61.1

43 2004 118.3 133.7

44 2005 39.0 44.1

3.2.3. Precipitación máxima diaria para 24 hr y para diferentes periodos de retorno



Para el cálculo de la precipitación máxima diaria para diferentes periodos de retorno se utilizarán las distribuciones de probabilidad que son más aplicadas para valores extremos, como es nuestro caso. Las distribuciones seleccionadas son: Gumbel, Log-Pearson tipo III y Log-Normal.

Al aplicar estas distribuciones de probabilidad a la serie de datos del Cuadro No. 3, se obtienen los valores que se indican a continuación:

Cuadro No. 4. Precipitaciones máximas diarias para diferentes periodos de retorno (mm)

PERIODO DERETORNO

(AÑOS)

TIPO DE DISTRIBUCIÓN

GUMBEL LOG-PEARSON TIPO III (*) LOG-NORMAL

2 59.43 59.06 59.39

5 81.89 80.99 81.14

10 96.76 95.85 95.52

25 115.55 114.97 113.68

50 129.49 129.47 127.19

100 143.33 144.20 140.72

200 157.12 159.26 154.36

500 175.31 179.81 172.66

1 000 189.05 195.90 186.78

2 000 202.80 212.53 201.17 (*) Valores adoptados

3.2.4. Caracterización de la lluvia en términos de Intensidad-Duración-Frecuencia

En la estación de Valle Grande se cuenta tan solo con registros a nivel diario, resolución insuficiente para la caracterización de la precipitación en términos de Intensidad-Duración-Frecuencia. Esta situación fue superada con el uso de una metodología de desagregación, que permite obtener lluvias de menor duración.

La base del método, es el uso de factores de conversión, que tienen validez regional y son considerados independientes del periodo de retorno. En el Cuadro No. 5, se muestran los factores de desagregación adoptados que surgen del procesamiento de los datos pluviográficos de estaciones en zonas similares a la del proyecto.



Cuadro No. 5. Precipitaciones máximas diarias para diferentes periodos de retorno (mm)

Relación AASANA TAQUIÑA TEJAR BRASIL U.S. WEATHER DENVER VALLEGRANDE

CBBA CBBA TARIJA BUREAU (*)

05 Min/30 Min 0.38 0.28 0.37 0.34 0.37 0.42 0.38

10 Min/30 Min 0.58 0.57 0.63 0.58

15 Min/30 Min 0.74 0.65 0.72 0.7 0.72 0.75 0.72

20 Min/30 Min 0.82 0.84 0.82

25 Min/30 Min 0.91 0.92 0.91

30 Min/1 H 0.8 0.71 0.76 0.74 0.79 0.8

1 H / 24 H 0.56 0.39 0.4 0.42 0.43 0.44

6 H / 24 H 0.71 0.71 0.57 0.72 0.72

8 H / 24 H 0.74 0.74

10 H / 24 H 0.79 0.79

12 H / 24 H 0.9 0.84 0.86

24 H / Pdiaria 1.26 1.16 1.13 1.14 1.13 1.15

(*) Valores adoptados

Aplicando los coeficientes de desagregación adoptados y los valores correspondientes a las precipitaciones máximas para diferentes periodos de retorno (distribución Log-Pearson Tipo III) se obtienen las precipitaciones para los periodos de retorno y duraciones indicadas en el Cuadro No. 6 Asimismo, se han calculado los valores de la intensidad pluviométrica que se indican en el Cuadro No. 7 y la Figura No. 2.

Cuadro No. 6. Precipitación (mm) – Duración – Frecuencia

Tiempo Periodo de Retorno (años)

(min) 25 50 100 500 1000 2000

5 15.4 17.3 19.3 24.1 26.2 28.4

10 23.5 26.4 29.4 36.7 40.0 43.4

15 29.1 32.8 36.5 45.6 49.6 53.9

20 33.2 37.4 41.6 51.9 56.5 61.3

25 33.2 37.4 41.6 51.9 56.5 61.3

30 40.5 45.6 50.8 63.3 69.0 74.8

60 50.6 57.0 63.4 79.1 86.2 93.5

360 82.8 93.2 103.8 129.5 141.0 153.0

480 85.1 95.8 106.7 133.1 145.0 157.3

600 90.8 102.3 113.9 142.0 154.8 167.9

720 98.9 111.3 124.0 154.6 168.5 182.8

1440 115.0 129.5 144.2 179.8 195.9 212.53



Cuadro No. 7. Intensidad (mm/hr) – Duración – Frecuencia

Tiempo Periodo de Retorno (años)

(min) 25 50 100 500 1000 2000

5 184.5 207.8 231.5 288.6 314.4 341.1

10 140.8 158.6 176.6 220.3 240.0 260.3

15 116.6 131.3 146.2 182.3 198.6 215.5

20 99.6 112.1 124.9 155.7 169.6 184.0

25 79.6 89.7 99.9 124.6 135.7 147.2

30 80.9 91.1 101.5 126.6 137.9 149.6

60 50.6 57.0 63.4 79.1 86.2 93.5

360 13.8 15.5 17.3 21.6 23.5 25.5

480 10.6 12.0 13.3 16.6 18.1 19.7

600 9.1 10.2 11.4 14.2 15.5 16.8

720 8.2 9.3 10.3 12.9 14.0 15.2

1440 4.8 5.4 6.0 7.5 8.2 8.9

Figura No. 2. Curvas Intensidad – Duración - Frecuencia

4 RELACIÓN PRECIPITACIÓN - ESCORRENTIA

La cuenca del proyecto no cuenta con registros fluviométricos, por lo que se requiere de una modelación hidrológica para generar una serie de caudales promedios mensuales que refleje el régimen fluvial de la cuenca, en el sitio de la futura presa. La serie deberá ser de suficiente extensión para reflejar la variabilidad natural intermensual como interanual de manera tal que permita conclusiones estadísticas y permitirá la simulación del embalse para su optimación en términos de capacidad y operabilidad.

Considerando que se dispone de registros de precipitaciones desde el año 1944, el calculo de la serie de caudales se basará en la simulación del proceso Precipitación-Escurrimiento (P/E) mediante un Modelo-PE, que será calibrado con datos precipitación/caudales conocidos de cuencas comparables o referenciales, que en el caso presente son las cuencas de Bermejo y Comarapa, que se encuentran en la zona y cuentan con la información requerida.



Un resumen de las precipitaciones y de los caudales observados en la cuenca del río Bermejo para el periodo 1976 a 2004, se muestra en el Cuadro No. 8; y para la cuenca del río Comarapa para el periodo 1991 a 1997 en el Cuadro No. 9.

Cuadro No. 8. Resumen precipitaciones y caudales en la cuenca del río Bermejo periodo 1976 a 2004

Ene Feb Mar Abr. May Jun Jul Ago Sep Oct Noc Dic Total/Promedio

Prec. Media [mm] 145.8 134.4 122.3 66.4 43 41.6 27.9 40.5 39.8 71 99.1 125.4 963.3

Caudal Max. [m³/s] 13.66 35.66 29.66 8.83 9.75 8.91 6.59 4.66 4.21 8.59 11.34 13.17 8.15

Caudal Min. [m³/s] 0.49 2.38 0.67 1.01 1.06 1.21 0.75 0.35 0.33 0.07 0.34 0.69 1.68

Caudal Prom. [m³/s] 6.03 8.43 7.07 4.56 3.24 2.84 1.95 1.52 1.51 1.96 2.82 4.73 3.85

Cuadro No. 9. Resumen precipitaciones y caudales en la cuenca del río Comarapa periodo 1991 a 1997

Ene Feb Mar Abr. May Jun Jul Ago Sep Oct Noc Dic Total/Promedio

Prec. Media (mm) 115.3 101.8 80.7 38.3 13.2 12.7 10 21.3 18.3 37.7 47.8 99.7 601.2

Caudal Max. [m³/s] 2.23 6.33 2.52 2.77 1.84 1.87 1.03 1.03 1.37 1.72 1.33 4.24 1.6

Caudal Min. [m³/s] 1.37 1.1 0.95 1.42 0.42 0.22 0.28 0.19 0.07 0.2 0.7 0.53 0.9

Caudal Prom. [m³/s] 1.71 2.43 1.42 1.95 1.13 0.72 0.56 0.49 0.41 0.93 1.11 1.88 1.2

En el estudio de factibilidad del proyecto Casas Viejas, elaborado por el PRONAR en el año 2002, se obtuvo una serie de caudales a partir de los datos de precipitación y la estimación de los coeficientes de escurrimiento mensuales. Con fines comparativos en el Cuadro No. 10, se indican los coeficientes de escurrimiento promedio mensuales para las cuencas del río Bermejo y Comarapa; como asimismo los coeficientes estimados en el estudio de factibilidad para la cuenca del proyecto Casas Viejas.

Cuadro No. 10. Coeficientes de Escurrimiento (C)

Cuenca Ene Feb Mar Abr. May Jun Jul Ago Sep Oct Noc Dic Anual

Bermejo 0.23 0.31 0.32 0.36 0.41 0.36 0.38 0.20 0.20 0.15 0.15 0.21 0.26

Comarapa 0.26 0.38 0.31 0.87 1.52 0.97 0.99 0.41 0.38 0.44 0.40 0.33 0.42

Casas Viejas 0.14 0.14 0.14 0.07 0 0 0 0 0 0.07 0.14 0.14 0.12

Por otra parte, los caudales específicos de las tres cuencas indicadas se indican a continuación.

Cuadro No. 11. Caudales Específicos

Variables Cuenca

Comarapa Bermejo Casas Viejas

Caudal Promedio (m3/s) 1.2 3.85 0.254

Área Cuenca (km2) 151 491 106

Caudal Específico (l/s/km2) 7.9 7.8 2.4

Precipitación Promedio (mm) 601 963 656.3

Coeficiente Escurrimiento 0.42 0.26 0.12

Escurrimiento (mm) 250.53 247.28 78.76

De acuerdo a los resultados obtenidos, parecería que la estimación de los caudales para la cuenca de Casas Viejas estaría subestimada. Por otra parte, de acuerdo a los coeficientes de escurrimiento mensuales obtenidos, se puede observar que los



comportamientos fluviales de la cuenca del Bermejo y Casas Viejas son similares, en lo que respecta a coeficientes de escurrimiento elevados en el verano y bajos en el invierno; y no así con la cuenca de Comarapa que tiene un flujo base importante, ya que para la época de estiaje presenta coeficientes de escurrimiento alrededor de la unidad.

4.1. El Modelo P/E

La siguiente ecuación básica define el comportamiento del modelo adoptado:Q(t) = a1 + a2Q(t-1) + a3P(t) + a4E(t)

donde:

Q(t) = Caudal del mes t (generado) Q(t-1) = Caudal del mes anterior (t-1)P(t) = Precipitación total del mes ta1, a2, a3, a4 = Parámetros del modeloE(t) = Variable aleatoria normal

A partir de los registros de precipitación y caudales de la cuenca del río Bermejo, que se detallan en el Anexo 3, se ha calibrado el Modelo-PE, obteniéndose la siguiente ecuación.

Q(t) = 2.017083781 + 0.2212228993 x P(t) + 0.2677520677 x Q(t-1)

Bajo el supuesto de que el comportamiento fluvial de la cuenca del Bermejo es similar a la cuenca de Casas Viejas, se ha ajustado el Modelo P-E de la cuenca del Bermejo para la cuenca de Casas Viejas, considerando un caudal especifico promedio anual de 5.0 lts/km2, obteniéndose la ecuación que se indica a continuación:

Q(t) = 1.50474 + 0.16504 x P(t) + 0.19974 x Q(t-1)

La serie de caudales generados con la utilización de este modelo se indican en el Anexo 5. Asimismo, de acuerdo a lo previsto en el estudio de factibilidad elaborado por el PRONAR, y considerando un factor de seguridad adicional, se ha ajustado la serie indicada asumiendo que no existe escurrimiento en la época de estiaje, obteniéndose la serie ajustada que se indica en el Anexo 5. Esta serie corresponde a la oferta de agua de la cuenca y será la serie que se utilizará en el estudio de regulación.

5 CONCENTRACIÓN DE SEDIMENTOS

En la cuenca de Casas Viejas no existe una estación sedimentológica, por lo que para la estimación del trasporte de sedimentos se debe recurrir a formulas empíricas o a la información de cuencas semejantes. Para nuestro caso, la fuente mas fiable de información respecto de la concentración de sedimentos proviene también de la cuenca del Río Bermejo donde el SEARPI ha realizado un exhaustivo monitoreo con muestreos diarios del río.

La aplicación de formulas empíricas, eventualmente permiten aproximar o estimar volúmenes anuales de sedimentos no obstante su adaptabilidad a las condiciones locales normalmente genera incertidumbres en los resultados. Asimismo cabe hacer notar el carácter altamente relativo de las interpretaciones de imágenes satelitales



donde se pretende evaluar niveles de riesgo de erosión, la práctica muestra que para asumir tales métodos se deben cotejar las estimaciones con mediciones de campo.

Para el cálculo del trasporte de sedimentos en la cuenca de Casa Viejas, se ha tomado como referencia las estimaciones para la presa Mairana (Anexo 5) en base a las mediciones del Río Bermejo correspondientes al periodo 1986 al 1992, ajustándolas directamente por relación de áreas:

CtCV = (AM x Ct

M ) / AM

CtCV: Transporte total de sedimentos por año en la cuenca de Casas Viejas (sitio de

presa).ACV : Área de la cuenca Casas Viejas (106 km2)AM : Área de la cuenca presa Mairana (491.0 km2)Ct

B : Carga anual de sedimentos estimados para la presa Mairana, que resulta de componer y totalizar el Hidrograma anual con las respectivas concentraciones de sedimentos diarios.

Los valores característicos de transporte de sedimentos que resultan para la cuenca de Casas Viejas se muestran a continuación.

Carga media anual: 69.234 m3

Carga especifica media anual: 653 m3/km2/añoCarga Total (n = 25 años) = 1.730.450 m3

Por otra parte, con lo propósito de ampliar el análisis sobre la producción de sedimentos en la cuenca, se realizó una estimación de la erosión de los suelos a partir de la utilización de un modelo paramétrico. Los métodos paramétricos permiten inferir la erosión de los suelos a partir de los factores ambientales que intervienen en el desarrollo de los procesos erosivos; para ello usan funciones como la siguiente y donde la resolución de la ecuación da una indicación numérica de la velocidad de la erosión:

E = f (c, s, t, v, l, m)

E: Erosión del sueloc: Factor de agresividad climáticas: Factor topográficov: Factor de vegetación naturall: Factor de uso de la tierram: Factor de explotación

El modelo utilizado es el de Djorovic que calcula la degradación específica en función de una serie de parámetros que son representativos de los procesos erosivos como ser: precipitación, clima, suelo, relieve y vegetación; asimismo, este modelo incluye a su vez un parámetro para estimar el grado de intensidad de los procesos erosivos en la cuenca y el tipo de erosión predominante.

El modelo de Djorovic esta definido por la siguiente ecuación:

W = T F H Z 1.5

donde:



W: Caudal sólido (m3/año), como medida de la degradación específica de una cuenca.T: Factor en función de la temperatura media anual. F: Área de la cuenca, en km2.H: Precipitación media anual en mm.: 3.14159Z: Coeficiente de erosión que refleja la intensidad y extensión del fenómeno erosivo de

una cuenca y valoriza la influencia de los factores de suelo, vegetación y relieve.

Los valores de Z, pueden ser obtenidos en base a una clasificación de los procesos erosivos en las siguientes cinco categorías:

I: erosión excesiva, Z de 1.01 a 1.50;II: erosión intensiva, Z de 0.71 a 1.00;III: erosión media, Z de 0.31 a 0.70;IV: erosión moderada, Z de 0.20 a 0.40;V: erosión baja, Z de 0.01 a 0.19.

Para determinar los coeficientes Z en la cuenca, se realizo una categorización del área de la cuenca por riesgos de erosión y degradación, la metodología seguida se presenta a continuación.

La superficie de áreas con diferentes categorías de erosión del área de aporte del río La La Cienaga se muestra en el Cuadro siguiente.

Cuadro No. 12. Riesgo de degradación para la cuenca La Cienaga

Riesgo de degradación

Superficie (km2)

Z asumido (*)

Z ponderado

Muy bajo 61 0.1 0.0575

Bajo 30 0.3 0.0849

Moderado 10 0.5 0.0472

Alto 3 0.85 0.0241

Muy alto 2 1.25 0.0236

Z = 0.2373 (*) Valores promedios de los coeficientes

El valor de F adoptado es de 106 km2, que corresponde al área de la cuenca. La precipitación media anual de la cuenca es de 656.3 mm, que corresponde al valore de H.

El parámetro T se relaciona con la temperatura media anual y se calcula con la siguiente formula:

Considerando una temperatura media anual de 16.8 ºC para la cuenca, se obtiene 1.64 como valor de T.

Un resumen de los valores de T, F, H y Z adoptados se indica a continuación:

Cuadro No. 13. Parámetros ecuación de Djorovic



Cuenca F (Km2) Z asumido H (mm) T

Río La Cienaga 106 0.2373 656.3 1.64

`Remplazando estos valores en la ecuación de Djorovic, se obtiene una carga de sedimentos anual de la cuenca de 41.359 m3/año, que corresponde a una carga específica de 390.18 m3/km2/año. Asimismo, si consideramos una vida útil de 25 años, la carga total de sedimentos es de 1.033.980 m3, si se adoptan los valores máximos para los coeficientes de Z, se obtiene un carga total de 1.814.143 m3. Para el diseño se adopta un volumen de sedimentos de1.230.700

6 DEMANDA DE AGUA PARA RIEGO

El cálculo de los requerimientos de riego ha sido realizado utilizando el paquete para el Calculo del Área Bajo Riego Optimo (ABRO 3.1), obteniéndose los resultados que se indican en el Anexo 6.

El proceso de cálculo para los requerimientos de riego, parte de la definición de la cédula de cultivos para el proyecto, para luego calcular la Evapotranspiración Potencial (ETp), los Coeficientes de Cultivo (Kc), la Evapotranspiración Real de los Cultivos (ETC), la Precipitación Efectiva (Pe) y finalmente el Requerimiento Neto de Riego para los cultivos.

a) Cedula de cultivos bajo riego

De conformidad a los objetivos del proyecto, se plantea como base de la producción agrícola, una cedula de cultivo compatible con la oferta de agua prevista con la regulación de la presa y de acuerdo con el potencial hídrico de la cuenca. Asimismo, esta cédula es compatible con la operación del sistema de riego adoptado, puesto que en el área del proyecto, no esta previsto cultivos de mayor demanda hídrica relativa, que puedan alterar la indicada operación.

Con la participación de los agricultores beneficiarios del proyecto de riego, se llegó a establecer los cultivos para los diferentes periodos en el año agrícola, tomando en cuenta las prácticas de rotación y el uso sostenible del suelo, obteniendo de esta manera el modelo de finca para una hectárea. El actual uso de la tierra está adecuado a los patrones culturales y tradicionales; y las condiciones de clima y suelos permitirán lograr un desarrollo normal de los diferentes cultivos. El detalle de la cedula de cultivos propuesta se indica en el Cuadro No. 14.

Cuadro No. 14. Cedula de Cultivos

Cultivo Mes de siembra

Área (%)

Maíz (choclo) Agosto 16.4Papa miska precoz Julio 16.4



Arveja (verde) Mayo 1.0Pimentón Marzo 5.5Maíz (grano) Noviembre 17.2Fréjol (grano) Noviembre 12.3Tomate precoz Marzo 3.4Papa (precoz) Noviembre 8.3Durazno Agosto 4.9Cebolla (verde) Marzo 13.7Alfalfa Diciembre 0.5Pasto Panicum máximo Diciembre 0.5

TOTAL 100.0

Si se considera una superficie bajo riego de 1,024 hectáreas, la superficie correspondiente a cada cultivo es la siguiente:

Cuadro No. 15. Superficie para los Cultivos

Cultivo Área (ha)

Maíz (choclo) 168.0Papa miska precoz 168.0Arveja (verde) 10.0Pimentón 56.0Maíz (grano) 176.0Fréjol (grano) 126.0Tomate (precoz) 35.0Tomate precoz 85.0Durazno 50.0Cebolla (verde) 140.0Alfalfa 5.0Pasto Panicum máximo 5.0TOTAL 1.024.0

El calendario de producción para los cultivos agrícolas de la cédula propuesta, se muestra en el Cuadro No.16.

Cuadro No. 16. Calendario Productivo Propuesto de los Cultivos

Mes Invierno Verano

J J A S O N D E F M A MMaíz grano S CMaíz choclo S C



Arveja verde C SFríjol (grano) S CPapa miska precoz S CTomate (precoz) C SPimentón C S TPapa precoz S CCebolla C TDurazno B B C CAlfalfa C C S CPasto Panicum máximo C S

Fuente: Elaboración propia.Simbología: S = Siembra, T = Trasplante, C = Cosecha, F = Floración.

b) Evapotranspiración Potencial (ETp).

Los resultados de la evapotranspiración por día, obtenidos con el paquete ABRO 3,0, en función de los datos proporcionados, en este caso las temperaturas medias mínimas y máximas y la humedad relativa, se indican a continuación.

Cuadro No. 17. Cálculo de la Evapotranspiración Potencial (mm/día)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr MayETp 2.74 2.70 3.19 3.73 4.21 4.10 3.77 3.91 3.85 3.64 3.18 2.94

Fuente: Elaboración propia sobre la base del ABRO 3.1.

c) Coeficiente de cultivo (Kc)

Para el proyecto se han asumido los coeficientes de cultivo incorporados en el paquete ABRO 3,1, de acuerdo a las características climáticas de la zona. Los valores asumidos corresponden a los datos ya procesados en función de la cédula de cultivos y el ciclo de estos que también ya se encuentran inmersos en el paquete.

En función de los datos introducidos en el paquete, se han obtenido los valores que se indican a continuación.

Cuadro No. 18. Coeficiente de Cultivo Kc

Cultivo Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May

Maíz (choclo) 0.32 0.73 1.15 0.60Papa miska precoz 0.41 0.78 1.15 0.75Arveja (verde) 0.80 1.15 1.02 0.45Pimentón 0.95 0.85 0.41 0.73 1.05Maíz (grano) 0.31 0.73 1.15 0.87 0.60Frijol (grano) 0.41 0.78 1.15 0.70 0.25Tomate (precoz) 0.65 0.41 0.82 1.20Papa precoz 0.41 0.78 1.15 0.75



Durazno 0.55 0.95 1.05 1.15 1.15 1.15 1.10 0.90 0.85

Cebolla (verde) 0.92 0.42 0.73 1.05

Alfalfa 1.09 1.13 0.70 1.14 1.15 0.66 0.83 1.07 0.66 0.82 0.67 0.71Pasto Panicum m. 0.50 0.30 0.10 0.20 0.30 0.50 0.60 0.70 0.85 0.80 0.75 0.70

Fuente: Elaboración propia sobre la base del ABRO 3.1.

d) Evapotranspiración Real (ETR)

La Evapotranspiración real (ETR) para cada uno de los cultivos programados se determina a partir de la ETp y el Kc de cada cultivo. La ETR mensual para los diferentes cultivos se obtiene multiplicando los coeficientes ponderados de Kc de cada mes por los valores de evapotranspiración potencial sobre la base de la ecuación siguiente:

ETR = Kc x ETp

donde:

ETR = Evapotranspiración Real mensualKc = Coeficiente de cultivo ponderado para cada mesETp = Evapotranspiración potencial

Los resultados encontrados para la ETR mensual con el paquete ABRO 3,0, se muestran en el Cuadro No. 19.

Cuadro No. 19. Evapotranspiración Real Total por Mes (mm)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May

ETR 403.13 321.38 343.51 466.92 573.71 497.05 568.51 771.47 530.99 520.67 433.79 470.21

e) Precipitación efectiva (Pe)

La precipitación efectiva se determinó aplicando el paquete ABRO 3,1, en base a los datos de la precipitación de la estación climatológica de Vallegrande, que tiene información registrada desde 1945 hasta la actualidad.

Para la determinación de la precipitación efectiva (Pef), se empleó el método del porcentaje fijo de precipitación, de acuerdo a la siguiente fórmula:

Pef = a x Prec

donde:

Pef = Precipitación efectiva mensual en mm.a = Porcentaje fijo que se da en función a la escorrentía y percolación profunda de la zona, normalmente las perdidas son de 10 a 30 %.Prec. = Precipitación media mensual en mm.

La región se caracteriza por aportar parte de la demanda de agua en forma de lluvia, cuyos volúmenes varían mes a mes y de año en año, por lo que es necesario calcular el valor de la precipitación mensual al 75 % de persistencia o precipitación confiable, que es el 75% de probabilidad de ocurrencia (seguridad de presentarse 3 de cada 4



años). Los resultados obtenidos en el paquete ABRO 3,1 se presentan en el Cuadro No. 20.

Cuadro No. 20. Precipitación Efectiva (mm)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May TotalPrec. 13.10 10.20 12.70 20.90 40.10 62.90 98.60 144.20 120.10 74.50 41.90 17.10 656.30Pef 0.00 0.00 0.00 0.72 16.08 34.32 62.88 99.36 80.08 43.60 17.52 00.00 354.56

f) Demanda neta o Consumo teórico (Dn)

Representa la demanda teórica de agua que requiere un cultivo en un periodo de tiempo dado. Se obtiene restando la precipitación efectiva (Pef) de la evapotranspiración real (ETR).

Dn = ETR - Pef

donde:

Dn = Requerimiento de riego mensual del cultivo, en mm.ETR = Evapotranspiración mensual del cultivo, en mm.Pef = Precipitación efectiva mensual en mm.

Para transformar a metro cúbico por hectárea, se multiplica por 10 los valores encontrados, toda vez que un milímetro de altura de agua equivale a 10 m3/ha. Los resultados obtenidos con el paquete ABRO 3,1, se presentan en el Cuadro No. 21. y Cuadro No. 22.

Cuadro No. 21. Demanda neta o Requerimiento Neto (Dn en mm)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May TotalDn 72.19 46.35 55.23 103.91 108.69 26.73 30.54 39.54 9.92 14.20 55.01 94.16 656.16

Cuadro No. 22. Requerimientos Netos y Unitarios (l/s) y (l/s/ha)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May TotalRn 69.91 42.23 83.72 158.75 160.70 63.42 50.96 65.69 18.33 31.43 61.76 88.24

Rn 0.28 0.17 0.21 0.40 0.41 0.10 0.11 0.15 0.04 0.05 0.21 0.35 2.49

g) Eficiencia total de riego.

La eficiencia del sistema de riego ha sido estimada de acuerdo a la experiencia en sistemas de riego similares, estando previsto un 100% para la eficiencia de captación, 90% para el sistema de conducción principal que será revestido con hormigón ciclópeo. Para la eficiencia de conducción parcelaria se estableció un valor de 80%. La eficiencia de aplicación del riego, en sistemas similares de acuerdo a trabajos de investigación realizados a escala nacional a cargo de un experto en riegos de la FAO, reportó eficiencias de aplicación entre 40 a 80%; considerando que en la zona del proyecto no existe una tradición importante de riego se puede considerar que la



eficiencia de aplicación puede alcanzar a un 43% aproximadamente.

Por lo tanto, la eficiencia de riego total será:

Eft = Efp x Efc x Efa x Efd

Eft = 1 x 0.90 x 0.80 x 0,60 = 0.43

donde:

Eft = Eficiencia de riego total.Efp = Eficiencia de captación.Efc = Eficiencia de conducción.Efd = Eficiencia de distribución.Efa = Eficiencia de aplicación.

Bajo estos parámetros, se obtiene una eficiencia total del sistema del 43%, lo cual se considera racionalmente alcanzable y sobre todo conservador.

h) Demanda bruta o requerimiento de riego bruto (Lámina Bruta).

La dotación de agua a las parcelas de cultivo, se determina de la relación entre la necesidad de riego de los cultivos y la eficiencia del sistema. Los cálculos se realizaron solo para la situación futura con proyecto, una vez implementadas las obras proyectadas. Estos datos vienen de la relación entre la necesidad de riego de los cultivos y la eficiencia del sistema por captación, conducción, distribución y aplicación al nivel de área de riego o parcela, estimada en 43% para la situación con proyecto.

En el análisis de la eficiencia de riego se consideró el método de riego por gravedad ya sea por surcos o inundación, partiendo de la forma de manejo del agua al nivel de parcela y la experiencia de los agricultores de la zona.

La demanda de agua de riego para el proyecto, de acuerdo al total de la superficie a regar tanto en la época de invierno como en verano, está satisfecha con el caudal previsto a captarse mediante la obra de toma que esta ubicada en la presa de regulación y que captará las aguas reguladas en función de la demanda. La determinación de las demandas brutas, se realizó mediante la ecuación siguiente:

Db = Dn x 100/Eft

donde:

Db = Demanda unitaria bruta al nivel de parcela Dn = Demanda unitaria neta al nivel de parcelaEft = Eficiencia de riego total.

Los resultados obtenidos se resumen en el Cuadro No. 23.

Cuadro No. 23. Demanda Bruta de riego (Db) (mm) y Demanda total de riego (l/s)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May TotalDb 157.28 100.98 120.32 226.38 236.81 58.24 66.53 85.76 21.61 30.93 119.85 205.14 1.429.83

Dt 152.31 91.99 182.39 345.86 350.12 138.18 111.03 143.12 39.93 68.47 134.55 192.24 1.950.20



i) Caudal Unitario Continuo (q)

Responde a la ecuación siguiente:

q = Db x 1000/(n x h x 3600 seg)

donde:

q = Caudal unitario continuo (lts/seg/ha)Db = Demanda unitaria bruta (m3/ha)n = Número de días del mes a regarh = Número de horas del día a regar

Cuadro No. 24. Caudal Unitario Continuo (q) (l/s/ha)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Totalq 0.61 0.38 0.45 0.87 0.88 0.22 0.25 0.32 0.09 0.12 0.46 0.77 5.42

De acuerdo a los resultados obtenidos, la demanda máxima corresponde al mes de octubre con 0,88 litros/seg/ha, siendo este el caudal entregado en la obra de toma, es decir se toma en cuenta la eficiencia de captación, conducción y aplicación (45,9%). Asimismo, se ha considerado un tiempo de riego de 24 horas al día, durante todo el mes.

j) Superficie de riego de los cultivos presentes en el mes considerado.

Los resultados de la superficie total de riego de los cultivos para cada mes, se presentan en el Cuadro No. 25. Para obtener estos resultados se utilizó la expresión:

SUPt = SUP

donde:

SUPt = Superficie total de riego, cultivada por mes en ha. SUP = Sumatoria de la superficie de riego de cada cultivo por mes, en ha.

Cuadro No. 25. Superficie total de riego por mes (ha)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr MaySUPt 266.75 267.60 443.18 413.15 413.08 638.72 467.78 470.86 468.80 594.22 299.50 264.07

k) Volumen total de riego por mes.

Este volumen se calcula, efectuando la sumatoria de los volúmenes de riego de cada cultivo, en el mes considerado, de acuerdo al siguiente procedimiento:

VOLt = VOL

Donde:

VOLt = Volumen total de riego por mes, en m3.



VOL = Sumatoria del volumen de riego de cada cultivo por mes.

Cuadro No. 26. Volumen total de riego por mes (m3)

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May TotalVOLt 419,552 270,223 533,248 935,310 978,206 371,964 311,218 403,788 101,321 183,779 358,937 541,695 5,409,241

7 CALIDAD DEL AGUA PARA RIEGO

Los resultados obtenidos de los ensayos sobre la calidad del agua, transformados a unidades estándar para la interpretación respectiva, se presentan en el Cuadro No. 27.

Cuadro No. 27. Resultados de análisis químico del agua de para riego

IDENTIFICACION PH CEMicromhos/cm

CATIONES SOLUBLES (meq/ltr) ANION SOLUBLE (cl) (meq/ltr)

BORO(ppm)Ca + 2 Mg +2 Na+1

Sitio de la presa 7.3 635.0 0.7 1.4 3.30 0.40 -.- Fuente: Resultados de las muestras recientemente analizadas (ver Anexo 10)

Realizando un análisis de los resultados, los valores muestran que la calidad del agua para riego es apta para la irrigación aunque con ciertas medidas de precaución en la época de estiaje.

Relación de Adsorción de Sodio (RAS)

En base a los cationes intercambiables Ca+2, Mg+2 y Na+ puede calcularse el valor de la Relación de Adsorción de Sodio (RAS), para efectos de cálculo se tomará los valores de los resultados de los ensayos.

La inter-relación de la CE y RAS se interpreta mediante el uso del diagrama para la clasificación de las aguas para riego que se encuentra en el manual del Centro Regional de Ayuda Técnica AID:

De acuerdo al manual antes citado, el resultado de esta inter-relación corresponde a la Clasificación C2-S1; (Tabla L.V. Wilcox).

a) Clasificación Salina:

C2: Corresponde a las aguas de salinidad media, puede usarse para riego en la mayor parte de los cultivos, en casi cualquier tipo de suelo con muy poca probabilidad de que se desarrolle salinidad. Aunque se deben tener algunas precauciones sobre todo en la época de estiaje donde la concentración de las sales se incrementa, mientras que en la época lluviosa esta concentración baja a niveles de bajo riesgo.



b) Clasificación Sódica:

S1: Corresponde a las aguas de bajo contenido en sodio, pueden ser usadas en todos los suelos y en todos los cultivos, sin ningún peligro. En suelos de textura fina, el sodio representa un peligro considerable, más aun, si dichos suelos poseen una alta capacidad de intercambio de cationes, especialmente bajo condiciones de lavado deficiente, salvo que el suelo, contenga yeso. El valor del RAS de los análisis de aguas del área del proyecto tiene un valor de 3.22.

A partir de los parámetros evaluados, se puede concluir que las aguas del río La Cienaga, de acuerdo a la clasificación de aguas para riego de la Universidad de California y el departamento de aguas de Israel, pertenecen a la Clase I, que se denomina aguas aptas para la irrigación sin restricciones.

8 ESTUDIO DE REGULACIÓN

El cálculo de regulación consiste, en esencia, en efectuar un balance hidráulico mensual de las aportaciones que llegan al embalse y de las demandas que se deben satisfacer; cuando las primeras son superiores se incrementa el volumen de embalse y en caso contrario disminuye. Como es natural, puesto que el volumen máximo de embalse está prefijado en cada una de las hipótesis estudiadas, resulta que en unas ocasiones el embalse tendrá que verter y en otras no podrá suministrar, durante algunos meses, toda el agua que precisan los cultivos de la zona.

El estudio de regulación se basa en la ecuación fundamental de Balance Hídrico:

A – E – I – D = ± ΔV

Donde:

A = Aporte o volumen de entrada al vaso durante el intervalo t.E = Evaporación en el vaso durante el intervalo t.I = Infiltración en el vaso durante el intervalo t.Δ = Demanda o volumen de salida del vaso durante el mismo intervalo Δ t.ΔV = Cambio del volumen almacenado en el vaso durante el intervalo Δ t.

En este sentido los datos necesarios para realizar los cálculos son, además de las características físicas del embalse, las series de aportaciones y demandas mensuales y la definición del concepto de garantía. La serie histórica de aportaciones que ha sido calculada a partir de un Modelo P-E, se detalla en el Anexo 5.

Para determinar las demandas mensuales, en primer lugar es preciso conocer los valores, mes a mes de las demandas de agua que se pretende satisfacer desde el embalse que son de dos tipos: 1) demandas de riegos y 2) pérdidas de evaporación e infiltración. Por cuanto se refiere a las primeras se han utilizado las dotaciones que corresponden a siguiente cedula de cultivos. El balance hídrico correspondiente se adjunta en el Anexo 4.

En el caso de la evaporación es evidente que su volumen total mensual depende, además de los valores específicos de la evaporación, de la superficie de evaporación y, en definitiva, del volumen embalsado cada mes.



Cuadro No. 28. Cedula de Cultivos

Cultivo Mes de siembra Área (ha)

Maíz (choclo) Agosto 168.0Papa miska precoz Julio 168.0Arveja (verde) Mayo 10.0Pimentón Marzo 56.0Maíz (grano) Noviembre 176.0Fréjol (grano) Noviembre 126.0Tomate (precoz) Marzo 35.0Papa precoz Noviembre 85.0Durazno Agosto 50.0Cebolla (verde) Marzo 140.0Alfalfa Diciembre 5.0Pasto Panicum m. Diciembre 5.0.

TOTAL 1.024.0

El concepto de garantía en el servicio que proporciona el embalse es mucho más polémico que los anteriores ya que existen varias posibilidades de definición, cada una con sus ventajas e inconvenientes, y no existe una aceptación universal de ninguna. En definitiva se trata de determinar el porcentaje de fallos que se pueden producir durante la vida útil de la presa, ya sea referido al tiempo ó al volumen, puesto que es evidente que no es lo mismo un fallo de un mes que de tres seguidos, ni servir el 80% de la demanda mensual que no poder suministrar nada. Por otra parte la determinación de series de la suficiente longitud y su tratamiento estadístico son temas de enorme importancia, a fin de fijar, con toda seguridad la altura óptima de la presa.

En este caso se han realizado los cálculos empleando las simples series históricas deducidas en el Anexo 3 y se ha definido la garantía de diferentes maneras:

El cociente entre el volumen total que se hubiera podido servir con las condiciones hidráulicas que se han presentado durante la serie de años considerada, y el volumen total de la demanda.

Porcentaje de meses sin fallas mensuales. Porcentaje de años sin fallas anuales.

La simulación de la operación del embalse ha sido realizada para una altura de la presa de 33.15 m desde el nivel del lecho hasta el vertedero, obteniéndose los resultados que se indican en el Anexo 5; un resumen de los mismos se detalla a continuación.

Cuadro No. 29. Regulación (1,024 ha)

H(m)

Vtotal(m3)

Vmuerto(m3)

Vembalse(m3)

VS(m3)

VNS)(m3)

D(m3)

Nº añoscon falla

Nº total de fallas

mensuales

33,5 5,016,565 1,230,700 3,785,865 347,193,450 695,91 347,889,418 3 3VS: Volumen ServidoVNS: Volumen No ServicioD: Demanda total (riego, infiltración y evaporación)



Cuadro No. 30. Garantía del Suministro (1,024 ha)

H (m)

GarantíaVol Servido/Demanda

(%)Meses con fallas

(%)Años con fallas

(%)

33.15 99.8 0.47 5.6

Figura No. 3. Garantía de Suministro

Los resultados obtenidos permiten comprobar que para una altura de la presa de 33.15 m desde el nivel del lecho hasta el vertedero, se obtienen resultados satisfactorios para la garantía del suministro de agua para riego considerando un área optima bajo riego de 1,024 ha.

9 CRECIDAS DE DISEÑO

7.1. Metodología

El análisis hidrológico de crecidas de diseño para la cuenca del río La Cienaga en el sitio de la Presa Casas Viejas está basado en la aplicación de la metodología del SCS, donde las precipitaciones empleadas corresponde a una serie anual de precipitaciones obtenidas a partir de precipitaciones máximas anuales de 24 hr, analizadas para distintas frecuencias y adaptadas a una distribución teórica óptima de acuerdo a pruebas estadísticas aplicables en estos casos.

El método hidrológico que se aplica es del tipo precipitación - escurrimiento, según SCS, el mismo que usa como valores de entrada, parámetros de precipitación y de fisiografía de la cuenca para determinar como valores de salida los hidrogramas de crecidas en el sitio determinado.

El método adoptado puede resumirse en los siguientes puntos:

1) Definición de las crecidas de diseño – Periodo de Retorno;2) Análisis de datos pluviométricos disponibles;



3) Definición de los parámetros físicos de la cuenca, identificación de las áreas de interés, determinación del coeficiente CN según SCS que depende de la fisiografía, uso de la tierra y tipo de suelo-vegetación de las cuencas, tiempo de concentración;

4) Aplicación del método de la SCS que genera crecidas de diseño.

7.2. Selección de la Crecida de Diseño

Uno de los principales parámetros para la estimación de las crecidas de diseño es el “periodo de retorno”, que esta referido al intervalo de recurrencia del mismo, es decir según la frecuencia de ocurrencia del evento que está definido como el periodo promedio de tiempo en el que vuelve a suceder el mismo evento con las mismas características de volumen y duración.

A continuación se detallan criterios que influyen en la selección del periodo de retorno de diseño:

1) Tipo y magnitud de la estructura;2) Consecuencias en caso de falla;3) Contrastes económicos;4) Ubicación de la estructura (por ejemplo si aguas abajo de la estructura se ubican

poblaciones y/o áreas residenciales)

Las condiciones para determinar la crecida de diseño fueron definidas sobre la base de la clasificación de riesgos que se presentan en los Cuadros No. 31 a No. 34, propuesta por la ICOLD que es aplicada por los manuales de SANCOLD (1991), los cuales contienen los lineamientos prácticos para definición de la crecida de diseño.

Cuadro No. 31. Magnitud de la según la altura

Magnitud de la Presa Altura Máxima de la Presa [m]Pequeña Mayor a 5 m pero menor a 12 m

Media Igual o Mayor a 12 m, menor a 30 mGrande Igual o Mayor a 30 m

Cuadro No. 32. Clasificación según el potencial de riego

Rango Potencial de Riesgo Pérdida Potencial de vidas humanas

Pérdida Económica Potencial

Bajo Ninguna MínimaSignificativo No mas de diez SignificativaAlto Mas de diez Grande

Cuadro No. 33. Categorización del tipo de presa según el nivel de seguridad

Magnitud de la Presa Rango Potencial de Riesgo



Bajo Significativo AltoPequeña Categoría I Categoría II Categoría II

Media Categoría II Categoría II Categoría IIGrande Categoría III Categoría III Categoría III

Cuadro No. 34. Caudales de diseño recomendados según la magnitud y potencial de riego

Magnitud de la Presa Rango Potencial de RiesgoBajo Significativo Alto

Pequeña 0.5*HQ500 HQ1 000 HQ1 000

Media HQ100 HQ1 000 HQ2 000

Grande HQ200 HQ2 000 HQ2 000

De acuerdo con las recomendaciones descritas en los manuales mencionados anteriormente y considerando la capacidad de vida útil, el periodo de retorno de HQ2000 es apropiado para la determinación de la crecida de diseño para la estructura de la presa Casas Viejas.

7.3. Numero de Curva CN

El numero de curva CN (Runoff) es un numero adimensional que representa a la relación precipitación-escurrimiento de la cuenca. El CN es función de los tipos suelo, de su cobertura y de las condiciones de humedad antecedentes. Los suelos han sido clasificados en cuatro grupos A, B, C y D en acuerdo al potencial de escorrentía. Una vez clasificado el grupo de suelo que corresponden a la cuenca La Cienaga se procede a determinar “la clase de uso y tratamiento del suelo; con objeto de determinar los complejos de cubiertas Hidrológicas” refiriéndose a la naturaleza de la cubierta vegetal.

Es también el conocimiento de las condiciones de humedad del suelo precedente y la U.S. Conservation señala las siguientes condiciones:

Condición I: Esta es la condición que presentan los suelos de una cuenca en que los suelos están secos.

Condición II: El caso promedio de avenidas anuales, es decir, un promedio de las condiciones que han precedido a la ocurrencia de la avenida máxima anual en numerosas cuencas.

Condición III: Esta se presenta cuando ha llovido mucho y el suelo esta casi saturado. Con estos dos antecedentes definidos (condición hidrológica de vegetación y condiciones precedentes de humedad), se determinan el numero de las curvas de escurrimiento directo.

Cuadro No. 35. Cálculo CN

Clasificación de Suelos Clasificación Área % del área CN CN % ponderado

Clase Subclase hidrológica suelos(km2) total Cond. II Cond. III Cond. II Cond. III

II II es A 8.2 7.74 71 86 5.50 6.66

III III es B 21.3 20.09 78 90 15.67 18.08

IV IV es B 11.6 10.95 61 78 6.68 8.54

V VI es C 2.6 2.45 59 77 1.45 1.89



VI C 62.3 58.77 77 77 45.25 45.25

Total 106 100

Numero de Curvas: 74.54 80.42

Numero corregido: 74 80

En la información de las características de la cuenca-suelo-cobertura se ha determinado el CN para la condición II que se considera como situación promedio y para la condición III que significa una situación húmeda.

Para el cálculo de una crecida máxima con un periodo de retorno de 1000 ó 2000 años se usa el promedio de la condición II y III: CN 77. Durante una lluvia extrema con una duración de aproximadamente 6 horas hay diferentes condiciones de suelo. Por eso el valor promedio de las dos condiciones seria el valor el más representativo.

7.4. Crecidas de Diseño para la Presa Casas Viejas

Una vez que se tiene determinadas las precipitaciones máximas para diferentes periodos de retorno, junto con los parámetros físicos de las cuencas se determinaron las crecidas de diseño aplicando el método del SCS (ver Anexo 8). El hidrograma obtenido para una crecida de 1 000 y 2 000 años se presenta en la Figura No. 4.

Los valores de las crecidas de entrada para HQ 1 000 y HQ 2 000 fueron aproximadamente de 148.83 m3/s y de 166.27 m3/s respectivamente para el embalse de Casas Viejas. En el Cuadro No. 21 se muestran los caudales máximos de crecida para diferentes intervalos de periodos de retorno. En el Anexo 8 se presentan los listados completos de las crecidas de diseño con períodos de retorno de 5, 500, 1 000 y 2 000 años.

Para el Diseño Definitivo de las estructuras de alivio del presa Casas Viejas, se recomienda aplicar la crecidas de 2 000 años para calcular el transito de avenidas, tomando en cuenta la topografía definitiva del vaso y el funcionamiento de las compuertas.

Figura No. 4. Hidrogramas de Crecidas de Diseño



Cuadro No. 36. Caudales Máximos de las crecidas de diseño para diferentes periodos de retorno

Periodo de Retorno (años)

Caudal Máximo de la Crecida de Diseño(m³/s)

5 61.84500 232.541 000 148.832 000 166.275 000 290.92

Para la estimación de las crecidas durante la fase de construcción se recomienda el uso de las crecidas con periodo de retorno de 5 años según el Cuadro No. 36, que se basa en la evaluación de eventos extremos.

10 TRANSITO DE AVENIDAS

El transito de avenidas es un procedimiento para determinar el tiempo y la magnitud del caudal en un punto de un curso de agua utilizando hidrogramas conocidos o supuestos en uno o más puntos aguas arriba. Si el flujo es una creciente, el procedimiento se conoce específicamente como transito de crecientes.

En un sentido mas amplio, el transito de caudales puede considerarse como un análisis para seguir el caudal a través de un sistema hidrológico, dada una entrada. La diferencia entre el transito de sistemas agregados y distribuidos es que en un modelo de sistema agregado, el flujo se calcula como una función del tiempo únicamente en un lugar particular, mientras que en un sistema de transito distribuido el flujo se calcula como una función del espacio y el tiempo a través del sistema.



El transito por métodos de sistemas agregados se conoce algunas veces como transito hidrológico, y el transito por métodos distribuidos se conoce como transito hidráulico.

8.1. Transito de piscina nivelada (Transito Agregado)

El transito de piscina nivelada es un procedimiento para calcular el hidrograma de flujo de salida desde un embalse con una superficie de agua horizontal, dado su hidrograma de entrada y sus características de almacenamiento-caudal de salida.

Calculado el transito con las planillas presentadas en el Anexo 9, para diferentes periodos de retorno, se han obtenido los caudales pico de entrada y salida que se indican en el Cuadro No. 37.

Cuadro No. 37. Caudales pico para diferentes periodos de retorno

T = 500 T = 1 000 T = 2 000 T = 5 000Q entrada(m3/s) 132.20 148.83 166.27 290.02Q salida (m3/s) 119.95 142.62 159.91 279.66



BIBLIOGRAFIA

1. Ministerio de Agricultura y Ganadería. Guía para Elaboración de Estudios a Diseño Final para Proyectos de Riego. 2005

2. PRONAR. Estudio de Factibilidad Proyecto de Riego Casas Viejas. 2003

3. Consorcio GfA-Terra systemsCES-Consulting Engineers Salzgitter GMBH. Diseño Final Informe Hidrológico Proyecto Mairana. 2005

4. CORDECRUZ - PNUD – FAO. Estudio de Suelos de la Provincia de Vallegrande

5. Proyecto de Desarrollo Agropecuario BOL 86/011

6. Vent Te Chow. Hidrológica aplicada. MacGraw Hill. 1.994

7. Aparicio. Hidrología de Superficie. Limusa. 1996

8. Alfonso Bottega – Paúl Hoogendam. Obras de Riego para Zonas Montañosas. PRONAR. 2.004

9. Máximo Villon Bejar. Diseño de Estructuras Hidráulicas. Editorial D’ Luís. 2000

10. Máximo Villon Bejar. Hidráulica de Canales. Editorial D’ Luís. 2.000

11. Vent Te Chow. Hidráulica de Canales. Editorial Limuza. 1983



GLOSARIO DE SIGLAS Y ABREVIATURAS

ABRO: Área bajo riego óptimo

ABRO 3.0: Paquete desarrollado por el PRONAR para el cálculo del área bajo riego optimo

C: Coeficiente de escurrimiento

ºC: Grados centigrados

C1S1: Clasificación de suelos con fines agrícolas

CE: Conductividad eléctrica

Ca++, Mg++Na+, K+: Cationes Intercambiables

cm: Centímetro

ETP: Evapotranspiración potencial

ETR: Evapotranspiración real

FY: Suelos de textura franco - arcillosa

hr: Hora

Io: Índice ombrotérmico

It: Índice de termicidad

l: Litro

Kc: Coeficiente de cultivo

Km: Kilómetro

m: metro

MACA: Ex Ministerio de Asuntos Campesinos y Agropecuarios

N, P K: Macro nutrientes

P: Precipitación pluvial

Pe: Precipitación efectiva

P-E: Precipitación-Escurrimiento



PRONAR: Programa Nacional de Riego

Q: Caudal

s: Segundo

SCS: Soil Conservation Service

SENAMHI: Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología

T: Temperatura


Estudio Hidrologico 09-011

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