El documento describe diferentes obras hidráulicas para la captación y almacenamiento de agua, incluyendo torres tomas, galerías, pozos, embalses y sus componentes. Explica conceptos como volúmenes característicos de un embalse, como el volumen muerto, volumen útil y volumen de laminación. También describe la curva área-capacidad-elevación que muestra la relación entre estas variables para un embalse.

1. Torre-toma
Se utilizan en represas para el abastecimiento de grandes
ciudades que demandan altos gastos de consumo de agua.
Posee varias compuertas a diferentes niveles para permitir la
captación del gasto deseado

2. Obras de Captación para fuentes
Subterráneas
Galerías
Horizontales
Canales abiertos o
galerías
superficiales
Túneles o
galerías
subterráneas
Drenes
Pozos
Verticales
Gran diámetro
(algibes)
Tubulares de
pequeño
diámetro
Sondeos

3. Galerías
Consiste en una canalización, túnel o tubería ranurada (drenes),
construidos por debajo del nivel freático de estratos de acuíferos
cercanos a ríos para interceptar la corriente provocando así la
captación. Con una topografía del terreno adecuada y una ligera
pendiente de las galerías, el agua sale al exterior por gravedad, sin
bombeo. Los drenes son similares, pero son tubos de pequeño
diámetro, perforados con máquina, normalmente hasta unas decenas
de metros. Las zanjas, pueden ser una o varias que descargan a un
pozo colector desde el que se bombea.

4. Pozos
Se construyen para obtener el agua por penetración vertical
del acuífero. Los sondeos son generalmente de menor
diámetro y mayor profundidad que los pozos excavados. Esta
constituido por una rejilla de captación, el centralizador, la
tubería de revestimiento, la empacadura de grava (si es
necesario), la bomba y los accesorios complementarios.

5. OBRAS TOMAS
Son conductos a través de los cuales se extrae el agua.
Conjunto de estructuras y sus auxiliares que permiten
una conducción satisfactoria del flujo y un eficiente
control y regulación de las extracciones.
Varían de
acuerdo al gasto
a extraer.
En grandes ríos
o grandes
presas se
pueden requerir
varias tomas.
Torre tomas Tomas en pozos

6. OBRAS DE CONTROL DE
CRECIENTES O EXCEDENCIAS
Son estructuras que forman parte de la presa cuya
función es permitir la salida de los volúmenes de agua
excedentes a los aprovechamientos.
Aliviaderos o vertederos
Compuertas

7. Aliviaderos o Vertederos
Existen diferentes tipos de vertederos que se clasifican de acuerdo
con el espesor de la cresta y con la forma de la sección de flujo.
vertederos de pared delgada,
vertederos de pared gruesa.
vertederos rectangulares, trapezoidales, triangulares, circulares,
parabólicos, proporcionales.
Un caso particular es el vertedero lateral, el cual se instala en una
de las paredes de un canal para derivar hacia otro canal o para
descargar excesos de agua.
El vertedero o aliviadero es una estructura de control hidráulico
cuya función es la de presentar un obstáculo al libre flujo del agua,
con el consiguiente represamiento aguas arriba de la estructura,
y el aumento de la velocidad aguas abajo

8. 0.10 m
0.25 m
0.35 m
Aquietamiento antes
del vertedero
20 Hmax = 2 m
Abatimiento
Cresta del Vertedero
Vertedero de Cresta delgada
Napa
Ventilación
Superficie del Vertedero
Fondo del canal
0.51 m
0.25 m 2Hmax
0.10 m

9. OBRAS DE
ALMACENAMIENTO
Lago artificial para el almacenamiento de agua
durante la estación lluviosa y su distribución en la
estación seca.
EMBALSES
Su función generalmente consiste en cubrir
las demandas en tiempos de estiaje o sequía.

10. PROPÓSITOS DE UN EMBALSE
‡ Abastecimiento Urbano
‡ Navegación
‡ Generación de energía
‡ Riego

11. ‡ Conservación y uso
de la fauna y la flora
PROPÓSITOS DE UN EMBALSE
‡ Recreación
‡ Control de
inundaciones

12. COMPONENTES DE UN EMBALSE
Presas
Aliviaderos
Obras tomas

13. NIVELES CARACTERISTICOS EN
UN EMBALSE
Los principales son (en orden creciente):
‡ Nivel mínimo minimorum: es el nivel mínimo que puede alcanzar el embalse;
coincide con el nivel mínimo de la toma situada en la menor cota.
‡ Nivel mínimo operacional: es el nivel por debajo del cual las estructuras
asociadas al embalse y la presa no operan u operan en forma inadecuada.
‡ Nivel medio. Es el nivel que tiene el 50% de permanencia en el lapso del ciclo
de compensación del embalse, que puede ser de un día, para los pequeños
embalses, hasta períodos plurianuales para los grandes embalses. El período
más frecuente es de un año.
‡ Nivel máximo operacional: al llegarse a este nivel se comienza a verter agua
con el objetivo de mantener el nivel pero sin causar daños aguas abajo.

14. NIVELES CARACTERISTICOS
EN UN EMBALSE
‡ Nivel del vertedero. Si la presa dispone de un solo vertedero libre, el nivel de
la solera coincide con el nivel máximo operacional. Si el vertedero está
equipado con compuertas, el nivel de la solera es inferior al máximo
operacional.
‡ Nivel máximo normal: al llegarse a este nivel la operación cambia de objetivo
y la prioridad es garantizar la seguridad de la presa. En esta fase pueden
ocurrir daños aguas abajo; sin embargo, se intentará minimizar los mismos.
‡ Nivel máximo maximorum: en este nivel ya la prioridad absoluta es la
seguridad de la presa, dado que una ruptura sería catastrófica aguas abajo. Se
mantiene el nivel a toda costa; el caudal descargado es igual al caudal que
entra en el embalse.

15. VASO DE ALMACENAMIENTO
Capacidad de un
Embalse
Expresada por el volumen de agua
contenida en su vaso de almacenamiento
para una altura dada da la presa y de su
aliviadero.
Capacidades
volúmenes
característicos
de un embalse:
Volumen de crecidas
o avenidas.
Volumen útil.
Volumen muerto o
Volumen de azolves.

16. Volúmenes característicos de un
embalse
‡ Volumen muerto o capacidad de azolves, definido como el volumen
almacenado hasta alcanzar el nivel mínimo minimorum. Es el volumen
que debemos disponer en el vaso para almacenar los sedimentos.
‡ Volumen útil, el comprendido entre el nivel mínimo minimorum y el
nivel máximo operacional.
‡ Volumen de laminación, de crecidas o avenidas, es el volumen
comprendido entre el nivel máximo operacional y el nivel máximo
normal. Este volumen, como su nombre lo dice, se utiliza para reducir
el caudal vertido en las avenidas, para limitar los daños aguas abajo.

17. Volúmenes característicos de un
embalse
‡ El período que tarda en colmarse esta capacidad,
constituye la vida útil del embalse y se estima para
proyectos pequeños en unos 50 años y para los grandes
proyectos para unos 100 años.

18. Consideraciones para la selección del
sitio del embalse
‡ El vaso natural debe tener una
adecuada capacidad, la que es definida
por la topografía. Se debe buscar
obtener la mayor relación entre agua
almacenada a volumen de presa.

19. ‡ La geología debe analizarse desde el punto de
vista de la filtración del lecho del embalse
estudiando fallas, contactos y fisuras. Las
filtraciones ocasionan no solamente pérdidas de
agua, sino también ascenso del nivel freático
dando lugar a cambios en las condiciones de los
suelos adyacentes.
Consideraciones para la selección del
sitio del embalse

20. ‡ Las mejores condiciones para un embalse
las dan suelos arcillosos o suelos formados
por rocas sanas, y las peores los suelos
limo-arenosos. Si las filtraciones son muy
grandes, casi seguro que el vaso topográfico
natural no es factible para el
almacenamiento. Si resulta económico, se
puede impermeabilizar el vaso.
Consideraciones para la selección del
sitio del embalse

21. ‡ La estabilidad de los taludes del embalse
debe ser analizada, puesto que cuando el
embalse está lleno no se presentan serios
problemas, pero éstos surgen al ocurrir
descensos en los niveles del agua y
especialmente si son súbitos.
Consideraciones para la selección del
sitio del embalse

22. ‡ Es necesario hacer el avalúo de los
terrenos a inundar. El costo de compra
de los terrenos no debe ser excesivo. El
área del embalse no debe tener en lo
posible vías importantes ni edificaciones
de relocalización costosa.
Consideraciones para la selección del
sitio del embalse

23. ‡ La calidad del agua embalsada es importante y
debe ser satisfactoria para el uso proyectado.
Los aportes de agua de la cuenca hidrográfica
deben ser suficientes durante los períodos de
lluvia para llenar el embalse y poder suplir la
demanda durante épocas de sequía; en otro
caso, hay que estudiar la posibilidad de
trasvases.
Consideraciones para la selección del
sitio del embalse

24. ‡ El impacto ambiental y social tanto aguas arriba como
aguas abajo debe considerarse y evaluarse.
‡ La limpieza de la zona del embalse puede resultar
costosa y debe considerarse a favor o en contra de un
proyecto. Materias flotantes, árboles, y otros desechos
pueden ser causa de problemas en el funcionamiento
de las obras y en la explotación del embalse. La hoya
hidrográfica debe presentar pocos síntomas de erosión.
Consideraciones para la selección del
sitio del embalse

25. CARACTERÍSTICAS DEL SITIO
DEL EMBALSE
Requisitos mínimos:
Sitio de presa: angosto, estable, soporte
de las fundaciones, impermeable, otras.
Buena capacidad: grandes volúmenes
almacenados.
Cuenca abastecedora con poca
producción de sedimentos.
Calidad de las aguas óptima para los
fines propuestos.
Bajas pérdidas por infiltración.
Con sitios aptos para la colocación
de tomas y vertederos.
Sin presencia de zonas deslizables.

26. VASO DE ALMACENAMIENTO
Capacidad de un
Embalse
Expresada por el volumen de agua
contenida en su vaso de almacenamiento
para una altura dada da la presa y de su
aliviadero.
Calculo de la capacidad:
1) Una vez obtenidos los planos levantados del vaso de almacenamiento.
2) Se fija el sitio de presa.
3) Cota de fondo del río.
4) Con la ayuda de un planímetro se miden las áreas abarcadas por cada
curva de nivel.
5) Para obtener el volumen almacenado entre curvas o parcial se
calculan las semisumas de las áreas entre curvas y se multiplican por
el intervalo entre cada curva (ǻH).
6) Si se realiza el acumulado del vol. Parcial se obtiene el vol.
almacenado por cotas o alturas sobre el fondo del río.

27. Todos estos cómputos se anotan en un cuadro
similar al que se muestra a continuación:
Altura
mts
Cota
m.s.n.
m
Lectura
Planim.
Constantes Áreas
Has.
Volúmenes
parciales
Volúmenes
acumulados
Con los datos del cuadro dibujamos las curvas de
capacidades y de áreas, las cuales nos permitirán conocer
gráficamente los volúmenes capaces de ser almacenados
en el sitio y las áreas que serán inundadas para cualquier
altura de la presa.
Selección de mayores capacidades para la misma altura de la presa

28. Para dibujar estas curvas:
1) Se elige un sistema de coordenadas rectangulares y
sobre el eje de las abscisas, a escala determinada, se
dibujan los volúmenes, a escala determinada,
2) Se dibujan los volúmenes en las ordenadas a partir de la
cota de fondo del río las alturas o cotas, o ambas.
3) Se dibuja también las áreas inundadas, usando sentido
contrario a la curva de volúmenes para evitar
confusiones al usar el gráfico.

29. CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA
ÁREA-CAPACIDAD-ELEVACIÓN
AlturaAltura
m.m.
CotaCota
m.s.n.m.m.s.n.m.
ÁreasÁreas
HaHa
Aprom.Aprom.
HaHa
Vol.Vol.
parcialesparciales
Vol. Acum.Vol. Acum.
-- --
elevaciónelevación
área
volumenVol
A

30. Volúmenes característicos de un embalse
‡ Volumen muerto o capacidad de azolves, definido como el volumen
almacenado hasta alcanzar el nivel mínimo minimorum. Es el volumen que
debemos disponer en el vaso para almacenar los sedimentos.
‡ Volumen mínimo de Operación: altura mínima del agua necesaria para el
correcto funcionamiento de toma de agua la que se sitúa por encima de Vm.
‡ Volumen útil, el comprendido entre el nivel mínimo minimorum y el nivel
máximo operacional.
‡ Volumen de laminación, de crecidas o avenidas, es el volumen
comprendido entre el nivel máximo operacional y el nivel máximo normal. Este
volumen, como su nombre lo dice, se utiliza para reducir el caudal vertido en
las avenidas, para limitar los daños aguas abajo.

31. En condiciones normales ocurre oscilación del nivel del agua entre
el Nivel normal y el Nivel mínimo de operación.
Volumen total del embalse = volumen muerto (Vm) +
volumen min. de operación (VMO) + volumen útil (VU) +
volumen de laminación o crecidas (VC)
Rendimiento del embalse
Es la cantidad de agua que puede proporcionar el
embalse en un intervalo específico de tiempo.
El rendimiento seguro o firme, es la cantidad máxima de agua que
puede garantizarse durante un período crítico de sequía.
El rendimiento secundario es el agua disponible en exceso del
rendimiento seguro durante períodos de escurrimiento altos.

32. VC
VU
VMO
VM

34. CURVA ÁREA-CAPACIDAD-ELEVACIÓN

35. CURVA ÁREA-CAPACIDAD-ELEVACIÓN

36. Caudales característicos de un
embalse
‡ Caudal firme. Es el caudal máximo que se puede retirar del embalse en
un período crítico. Si el embalse ha sido dimensionado para compensar
los caudales a lo largo de un año hidrológico, generalmente se
considera como período crítico al año hidrológico en el cual se ha
registrado el volumen aportado mínimo. Sin embargo, existen otras
definiciones para el período crítico también aceptadas, como, por
ejemplo, el volumen anual de aporte hídrico superado en el 75% de los
años, que es una condición menos crítica que la anterior.
‡ Caudal regularizado. Es el caudal que se puede retirar del embalse
durante todo el año hidrológico, asociado a una probabilidad.

37. Consiste en la determinación del tamaño del almacenamiento
incluyendo el volumen muerto, el útil, las pérdidas, volumen de
operación, volumen forzado y el borde libre.
Diseño del embalse
‡Situación Normal: prevalece la mayor parte del tiempo.
‡Situación de exceso de agua: durante las avenidas:
‡Atención o prealerta: precipitaciones intensas en la cuenca, nivel
inferior al normal.
‡Alerta: El nivel supera al normal, descarga o alivio (por vertedero o
descarga de fondo) superior al caudal ecológico pero inferior al caudal
que pudiera causar daños aguas abajo.
Situaciones operacionales de un
embalse.

38. Situaciones operacionales de un embalse.
± Alarma: Descarga de caudales importantes a fin de
preservar la integridad física de la presa. Evacuación de
ciertas áreas, intervención defensa civil.
± Emergencia Aguas abajo: El nivel alcanzo el nivel máximo
operacional por lo que se realiza la proyección de futuras
descargas, aun en volúmenes menores al que ingresa al
embalse para mantener su nivel. Alerta en la población
± Emergencia por la seguridad de la presa: Nivel máximo
maximorun. Peligro para la estructura. Descarga del mismo
caudal que ingresa. Daños aguas abajo.
± Escasez de agua: abastecimiento solo de prioridades en el
uso, algunos usuarios no podrán disponer del recurso

39. Es la simulación del comportamiento del embalse a
través del tiempo.
Las reglas de operación que se deducen están
afectadas por los datos hidrológicos que son difíciles
de predecir, por lo que la regulación que se establezca
para el embalse debe ser ajustada o variada de
acuerdo con las condiciones reales de funcionamiento
que se presenten.
Operación de los embalses.

40. Los estudios se pueden dividir en tres tipos:
· Determinar la descarga óptima del embalse teniendo en
cuenta almacenamientos largos o estacionales
(multianuales, anuales, mensuales).
· Hacer la operación del embalse para suplir las
fluctuaciones de la demanda en horas picos (regulación
horaria, diaria, semanal).
· Dar las reglas para la operación del embalse en épocas
de sequía o de precipitaciones extremas.
Operación de los embalses.

41. La operación del embalse se hace para cualquiera de
los siguientes casos:
‡Determinar el volumen necesario a embalsar para suplir
la demanda.
‡Determinar el consumo máximo que se puede garantizar
si se tiene como limitante el volumen del embalse.
· Optimización del embalse en proyectos multipropósito.
Operación de los embalses.

42. La operación de embalses esta regulada por las siguientes ecuaciones
básicas:
Ecuación de continuidad
DV = Ventra - Vsale
DV = cambio en el almacenamiento durante un período dado (semana, mes).
Ventra = aportes al embalse durante un período dado (semana, mes).
Vsale = caudales de demanda, vertimiento, pérdidas durante un período dado. Las
pérdidas en el embalse pueden ser por evaporación o por filtración.
DV = Vf -Vi
Vf = almacenamiento al final del período
Vi = almacenamiento al inicio del período
Operación de los embalses.

43. Algunas Premisas:
‡La operación de embalses se hace para un ciclo (formado por el número de
años para los cuales existen datos hidrológicos, datos de mínimo 20 años).
‡Se asume que el caudal que ha ocurrido en el pasado se repite en el futuro.
‡Teóricamente se puede construir una presa en cualquier sección de un
curso de agua pero no siempre resulta práctico hacerlo de modo que resulte
segura, económica y de capacidad suficiente para suplir las necesidades de
los usuarios.
‡Se puede dar el caso de que la demanda de agua exceda la capacidad
disponible del vaso. En estos casos, toca por ejemplo, aumentar la altura de
la presa y a veces también se hace necesario la construcción de diques para
aumentar la capacidad de almacenamiento.
Operación de los embalses.

44. Determinación del volumen útil
Para determinar el volumen útil del embalse se consideran los siguientes
criterios:
· Se busca tener el embalse lleno la mayor parte del año.
· La operación del embalse se inicia considerándolo lleno al inicio del ciclo.
· El embalse se considera lleno cuando el volumen de almacenamiento es
cero y desocupado para un volumen igual al máximo valor absoluto.
· Rebose solo se presenta cuando el embalse está lleno y cuando el
volumen que entra al embalse sea mayor que el volumen que sale del
embalse.
Operación de los embalses.

45. Determinación del volumen útil
· Al finalizar la operación del embalse se debe chequear que el
almacenamiento al final de la operación sea igual al almacenamiento al
inicio de la operación. Este implica que se siga con la operación del
embalse hasta que logre el ajuste.
· El volumen útil requerido es el mayor valor absoluto de la operación del
embalse. · El período critico es el número de períodos de tiempo desde que
el embalse está lleno hasta que se desocupa.
· La operación del embalse se puede hacer para períodos semanales,
mensuales, anuales, o multianuales, con la limitación de que los aportes
medios del río al embalse en un período dado deben superar la demanda
media en el mismo período.

46. Determinación del volumen muerto del embalse
Para el dimensionamiento de embalses, se requiere contar con estimativos
suficientemente precisos del tipo, magnitud y variación a través del tiempo del
transporte de sólidos por las corrientes de agua que llegan al embalse. Esta
información es útil para planear medidas de control de erosión en la cuenca del
embalse y anticipar los efectos de modificaciones en la hoya sobre la producción
de sedimentos. Es frecuente que la información histórica sobre transporte de
sedimentos sea muy deficiente en cuanto a su calidad, representatividad y
duración. En muchos casos no hay datos y la información disponible es la que se
obtiene durante el tiempo de estudio del proyecto. Este problema no es solo de
Colombia pues también ocurre en países desarrollados. La ausencia de
información se traduce en la dificultad para decidir sobre la factibilidad de un
proyecto, especialmente cuando depende de la apreciación correcta del acarreo de
sedimentos al embalse.

47. Determinación del volumen muerto del embalse
Los factores principales que afectan el transporte de sedimentos a un embalse son:
· Características hidráulicas del cauce.
· Características de los materiales del cauce.
· Factores hidrometeorológicos que afectan el proceso erosivo.
· Factores topográficos, especialmente importantes en zonas de montaña que en
combinación generan crecientes rápidas con alto potencial de arrastre.
· Factores geológicos causantes de problemas, con frecuentes inestabilidades de
los taludes y cañones de los ríos y quebradas. Estas inestabilidades generan la
formación de depósitos de sedimentos poco consolidados que a su vez constituyen
aporte de sedimentos a los cauces.
· Factores erosivos agravados por reforestación.
· Mal manejo de materiales sobrantes de obras de ingeniería civil.

48. Las gravas finas, arenas, limos y arcillas constituyen el
mayor porcentaje de sedimentos que contribuyen a la
formación del embalse muerto. El mayor porcentaje de
aporte de sedimentos se da cuando se presenta una
creciente en el río por lo que los caudales máximos son los
que se consideran para la determinación del volumen
muerto. Dos formas para calcular el volumen muerto se van
a considerar a continuación, teniendo en cuenta si se tienen
o no información sobre caudal y sedimentos.

49. OPERACIÓN DE EMBALSES
PASOS:
1. Volumen de aporte del río.
2. Determinar el volumen de precipitación y evaporación en el embalse.
3. Calcular el volumen de demanda (urbana, industrial, riego y derecho adquirido).
4. Realizar el balance.
5. Calcular el volumen del río al final del mes.
6. Si el área no es constante se promedian las áreas al principio y al final de mes y se
repiten los cálculos. El área se puede conseguir de la curva capacidad-área-elevación
conociendo el volumen.
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50. GRACIAS POR SUGRACIAS POR SU
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