✅ DISEÑO HIDROLÓGICO PARA EMBALSES

Dentro del diseño de presas, los principales componentes que deben estimarse para el funcionamiento de esta son: El volumen muerto, el volumen de operación, volumen de super almacenamiento, borde libre, aliviadero, compuertas para la toma, limpia y emergencia, y si se tratara de una presa de tierra se debe considerar el diseño de sistemas de drenaje. Dentro de las obras complementarias tenemos las estructuras para el control de los sedimentos, para la agricultura, etc.

La altura del dique siempre debe calcularse según sea la disponibilidad hídrica de la cuenca, teniendo cada una de sus partes mencionadas con anterioridad, de esta manera podrá estimarse la capacidad total que tendrá todo el embalse.

CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL VASO DE ALMACENAMIENTO

Estas curvas son elaboradas en base a la topografía del terreno, es decir, se hará uso de las curvas de nivel equidistantes como máximo entre 1 metro. Representa el volumen de almacenamiento en función de la altura y su vez el área que presenta. El gráfico correcto de estas curvas es de gran utilidad para poder determinar la magnitud que tendrá todo el espejo de agua a diferente altura, y su vez, se podrá estimar el volumen que cuenta debajo de la superficie de agua. Estas curvas tienen su aplicación en la ubicación de las obras de toma, aliviadero, corona, y demás espejos de agua necesarios para el diseño.

• Curva Altura vs Área: representa el área de una sola superficie de agua dentro de una determina curva de nivel.
• Curva Altura vs Volumen: representa el volumen de agua que se encuentra debajo de la superficie de agua.

VIDA ÚTIL DE LA PRESA

El funcionamiento o utilidad de una presa se cumple y se estima que finaliza cuando el volumen de sedimentos iguala o supera el volumen muerto que se ha calculado en el diseño de la presa, sin embargo, se debe tener en cuenta que la operabilidad puede durar muchos más años luego de haber alcanzado esta condición, pudiendo existir problemas mucho más significativos debido a la presencia de sedimentos, ocasionando mayor gasto de utilidades para el mantenimiento de la presa, es por ello que se recomienda la eliminación de la presa antes que seguir con su operabilidad.

La vida útil de la presa puede estimarse siguiendo un estudio económico – financiero, y en la etapa de factibilidad un estudio social y ambiental.

VOLUMEN MUERTO DE UNA PRESA

El volumen muerto de una presa viene a relacionarse directamente con el volumen de sedimentos que ingresará al embalse anualmente. Para ello es necesario estimar la tasa probable de sedimentos que será transportado por el río siguiendo ecuaciones semiempíricas sobre la capacidad de transporte de sedimentos y a su vez el potencial de degradación de la cuenca.

• Capacidad de transporte de sedimentos: también conocido como sólidos de arrastre, viene a representar la máxima cantidad de sedimentos que puede transportar un determinado cauce de agua por una sección transversal de parámetros hidráulicos determinados. En el estudio del transporte de sedimentos, es difícil poder determina una cantidad exacto de transporte, por cual es recomendable trabajar con una solo ecuación que se adecue a las condiciones e información disponible sobre la cuenca, además de trabajar en función a las experiencias sobre el transporte y comportamiento de sedimentos. Las ecuaciones que se utilizan con frecuencia son las de Meyer – Peter, que trabaja en función del caudal específico en máximas avenidas, el gradiente hidráulico y el diámetro promedio de los sólidos arrastrados. La ecuación de Duboys, cuya ecuación depende del esfuerzo cortante actuante en la frontera, el esfuerzo cortante crítico, peso específico del agua, gradiente hidráulico, radio hidráulico y del coeficiente que irá en función del diámetro de las partículas, el cual lo podemos extraer del monograma experimental propuesto. También suele emplearse el criterio de Shields para el cálculo de la capacidad de sedimentos, y la ecuación de Kalinski. En el análisis de transporte de sedimentos, se debe considerar que esta relación con la escorrentía directa y a su vez con todo el periodo de precipitaciones.

VOLUMEN DE OPERACIÓN

El volumen útil de una presa se estima en función de la disponibilidad hídrica que presenta la cuenca y siguiendo la ley de oferta y demanda que se desea cubrir. Se obtiene siguiendo la ecuación de balance hídrico siguiendo las metodologías como métodos gráficos, métodos algebraicos o picos secuenciales, los cuales se presentan a continuación.

• Métodos gráficos: podemos encontrar el hidrograma de oferta y demanda y la curva RIPPL. Para trazar el hidrograma de oferta y demanda es necesario contar con la disponibilidad hídrica mensual de la cuenca y la demanda que se requiere cubrir aguas abajo de la presa. También pueden incluirse variables como precipitación, infiltración y evaporación en el vaso de la presa. La curva de RIPPL suele emplearse cuando la demanda es constante, en sentido teórico.

• Picos secuenciales: se emplea cuando la demanda de la presa es muy variable. Primero se determina todas las diferencias entre oferta y demanda según sea el periodo que se está analizando. En las diferencias acumuladas se encuentra el primer pico de la secuencia, cuyo valor está representado por el valor máximo entre las diferencias acumuladas positivas, y asi sucesivamente se van encontrando los picos secuenciales siguiendo las diferencias acumuladas positivas. Luego se eso se localizan los valores mínimos que se encontrarán entre los picos máximos secuenciales, este valor representa el máximo valor absoluto negativo. Para finalizar, encontraremos el volumen útil de presa mediante el máximo valor de la diferencia entre los picos máximos y los valores mínimos.

VOLUMEN DE SUPER ALMACENAMIENTO.

El volumen de super almacenamiento viene a representar la cantidad de volumen momentáneo que tendrá la presa, sirve para poder controlar y regularlas máximas avenidas. Es importante para poder llevar a cabo todo el control hidrológico o control de inundaciones. Para poder estimar el volumen de super almacenamiento es necesario contar con datos sobre la máxima avenida de diseño, el cual será el hidrograma de entrada, así como también el hidrograma de salida que lo podemos encontrar en la hidráulica del aliviadero diseñado. Por otra parte, también es necesario el uso de las curvas características de la presa. Para realizar el cálculo se supone que la presa cuenta con el volumen útil completo. Sin embargo, todo el proceso de cálculo lo realizaremos en una siguiente publicación.