1. EVALUACIÓN DE VOLÚMENES DE INTERÉS
VOLUMEN ÚTIL-VOLUMEN MUERTO
Para determinarlacapacidadtotal 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 yvolumen muerto.
Cada uno de estos componentes puede ser modelado yestudiados separadamente, ydespués analizado en
conjunto para determinar el volumen total del vaso de almacenamiento.
1. VOLUMEN ÚTIL
El volumenútilha sidodeterminadoen eltrabajoanterior,bajoun análisisdeescenariosposiblesque
se resumenenla siguientetabla, y verificandolaprobabilidaddeeficienciadecadaunadeéstas 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. VOLUMENMUERTO
Todos los embalses formados por presas en los cursos de agua naturales están sujetos a algún grado de
entrada de sedimentos ysu depósito.
El problemaalqueseenfrenta elresponsabledelproyectoes estimarelvalor de la sedimentaciónyelperiodo
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
sedimentosmásgruesosse produceenlostramos másaltos o deltas, mientrasquelos sedimentosmásfinos
puedenalcanzarlapresaypuedeninfluireneldiseñodeelementosdesalida.Unimportanteefectosecundario
es la erosión del cauce aguas abajo producido por la descarga de aguas claras.
2. Los factores relacionados con la sedimentación que requieren estudio son la entrada de sedimentos y los
procesosdesedimentaciónyerosión.El procesodesedimentaciónenunembalseenunembalseesbastante
complejo debidoa 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 ysedimento.
- La variación del tamaño de la partícula de sedimento.
- El ciclo de funcionamiento del embalse.
- El control físico, o el tamaño yforma del embalse.
Fuente: Bureau of Reclamation-Design of Small Dams
Paraestimarlaentradade sedimentosalproyectoenestudioseutilizará lamuyconocidaecuacióndeRUSLE,
utilizada en estudiosde hidráulicafluvial paracalcularlacapacidaddelflujosuperficialparaerosionarelsuelo
por el que fluye y la vulnerabilidad del suelo frente a un escurrimiento de agua.
2.1. PARÁMETROS DE LACUENCA:
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 continuaciónse explicalasvariablesque intervienenen la ecuaciónRUSLE.Elprocedimientoseguidopara
calcularlas se encuentra en el ANEXO I (Memoria de Calculo).
2.1.1. EROSIVIDAD DE LA LLUVIA (FACTOR R)
𝑨 = 𝑹. 𝑲. 𝑳. 𝑺. 𝑪. 𝑷
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
3. 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).
LasumadelospromediosanualesdeEIparaunalocalidadenparticularesel“ÍndicedeErosividaddela lluvia
R”.
𝑹 = ∑
(𝑬𝑰 𝟑𝟎)𝒊
𝑵
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(𝟏 − 𝟎. 𝟕𝟐𝐞−𝟎.𝟎𝟓(𝐈)
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.
El factor K representa el efecto de las propiedades del suelo yde las características del perfil del suelo en la
pérdidadesuelo.LosvaloresdeKsonasignadosusandoelnomogramadeerodabilidaddelsuelo,quecombina
el efectodel tamañode las partículas,%MO,códigodela estructuradel sueloy la clasedepermeabilidaddel
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)
CUADRO 39. Códigos de permeabilidad y estructura del suelo en función de su textura
4. Se presenta además el nomograma de Weischmeier:
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)
5. 𝐿 = (
𝑙
72.6
) 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
erosiónentresurcos(causadoporimpactodegotasdelluvia), puedeser calculadoconla siguiente ecuación:
m = 0.1342 ∗ LN(θ) + 0.192
Donde:
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 factorC es usadoparareflejarelefectodela cultivaciónyprácticasdemanejoenlastasasdeerosión. Este
factor mide como el potencial de pérdida de suelo será distribuido en el tiempo durante la construcciónde
actividades, rotación de cultivos, yotros esquemas de manejo.
El factorC está basadoenel conceptodedesviaciónstandard,siendoelstandardunáreabajocondicionesde
barbecho con cultivo limpio. El valor de C para condiciones Standard es 1.
CUADRO 40. Valores de C para condiciones variadas.
6. Para el caso del proyecto, no existen prácticasdeconservación,o sea no se tienencultivos (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 prácticasdecontrol(soporte)combatelaerosión,puestoque modificalospatronesdeflujo y elgrado o
dirección de superficie de escurrimiento. Para las prácticas de soporte de tierras cultivadas, generalmente
incluye contorno, cultivos en faja, terraceo ydrenaje 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 yel efecto de terrazas contra la pendiente.
La guíadel usuariodelRUSLE, sugierelassiguientesprácticasmínimasdeconservacióndesuelos,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.
7. 2.2. DESARROLLO DE LAECUACIÓN 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. VOLUMENPERMANENTE
De acuerdo a lo concluidoen el CAPITULO 5 y en el capítulo 6.2. Se considerará a partir de ahora como
volumen permanente a la suma del volumen útil yvolumen muerto para los cálculos posteriores. Entonces:
𝑨 = 𝑹. 𝑲. 𝑳. 𝑺. 𝑪. 𝑷 (
𝑻𝒐𝒏
𝒉𝒂 ∗ 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 (
Ton
ha ∗ año
)
A = 73074.03 (
Ton
año
)
Vol = 689377.65 𝑚3
Vol = 0.7 MMC
𝑽𝒐𝒍 𝒑𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝑽𝒐𝒍ú𝒕𝒊 + 𝑽𝒐𝒍 𝒎𝒖𝒆𝒓𝒕𝒐 (𝑴𝑴𝑪)
𝑽𝒐𝒍 𝒑𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝟏𝟐. 𝟔𝟖 + 𝟎. 𝟕 (𝑴𝑴𝑪)
𝑽𝒐𝒍 𝒑𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝟏𝟑. 𝟑𝟖 (𝑴𝑴𝑪)
8. CAPITULO 7
EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE
POSICIONAMIENTO
PARAEL EJE DE PRESA
1. INDENTIFIACIÓN ESPACIAL DE CUENCA Y ALTERNATIVAS DE EJE
ParaelegiralternativasdePresaseesnecesariounanálisisdecampo,tantogeológico,topográficoehidráulico,
con la finalidad de determinar alternativas viables donde emplazar el eje de presa.
Para esteproyecto, se hanidentificadocuatroposiblesalternativasdeposicióndeejedepresa.A continuación
se evaluarán estas alternativas en cuantoa alturade presaque demandan, costoseconómicosycondiciones
topográficas.
9. En la siguiente figura se muestra la delimitación de la cuenca del Río Callazas en Google Earth, asi como la
ubicacióndela estaciónCoranchayy encerradoenun rectángulolazona dondese ubicanlasalternativas de
posición de eje de presa:
Procedimiento Seguido:
Digitalización en Civil3d de la cuenca yríos a exportar.
Ubicación en Google Earth de zonas de interés.
2. EVALUACIÓNDEALTERNATIVASDEEJE. GRÁFICASALTURAVS.VOLUMEN ACUMULADO.
Analizando la topografíade la zona elegida,seha calculadolosvolúmenesaproximadosentrecurvasde 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: MEMORIADE 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
10. 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
característicastopográficas,seeligiólaalternativa quenos señalaunamenor alturanecesariaparaalmacenar
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.
