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OPERACIÓN DE EMBALSES

ING. LUIS ALEJANDRO SANCHEZ R.

Operación de Embalses. Ing. Luis Sánchez.

OBRA HIDRAULICA USO

PARA APROVECHAMIENTO Almacenar y retener las aguas en momento de exceso con el fin de

usarlas en épocas de déficit.

PARA PROTECCION

Disponibilidad de control > excesos

Encauzar las aguas y transportarlas a sitios en los que no genere

daños.


Sistema El Falconiano.

Esquema

Operacional Actual:

1.- Sub-Sistema El Isiro.

•Fecha de inicio Operac: 1.965

•Tipo de Presa: Tierra Zonificada

•Cota N. Máximo (m.s.n.m.): 67

•Cota N. Normal (m.s.n.m.): 65

•Cota N. Muerto (m.s.n.m.): 46,07

•Cota Mínima de Oper. (m.s.n.m.): 51,43

Características del Embalse El Isiro:


•Volúmen Máximo (MMm3): 193

•Volúmen Normal (MMm3): 157,5

•Volúmen Muerto (MMm3): 11

•Tipo de Aliviadero: Libre Rectangular

•Cota Cresta Aliv. (m.s.n.m.): 65

•Descarga Máxima (m3/seg): 180

•Obra de Toma: Torre Toma


2.- Sub-Sistema Hueque - Barrancas

Características del Embalse Hueque:



•Cota N. Máximo (m.s.n.m.): 217,07

•Cota N. Normal (m.s.n.m.): 216,4


•Cota Mínima de Oper. (m.s.n.m.): 190,5•Cota Mínima de Oper. (m.s.n.m.): 190,5

•Volúmen Máximo (MMm3): 90,56


•Volúmen Muerto (MMm3): 5

•Tipo de Aliviadero: Vert. Frontal

•Cota Cresta Aliv. (m.s.n.m.): 216,5

•Descarga Máxima (m3/seg): 123

•Obra de Toma: Torre Toma Sumerg.


2.- Sub-Sistema Hueque - Barrancas

Características del Embalse Barrancas:



•Cota N. Máximo (m.s.n.m.): 255,64

•Cota N. Normal (m.s.n.m.): 254,5



•Volúmen Máximo (MMm3): 148,21


•Volúmen Muerto (MMm3): 27,50

•Tipo de Aliviadero: Vert. de Cimacio

•Cota Cresta Aliv. (m.s.n.m.): 254,5

•Descarga Máxima (m3/seg): 2,92

•Obra de Toma: Torre Toma


Experiencia a nivel regional : Modelo de operación conjunta del Sistema El Falconiano ( 2007)

Fase I: Revisión de estudios hidrológicas en los últimos 30 años. ( dificultades originadas por el flujo Cárstico de las 3 cuencas) Fase II: Se utilizó el programa “Stochastic Analysis Modeling and Simulation, SAMS”, para generar trazas multivariadas de 500 y 2000 años de escorrentías mensuales en los Manantiales de Hueque — La Caridad y los Embalses Hueque III, Barrancas e Isiro. Fase III: Volumen a fin de mesmensual y curva de rendimiento seguro.

Desarrollado por la UCLA

Volumen a fin de mes


a.) Objetivos del desarrollo

b.) Preferencias asignadas a los usuariosusuarios


Experiencia : Reglas de Operación de un Embalse. ( Pedregal Estado Falcón):

Problemas durante la desviación

•Fue desviado en 1977 por un conducto de concreto armado, blindado interiormente con una tubería de acero 1,85 m de diámetro.

•Dicho conducto fue diseñado para ser utilizado como descarga de fondo permanente ( aliviadero primario).



Problemas durante la desviación

•La desviación se hizo con un sistema ataguia – Conducto diseñada para u periodo de retorno de 15 años.

•El 30 de noviembre de 1977 la entrada del conducto se bloqueó completamente con palos y sedimentos de la cuenca y de algunos restos de árboles que no fueron bien quemados durante la deforestación, lo cual originó el desborde de la ataguía.

Mezcla de palos y barro en la entrada del conducto.

Desbordamiento de la Ataguía



Problemas durante la desviación•Para destapar el conducto se usaron cargas de profundidad. El agua comenzó a fluir libremente.

•Desde este incidente hasta la puesta en servicio en 1978 no se registraron inconvenientes lo cual indica que no es conveniente colocar rejas en las entradas de los conductos durante la desviación.



Problemas de Operación ( sedimentación)

•El río Pedregal es uno de los que mas produce sedimentos en el país 6,9 x 10 3 m 3/ año. Este valor fue solo una estimación porque para la época en que se hizo el proyecto no existía ningún registro ni de caudales ni de sedimentos.

•Con este aporte de sedimentos se estimó una vida útil de 20 años. ( muy baja).

•Se decidió expulsar los sedimentos mediante la operación de una descarga de fondo.

•Si la descarga de fondo no se opera el sedimento

se consolida formando una masa sólida.



Problemas de Operación ( sedimentación)

•Como Q demanda = 3 m· / seg y Q medio del río = 5,2 m· / seg existía un excedente que podía ser evacuado constantemente, para succionar las corrientes de densidad y alargar la vida útil del embalses.



Operación normal de la descarga de Fondo

Reglas de Operación establecidas en el Proyecto original :

•Todos los excedentes deben ser evacuado a través de la descarga de fondo.

•La descarga de fondo es el aliviadero principal y el aliviadero debe operar solo cuando la creciente sobrepase la capacidad de evacuación de la descarga de fondo. ( el aliviadero no ayuda en nada ya que por el fluye agua clara).

•La válvula de regulación debe graduarse •La válvula de regulación debe graduarse para desaguar permanentemente 3 m3/ seg, si la cota descendiera mas de 10 metros por debajo del nivel normal se cierra la válvula hasta que se recupere y así sucesivamente.

•Cuando el embalse comience a aliviar la válvula debe abrirse al caudal máximo Q máximo = 26 m3/ seg y mantenerla así hasta que el alivio cese.

•Cada tres meses la válvula debe ser operada a su máxima capacidad por una hora como mínimo para mantener despejada la estructura de entrada.



RESULTADOS DE LA OPERACIÓN :

•Durante ( 1979 – 1982) la descarga fue manejada correctamente.

•A partir del año 1982 por razones que se desconocen, se dio instrucciones de cerrar completamente la válvula de cono, la cual permaneció así por un año

•A mediados de 1983, por presión de los regantes se procedió a abrir la válvula , la cual se encontraba completamente llena de barro solidificado.

•A finales de 1988 ( 10 años de funcionamiento), el embalse quedo totalmente sedimentado y fuera de servicio. servicio.

•A mediados de los años 1990 se intento destapar la descarga de fondo colocando explosivos pero todo fue inútil.

Embalse sedimentado a finales de 1988


DESARROLLO DEL MODELO DE SIMULACIÓN PARA LA OPERACIÓN DE EMBALSES.

1.IDENTIFICACIÓN DEL SISTEMA REAL:

Descripción fiel de los componentes constituidos por ambientes o factores de control de los fenómenos cuya ocurrencia

asegura el funcionamiento del sistema. ¿Por que es importante identificar detalladamente el sistema real? Resp. La

mayoría asume el sistema conceptualizado, como sistema real; lo cual no permite definir alcances y limitaciones del modelo

y trae como consecuencia la dificultad de valorar la conceptualización de los fenómenos y sus factores de control, impidiendo

la posibilidad de mejorar el modelo mediante una mejor conceptualización de una realidad ignorada.


COMPONENTES DEL SISTEMA REAL: a.) Embalseb.) Obras Conexas.c.) Caucesd.) Usuariose.) Operador embalse.

a) Embalse: Lago artificial donde se almacenan los excesos de agua durante los periodos de mayor escorrentía paraproporcionarlo en los periodos secos o simplemente impedir daños aguas abajo. El volumen aumenta mediante interacción

con la atmósfera (precipitación directa), sobre el espejo de agua y se ve reducido al escapar vapor de agua hacia la

atmósfera. El almacenamiento puede extraerse y ser conducida a u punto lejano de este o simplemente descargado en el

cauce aguas abajo del mismo.

b.)Obras anexas al embalse: elementos físicos del sistema interrelacionados al componente embalse.

b.1) Obra de toma: Estructuras ubicadas dentro del embalse o en la cara aguas arriba de la presa, para extraer el agua desde el

lago a lugares fuera del cauce donde sea requerida.

b.2) Obras de descarga: Aberturas de descarga situadas más debajo de la cresta del aliviadero, para aliviar el embalse a través o

por los lados de la presa. (Ejemplo: descarga de fondo o medio fondo.)

b.3) Aliviadero: puede ser un vertedero, conducto, túnel, canal u otra estructura diseñada para permitir descarga del embalse.

Descargar caudales de las crecientes, pero también descargar aguas para otros usos.

b.4) Compuertas y Válvulas: Dispositivo para controlar el gasto en obras de toma, de descarga y aliviaderos. Compuertas en

hojas de tambor suben o bajan y las válvulas colocadas en conductos circulares cerrados. Son medios físicos mediante lso

cuales el operador del sistema controla las entregas desde el embalse y en algunos caso las entradas.

b.5) Elementos de conducción: Son los conductos confinados, tuberías, túneles o canales artificiales que sirven para conducir el

agua desde el embalse hasta los puntos donde sea requerida.

c.) Cauces: Canales naturales a través de Los cuales se mueve el agua.

C.1) Obras De derivación: Captación de volúmenes de agua desde el cauce hasta aun punto fuera de el. (Es como la toma

en el embalse).

C.2) Puntos de descarga: Lugares dentro de los cauces donde son vertidas aguas previamente usadas.


d) Usuarios: Componente para el cual se realiza la operación de embalse. Poseen características propias (subsistema

autónomo), el fenómeno importante es la demanda del usuario. Ente o actividad que requiere del agua almacenada en el

mismo, o de su espacio físico vacío.

DESARRROLO URBANO: Consumo Domestico, comercial, municipal,industrial. Cp: cantidad y calidad Propiedades físicas, olor, sabor, color,turbidez y dureza.

DESARRROLO INDUSTRIAL: Incorporación a productos terminados (vapor oRefrig.) higiene y limpieza. Los grandes consumos: metales primarios,química, pulpa y papel, alimentos, termoeléctricas. Cp: cantidad y calidad entérminos de su temperatura y presencia de químicos indeseables.

CONTROL DE CRECIENTES Y POLUCION: El operador decide las descargasnecesarias para mantener un nivel compatible con los requerimientos de mitigación

USUARIOS

Los siguientes son los principales usuarios del sistema:

necesarias para mantener un nivel compatible con los requerimientos de mitigaciónde crecientes. Garantizar caudal de dilución en las fuentes receptoras. Cp:Volumen vacío del embalse y caudal mínimo de dilución en el puntos de descarga.

USUARIOS

ENERGIA ELECTRICA: a través de turbinas la energía hidráulica es transformadaen mecánica. Cp: Volumen o caudal y cota relativa del nivel de agua.

NAVEGACION - RECREACION FAUNA Y FLORA: El operador descarga al caucepara aumentar el caudal navegable. El operador mantiene el nivel del embalsepara minimizar fluctuaciones. Cp: nivel o profundidad deseable de las aguas elembalse su calidad.

AGRICULTURA: Zonas agrícolas, el agua es conducida, para luego sercontrolada por el operador del subsistema agrícola. Cp: cantidad requerida ycalidad en cuanto a sales, sodio e iones tóxicos.


e) Operador: Componente de control del sistema de operación de embalse. Decide a que usuarios se destinan las entregas del

embalse. En caso en que las demandas no vengan en términos de volumen de agua, nivel de embalse ni volumen vacío, el

operador debe realizar la conversión de la demanda en términos de agua antes de proceder a determinar las entregas.

CONCEPTUALIZACIÓN DEL SISTEMA:

a. Procesos de almacenamiento.

b. Procesos de transferencia.c. Procesos de control. Reglas de Operación

•Ubicación y tipos de usuarios.•Limitaciones físicas y operacionales del sistema: Capacidad de la conducción, nivel mínimo •Limitaciones físicas y operacionales del sistema: Capacidad de la conducción, nivel mínimo de operación, capacidad de la planta de potabilización. •Escala de prioridad para entrega a los usuarios � Lo más difícil, ya que genera conflictividad � disputa por el mismo volumen almacenado.

Usuario Demanda

Control de creciente Embalse vacío (para amortiguar

crecientes)

Recreación Embalse lleno.

Usuario Demanda

Abastecimiento directo de agua

Llenar embalse en períodos de crecidas y libertad de

vaciado en sequía.

Generación de energía eléctrica

Llenar embalse en períodos de crecidas y libertad de

vaciado en sequía.


-PROCESO DE INTERPRETACIÓN DE LA DEMANDA � Análisis de los datos de demanda delusuario para estimar, en unidades de agua, su demanda neta sobre el embalse.

Casos de interpretación de la demanda:

•La demanda no es dada en unidades de agua�� hacer conversión.

•El usuario recibe agua, de una fuente diferente al embalse �� interpretar demanda:

Demanda neta = Demanda total – Fuente.

•El usuario recibe agua usada o desechos sólidos que afectan la calidad del agua ��

interpretar demanda: aportando la cantidad de agua necesaria para mantener el nivel de polución por debajo del nivel crítico definido.

•El usuario re-usa el agua que otro usuario había recibido del embalse �� interpretar demanda: se debe estimar la cantidad de re-uso para restarla de la demanda total del usuario y así obtener la demanda sobre el embalse:

Demanda neta = Demanda total – Cantidad de re-uso.


2.) SUBDIVISIÓN DEL SISTEMA EN ZONAS HOMOGÉNEAS:-Volumen útil.

-Volumen muerto.

3.) SELECCIÓN DE UNA ESCALA DE TIEMPO:SELECCIÓN DE UNA ESCALA DE TIEMPO:SELECCIÓN DE UNA ESCALA DE TIEMPO:SELECCIÓN DE UNA ESCALA DE TIEMPO: �� Datos de entrada y en formulaciones matemáticas.

4.) IDENTIFICACIÓN DE LOS PROCESOS RELEVANTES: � Sencillez en la aplicabilidad del modelo.

Depende de:a.Propósito de uso.

b.Escala de tiempo escogida.c.Datos y recursos disponibles.c.Datos y recursos disponibles.

Se excluyen los siguientes procesos:-Calidad del agua.

-Infiltración y exfiltración.-Almacenamiento en el cauce.

-Almacenamiento en la atmósfera.-Almacenamiento en la cuenca.

-Almacenamiento en el subsuelo.-Descarga de vertidos que hacen los usuarios al cauce.-Las entregas por obras de derivación desde el cauce.

-Los trasvases.-Procesos en el cauce aguas abajo del embalse.


5.) FORMULACIÓN MATEMÁTICA DE LOS PROCESOS.6.) ESTRUCTURA DEL MODELO.7.) SOLUCIÓN DEL MODELO.8.) ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DEL MODELO.9.) CALIBRACIÓN, VERIFICACIÓN Y VALIDEZ DEL MODELO.

OPERACIÓN DE EMBALSES


Problemas de AplicaciónPROBLEMA Nº 1:Se desea conocer para un año determinado la operación de un embalse de capacidad total 400 millones de m3 y útil de 360

millones de m3. se sabe que existe un trasvase constante de otro embalse y que al comienzo del año , el volumen total

embalsado es de 250 millones de m3. las perdidas por infiltración son despreciables. De cuerdo a los daros que se muestran

determine: a.) El volumen mínimo de operación. B.) Meses en que el embalses se seca. C.) Volumen que debe ser racionado

en los meses secos. D.) Meses en los cuales alivia. E.) Volumen de agua aliviada. F.) ¿ Que opinión le merece el

funcionamiento de este embalse en el periodo estudiado?.


Problemas de Aplicación

PROBLEMA Nº 2:


PROBLEMA Nº 3:

PROBLEMA Nº 4:

Se tiene un embalse para abastecimiento y riego. Se sabe que en el mes de abril el embalse presenta una altura de 16 metros; al final del mismo mes la altura había descendido hasta los 12 metros. Si durante el mes de referencia no se presentaron precipitaciones sobre la superficie del embalse y los caudales de entrada y salida , riego y abastecimiento variaron según los gráficos que e muestran. Determinar la lamina evaporada en metros.

600 mts

3000 mts

El embalse que se muestra en la figura 1, es destinado para 2 usos específicamente. Uno de ellos, es abastecer cierta

población, y el otro uso es la irrigación de 20 hectáreas de yuca. Se desea determinar la demanda de riego en lts/seg/ hectárea;

para ello se sabe la siguiente información:

*El embalse trasvasa mensualmente 22.70 MM3 hacia otro embalse.

* El volumen de escorrentía que ingresa al mes es de 0.5 MM3

* La precipitación mensual es de 100mm.

* La evaporación mensual es de 150 mm.

* Se extraen para abastecimiento de una población 8 m3/seg.

* El nivel de aguas en el embalse al inicio del mes es de 30 mts.

* El nivel de aguas en el embalse al final del mes es de 20 mts.


PROBLEMA Nº 5:

2000 mts

40 mts

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