UNIDAD II. OPERACION DE EMBALSES. Yohana J..pdf

Profesor: Luis Sánchez.
Modificado: Profesora, Ing. Yohana Jiménez

PORQUE ES NECESARIO LA CONSTRUCCION DE UN EMBALSE
PARA SATISFACER MULTIPLES DEMANDAS
TOMANDO EN CUENTA LAS VARIABLES
TIEMPO CANTIDAD
ESPACIO
GEOGRAFICO
CALIDAD

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

SITUACION ACTUAL DEL SISTEMA EL FALCONIANO
DIVIDIDO EN TRES SUB-SISTEMAS
Sub-Sistema el isiro
Características del Embalse 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 Mín. de Oper. (m.s.n.m.): 51,43
•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
Sub-Sistema Hueque-Barranca
Características del Embalse Hueque:
•Cota N. Máximo (m.s.n.m.): 217,07
•Cota N. Normal (m.s.n.m.): 216,4
•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.
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

CONSIDERACIONES QUE SE DEBEN TOMAR EN CUENTA EN LOS
SISTEMAS DE EMBALSES
Seleccionar la
mejor alternativa
de diseño posible
Definir la operación del
sistema seleccionado
Optimizar el aprovechamiento de
agua disponible según los
siguientes criterios
Objetivos del
desarrollo
Preferencias
asignadas a
los usuarios

TECNICAS DE ANALISIS DE SISTEMA PARA DEFINIR
LAS REGLAS OPERACIÓN DEL EMBALSE
MODELOS “USOS”
OPTIMIZACION SIMULACION
CURVAS DE MASAS Y MOVIMIENTOS DE EMBALSES

EXPERIENCIA: REGLAS DE OPERACIÓN DE UN EMBALSE. (PEDREGAL ESTADO FALCON)
Problemas durante la desviación
• Fue desviado en 1977 por un conducto de
concreto armado, blindado interiormente con
una tubería de acero de 1.85m de diámetro.
• Dicho conducto fue diseñado para ser
utilizado como descarga de fondo permanente
(aliviadero primario).

• La desviación se hizo con un sistema de
ataguía, conducto diseñado por un periodo de
retorno de 15años.
• El 30 de noviembre de 1977 la entrada del
conducto se bloqueo completamente con palos
y sedimentos de la cuenca y de algunos restos
de arboles que no fueron bien quemados
durante la deforestación, lo cual origino el
desborde de la ataguía.

• 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.

RESULTADOS DE LA OPERACION
• 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.
• A mediados de 1990 se intento destapar la descarga
de fondo colocando explosivos pero todo fue inútil.

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.
DESARROLLO DEL MODELO DE SIMULACIÓN PARA LA OPERACIÓN DE EMBALSES.

COMPONENTES DE UN SISTEMA REAL.
EMBALSES
OBRAS
CONEXAS
CAUCES
USUARIOS
OPERADOR
DE EMBALSES

a) Embalse: Lago artificial donde se almacenan los excesos de agua durante los periodos de mayor escorrentía
para proporcionarlo 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.
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 los 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.
COMPONENTES DE UN SISTEMA REAL

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.
USUARIOS
Desarrollo Urbano: Consumo domestico, comercial, industrial, etc. Cp:
cantidad, calidad, propiedades físicas, olor, sabor, color, turbidez y dureza
Desarrollo Industrial: Los grandes consumos: metales primarios,
química, pulpa y pales, alimentos, termoeléctricas. Cp: cantidad y calidad
en términos de su temperatura y presencia de químicos indeseables.
Control y crecientes de polución: El operador decide las descargas
necesarias para mantener un nivel compatible en los requerimientos de
mitigación de crecientes
Navegación – recreación (fauna y flora): El operador descarga el cauce
para aumentar el caudal navegable, mantienen el nivel del embalse para
minimizar fluctuaciones.
Energía Eléctrica: A través de la turbina la energía hidráulica se
transforma en mecánica.
Agricultura: Zonas agrícolas, el agua es conducida para luego ser
controlada por el operador del subsistema agrícola
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.
PRINCIPALES USUARIOS DEL SISTEMA

CONCEPTUALIZACION
DEL SISTEMA
a) Procesos de
almacenamiento
a) Procesos de
transferencia
a) Procesos de
control Reglas de operación.
• Ubicación y tipos de usuarios.
USUARIO DEMANDA
Control de creciente Embalse vacio (amortiguar las crecientes).
Recreación Embalse lleno.
Abastecimiento directo de
agua
Llenar el embalse en épocas de lluvias y liberar en
épocas de sequias
Generación de energía
eléctrica.
Llenar el embalse en épocas de lluvias y liberar en
épocas de sequias.
• Limitaciones físicas y operaciones del sistema, capacidad de la
conducción, nivel mínimo de operación, capacidad de la planta
• Escala de prioridad para entregarles a los usuarios.

PROCESOS DE
INTERPRETACION DE
LA DEMANDA
Análisis de los datos de demanda del usuario para
estimar, en unidades de agua, su demanda neta el
embalse
Casos de interpretación de la demanda:
1. La demanda no es dada en unidades de agua: Hacer conversión.
2. El usuario recibe agua, de una fuente diferente al embalse:
Interpretar demanda
Demanda neta = Demanda total – Fuente
3. El usuario recibe agua o desechos sólidos que afectan la calidad del
agua: Interpretar demanda: Aportando la cantidad de agua necesaria
para mantener el nivel polución por debajo del nivel critico definido.
4. El usuario re-usa el agua que otro usuario recibió 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. SUBDIVISION DEL SISTEMA
EN ZONAS HOMOGENEAS
3. SELECCIÓN DE UNA ESCALA
DE TIEMPO.
4. IDENTIFICACION DE LOS
PROCESOS RELEVANTES
Volumen útil.
Volumen muerto.
Sencillez de la aplicación del modelo
Depende de:
1. Propósito de uso.
2. Escala de tiempo escogida.
3. Datos y recursos disponibles.
Se excluyen los siguientes procesos:
1. Calidad del agua.
2. Infiltración y exfiltracion.
3. Almacenamiento en el cauce.
4. Almacenamiento en la atmosfera.
5. Almacenamiento en la cuenca.
6. Almacenamiento en el subsuelo.
7. Descargas de vertidos que hacen los usuarios al cauce.
8. Las entregas por obras de derivación desde el cauce.
9. Los trasvases.
10. Procesos en los cauce aguas abajo del embalses.

5. FORMULACION MATEMATICA DE LOS
PROCESOS.
6. ESTRUCTURA DEL MODELO.
7. SOLUCION DEL MODELO.
8. ANALISIS DE SENSIBILIDAD DEL MODELO.
9. CALIBRACION, VERIFICACION, VALIDEZ Y DEL
MODELO

OPERACIÓN DE EMBALSES
QUE ES EL SWMM 5.0
SWMM: Strom Water Manangement Model
Modelo de gestión de aguas pluviales
Desarrollado por la agencia de protección del medioambiente
(EPA), de los estados unidos.
Modelo numérico que permite simular el comportamiento
hidráulico e hidrológico.
Características Hidrológicas
• Simular proceso lluvia - escorrentía en la
cuenca en estudio.
•Calculo de la infiltración hacia los estratos no
saturados del suelo.
•Acumulación y fusión de nieve sobre la cuenca.
•Evaporación desde superficies de agua.
Características Hidráulicas
• Simular propagación del flujo en redes de tamaño
ilimitado y tipo de arborescentes o malladas.
•Modelar elementos especiales: depósitos de retención,
estaciones de bombeo, vertederos, entre otros.
• Uso de onda Cinemática u Onda Dinámica como
métodos de propagación del flujo en la red de drenaje.

OPERACIÓN DE EMBALSES
La operación de un embalse tiene como finalidad evaluar el funcionamiento del
mismo para una secuencia hidroclimatica dada, una estructura de demanda y unas
reglas de operación definidas
Se inicia con la aplicación de la ecuación fundamental de la hidrología:
ENTRADA - SALIDAS = ± ΔS
Considerando los procesos, puede escribirse como:
P + Qa – E – Qs = ± ΔS
Donde:
P: Precipitación sobre el espejo de agua del embalse.
Qa: Caudal afluente al embalse o aporte del rio.
E: Evaporación desde el espejo de agua.
Qs: Caudal efluente del embalse.

Pasos a seguir para la operación de embalse, cuando se realiza la operación de
embalse se produce un cambio en el almacenamiento, por lo que se debe
determinar el volumen final de cada mes por medio de la siguiente ecuación.
Vf = Vi + VQA + VP – VE - VQS
Para calcular el VF se debe realizar un tanteo de la siguiente forma:
1. Se determina el Vf, sin tomar en cuenta la precipitación, ni la evaporación.
2. Se obtiene de la curva altura- área-capacidad, el área al inicio y al final del mes,
para calcular el área promedio en dicho mes.
3. Se determina el Vf, tomando en cuenta la precipitación y la evaporación. Luego
se comparan los Vf calculados en los pasos anteriores, si son iguales ese es el
volumen al final de mes y sino se vuelve al paso nº2.
También debe considerarse que:
Si Vf > Vnivel norma entonces Alivia Vi = Vnivel Normal
Si Vf < Vminimo entonces Déficit Vi = Vminimo de operación

PROBLEMAS DE APLICACION
PROBLEMA Nº1:
Se desea conocer para un año determinado la operación de un embalse de capacidad total de 400millones de m3 y util de
360millones de m3, se sabe que existe un trasvase constante de otro embalse y que al comienzo del año el volumen total
embalsado es de 250millones de m3. Las perdidas por infiltraciones son despreciables, de acuerdo a los datos que se
muestran determine: A) El volumen mínimo de operación. B) Meses en que el embalse se seca. C) Volumen que debe ser
racionado en los meses secos. D) Meses en los cuales el embalse alivia. E) Volumen de agua aliviada. F) ¿Qué opinión merece
el buen funcionamiento del embalse para el periodo estudiado?.
Mes V (inicial) Aportes del Rio Trasvase D (Abastecimiento) D (Riego) P (mm) E (mm)
Enero 250 50 20 45 80 20 192
Febrero 40 20 45 110 0 181
Marzo 33 20 45 70 0 205
Abril 32 20 45 0 40 210
Mayo 58 20 45 0 62 200
Junio 108 20 45 0 116 190
Julio 193 20 45 0 130 168
Agosto 130 20 45 0 145 192
Septiembre 85 20 45 0 120 185
Octubre 100 20 45 0 133 180
Noviembre 52 20 45 0 81 182
Diciembre 40 20 45 65 60 181

CURVA AREA CAPACIDADES “OPERACIÓN DE EMBALSE”
Área (Hectáreas) Capacidades MM3
200 44
280 69
440 122
520 147
745 223
905 247
1126 380
1150 400

PROBLEMA Nº2:
En una cierta región se tiene un embalse destinado al abastecimiento de una población y el riego de ciertas parcelas. Se
desea determinar cuanto es el abastecimiento en m3, durante el mes de noviembre si para dicho mes se conto con los
siguientes datos:
AB: 3000mts
BC: 5000mts
N1: Nivel del embalse al principio del mes de noviembre = 200mts.
N2: Nivel del embalse al final del mes de noviembre = 199.50mts.
Q1: Caudal medio en el rio 1 = 1m3/seg
Q2: Caudal medio en el rio 2 = 3m3/seg
Q3: Caudal medio para riego = 2m3/seg
V4: Abastecimiento para la poblacion = ?
Precipitación = Evaporación = 0
Figura nº1

PROBLEMA Nº3:
Se tienen un embalse para abastecimiento y riego. Se sabe que en el mes de abril, el embalse presenta una altura de
16mts; al final del mismo mes la altura había descendido hasta los 12mts. 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 se muestran. Determinar la lamina evaporada en metros.?
Grafico Nº1
Caudal de entrada
Grafico Nº2
Caudal de Salida
Grafico Nº3
Caudal de Riego
Grafico Nº4
Caudal de Abastecimiento

PROBLEMA Nº4:
El embalse que se muestra en la figura Nº1, esta destinado para dos usos específicamente. Uno de ellos, es abatsecer
a cierta población y el otro uso es la irrigación de 20 hectáreas de maíz. Se desea determinar la demanda de riego en
Lts/seg/hectareas.
• El embalse trasvasa mensualmente 22.70MM3 hacia otro embalse.
• El volumen de escorrentía que ingresa al mes de 0.5MM3.
•La precipitación mensual es de 100mm
• La evaporación mensual es de 150mm
• Se extraen para abastecimiento de una población 8m3
• El nivel de aguas en el embalse al inicio del mes es de 30mts
• El nivel de aguas en el embalse al final de mes es de 20mts.
Figura nº1

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