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P.H. SAN ANDRÉS.
INFORME SOBRE LA OPTIMIZACIÓN DEL
APROVECHAMIENTO DEL RECURSO HÍDRICO
18 de Octubre de 2012
Redactado por: Agua y Medio Ambiente de Guatemala, S.A.
I
INFORME SOBRE LA OPTIMIZACIÓN DEL APROVECHAMIENTO DEL RECURSO HÍDRICO
ÍNDICE
1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 1
2 DATOS DE PARTIDA .................................................................................... 2
2.1 Río Yalhuitz o Primavera. ........................................................................... 5
2.2 Río Varsovia. ............................................................................................ 6
2.3 Arroyo Palmira o Tercer Arroyo. ................................................................. 7
3 ESTUDIO HIDROLÓGICO ACTUALIZADO ....................................................... 8
3.1 Río Yalhuitz o Primavera. ........................................................................... 9
3.2 Río Varsovia. .......................................................................................... 10
3.3 Arroyo Palmira o Tercer Arroyo. ............................................................... 11
4 COMPARACIÓN DE LAS CURVAS OBTENIDAS .............................................. 12
4.1 Turbinación E.H. Factibilidad 4 m3/s. ........................................................ 13
4.2 Turbinación E.H. Actualizado 4 m3/s. ........................................................ 14
4.3 Turbinación E.H. Actualizado 6.2 m3/s. ..................................................... 15
5 TABLA – RESUMEN .................................................................................... 16
6 CONCLUSIONES ........................................................................................ 17
1
INFORME SOBRE LA OPTIMIZACIÓN DEL APROVECHAMIENTO DEL RECURSO HÍDRICO
1 INTRODUCCIÓN
El Proyecto Hidroeléctrico San Andrés, fue originalmente concebido como un
proyecto con caudal de diseño de 4.00 m3/s que se captan de tres cauces, denominados
Río Yalhuitz o Primavera, Río Varsovia y Arroyo Palmira o Tercer Arroyo.
Adicionalmente, se preveía la instalación de una microcentral que, aprovechando
desniveles en las obras que conectan los tres arroyos, añade una potencia sin necesidad
de derivar caudal adicional.
Para la determinación de la solución de 4 m3/s, se realizaron estudios hidrológicos
y mediciones que determinaron la solución óptima. Se denominará al Estudio
Hidrológico que dio lugar a su diseño, “Estudio Hidrológico de Factibilidad”.
Sin embargo, con el avance de los estudios se llega a la conclusión de que es
preciso replantearse el caudal de diseño y la potencia instalada, tal y como se ha
documentado en diversos informes del consultor Hidralia Energía. Esto debido al mayor
conocimiento adquirido del comportamiento de las cuencas mediante los aforos
realizados en ellas en el tiempo transcurrido.
Debe señalarse que los aportes (volumen de agua anual que fluye naturalmente)
de las tres cuencas no sonobjeto de revisión, pero sí ha sido objeto de revisión la
distribución temporal de los mismos. Los resultados se la revisión realizada con mayor
número de aforos se denominará “Estudio Hidrológico Actualizado”.
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2 DATOS DE PARTIDA
Los datos de partida son los del Estudio Hidrológico de Factibilidad.
Para la determinación de la curva de duración de caudales, se recurrió a la
probada metodología de Balance Hídrico.
El método de Balance Hídrico es hijo conceptual de la idea de Ciclo Hidrológico,
nace con los conceptos de la escorrentía y la evaporación, empleados por primera vez
en el Siglo XVII por Perrault, Mariotte y Halley. Fue empleado y perfeccionado en los
siglos XVIII y XIX entre otros por destacados ingenieros como Pitot, Bernouilli, Chezy y
Venturi. A partir de mediados del siglo XIX se generaliza la medida de precipitación y
caudal en ríos relevantes en Europa, y la aplicación del método, difundido desde las
Escuelas de Ingeniería de la época. En el principio del siglo XX se comienza a aplicar el
método tal y como se conoce hoy en día, recibiendo aportaciones conceptuales
importantes por parte de Horton con sus ideas sobre la infiltración, Thornthwaite
respecto a la evapotranspiración, Dunne y Leopold respecto a la interceptación, etc. El
método es descrito por prestigiosos autores de tratados de hidrología, como Ven Te
Chow, Linsley, Viessman, Juncosa, Samper, Martínez Marín, Témez, Rodríguez y otros
que se cuentan por cientos, existiendo numerosos submétodos del Balance Hídrico:
Témez, Thornthwaite – Mather, Balan, Sacramento, Clirun, y otros muchos.
El Modelo de Balance Hídrico está basado en el teorema fundamental de la
hidrología, expresado por:
P = ETP + Q
Donde:
P es la precipitación.
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ETP es la evapotranspiración en el sentido más amplio del término
Q son los caudales en el más amplio sentido del término
El Modelo calcula el balance de agua en una cuenca cuantificando el movimiento
de entrada y salida del agua en la misma así como el almacenamiento con componentes
de descarga e infiltración que son dependientes de la variable del estado del
almacenamiento relativo. Utiliza como datos de entrada: la precipitación,
evapotranspiración potencial y datos históricos de caudales transformados en
escorrentía (si están disponibles). Los datos de salida simulan la respuesta de una
cuenca en términos de escurrimiento superficial, así como cambios en el
almacenamiento y evapotranspiración.
El Modelo finalmente calcula caudales que, si se dispone de la información
adecuada, se pueden dividir en: 1. escorrentía directa, 2. escorrentía superficial, 3.
escorrentía subsuperficial, 4. capacidad máxima de almacenamiento de la cuenca y 5.
caudal base.
Así mismo, contabiliza los cambios en la humedad del suelo en base a la
precipitación, escorrentía y evapotranspiración real y usa la evapotranspiración potencial
para representar las pérdidas de agua de la humedad del suelo. Ver un esquema
representativo del algoritmo del modelo en la Figura 8.
En la página siguiente se presenta una conceptualización gráfica del modelo.
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INFORME SOBRE LA OPTIMIZACIÓN DEL APROVECHAMIENTO DEL RECURSO HÍDRICO
Como se ha mencionado anteriormente, el modelo precisa de unos datos de
aforos (datos históricos de caudales transformados en escorrentía) para ser
convenientemente calibrado en cuanto a la distribución temporal del caudal. Sin
embargo, el cálculo del aporte anual (o expresado de otra manera, el caudal medio
anual) puede ser fácilmente estimado con un buen grado de precisión sin disponer de
aforos.
Por este motivo, el Estudio Hidrológico de Factibilidad presenta datos correctos
de caudal promedio anual, pero según se ha comprobado al avanzar los aforos
realizados en campo, la distribución temporal de los mismos originalmente estimada
difiere sensiblemente de la que actualmente se conoce.
Conforme al Estudio Hidrológico de Factibilidad con el que se trabajó
originalmente, los datos hidrológicos son:
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2.1 Río Yalhuitz o Primavera.
RÍO YALHUITZ O PRIMAVERA
Caudal medio anual: 1.73 m3/s
Caudal ecológico propuesto: 175 l/s
Curva de duración de caudales:
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2.2 Río Varsovia.
Caudal medio anual: 1.03 m3/s
Caudal ecológico propuesto: 105 l/s
Curva de duración de caudales:
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2.3 Arroyo Palmira o Tercer Arroyo.
Caudal medio anual: 0.82 m3/s
Caudal ecológico propuesto: 85 l/s
Curva de duración de caudales:
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3 ESTUDIO HIDROLÓGICO ACTUALIZADO
Una vez realizada una campaña de aforos comenzada en 2010 y que prosigue, se
han obtenido datos adicionales sobre la distribución temporal de los caudales,
llegándose a la conclusión de que la estacionalidad de los mismos es superior a la
inicialmente esperada (considérese que el estudio hidrológico inicial contempló 7 aforos
y en la actualidad se dispone de más de 50 aforos).
Si bien los caudales medios anuales no se han modificado, sí se ha modificado la
distribución temporal, obteniéndose el Estudio Hidrológico Actualizado con los
siguientes resultados:
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3.1 Río Yalhuitz o Primavera.
Caudal medio anual: 1.73 m3/s
Caudal ecológico propuesto: 175 l/s
Curva de duración de caudales:
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3.2 Río Varsovia.
Caudal medio anual: 1.03 m3/s
Caudal ecológico propuesto: 105 l/s
Curva de duración de caudales:
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3.3 Arroyo Palmira o Tercer Arroyo.
Caudal medio anual: 0.82 m3/s
Caudal ecológico propuesto: 85 l/s
Curva de duración de caudales:
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4 COMPARACIÓN DE LAS CURVAS OBTENIDAS
Sumando las curvas de caudales clasificados de cada aporte, se tiene la curva del
Proyecto. Se procede a comparar la curva del Estudio Hidrológico de Factibilidad y del
Estudio Hidrológico Actualizado.
Como se puede apreciar, de mantenerse el caudal de diseño en 4 m3/s, la
cantidad global de agua a turbinar desciende notablemente, y eso implicaría construir
una infraestructura para obtener menor impacto positivo.
Analicemos las turbinaciones de cada posición.
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4.1 Turbinación E.H. Factibilidad 4 m3/s.
En el Estudio Hidrológico de Factibilidad, y con caudal de 4 m3/s se turbinaba del
siguiente modo:
Siendo en caudal medio turbinado de 3.02 m3/s, que representa el 84 % del caudal
natural (que asciende a 3.57 m3/s).
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4.2 Turbinación E.H. Actualizado 4 m3/s.
Si se mantuviese el caudal de equipo a 4 m3/s, con las curvas de caudales del E.H.
Actualizado se obtendría:
Turbinándose 2.56 m3/s, que representa un 71 % del caudal natural.
Por tanto, de mantenerse el caudal de diseño, se pierde el 17 % (1300 p.b.) del agua a
turbinar, y la rentabilidad del proyecto cae drásticamente (17 % menos de ingresos).
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4.3 Turbinación E.H. Actualizado 6.2 m3/s.
Si con el E.H. Actualizado suponemos un caudal de diseño de 6.2 m3/s, se obtiene
prácticamente el mismo caudal turbinado que en el apartado 4.1. (3.03 m3/s),
correspondiente a un 84 % del caudal natural.
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5 TABLA – RESUMEN
Estudio Hidrológico Factibilidad Actualizado Actualizado
Caudal medio natural 3.57 m3/s 3.57 m3/s 3.57 m3/s
Caudal diseño 4 m3/s 4 m3/s 6.2 m3/s
Caudal turbinado 3.02 2.56 3.03
% turbinado 84 % 71 % 84 %
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6 CONCLUSIONES
Tanto el Estudio Hidrológico de Factibilidad como el Actualizado presentan el
mismo caudal medio anual. Por lo anterior, el caudal ecológico debe
permanecer sin cambios.
Para mantener el volumen de agua turbinada, dado que el E.H. Actualizado revisa
la distribución temporal de caudales (curva de duración de caudales o de
caudales clasificados), es necesario elevar el caudal de equipo.
Con el caudal de diseño modificado (6.2 m3/s) el volumen de agua turbinado es
el mismo que el previsto en el Estudio de Factibilidad.
De no elevarse el caudal de diseño, la viabilidad del proyecto queda
comprometida.
El caudal de diseño de 6.2 m3/s adapta mejor el proyecto a las necesidades del
mercado eléctrico y no supone una modificación significativa de las obras.
En Ciudad de Guatemala, a 18 de Octubre de 2012.
Fdo. Ing. Kevin Carías, M.Sc.