Download - CLASE 16 Balance Hidrológico
Universidad Nacional Agraria La Molina
FIA – DRH
Curso: Hidrología
Dr. Eduardo A. Chávarri Velarde
Clase XVI
Balance Hidrológico
1 Introducción
El balance hidrológico de una cuenca, consiste en comparar la disponibilidad de
agua superficial y subterránea, con la demanda de agua de diversos tipos como la
agrícola, poblacional, industrial, hidroenergética, etc.
Para realizar ello, se ha estudiado durante todo el semestre, temas relacionados con
la evaluación de la disponibilidad hídrica y asimismo temas relacionados con el
cálculo de la demanda hídrica, principalmente la demanda agrícola.
Sin embargo hay que tener en cuenta que en la actualidad se debe realizar la
simulación hidrológica del sistema hidráulico presente en la cuenca, lo que permite
obtener el balance hidrológico para diferentes escenarios que se pudieran presentar
en el futuro. Para ello, la presente clase, muestra a manera de ejemplo, la
simulación del balance hidrológico de una cuenca muy importante en nuestro país,
como lo es la cuenca del río Ica. Dicho estudio fue realizado por el suscrito, para el
Gobierno Regional de Ica – Proyecto Especial Tambo Ccaracocha, durante el 2004.
2 Caso: Balance hídrico de la cuenca integrada del rio Ica considerando la
simulación hidrológica del sistema Choclococha.
2.1 Descripción de la cuenca
La Cuenca Integral, tiene un área total de 8 103 km2 (nacientes del río Pampas, hasta
la desembocadura del río Ica en el Pacífico); se localiza entre las coordenadas
geográficas: 13º10’-14º53’S y 75º01'-75º54'W (Sistema Choclococha, área total:
392 km2, coordenadas: 13º10' - 13º34' S y 75º01' - 75º20' W, altitud media: 4 600
m.s.n.m. Cuenca Natural del río Ica: área total 7 711 km2, coordenadas: 13º28'-
14º53' S y 74º58'-75º54' W, altitud: 0,00 - 4 503 m.s.n.m).
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Cuenca Integrada del Río Ica
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2.2 Esquema hidráulico
Laguna Orcococha
Area de Contribución = 92 km2
Reservorio Choclococha
(150 Hm3 Actual, 250 Hm3
Futuro)
Area de Contribución = 149 km2
Colector Ingahuasi
(Proyectado)
Area de Contribución = 121 km2
Colector Ccaracocha
(Proyectado)
Area de Contribución = 18.5 km2Reservorio Ccaracocha
(40 Hm3 Actual)
Area de Contribución = 38
km2
Reservorio Tambo Proyectado
(55 Hm3 Futuro)
Area de Contribución = 11.2 km2
Canal de Aducción Tambo
(Proyectado)
Area de Contribución = 5.0 km2
Laguna
Pariona
Río
Ica
Canal La Achirana
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6 Subcuencas no reguladas
Area de Contribución = 105 km2
* Est.Pluviométrica
San Genaro
* Est.Pluviométrica
Choclococha
* Est.Pluviométrica
Túnel Cero
* Est.Hidrométrica Orcococha
* Est.Pluviométrica
Tambo
* Est.Pluviométrica
Santiago de
Chocorvos
Laguna Orcococha
Area de Contribución = 92 km2
Reservorio Choclococha
(150 Hm3 Actual, 250 Hm3
Futuro)
Area de Contribución = 149 km2
Colector Ingahuasi
(Proyectado)
Area de Contribución = 121 km2
Colector Ccaracocha
(Proyectado)
Area de Contribución = 18.5 km2Reservorio Ccaracocha
(40 Hm3 Actual)
Area de Contribución = 38
km2
Reservorio Tambo Proyectado
(55 Hm3 Futuro)
Area de Contribución = 11.2 km2
Canal de Aducción Tambo
(Proyectado)
Area de Contribución = 5.0 km2
Laguna
Pariona
Río
Ica
Canal La Achirana
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6 Subcuencas no reguladas
Area de Contribución = 105 km2
* Est.Pluviométrica
San Genaro
* Est.Pluviométrica
Choclococha
* Est.Pluviométrica
Túnel Cero
* Est.Hidrométrica Orcococha
* Est.Pluviométrica
Tambo
* Est.Pluviométrica
Santiago de
Chocorvos
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Embalse Ccaracocha
Embalse Choclococha
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2.3 Oferta hídrica
La oferta de agua de la cuenca del río Ica está compuesta por las siguientes series de caudales
medios mensuales.
- Caudales naturales medios mensuales del río Ica en La Achirana.
- Registros de la oferta de agua subterránea utilizada en el valle de Ica.
La oferta de agua del sistema Choclococha está compuesta por las siguientes series de caudales
medios mensuales que serán generados mediante métodos estocásticos:
- Caudales medios mensuales de las subcuencas de los embalses Choclococha y Orcococha.
- Caudales medios mensuales de la subcuenca del canal Ingahuasi.
- Caudales medios mensuales de la subcuenca del embalse Ccaracocha
- Caudales medios mensuales de las subcuencas del canal Ccaracocha
- Caudales medios mensuales de las subcuencas no reguladas del canal de trasvase
Choclococha
- Caudales medios mensuales de la subcuenca del embalse y aductor Tambo.
La oferta de agua se complementará con el volumen de agua almacenado en los embalses
Choclococha, Ccaracocha y Tambo.
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Caracterización de la Oferta hídrica mensual y anual de las fuentes de agua superficial del Sistema Choclococha
CAUDAL MEDIO MENSUAL (m3/s.) Vol.Anual Vol.Anual (*)
(Km2) ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC (MMC) (MMC)
Sub cuenca del Reservorio
Choclococha149 2.482 2.699 2.515 2.104 1.716 1.680 1.636 1.672 1.788 1.863 1.933 2.276 64.028
Subcuenca del Reservorio Orcococha92 1.671 1.840 1.645 1.269 0.974 0.905 0.889 0.920 1.051 1.133 1.211 1.495 39.425
Sub cuenca no Regulada del
Reservorio Choclococha105 1.749 1.902 1.773 1.483 1.209 1.184 1.153 1.178 1.260 1.313 1.362 1.604 45.120 46.260
Subcuenca del Reservorio
Ccaracocha38 0.633 0.688 0.641 0.537 0.438 0.429 0.417 0.426 0.456 0.475 0.493 0.580 16.329 14.110
Subcuenca del canal colector
Ccaracocha18.5 0.308 0.335 0.312 0.261 0.213 0.209 0.203 0.208 0.222 0.231 0.240 0.283 7.950 8.260
Subcuenca del canal colector
Ingahuasi121 2.015 2.192 2.043 1.709 1.394 1.365 1.329 1.357 1.452 1.513 1.570 1.848 51.996 51.340
Subcuenca del Embalse Tambo y
canal Aductor16.6 0.276 0.301 0.280 0.234 0.191 0.187 0.182 0.186 0.199 0.208 0.215 0.254 7.133 7.440
PROM 1.305 1.422 1.316 1.085 0.876 0.851 0.830 0.850 0.918 0.962 1.003 1.191
DESVST 0.887 0.967 0.896 0.744 0.605 0.591 0.576 0.588 0.631 0.659 0.686 0.811
MAX 2.482 2.699 2.515 2.104 1.716 1.680 1.636 1.672 1.788 1.863 1.933 2.276
MIN 0.276 0.301 0.280 0.234 0.191 0.187 0.182 0.186 0.199 0.208 0.215 0.254
(*) Gestión de la Oferta de Agua en las cuencas de los Proyectos hidráulicos de Costa del INADE - Oferta de Agua del
Proyecto Especial Tambo Ccaracocha ATA-INADE 2002.
Fuente Hídrica
231.982
105.87
233.28
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2.4 Demanda hídrica
La demanda hídrica considerada en el estudio está constituida por la demanda poblacional y la
demanda agrícola.
2.4.1 Demanda Poblacional
La demanda poblacional fue obtenida en base a las siguientes consideraciones generales:
- El abastecimiento hídrico poblacional será exclusivo para la población asentada en el
ámbito urbano del valle del río Ica. La información demográfica fue obtenida del INEI,
'Análisis demográfico N°35: Perú : Estimaciones y Proyecciones de población 1950 - 2050
y del Boletín Especial N°16 : Perú : Proyecciones de población por años calendario según
departamento, provincias y distritos 1990-2002.
- La tasa de crecimiento de la población urbana de Ica calculada por Apoyo (Opinión y
Mercado S.A) es de 2.4% anual.
- La Tasa de crecimiento para la población de Santiago de Chocorvos fue estimada en 2.2%
anual. (Fuente: Apoyo, Opinión y Mercado S.A).
- La dotación diaria por habitante fue tomada del Reglamento Nacional de Construcciones.
Demanda Poblacional Urbana - Santiago de
Chocorvos (Huaytará - Huancavelica) (l/s)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
1 4 7 10 13 16 19 22 25Años
De
ma
nd
a (
l/s
)
Demanda Poblacional Urbana - Valle de Ica (m3/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
1 4 7 10 13 16 19 22 25Años
De
ma
nd
a (
m3
/s)
Demanda de Agua
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Pantalla de acceso de la información para el cálculo de la demanda poblacional
2.4.2 Demanda Agrícola
La información concerniente a la cédula de cultivos actual, coeficientes de cultivos y eficiencia
de riego fueron definidas luego de la revisión de las siguientes fuentes de información:
- Diagnóstico de la Gestión del Agua en el ámbito del Proyecto Especial Tambo Ccaracocha
PETACC, Ica-Huancavelica 2001.
- Estudio de Factibilidad del Proyecto Choclococha desarrollado, Tomo II, Anexos, INP-
Corporación de Reconstrucción y Desarrollo de Ica, 1966.
- Información proporcionada por la Junta de Usuarios del Valle de Ica y Junta de Usuarios de
La Achirana.
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Porcentaje de los cultivos dentro de las cédulas de cultivo actual y proyectadas.
La evapotranspiración potencial a nivel mensual fue estimada para las áreas agrícolas de la parte
alta, media y baja del valle de Ica respectivamente y en base a la información registrada de
evaporación de tanque tipo A, aplicando el método FAO.
Los registros de evaporación total mensual de las estaciones Huamaní, San Camilo y Ocucaje
fueron las utilizadas para la parte alta, media y baja respectivamente.
En el siguiente cuadro se muestra los valores estimados para la evapotranspiración potencial
mensual para cada caso.
Cédula ActualProyección
10 años
Proyección
20 años
Proyección
25 años
Algodón 58.82 44.99 17.33 3.51
Vid 8.82 7.69 5.44 4.31
Pallar 7.35 6.41 4.53 3.59
Esparrago 5.88 5.82 5.69 5.63
Papa 3.24 3.16 2.99 2.91
Tomate 2.94 3.12 3.48 3.66
Maiz grano 2.94 2.75 2.38 2.19
Maiz choclo 1.76 1.84 2.00 2.09
Frijol 1.47 1.68 2.09 2.29
Mango 1.32 2.08 3.60 4.36
Palto 1.18 2.18 4.17 5.17
Pecano 1.18 2.04 3.77 4.63
Garbanzo 0.59 1.02 1.87 2.29
Alfalfa 0.59 0.58 0.55 0.53
Sandía 0.59 1.53 3.42 4.36
Ají Páprika 0 1.42 4.27 5.70
Naranja,Tangelo,Mandarina 0.29 1.29 3.29 4.29
Olivo 0.44 1.48 3.56 4.60
Tuna 0 1.09 3.27 4.36
Ciruela 0 1.09 3.27 4.36
Lucuma 0 1.09 3.27 4.36
Manzano 0 1.09 3.27 4.36
Granado 0 1.09 3.27 4.36
Palma Datilera 0 1.09 3.27 4.36
Limón 0 1.02 3.05 4.07
Zapallo 0 0.91 2.74 3.66
Sorgo 0.59 0.44 0.15 0.00
TOTAL 100 100 100 100
Porcentaje de los cultivos dentro de la Cédula (%)
Cultivos
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Cálculo de la Evapotranspiración potencial mensual (mm/mes)
Periodo de
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Registro
Huamaní 134.5 128.8 138.1 129.9 120.2 103 105.1 115.4 128 140.5 138.2 152.2 1963-1997
San Camilo 120.9 119.2 145.1 127.9 100.2 71.6 74.0 84.1 100.1 115.1 128.9 121.0 1995-2001
Ocucaje 201.3 198.1 208.5 173.9 117.5 95.9 99.0 112.3 141.5 177.2 189.8 206.1 1999-2001
EstaciónEvaporación Total de Tanque (mm/mes)
Periodo de
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Registro
Huamaní 71 72 69 67 72 74 74 71 67 66 67 68 1963-1980
San Camilo 67 65 63 66 70 73 75 73 70 68 65 67 1997-2001
Ocucaje 68 68 68 69 71 73 74 74 71 70 66 68 1994-2001
EstaciónHumedad Relativa Media Mensual (%)
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Huamaní 0.92 0.87 0.85 0.84 0.86 0.83 0.83 0.89 0.88 0.90 0.88 0.89
San Camilo 0.92 0.87 0.85 0.84 0.86 0.83 0.83 0.89 0.88 0.90 0.88 0.89
Ocucaje 0.92 0.87 0.85 0.84 0.86 0.83 0.83 0.89 0.88 0.90 0.88 0.89
EstaciónCoeficiente de Tanque Ktanque (Método FAO) para el caso de estar colocado sobre superficie verde
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Huamaní 123.5 111.8 117.5 109.7 103.5 85.7 86.9 102.6 112.2 126.2 121.7 136.1
San Camilo 111.0 103.5 123.5 108.0 86.3 59.6 61.2 74.8 87.7 103.4 113.5 108.2
Ocucaje 184.9 172.0 177.5 146.8 101.2 79.8 81.8 99.9 124.0 159.2 167.1 184.4
EstaciónEvapotranspiración Potencial por el método de tanque evaporímetro (FAO) en mm/mes
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Con respecto a la Eficiencia de Riego y según el estudio ‘Gestión de la Oferta de Agua en las
Cuencas de los Proyectos Hidráulicos de Costa del INADE’ del 2002, la eficiencia de riego para
la situación actual del valle de Ica es de 33%.
Para efectos de simular los balances hídricos para futuros escenarios y teniendo en cuenta las
recomendaciones del estudio ‘Diagnóstico de la Oferta Hídrica de los Acuíferos del valle de Ica
y Pampa de Villacuri’, Set-2004, referente a la recarga necesaria del acuífero de Ica para
asegurar el volumen explotado se ha considerado una Eficiencia de Riego futura del 37%.
Pantalla del Programa de Cómputo para calcular la demanda agrícola mensual en m3/ha.
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Demanda Agrícola Total (Área bajo riego : 30632.5 ha)
Bocatoma La Achirana
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2.5 Balance hidrológico
2.5.1 Criterios de satisfacción de la demanda
Los criterios de evaluación de los resultados de las simulaciones efectuadas fueron los niveles
de confiabilidad de cobertura en la satisfacción de la demanda hídrica en términos de cantidad o
volumen de agua entregado por el sistema, así como en términos de oportunidad relacionado al
tiempo.
Esto implica por ejemplo lo siguiente: Para una confiabilidad del 100% en volumen no existiría
déficit hídrico y para una confiabilidad del 100% en tiempo no existiría meses con déficit, en el
periodo de 25 años simulados.
La confiabilidad en términos de volumen de agua se calcula mediante la siguiente ecuación:
100*
_
__
totalDemanda
DéficittotalDemandaVolumendadConfiabili
De manera recíproca, la confiabilidad en el tiempo se calcula mediante la siguiente ecuación:
100*
_
____
simuladosMeses
déficitconMesessimuladosMesesTiempodadConfiabili
Como el sistema Choclococha es regulado, no solamente interesa analizar el balance hídrico del
sistema, sino también el comportamiento de los volúmenes almacenados en los embalses
Choclococha (sin y con encimado), Ccaracocha y Tambo, por tanto se presentan los resultados
respetivos.
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2.5.2 Resultados balance hidrológico
SimulaciónSituación
Actual
Colector
Ingahuasi
Colector
Ccaracocha
Reservorio
Tambo
Eficiencia
Riego (%)Escenario Vol.Ini.Cho Vol.Máx.Cho
Confiabilidad
Volumen
Confiabilidad
Tiempo
Sim01 X 33 Actual 130 200 85.30 76.0
Sim02 X 33 Corto 130 200 82.68 73.0
Sim03 X X 33 Mediano 130 200 85.94 78.7
Sim04 X X X 33 Largo 130 200 73.14 58.7
Sim05 X 40 Actual 130 200 97.57 93.3
Sim06 X 40 Corto 130 200 95.17 88.7
Sim07 X X 40 Mediano 130 200 96.98 91.7
Sim08 X X X 40 Largo 130 200 89.23 80.3
Sim09 X 45 Actual 130 200 99.64 97.7
Sim10 X 45 Corto 130 200 99.54 97.0
Sim11 X X 45 Mediano 130 200 99.09 95.7
Sim12 X X X 45 Largo 130 200 97.30 94.3
Sim13 X 33 Actual 180 250 85.70 76.3
Sim14 X 33 Corto 180 250 83.06 73.3
Sim15 X X 33 Mediano 180 250 83.66 73.3
Sim16 X X X 33 Largo 180 250 75.50 63.7
Sim17 X 40 Actual 180 250 98.63 95.7
Sim18 X 40 Corto 180 250 96.49 91.0
Sim19 X X 40 Mediano 180 250 97.09 91.7
Sim20 X X X 40 Largo 180 250 89.59 81.3
Sim21 X 45 Actual 180 250 99.85 98.7
Sim22 X 45 Corto 180 250 99.69 97.7
Sim23 X X 45 Mediano 180 250 99.88 98.3
Sim24 X X X 45 Largo 180 250 97.32 94.7
Vol.Ini.Cho : Volumen inicial del embalse Choclococha
Vol.Máx.Cho : Volumen Máximo del embalse Choclococha
Confiabilidad Volumen = (Demanda Total - Déficit Total) / Demanda Total
Confiabilidad Tiempo = (N° de Meses simulados - N° de Meses con déficit) / N° de Meses simulados
EscenariosSituación
Actual
Canal
Ingahuasi
Embalse
Tambo
Cédula
Cultivo
Eficiencia
Riego (%)
Confiabilidad
en tiempo (%)
Confiabilidad
en Volumen
(%)
1 X Actual 33.0 72.8 58.3
2 XProyectada
10 años37.0 78.6 63.7
3 X XProyectada
20 años37.0 88.7 72.0
4 X XProyectada
20 años37.0 86.1 73.3
5 X X XProyectada
25 años37.0 90.6 75.7
Resultados de las simulaciones
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____________________________________________________________________________________
1 y 2 3 4 5
Subcuenca reservorio Choclococha y
Orcococha al 50% de persistencia103.5 103.5 103.5 103.5
Subcuenca colector Ingahuasi al
50% de persistencia51.3 51.3
45.1 45.1
34.4 34.4
Subcuenca reservorio Ccaracocha al
50% de persistencia16.3 16.3 16.3 16.3
Subcuenca colector Ccaracocha al
50% de persistencia8.0 8.0 8.0 8.0
TamboSubcuenca colector y reservorio
Tambo al 50% de persistencia7.1 7.1
162.1 213.5 180.0 231.4
70.8 70.8 70.8 70.8
232.9 284.3 250.8 302.2
Sistema regulado : Al 50% de persistencia
Sistema no regulado : Al 75% de persistencia
Oferta hídrica trasvasada Sistema Choclococha
Serie natural río Ica al 75% de persistencia
Choclococha
Oferta hídrica superficial para cada una de las simulaciones realizadas (MMC/año)
Subsistema SubcuencasEscenarios
Total Agua Superficial
Subcuenca no regulada Choclococha
al 50% y 75% de persistencia
Ccaracocha
MOVIMIENTO DE LOS RESERVORIOS DEL SISTEMA CHOCLOCOCHA
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____________________________________________________________________________________
MODULOS DE DEMANDA Y DEFICIT HIDRICO EN Miles de m3/haSegún escenario simulado y eficiencia de riego (Sin encimado del Reservorio Choclococha)
19.383
16.193
14.476
19.338
16.076
14.446
18.348
16.042
14.364
19.146
15.864
13.448
2.856
0.395 0.066
3.366
0.7770.060
3.292
0.479 0.107
5.159
1.7240.400
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
Sim
1_33
%
Sim
5_40
%
Sim
9_45
%
Sim
2_33
%
Sim
6_40
%
Sim
10_4
5%
Sim
3_33
%
Sim
7_40
%
Sim
11_4
5%
Sim
4_33
%
Sim
8_40
%
Sim
12_4
5%
Escenarios
MO
DU
LO
(M
iles d
e m
3/h
a)
Demanda_sit._actual Deficit_sit._actual Demanda_Corto_plazo Deficit_corto_plazo
Demanda_mediano_plazo Deficit_mediano_plazo Demanda_largo_plazo Deficit_largo_plazo
MODULOS DE DEMANDA Y DEFICIT HIDRICO EN Miles de m3/haSegún escenario simulado y eficiencia de riego (Con encimado del reservorio Choclococha)
19.338
16.076
14.446
3.297
0.566 0.051
19.292
16.042
14.364
3.163
0.461 0.037
18.325
15.864
14.223
5.084
1.3000.139
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
Sim14_33%
Sim18_40%
Sim22_45%
Sim15_33%
Sim19_40%
Sim23_45%
Sim16_33%
Sim20_40%
Sim24_45% Escenarios
MO
DU
LO
(M
iles d
e m
3/h
a)
Demanda_Corto_plazo Deficit_corto_plazoDemanda_mediano_plazo Deficit_mediano_plazoDemanda_largo_plazo Deficit_largo_plazo