Este documento trata sobre la hidráulica de reservorios. Explica definiciones básicas como embalses, curvas cota-área-volumen y tipos de almacenamiento. También cubre cálculos de volumen, estimación de valores extremos y tránsito de avenidas en embalses. Finalmente, presenta métodos para determinar la capacidad de almacenamiento y el volumen útil de un embalse.

1. Ms. R. NARVAEZ A.
CAP1.
HIDRAULICA DE RESERVORIOS
Contenido:
1.Definiciones básicas y características de un embalse.
2.Curvas cota-área-volumen
3.Cálculo del volumen de almacenamiento.
4.Estimación de valores extremos.
5.Tránsito de avenidas en embalses.
1Ms. R. NARVAEZ A.
o La variación del caudal de un río durante el año presenta dos
extremos bien marcados, los cuales ocasionan serios problemas de
abastecimiento y de protección de las obras hidráulicas.
o La formación de vasos de almacenamientos surgen como una
necesidad básica para el funcionamiento de toda obra hidráulica.
Centros de consumo, como:
-Abastecimiento de agua - Irrigación -Navegación fluvial
-Hidroeléctrico - Industrial
-Control de la contaminación ambiental hídrica en general
Etc.
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o La función principal está en estabilizar y controlar el escurrimiento del
agua, ya se a regulando un establecimiento variable en una corriente
natural o mediante la satisfacción de una demanda variable para todos
los consumidores finales.
o Evitar daños en obras hidráulicas menores y en poblaciones ubicadas
aguas abajo por causa de crecidas de los ríos.
o Se reduce la contaminación de los cursos de agua, por causa de los
relaves de las minas.
o Permite conservar y almacenar el agua para uso posterior.
o Estos almacenamientos permiten el tratamiento del agua y el
funcionamiento de plantas de bombeo.
o Regular el caudal de un río durante las diferentes épocas del año.
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3.1 Por la función que cumplen:
o Estanques.- Son pequeños almacenamientos construidos en las tierras
agrícolas para acumular ciertos volúmenes de agua durante la noche y
luego distribuir durante el día.
o Pondajes.- Son pequeños almacenamientos que se construyen para
regular en forma horaria el agua de una central hidroeléctrica, en horas
punta.
o Presas derivadoras, bocatomas o azud.- Son estructuras que se
construyen para levantar el nivel del tirante de agua de un cauce, con la
finalidad de derivar parte del caudal de un río por un canal para diferentes
usos.
o Embalses.- Son almacenamientos naturales o artificiales donde se
recogen las aguas de un río o arrollo, que por bombeo o canalización son
derivados a los centros de consumo.
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3.2.-De acuerdo a su origen:
o Naturales.- Son acumulaciones de agua que se producen debido a la
topografía del terreno en un cauce de un río, a la cual llegan diferentes
quebradas ( lagunas, pantanos, etc. ).
o Artificiales.- Son almacenamientos construidos en lugares apropiados
en un cauce de un río, y son de diferente forma y tamaño según la
necesidad
3.3.-Según el Volumen de Almacenamiento:
o Pequeños: volumen menor e igual a 20 MMC.
o Grandes: volumen mayor a 20 MMC.
3.4.-Según su Demanda
De acuerdo a la campaña anual del proyecto:
o Anuales.-Son vasos de almacenamiento que cubre la demanda por
un año.
o Multianuales.-Son vasos de almacenamiento que cubre la demanda
por varios años
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4.1. CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO
o La capacidad de un vaso de forma regular
o La capacidad de un vaso de almacenamiento de forma irregular:
-Levantamiento topográfico (e=2m)
∆V agua=1/2 (A1+A2) ∆Z
Con los datos obtenidos se construyen dos curvas que relacionan:
o Las cotas de represamiento con las áreas: H (m) vs. A(Km2 )
o Las cotas de represamiento con volúmenes de agua: H(m) vs. V(MMC)
Curva deCurva deCurva deCurva de ááááreas y volreas y volreas y volreas y volúúúúmenes respecto a las elevacionesmenes respecto a las elevacionesmenes respecto a las elevacionesmenes respecto a las elevaciones
Curva de capacidades del vasoCurva de capacidades del vasoCurva de capacidades del vasoCurva de capacidades del vaso
Curva cotaCurva cotaCurva cotaCurva cota---- áááárearearearea ----volumenvolumenvolumenvolumen
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Conclusión:
Esta curva sirve para realizar la mejor elección de la altura más
económica que pueda proyectarse la represa para tener el
volumen deseado de almacenamiento de agua, según la demanda
y su proyección.
También podrá calcularse los diferentes volúmenes de
evaporación mensual que se pudiera producir en el
almacenamiento
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o Almacenamiento del Valle .-Es el caudal que circula normalmente en un cauce de
corriente natural de un río antes de represarla.
o Volumen muerto.- Es un volumen previsto en el almacenamiento para la
sedimentación tanto de los materiales de acarreo en el fondo como en suspensión. Se
encuentra por debajo del nivel mínimo o debajo de la toma de desfogue de la prensa.
o Volumen inactivo: Representa una porción de volumen que por regulación o
especificaciones de operación, no pude ser utilizado.
o Volumen útil de embalse.- Es el volumen para la utilización práctica del proyecto y
está situado entre el nivel superior de volumen inactivo y el nivel normal del vaso.
También se dice que es un almacenamiento para conservación.
o Volumen de control de avenidas.-Es el volumen considerado para el transito de
avenidas a través del embalse.
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o NNNNivel máximo de operación normal(NMON).- Es la altura máxima en la cual
la superficie del vaso subirá durante las condiciones ORDINARIAS DE
FUNCIONAMIENTO U OPERACIÓN. Este nivel coincide con la cresta del
vertedor o con la parte inferior de las compuertas de los vertedores.
o Nivel mínimo (NMON) y nivel máximo de avenidas extraordinarias(NMAE)
o Almacenamiento de Bancos.- Son almacenamientos laterales debido a que
los bordes del vaso son generalmente permeables donde el agua penetra al
suelo. Cuando el vaso esta lleno y drena cuando el nivel del agua ha bajado,
dependiendo de las condiciones geológicas, y puede llegar a ser una parte
importante del porcentaje del volumen del vaso.
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La altura de una presa puede determinarse aproximadamente de
acuerdo a las zonas de almacenamiento dentro del vaso.
4.4.-ALTURA DEL ALIVIADERO
Para determinar la cota del aliviadero se toma como referencia el
nivel normal del almacenamiento, es decir con el volumen
máximo embalsable.
Su capacidad de evacuación depende de la máxima avenida
prevista con un tiempo de retorno fijado por criterio del
diseñador.
Para evacuar el agua se puede utilizar: toma, vertedero, etc. 10
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4.5.1. Estudios del vaso de almacenamiento
Localización de un vaso de almacenamiento, demanda del usuario,
Costos y tamaño de la represa.
Volumen del almacenamiento
Condiciones físicas e hidrológicas de la cuenca del embalse.
4.5.2.- Condiciones de Mecánica de Suelos y Geotecnia.
Tipo de Suelo , estabilidad de la zona, características de permeabilidad
filtraciones a cuencas vencidas.
4.5.3.- Condicione Topográficas:
Por estas condiciones se prefiere un vaso profundo a uno poco profundo
Al ser más profundo se reduce la pérdida de agua por evaporación al tener un
menor espejo de agua.
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P1:Calcular la altura de un aliviadero, si un proyectista determina
una avenida de 1450 m3 /s para un embalse que tiene como
cresta un vertedero de 6m de longitud.
P2: Determinar el volumen útil de un embalse en MMC, sabiendo
que el estudio de agrimensura realizado, se tiene las siguientes
áreas (km2):km2):km2):km2): 0,025; 0,063; 0,198; 1,232; 1,645; 2,114; 2,568,
considerando 25% de volumen muerto y 12% de volumen inactivo.
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7. Ms. R. NARVAEZ A.
*Método de la curva persistencia o duración.
*Método de la curva masa.
7.1 Método de la curva persistencia o duración.
Es la curva que representa las descargas ordenadas desde los valores
máximos a los valores mínimos con indicación del número de ocurrencias en
un intervalo de tiempo.
Una curva de duración se construye conteniendo el número de días, meses o
años con escurrimiento en los intervalos de varias clases.
Características:
-Defecto no presenta al escurrimiento en secuencia natural.
-Se emplean en estudios preliminares y comparaciones entre corrientes
-Una curva de duración se construye conteniendo el número de días,
meses o años con escurrimiento en los intervalos de varias clases.
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1.Ordenamos los caudales desde el máximo al mínimo
2.Calculamos la frecuencia mediante la formula :
f= (m / n)*100
Donde:
f = Frecuencia
n = Número de registros
m = Orden de registros
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Area = H/2 [ Yo + 2 {Y1 + Y2 + Y3 + ………….+ Yn - 1}+ Yn]

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Curva persistencia o duración
del río R y P
Ejemplo de aplicación:
Calcular el volumen de embalse aplicando el método de la curva de
persistencia, conociendo los siguiente datos de caudales medios
mensuales (m3/s) de un río.
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC
25.3 32.4 18.2 14.7 24.9 8.5 4.3 2.1 2.9 5.8 10.7 19.5
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Es la curva que exige una estadística de descargas bastante amplia,
mayor de los veinte años, para determinar los periodos de estiaje
extraordinarios (sequías).
Esta curva se construye representando en las ordenadas el volumen
acumulado de agua en millones de metros cúbicos, durante el
periodo estudiado. La pendiente de la curva y sus inflexiones
permiten determinar la capacidad de acumulación de los caudales
por lo cual también es posible compararlo con las demandas del
proyecto en estudio.
7.2 Método de la curva masa

9. Ms. R. NARVAEZ A.
Q= caudal de aporte (m3/s)
V.A.= Volumen de aporte (MMC)
V.A.A = Volumen de aporte acumulado (MMC)
Qd= caudal de demanda (m3/s)
Vd = Volumen de demanda (MMC)
Vd. Ac = Volumen de demanda acumulada (MMC)
Dif. = V.A.A - Vd. Ac
Mes = Se puede asumir 30 días o lo normal al calendario
Grafica: MES vs. VAA
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AÑO MES Q VA VAA
1998 ENE
DIC
1999 ENE
DIC
AÑO MES Q VA VAA Qd. Vd. Vd.Ac. Dif. Dif. Max.
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)=(3-6) (8)
1 ENE
DIC
2 ENE
DIC
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Problemas de aplicación