PEQUEÑAS PRESAS
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VASO DE ALMACENAMIENTO.
INTRODUCCIÓN
Los proyectos de abastecimiento de agua, riego o hidroeléctricos no pueden
ser capaces de satisfacer las necesidades de los usuarios y/o consumidores
durante los periodos de escurrimiento extremadamente bajos.
Con frecuencia la corriente se convierte en un impetuoso caudal después delas
lluvias fuertes constituyendo un peligro a todas las actividades a lo largo de sus
márgenes.
Un vaso de almacenamiento o de conservación puede retener ese exceso de
agua en los periodos de alto escurrimiento para su utilización en los periodos
de sequía reduciendo a su vez el daño por inundaciones aguas abajo del vaso
de almacenamiento. En relación a lo anterior podemos decir que la función
principal de un vaso de almacenamiento es estabilizar el escurrimiento del
agua.
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OBJETIVOS
Ampliar conocimientos sobre vaso de almacenamiento.
Aplicar lo aprendido en un ejemplo planteado.
Ver nuestra capacidad desarrollo en el tema.
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CARACTERISTICAS FISICAS DE LOS VASOS DE ALMACENAMIENTO
Debido a su función la característica principal es la capacidad de
almacenamiento.
En los vasos de forma regular dicha capacidad puede calcularse
mediante las fórmulas para los volúmenes de los sólidos.
La capacidad de almacenamiento de los vasos en sitios naturales debe
calcularse mediante levantamientos topográficos, construyendo una
curva de áreas-elevaciones.
Se construye planimetreando el área comprendida dentro de cada curva de
nivel del sitio del vaso de almacenamiento, la integral de la curva áreas-
elevaciones es la curva de capacidades del vaso.
Curva de alturas-capacidades y de alturas-áreas
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CAPACIDAD DE UN EMBALSE:
La capacidad de un embalse se mide por el volumen de agua contenido en su
vaso de almacenamiento para una altura dada de la presa y de su aliviadero.
Para calcular la capacidad se utilizan los planos levantados del vaso de
almacenamiento. Para ello, una vez que hayamos fijado el sitio de la presa y la
cota del fondo del río, comenzamos por medir con el planímetro las áreas
abarcadas por cada una de las curvas de nivel. Luego, si calculamos la
semisuma de las áreas entre curvas y las multiplicamos por el intervalo entre
las mismas obtenemos el volumen almacenado entre curvas o volumen parcial.
Si se acumulan luego los volúmenes parciales, se obtienen el volumen
almacenado por cada cota o altura sobre el fondo del río.
Todos estos cómputos se anotan en un cuadro similar al que se muestra a
continuación:
Altur
a
mts
Cota
m.s.n.
m
Area
s
Has.
Volúmene
s
parciales
Volúmenes
acumulado
s
CURVAS DE ÁREAS Y CAPACIDADES:
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. Estas curvas nos permiten seleccionar entre varias alternativas,
aquellas que presentan mayores capacidades para la misma altura de la presa.
Para dibujar estas curvas se elige un sistema de coordenadas rectangulares y
sobre el eje de las abscisas, a escala determinada, se dibujan los volúmenes, a
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escala determinada, se dibujan los volúmenes; en las ordenadas a partir de la
cota de fondo del río las alturas o cotas, o ambas. Se dibuja también las áreas
inundadas, usando sentido contrario a la curva de volúmenes para evitar
confusiones al usar el gráfico.
Los cómputos de los volúmenes, de las áreas y el dibujo de las curvas deben
hacerse lo más preciso posible y muy cuidadosamente. Si se cometen errores
al calcularlas o dibujarlas, éstos se reflejarán en las dimensiones de todas las
estructuras que integrarán el futuro embalse.
Las capacidades de los vasos de almacenamiento, se expresan en metros
cúbicos (m³), hectómetros cúbicos (Hm³), equivale también esta medida a
(106m³), o en hectáreas-metro (Ha.m), equivalente a 10.000 m³.
CAPACIDADES CARACTERÍSTICAS DE UN EMBALSE:
En un embalse podemos distinguir tres capacidades o volúmenes
característicos:
el volumen muerto o capacidad de azolves.
el volumen útil.
la suma de ambos que nos da el volumen total.
Vt = va + vu
El volumen de azolves es el volumen que debemos disponer en el vaso para
almacenar los sedimentos. Transportadas por el río y que con el tiempo se van
depositando en él. 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.
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El volumen útil es el necesario para suplir las demandas y las pérdidas de
aguas durante un período determinado de funcionamiento del embalse. Debe
ser de tal magnitud que garantice dentro de un periodo hidrológico escogido, el
riego de toda el área disponible aprovechable. Cuando se presentan períodos
muy secos, no previstos en el período de estudio, se puede racionar el
agua prudentemente alargando así lo más posible, el tiempo de abastecimiento
y evitando dejar completamente vacía la capacidad útil del embalse para el año
siguiente.
En algunos casos cuando se desea combinar el riego con el control de
inundaciones, se prevé otro volumen adicional, por encima del volumen útil con
el objeto de retener la creciente por un tiempo prudencial, no permitiendo que
el aliviadero sobrepase gastos determinados, equivalentes a la capacidad
adicional debe siempre quedar disponible para absorber la creciente prevista.
PRINCIPALES COMPONENTES DE UN VASO DE ALMACENAMIENTO:[PERFIL DEL CAUCE]
NAMINO (nivel de aguas mínimas de operación): es el nivel más bajo con el
que puede operar la presa. Cuando ésta es para irrigación y otros usos, el
NAMINO (también llamado en este caso NAMIN (nivel de aguas mínimas))
coincide con el nivel al que se encuentra la entrada de la obra de toma. En el
caso de presas para generación de energía eléctrica, el NAMINO se fija de
acuerdo con la carga mínima necesaria para que las turbinas operen en
buenas condiciones. El volumen muerto es el que queda abajo del NAMINO o
NAMIN; es un volumen del que no se puede disponer. El volumen de azolves
es el que queda abajo del nivel de la toma y se reserva para recibir el acarreo
de sólidos por el río durante la vida útil de la presa.
La operación de la presa se lleva a cabo entre el NAMINO o NAMIN y el NAMO
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(nivel de aguas máximas ordinarias o de operación). El NAMO es el máximo
nivel con que puede operar la presa para satisfacer las demandas; cuando el
vertedor de excedencias (estructura que sirve para desalojar los volúmenes
excedentes de agua que pueden poner en peligro la seguridad de la obra) no
es controlado por compuertas, el NAMO coincide con su cresta o punto más
alto del vertedor. En el caso de que la descarga por el vertedor esté controlada,
el NAMO puede estar puede estar por arriba de la cresta e incluso puede
cambiar a lo largo del año. Así en épocas de estiaje es posible fijar un NAMO
mayor que en épocas de avenidas, pues la probabilidad de que se presente
una avenida en la primera época es menor que la segunda. El volumen que se
almacena entre el NAMO y el NAMIN o NAMINO se llama volumen o capacidad
útil y es con el que se satisface las demandas de agua.
El NAME (nivel de aguas máximas extraordinarias) es el nivel más alto que
debe alcanzar el agua en el vaso bajo cualquier condición. El volumen que
queda entre este nivel y el NAMO, llamado superalmacenamiento, sirve para
controlar las avenidas que se presentan cuando el nivel en el vaso está
cercano al NAMO. El espacio que queda entre el NAME y la MÁXIMA
ELEVACIÓN DE LA CORTINA (CORONA) se denomina bordo libre y está
destinado a contener el oleaje y la marea producidos por el viento, así como a
compensar las reducciones en la altura de la cortina provocadas por sus
asentamientos.
En resumen, existen cuatro volúmenes principales en toda presa que es
necesario determinar para diseñar el vaso: volumen de azolves, volumen
muerto, volumen útil y el volumen de super almacenamiento.
Corona es la parte superior de la cortina, cuando sea posible y conveniente, se
utilizará como tramo de un camino.
Obra de toma es la estructura que permite enviar a voluntad el agua del
embalse hacia canales de riego, conducción para abastecimiento a plantas
generadoras de energía eléctrica o potabilizadora.
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Obra de excedencias es la estructura que permite la salida de los excedentes
de agua en el vaso de almacenamiento restituyéndola al río sin peligro de
daños para la presa ni para las poblaciones de aguas abajo.
Obra de excedencias controlada es el tipo de vertedor en que el escurrimiento
se controla mediante dispositivos que se pueden abrir o cerrar a voluntad.
Compuerta es la barrera móvil utilizada en presas y canales para regular el
paso del agua a través de una sección dada.
Cortina es una estructura de una presa que cierra el paso al agua de la
corriente para provocar su almacenamiento.
CURVAS ELEVACIONES-ÁREAS Y ELEVACIONES-CAPACIDADES
Para el dimensionamiento de la cortina se utilizan las curvas elevaciones-áreas
y elevaciones capacidades. Para conocerlas es necesario contar con las curvas
de nivel de la zona de la cortina que pueden ser obtenidas de las cartas
topográficas proporcionadas por el INEGI, ya sea en planos o en versión digital
manipulable con computadora. Las áreas pueden ser medidas directamente de
un plano con un planímetro o determinadas a través de programas que
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manejan sistemas de información geográfica (SIG o GIS en inglés). Otra
herramienta muy poderosa para la ingeniería civil es el programa AutoCAD que
permite el manejo de imágenes, de tal suerte, que al cargar en él un plano
digital, es posible obtener las áreas entre cada curva de nivel muy fácilmente.
Con la diferencia de áreas entre curvas de nivel asociada a su elevación media,
se obtiene la gráfica elevaciones-áreas. Conocida la diferencia de elevaciones
entre curvas de nivel contiguas se obtiene el volumen entre ellas que
corresponde a la capacidad de almacenaje del vaso, dibujando estos valores
respecto a su elevación media se obtiene la curva elevaciones-capacidades. Es
común, representar ambas curvas en una sola gráfica, sin embargo como los
valores de volumen son mucho mayores que el de áreas, en la gráfica se
requieren diferentes escalas. Con la ayuda de las curvas elevaciones-áreas-
capacidades, se localizará de acuerdo al volumen necesario para cada tipo de
obra la elevación mínima que deben tener, de tal forma que conocidos los
gastos de diseño de cada una de las obras se puede conocer el volumen que
generarán y con este se leerá el valor de la elevación a la que se localizará.
Con cada gasto asociado a una obra es posible dimensionar el embalse y
obtener las elevaciones del NAMIN, NAMINO, NAMO Y NAME, así como el
volumen muerto que a su vez entre todos ayudan a definir la altura de la
cortina.
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Ejemplo de Curvas Elevaciones-áreas-capacidades.
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