Resumen del libro: Contabilidad Hotelera, de Restaurantes y de Gestión Capitu...
Transporte de sedimentos micro represa quele final 2010
1. Proyecto:
Construcción de Micro Represa de Quele, Distrito de
Torata – Mariscal Nieto - Moquegua
Torata, Agosto 2010
Municipalidad Distrital de Torata
Gerencia de Inversiones
Sub Gerencia de Estudios
Unidad de Estudios
Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele
2. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.1
ÍNDICE DE CONTENIDO
ÍNDICE DE CONTENIDO..................................................................................................................1
1.- INTRODUCCIÓN..................................................................................................................2
2.- ANTECEDENTES.................................................................................................................2
3.- OBJETIVOS...........................................................................................................................2
4.- DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DE ESTUDIO .....................................................2
4.1.- Introducción ..................................................................................................... 2
4.2.- Ubicación y extensión ...................................................................................... 2
4.3.- Hidrografía ....................................................................................................... 3
4.4.- Régimen hidrológico........................................................................................ 3
5.- RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN BÁSICA .........................................................3
5.1.- Información cartográfica.................................................................................. 3
5.2.- Información hidrológica................................................................................... 4
6.- TRANSPORTE DE SEDIMENTOS......................................................................................4
6.1.- Generalidades................................................................................................... 4
6.2.- Variación del transporte sólido ........................................................................ 5
6.3.- Transporte de sólidos de fondo ........................................................................ 5
6.4.- Método de Meyer-Peter y Muller...................................................................... 5
6.5.- Criterio del área de la cuenca .......................................................................... 12
6.6.- Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo..................................................... 13
7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...................................................................14
8.- BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................14
3. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.2
Municipalidad Distrital de Torata
Sub Gerencia de Estudios
Proyecto: Construcción de la Micro Represa Quele, Distrito de
Torata – Mariscal Nieto - Moquegua
Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele
1.- INTRODUCCIÓN
El estudio del transporte de sólidos de un río resulta muy importante para la adecuación de
los diseños de estructuras de regulación, captación y desarenamiento en proyectos
hidráulicos.
En el presente estudio, se ha analizado el transporte de sedimentos para calcular el
volumen de sedimentos en el embalse, que durante la vida útil del proyecto podría
sedimentarse, al cual se considera como el volumen muerto del embalse.
2.- ANTECEDENTES
En la microcuenca en estudio no se tiene ningún estudio antecedente realizada por las
instituciones públicas y privadas, con respecto al estudio de sedimentos.
3.- OBJETIVOS
El objetivo del presente estudio es estimar el volumen del transporte de sedimentos de la
microcuenca del río Botadero, en el punto de control eje de la Micro Represa Quele.
4.- DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DE ESTUDIO
4.1.- Introducción
Se identifica como área de estudio (o área de proyecto), la microcuenca del río Botadero,
comprendida desde su naciente hasta el punto de interés.
4.2.- Ubicación y extensión
La microcuenca del río Botadero tiene una extensión aproximada de 25.28 km2
, desde la
divisoria de aguas hasta el punto de control (eje de presa Quele).
La microcuenca del río Botadero políticamente se encuentra ubicada en:
4. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.3
Departamento : Moquegua
Provincia : Mariscal Nieto
Distrito : Torata
Localidad : Anexo Quele
Geográficamente la microcuenca del río Botadero se encuentra entre las Coordenadas
UTM, 312733-314036 de Latitud Sur y 8119272-8120381 de Longitud Oeste.
Altitudinalmente se encuentra por encima de los 3521.0 msnm.
El acceso a la zona de estudio, es posible mediante las carreteras: Moquegua-Torata-Anexo
Quele.
Hidrográficamente se encuentra ubicada en: Subcuenca río Torata, Cuenca río Moquegua y
Vertiente del Pacífico.
4.3.- Hidrografía
El cauce principal del río Botadero es el único en todo su trayecto, desde su naciente hasta
el eje de la Represa Quele.
4.4.- Régimen hidrológico
La zona del proyecto está determinado por la moderada precipitación y baja escorrentía
existente en la cuenca receptora, la existencia de bofedales y pequeñas manantes de agua
donde se ubican en la mayor parte de su área que le da una característica natural de
autorregulación sin tener desagüe superficial; lo cual origina descargas importantes en los
meses de lluvia y los pequeños caudales aportados en los meses de estiaje.
El régimen hidrológico de la zona del proyecto, está definido por dos períodos, según el
comportamiento de la precipitación pluvial, los meses de diciembre a marzo son los más
húmedos y los meses de abril a noviembre período seco.
5.- RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN BÁSICA
Para la elaboración del presente estudio se ha recurrido básicamente a la información de
granulometría del material del lecho del río, el área de la cuenca y la información hidrológica
del río Botadero.
5.1.- Información cartográfica
Para la identificación de la microcuenca, la información cartográfica utilizada ha sido lo
siguiente:
- Carta Nacional que abarca la microcuenca del río Botadero a escala 1/100,000
del Instituto Geográfico Nacional (IGN).
5. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.4
5.2.- Información hidrológica
En el ámbito del área de la microcuenca del río Botadero no existe ninguna de las estaciones
hidrométricas instaladas, por lo que para el presente estudio se ha asumido los caudales
máximos calculados para diferentes periodos de retorno del río Botadero, tomados del estudio
hidrológico del mencionado río.
Q10 = 4.70 m3/s
Q20 = 7.10 m3/s
Q50 = 10.80 m3/s
Q100 = 13.80 m3/s
Q200 = 17.70 m3/s
Q500 = 22.30 m3/s
Q1000 = 26.60 m3/s
6.- TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
6.1.- Generalidades
La teoría general de sedimentos fluviales involucra los procesos de erosión, iniciación del
movimiento, transporte, depósitos y compactación de las partículas sólidas.
Los sedimentos se originan por la erosión de la cuenca. La erosión es un proceso que se
desarrolla continuamente desde los tiempos geológicos, determina y modela la forma de la
corteza terrestre. La erosión se debe a la acción producida de los agentes externos, como el
agua es uno de los principales agentes de erosión y el vehículo principal de transporte del
material erosionado. Entre otros factores que controlan la tasa de erosión están como el
régimen de las lluvias, la cobertura vegetal, el tipo de suelo y la pendiente del terreno.
Las partículas son transportadas fundamentalmente de dos maneras diferentes: las de
mayor tamaño ruedan sobre el fondo constituyendo el transporte de sólido de fondo; las
más finas van en suspensión. Es posible que ciertas partículas se transporten de un modo
especial: a saltos, no constituyen propiamente material de fondo ni material en suspensión,
a esta modalidad se le denomina transporte por saltación.
El objetivo principal al hacer estimaciones de aportes de sólidos en el río Botadero, es
tener elementos referenciales que puedan servir para el diseño de la Micro Represa Quele.
Ninguna estimación será suficientemente para saber a ciencia cierta los aportes reales de
una cuenca, por lo que es muy importante el iniciar un proceso de toma de muestras y
determinación directa de los aportes sólidos en los puntos de interés y de esta manera
lograr información continua de los transportes reales, aparejado a la determinación de las
características de los materiales en suspensión.
La tasa de sedimentos anuales, estimada por métodos indirectos, da como resultados
valores referenciales y orden de magnitud. Se han seleccionado los siguientes métodos
basados en la analogía de cuencas:
6. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.5
6.2.- Variación del transporte sólido
El gasto sólido depende de una elevada potencia de la velocidad, es decir, que pequeñas
variaciones de la velocidad producen cambios en el transporte sólido. Hay dos variantes en
el transporte de sólidos:
A.- Transporte de sólidos de fondo
Los sólidos se mueven directamente sobre el fondo del río en una capa del doble del
diámetro de los granos, la velocidad es más pequeña que la del flujo.
B.- Transporte de sólidos en suspensión
Los sólidos son sostenidos, en el cuerpo del flujo por la turbulencia, la velocidad es más o
menos la misma del flujo, los granos en suspensión a veces llegan al fondo alcanzando el
reposo.
Para el diseño y operación de algunas estructuras hidráulicas, es necesario desarrollar el
cálculo del transporte de sólido de fondo, como el de suspensión. Este último,
generalmente se estima por medio de mediciones, en este caso no se tiene dicha
información; mientras que el transporte sólido de fondo, se estima a partir de métodos
indirectos, debido a su dificultad de medición en campo.
6.3.- Transporte de sólidos de fondo
Existen variados modelos matemáticos que avalúan el transporte de sólidos de fondo. Entre
estas relaciones, una de las más importantes son las de Meyer-Peter y Muller, éste
método se aplica a cauces constituidos por material no uniforme y grueso; además los
métodos de Criterio del área de la cuenca y la Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo
permiten estimar el volumen de sólidos en función de las características geomorfológicas
de la cuenca.
6.4.- Método de Meyer-Peter y Muller
Los profesores Meyer-Peter y Muller realizaron cuatro series de ensayos en el laboratorio
de Zurich y determinaron su relación gasto sólido de fondo, el cual puede ser expresado
por la siguiente ecuación:
m
3
2
3
1
w
m
2
3
r
S
r
S
w
d
γ
G
γ
25
0
047
0
d
γ
YS
K
K
Q
Q
γ
S
S
"
"
g
.
.
"
(1)
Donde:
w
= peso específico del agua.
S
Q = gasto líquido que produce el transporte.
Q = gasto líquido total.
S
K = coeficiente de rugosidad del fondo.
7. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.6
r
K = coeficiente de rugosidad debido a las partículas del fondo.
Y = tirante del agua.
S = pendiente de la línea de energía.
S
"
= peso específico de las partículas sumergidas.
m
d = diámetro efectivo.
g = aceleración de la gravedad.
S
G" = gasto sólido específico pesado bajo el agua.
La ecuación anterior, puede ser escrita del siguiente modo teniendo en cuenta algunas
consideraciones.
2
3
2
1
w
S
γ
8
G C
Δ
1
g
Donde:
w
w
S
γ
γ
γ _
Δ
es el esfuerzo de corte de fondo y se calcula de acuerdo a:
S
R
.γ
K
K
h
w
2
3
r
S
.
.
C
es el esfuerzo de corte crítico y puede ser determinado por:
Además S
K y r
K se calculan de acuerdo a:
2
1
3
2
S
S
R
V
K
6
1
90
r
d
26
K
Donde:
V = velocidad media del flujo.
R = radio hidráulico.
90
D = diámetro del material por el cual el 90% en peso tiene dimensiones
menores.
El diámetro efectivo es calculado de acuerdo de la siguiente relación:
8. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.7
100
p
di
dm
Δ
Donde: pi
Δ es el porcentaje en peso del material del lecho cuyo diámetro medio es
di .
Debido a la variabilidad del esfuerzo de corte crítico para sedimentos de granulometría
extendida, es más apropiado realizar el cálculo de gastos sólidos parciales por tamaño. En
este caso el gasto sólido de fondo total se obtiene como:
100
G
pi
G
Si
S
Δ
Donde: pi
Δ es el porcentaje en peso del material del lecho cuyo diámetro medio es
di y Si
G es el transporte sólido parcial correspondiente a ese tamaño y que puede ser
calculado de acuerdo a:
2
3
2
1
w
Si
2
γ
8
G Ci
1
g
Donde:
i
w
S
*
Ci d
γ
γ
Sh
El valor de Sh puede ser obtenido de acuerdo al criterio de Shields, con el Número de
Reynolds Re* y se calcula con la siguiente ecuación.
ν
di
V
Re *
*
Donde: ν es la viscosidad cinemática del fluido.
6.4.1.- Granulometría del material de lecho del cauce
Para la microcuenca del río Botadero en el eje de Micro Represa Quele, se tiene la
información de la granulometría del material del lecho del río, a continuación se muestra
dicha información.
i
13. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.12
Cuadro N° 6.9 Transporte de Sedimentos – Período de Retorno de 1000 años
________________________________________________________________________________________________________
Q (m3/s) V (m/s) r(m) B(m) esfo(kg/m2)
26.60 7.582 0.576 5.480 34.04
________________________________________________________________________________________________________
d[i](m) p[i](%) esfc[i](kg/cm2) gs[i](Ton/dia)
0.000112 1.23 0.01 568.13
0.000285 6.95 0.02 3207.75
0.000630 10.58 0.06 4875.01
0.001420 9.41 0.14 4320.85
0.003380 9.94 0.34 4524.85
0.007143 10.60 0.71 4745.03
0.011113 6.69 1.11 2941.61
0.015875 10.32 1.58 4440.07
0.022225 17.62 2.21 7360.36
0.031750 14.12 3.16 5636.59
________________________________________________________________________________________________________
Gasto solido total: 42620.25
________________________________________________________________________________________________________
A continuación se tiene resumen de transporte de sedimentos calculados por el método de
Meyer-Peter y Muller del río Botadero.
Cuadro N° 6.10 Transporte de Sedimentos – Río Botadero – Micro Represa Quele
Periodo de Retorno Tn/dia m3/día
Tr-10 años 8,557.95 4,388.69
Tr-20 años 12,642.53 6,483.35
Tr-50 años 18,729.17 9,604.70
Tr-100 años 23,445.98 12,023.58
Tr-200 años 29,437.37 15,096.09
Tr-500 años 36,310.54 18,620.79
Tr-1000 años 42,620.25 21,856.54
6.5.- Criterio del área de la cuenca
La relación establecida por el U.S. Bureau of Reclamation y ajustada en base a los
registros de la cuenca del río Mantaro, permite aproximar la siguiente relación:
Qs = 780.7 A -0.26
Donde:
Qs = Transporte de sedimentos (en m3
/km2
/año)
A = Área de la cuenca (km2
)
Remplazando el área de la microcuenca del río Botadero, se tiene lo siguiente:
A = 25.28 km2
Qs = 337.10 m3/km2/año
Qs = 8521.95 m3/año
Vida util 50.00 años
Qs = 426097.72 m3
Qs = 0.43 MMC
14. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.13
6.6.- Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo
La pérdida anual de suelo puede ser estimada, según Wishmaier, como :
P = R . K . C . (LS) . (CE)
Donde:
P = Promedio anual de pérdida de suelo en t/ha/año
R = Factor de lluvia (índice de erosión)
K = Factor suelo
C = Factor de cultivo (cobertura vegetal)
(LS) = Factor combinado de longitud y pendiente
(CE) = Factor de prácticas de control de erosión
La teoría ha sido desarrollada por el SCS de USA, aplicada por la Ex-ONERN a una
parcela experimental en la localidad de Ayabaca, utilizando la estación del mismo nombre.
Tomando los siguientes valores:
R = 1000 t/ha/año (asumido para el presente estudio).
K = 0,20
C = 0,02
LS = 0,5 (L mayor de 500 m y S mayor de 2 %)
CE = 1,0 (sin prácticas)
El resultado se muestra a continuación:
P = 2.00 Tn/ha/año
A = 25.28 km2
A = 2528.00 ha
P = 5056.00 Tn/año
Vida util 50.00 años
P = 252800 Tn
P = 129641.03 m3
P = 0.13 MMC
Del conjunto de resultados obtenidos se asumirá que la cantidad de sólidos que llega a la
sección de control será de 0.30 MMC (promedio de dos últimos métodos), considerando la
vida útil de la represa de 50 años. Los resultados obtenidos con el Método de Meyer-Peter
y Muller, resultan mucho mayores que otros métodos, si se conviértase a MMC.
15. Transporte de Sedimentos de la Micro Represa Quele 2010
Pág.14
7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusión
El volumen del transporte de sedimentos calculado para la Micro Represa Quele es de 0.30
MMC, obtenidos del promedio de los métodos Criterio del área de la cuenca y Ecuación
Universal de la Pérdida de Suelo.
Recomendación
Se recomienda realizar monitoreo de transporte de sedimentos en el río Botadero, para
posterior reajuste del volumen de sólidos que podría sedimentarse durante la vida útil del
embalse Quele.
8.- BIBLIOGRAFÍA
1. Aliaga A., Segundo Vito (1983) “Tratamiento de datos Hidrometeorológicos”, Lima – Perú.
2. _____________________ (1985) “Hidrología Estadística”, Lima – Perú.
3. Aparicio M., Francisco Javier (1997) “Fundamentos de Hidrología de Superficie”, Editorial Limusa,
México.
4. Chereque M., Wendor (1989) “Hidrología para Estudiantes de Ingeniería Civil”, Pontificia Universidad
Católica del Perú, Lima-Perú.
5. Chow, Ven Te; Maidment, David R. and Mays, Larry W. (1994) “Hidrología Aplicada”, Editorial
McGraw-Hill, Interamericana S.A.(Traduc). Impreso D'vinni Editorial Ltda. Santafé de Bogotá,
Colombia.
6. De Piérola C., J.N. (1992) “Estudio Hidrológico y Simulación del Sistema Vilavilani II", Tacna - Perú.
7. Kite, G.W. (1977) “Frequency and Risk Analyses in Hydrology”, Water Resources Publications. Fort
Collins Colorado, USA.
8. Linsley, Kohler y Paulhus (1988) “Hidrología para Ingenieros”, Editorial McGraw-Hill, Interamericana
de México, S.A. de C.V., Segunda Edición.
9. Mejía M., Abel (2001) “Hidrología Aplicada”, UNA La Molina, CIP-FIA, Lima – Perú.
10. Monsalve S., Germán (1999) “Hidrología en la Ingeniería”, Segunda Edición, Editorial Escuela
Colombiana de Ingeniería - Alfaomega, Colombia.
11. Organización Meteorológica Mundial - OMM (1994) “Guía de Prácticas Hidrológicas”, No 168,
Quinta Edición.
12. U.S. Bureau of Reclamation (1982) “Diseño de pequeñas Presas”, Segunda Edición, CECSA, México.
13. Varas C., Eduardo y Bois, Philippe (2002) “Hidrología Probabilística”, Ediciones Universidad Católica
de Chile.
14. Vásquez V., Absalón (2000) “Manejo de Cuencas Altoandinas”, Tomo I y II, UNA La Molina, Lima-
Perú.
15. Villón B., Máximo (1983) "Diseño de Capacidad de Embalses por el Método Experimental - Teoría del
Rango", Tesis para optar el Grado de Magister Scientiae, UNA - La Molina, Lima - Perú.
16. Villón B., Máximo (2002) “Hidrología Estadística”, Escuela de Ingeniería Agrícola, Instituto
Tecnológico de Costa Rica, Segunda Edición, Editorial Villón, Lima – Perú.
17. Yevjevich, V. (1972) “Stochastic Process in Hydrology”, Water Resources Publications, Fort Collins,
Colorado, USA.
