• Author / Uploaded
• Carlos Moya

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE HIDRAULICA E HIDROLOGIA

RECURSOS HIDRAULICOS APUNTES DE CLASE

Arancibia S. Ada L. AGOSTO 2008

NOTAS DE CLASE

1/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

PRESENTACION El presente material, constituye la compilación de las notas de clase, utilizadas para el dictado del curso de Recursos Hidráulicos en la cátedra de la Facultad de Ingeniería Civil, desde el año 2005, a cargo del autor. Se ha tomado como base las notas de clase empleadas por la Ing. Marisa Silva. A pedido de los alumnos se presenta esta publicación como herramienta de enseñanza, el autor es el único responsable de la información vertida, cualquier comentario al respecto favor de hacerlo llegar al email: [email protected] con la colaboración de todos ustedes muy pronto tendremos la publicación de un texto de estudio para las clases de Recursos Hidráulicos.

MSc. Ada L. Arancibia S. Lima, Agosto 2008.

NOTAS DE CLASE

2/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

INTRODUCCION ¿Por qué estudiar Recursos Hidráulicos? Escriba sus posibles respuestas: 1.

……………………………………………………………………………………………

2. ……………………………………………………………………………………………. 3. …………………………………………………………………………………………….

Analice las siguientes lecturas, le darán una idea de la importancia del Agua. Lectura 1 “El agua es una bendición para la humanidad. Es el elemento vital de la agricultura. Muchas naciones, ciudades y civilizaciones han crecido cerca de los ríos. En nuestras escrituras se ha exaltado el carácter vivificante del agua. Al mismo tiempo, el exceso de agua o su ausencia total pueden también convertirse en una maldición. El año pasado, muchas partes de nuestro país se vieron afectadas por la sequía. Los agricultores estuvieron muy angustiados. Este año, estamos recibiendo un diluvio el cual ha dado lugar a inundaciones repentinas con la consecuente destrucción y pérdida de valiosas propiedades en muchos de los estados de la Unión. Una vez más, los agricultores de estas regiones están angustiados. En cierta manera, estos fenómenos evidencian la vulnerabilidad de nuestra gente ante los caprichos de la naturaleza. También sirven para demostrar la importancia que tiene el riego en la mitigación de los riesgos derivados de las fluctuaciones en las precipitaciones fluviales —tanto en escasez como en exceso. Con el riego se puede garantizar a la población la disminución de los perjuicios relacionados con el agua a fin de que la gente pueda disfrutar de los beneficios que les brinda la naturaleza”. Discurso pronunciado por el Dr. Manmohan Singh, Primer Ministro de la India durante la inauguración del Congreso Nacional de Ministros de Riego y Recursos Hídricos el 30 de noviembre de 2005. DOCUMENTO TEMÁTICO EJE TEMÁTICO 1 AGUA PARA EL CRECIMIENTO Y DESARROLLO IV FORO MUNDIAL.

Lectura 2 Existe una estrecha relación entre el agua, desarrollo y pobreza, dado que todos los procesos productivos de una u otra manera requieren del agua (agricultura, minería, industria entre otros) la ausencia de esta es determinante e impacta en las actividades productivas. Así mismo el exceso descontrolado de las mismas genera daño en las propiedades, perdidas de cultivos, infraestructura, entre otros. Como sucedió con el Fenómeno El Niño en el Perú de acuerdo a INDECI se estimaron los siguientes daños: 1982 – 1983: US $ 1 200 millones 1997 – 1998: US $ 1 800 millones El Huracán Katrina (2005), según estimados de la empresa aseguradora LLOYDS OF LONDON alcanza los US$ 2 553 millones

NOTAS DE CLASE

3/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Conceptos Básicos Para empezar definamos el significado de “Recursos Hidráulicos”, según el diccionario la palabra Recursos significa: conjunto de elementos disponibles para resolver una necesidad o llevar a cabo una empresa. Luego se citan los diferentes tipos de recursos como: recursos naturales, hidráulicos, forestales, económicos, humanos. Hidráulico o hidráulica, adjetivo perteneciente o relativo a la hidráulica. Como nombre hidráulica es el arte de conducir, contener, elevar y aprovechar las aguas. Mientras que hídrico, es el adjetivo para calificar nombres relativos o sujetos al agua. Entonces se puede definir: Recursos Hídricos como el conjunto de elementos disponibles relativos al agua. Podría entonces considerarse al agua en sus diferentes estados naturales en la tierra, que se puede usar para resolver una necesidad. Recursos Hidráulicos al conjunto de recursos que nos permiten conducir, contener, elevar y aprovechar las aguas. Podría entonces considerarse a la infraestructura artificial o natural que nos permite aprovechar las aguas, para resolver una necesidad. En ambos casos el agua es el elemento que se aprovechará para satisfacer una necesidad. Entonces analicemos que necesidades puede satisfacer el agua.

¿Qué NECESIDADES puede satisfacer el agua? Repase las actividades diarias que realiza cada mañana. Suena el despertador ya sea mecánico o eléctrico, se despierta, prende la radio, se levanta, toma una ducha, se viste, toma su desayuno, lava la vajilla y sale de casa, cruza un puente de concreto, y espera por su movilidad que lo llevara a su centro de trabajo o estudios. Identifica como interviene el agua en cada una de las actividades en negrita (estima cantidad de agua usada).

Despertador: _______________________________________________________________________ Prender la radio: _____________________________________________________________________ Tomar una ducha: ____________________________________________________________________ Vestidos: ___________________________________________________________________________ Tomar desayuno: _____________________________________________________________________ Puente de Concreto: ___________________________________________________________________

NOTAS DE CLASE

4/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Propiedades del Agua ¿Qué hay detrás de la frase: El agua es vida, o el líquido vital? Revisemos lo que se mencionan Parra, Oscar y otros (2003), sobre las propiedades del agua. El agua sobre el planeta Tierra se encuentra en estado sólido, líquido y gaseoso. Posee un doble efecto sobre la vida, con sus propiedades físicas en cuanto al medio en el cual los organismos se desarrollan, y sus propiedades químicas las cuales condicionan la vida. Entre algunas propiedades físicas, químicas y biológicas del agua, que poseen gran importancia para el desarrollo de la vida, cabe destacar las siguientes: PROPIEDADES FÍSICAS     

   

Constante dieléctrica más alta entre los líquidos, lo que facilita las reacciones químicas necesarias para el desarrollo de la vida. Elevado calor específico, que atenúa la transferencia de calor amortiguando cambios bruscos de temperatura. Elevado calor latente de fusión, que dificulta la fusión del hielo, ya que se requiere una gran cantidad de energía para fundirlo. La gravedad específica del agua es 775 veces mayor que la del aire (a 0°C y a 760 μm de Hg), lo cual permite que los organismos acuáticos requieran menos estructuras de soporte que los terrestres. El hecho que la densidad máxima del agua exista a una temperatura de 3,98°C (al nivel del mar), permite que la congelación comience desde la superficie del lago hacia el fondo. A presiones mayores, la temperatura de máxima densidad disminuye (1/10 por cada 10 atmósferas). En lagos profundos se encuentran frecuentes temperaturas inferiores a 4°C, sin que se observe una estratificación estable. La viscosidad tiene gran importancia en determinar la velocidad de sedimentación de partículas suspendidas incluyendo el plancton. La viscosidad disminuye con incrementos de temperatura. La tensión superficial es muy elevada en las interfases agua-aire como en las interfases sólido-gas, constituyendo un biotopo particular (neuston). La elevada transparencia constituye un factor determinante por la transmisión de la radiación solar, que es en parte reflejada y absorbida dependiendo de la longitud de onda que la componen. El color del agua puede ser de relevancia en cuanto es indicador de la presencia de sustancias, partículas y organismos en cantidades elevadas.

PROPIEDADES QUÍMICAS      

El oxígeno disuelto (O2) presenta diferentes niveles de saturación en función de la temperatura, de la presión atmosférica y de la humedad del aire. A temperaturas bajas la solubilidad de oxígeno es mayor que a temperaturas elevadas. El balance entre el anhídrido carbónico y el bicarbonato, tiene la capacidad de regular el pH de una solución acuosa en torno a valores neutros (efecto tampón), siempre que haya una disponibilidad de bicarbonato en solución. El calcio y el magnesio, son componentes esenciales para las plantas. Además participan en el equilibrio carbonato-bicarbonato, que regula el pH. El sulfato presente en todas las aguas en pequeñas o grandes cantidades, está sujeto a fenómenos de reducción en aguas anóxicas o hipóxicas, dando origen a ácido sulfhídrico por actividad microbiana. La solubilidad en el agua del hierro y el manganeso es condicionada por los niveles de oxígeno disuelto, presentando concentraciones más elevadas en el agua en condiciones de anoxia o hipoxia. El fósforo y el nitrógeno, junto con el carbono e hidrógeno, son considerados los constituyentes más importantes de los organismos vivos. Por sus bajas concentraciones, el fósforo generalmente corresponde al factor limitante para la productividad acuática.

NOTAS DE CLASE

5/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

 

 

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Los silicatos son componentes esenciales de las diatomeas, y puede constituir un factor limitante para la productividad pelágica cuando sus concentraciones son bajas. El fósforo está presente en las aguas y sedimento lacustre en diversas formas: fosfato soluble como ortofosfato; fosfato ácido soluble preferentemente como fosfato férrico o de calcio; fosfato soluble orgánico (coloidal) como compuestos orgánicos que contienen fósforo; como fosfato orgánico particulado, asociado a materia orgánica presentes en suspensión. El nitrógeno se encuentra presente en las formas de nitrato, nitrito y amonio. El amonio es el principal producto de la descomposición de las proteínas animales y vegetales. Los sistemas acuáticos contienen substancias orgánicas en suspensión y en solución, de origen autóctono o alóctono. También se encuentran formando parte de los sedimentos del fondo.

PROPIEDADES BIOLÓGICAS  La composición del agua contiene en solución y en suspensión substancias inorgánicas que permiten en combinación con la energía solar, la producción de formas orgánicas organizadas vegetales, las que a su vez permite la presencia de formas orgánicas organizadas animales, estableciéndose así en los ecosistemas acuáticos las cadenas tróficas. Esta producción orgánica está sujeta a procesos de degradación por organismos descomponedores, cuyo producto final es nuevamente la presencia en el agua, de sustancias inorgánicas. Como seres humanos requerimos del agua para: -

-

-

-

Realizar la digestión y la expulsión de los alimentos. El agua ayuda el movimiento de los alimentos en el sistema digestivo y estimula los movimientos de los órganos para su digestión y expulsión. Expulsión de los residuos metabólicos a través de la orina. El metabolismo corporal produce toxinas, que para evitar su propio envenenamiento deben ser expulsadas, producto del metabolismo de las proteínas se produce urea, que es expulsada a través de la orina, el ser humanos expulsa en promedio 30 gr de urea diluido en agua (orina). Regular la temperatura corporal. El organismo pierde agua a través de los poros por el proceso llamado transpiración, el que se incrementa con la actividad física o cuando hace calor. Al transpirar, el agua arrastra consigo el calor y disminuye el calor corporal. Normalmente se pierden de ½ litro a ¾ litro al día, los deportistas llegan a perder de 2 a 3 litros en periodos menores a 2 horas. También se pierde agua a través de la respiración. Distribución del oxigeno y de los nutrientes a las células. El medio de distribución es la sangre, la cual está compuesta 90% de agua. Como lubricante. Los ojos necesitan estar constantemente húmedos, de lo contrario el rozamiento con los parpados lo dañan. Las articulaciones también requieren estar lubricadas, la lengua está constantemente húmeda, las mucosas necesitan agua.

Tal es la importancia del agua en el organismo del ser humano que cuando es bebé el 83% de su organismo está compuesto por agua, y ya de adulto si es hombre lo compone más del 60% y si es mujer 45%. Los nutricionistas y médicos recomiendan un consumo diario de 6 a 8 vasos de agua en nuestra dieta (2 litros aproximadamente), para que nuestro metabolismo funcione de la manera más adecuada. El consumo de agua es de tal importancia, su falta conduce a la deshidratación y la muerte. El ser humano puede resistir sin comida más de 2 semanas, hay registros de que puede llegar a los 90 días, pero sin agua solo puede resistir de 2 a 5 días. Imagínese en una situación de guerra o desastre, donde la planta de SEDAPAL no esté funcionando, de donde sacaría agua. Pero no solo requerimos agua para beberla, sino para desarrollar nuestras actividades diarias en forma normal. Así la OMS estima que la cantidad mínima requerida es de 50 l/día, considerando preparación de alimentos y aseo personal.

NOTAS DE CLASE

6/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

¿Sabe Ud. cuál es el consumo diario de agua en Lima de una vivienda conectada al sistema de agua potable y cuanto el de un asentamiento humano o de una zona periurbana? ____________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________

Se recomienda la lectura de las siguientes referencias: -

Evaluación de los operadores locales de pequeña escala de agua y saneamiento en el Perú, junio 2007. WSP – LAC. Estudio de Oferta y Demanda Servicios de Agua Potable y Alcantarillado Lima y Callao – Resumen Ejecutivo. Guillermo Yepes & Klas Ringskog, Consultores, Abril 2002.

Actividad N°1 Revise el recibo de agua del último mes de consumo y a partir de los datos que figuran en este: - Calcule el consumo diario de agua por persona de su familia o del lugar donde habita y determine la tarifa de agua que paga. Mostrar cálculos.

-

Compare sus resultados con los de sus compañeros (mínimo 3), mediante un cuadro.

-

Comente estos resultados.

NOTAS DE CLASE

7/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

USOS DEL AGUA Los usos de los recursos hidráulicos se han intensificado con el desarrollo económico, tanto en lo referente al aumento de la cantidad demandada para una determinada utilización, como en lo que se refiere a la variedad de estos usos. Originalmente, el agua era usada principalmente para saciar la sed, para usos domésticos, cría de animales y para usos agrícolas a partir del agua de lluvia y, menos frecuentemente mediante irrigación. En la medida en que la civilización se desarrolló, otros tipos de usos fueron surgiendo, iniciándose una disputa de los recursos hidráulicos, muchas veces escasos, y generando conflictos entre los usuarios.

Actualmente al agua tiene entre sus variados usos los siguientes: -

-

-

Uso Doméstico. El agua que se usa en las viviendas, para el aseo personal, preparación de alimentos, limpieza del lugar donde se habita, recreación y paisaje. (Piscina, jacuzzi, jardines, etc.) Agricultura y Acuicultura. Para el riego de plantaciones para agroindustria o agricultura a mediana y pequeña escala. Para la producción de peces y otros productos alimenticios de origen acuático. Industrial. Uso en actividades de producción de bienes a través de la industria textil, alimentos, papeles, otros. Energético. Para la producción de energía eléctrica Minería. Para la extracción de minerales Otros. Navegación, recreación, ambiental, etc.

Distribución Mundial de los Recursos Hídricos y sus usos. En el planeta tierra se dispone de una cantidad determinada (fija) de agua. Se ha estimado que en total 3 se dispone de aproximadamente 1 386 000 millones de km de agua. De toda esa cantidad, más del 97% está conformada por agua salina, y solo un 2,53% de esta es agua dulce. Del agua dulce solo el 0,3% se encuentra en la atmósfera, lagos y ríos. El agua dulce es la que usamos para nuestras actividades, es a la que mayor uso damos. En el cuadro que muestra la extracción del agua para su uso en las diferentes actividades del ser humano, así como la variación en el tiempo, en este caso entre los años 1950 y 1995, prácticamente se ha duplicado la extracción de agua en menos de 45 años. La extracción de agua para uso industrial y para uso municipal se ha triplicado. El agua al ser un recurso limitado, es escaso.

NOTAS DE CLASE

8/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Escasez del Agua – EL ORO AZUL Hoy nosotros tomamos la misma agua que tomaban hace millones de años los dinosaurios, el agua no varía su cantidad, recordemos la materia no desaparece solo se transforma. Así la cantidad de agua y en general de recursos naturales “es la misma”, pero los seres humanos que habitamos el planeta hemos crecido enormemente (6 millones del Paleolítico a mas de 8 mil millones en el siglo XX). Pero no todos los recursos naturales son los mismos, estos han ido siendo depredados, en el caso del agua, la contaminación de los ríos, acuíferos, mares y otros cuerpos de agua disminuyen la cantidad de agua de la que podemos disponer.

Uno de los factores principales de fuerte impacto en la escasez del agua es el crecimiento de la población y el aumento del consumo de agua dulce.

Un concepto que ayuda a tomar conciencia de la escasez del agua es el concepto de Agua Virtual o VRITUAL WATER.

Agua Virtual Es un concepto introducido por J.A. Allan en los años 90’, definida como el agua que contienen los productos. Para producir bienes y servicios se necesita agua; se denomina agua virtual del producto, ya sea éste agrícola o industrial, al agua utilizada para producirlo. El agua virtual es una herramienta esencial para calcular el uso real del agua de un país, o su "huella hídrica" ("water footprint"), equivalente al total de la suma del consumo doméstico y la importación de agua virtual del país, menos la exportación de su agua virtual. La huella hídrica de una nación es un indicador útil de la demanda del país respecto a los recursos hídricos del planeta. A nivel individual, la huella hídrica es igual a la cantidad total de agua virtual de todos los productos consumidos. Una dieta a base de carne supone una huella hídrica mucho mayor que una dieta vegetariana (un promedio de 4 000 litros de agua al día frente a 1 500). Ser conscientes de nuestra huella hídrica individual puede ayudarnos a utilizar el agua con más precaución. NOTAS DE CLASE

9/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Así sabe cuánta agua virtual podría costar un desayuno?

Total 1150 litros.

Para mayor información y temas relacionados ver: http://webworld.unesco.org/water/iyfw/education/menu.pdf http://www.wateryear2003.org/es/ev.phpRL_ID=5868&URL_DO=DO_TOPIC&URL_SECTION=201.html

Actividad N°2 Haga una lista de los alimentos que consume en el transcurso de un día en el desayuno, almuerzo y cena. Con referencia a los links anteriores, estime el agua virtual que está consumiendo, y muestre un cuadro con sus resultados.

Imagine ahora la cantidad de agua virtual que puede consumir en un mes o en un año. Ahora imagine que todos sus compañeros de clases tienen sus mismos hábitos alimenticios que cantidad de agua virtual se podría consumir en un día. Muestre sus cálculos y coméntelos.

NOTAS DE CLASE

10/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Escasez de Agua en el año 2025 Sobre la base de la población y demandas de agua del año 1995 y su crecimiento hacia el año 2025, considerando el escenario “todo sigue igual”, el International Water Management Institute – IWMI elaboró el mapa de escasez de agua para el año 2025, que fue presentado el año 2000. En él se puede apreciar al Perú como uno de los países que sufrirá escasez económica de agua, y que deberá importar más del 10% de cereales para consumo interno. Escasez económica (economic water scarcity) significa que el país cuenta con los recursos hídricos, pero necesitará hacer inversiones para poder explotarlos. Según el Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo del año 2003: “Se estima que, actualmente más de dos millones de personas se ven afectadas por la escasez de agua en más de 40 países: 1 100 millones no tienen suficiente agua potable y 2 400 millones no disponen de servicios de saneamiento (OMS/UNICEF, 2000). Esto puede significar aumento de enfermedades, menor seguridad alimentaria, conflictos entre distintos usuarios y limitaciones en muchos medios de sustento y actividades productivas… En la actualidad, muchos países en desarrollo tienen 3 dificultades para satisfacer las necesidades mínimas anuales por persona 1 700 m de agua potable, necesarios para la vida activa y saludable de su población. La situación es particularmente grave en el año 2020, el 60% de la población mundial vivirá en las ciudades. En la actualidad, la mitad de la población de los países en vías de desarrollo sufre de escasez de agua”.

Y como afecta el cambio climático. (Investigue)

NOTAS DE CLASE

11/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Problemas de Calidad de Agua Porque debe preocuparnos la calidad del agua. El agua que tenemos disponible para nuestro uso es limitada y para usarla requerimos que tenga una calidad determinada. Al contaminar las aguas que tenemos disponibles les quitamos esas características de calidad que la hacen apta para determinado uso. Así la contaminación reduce la cantidad de agua que disponemos y agrava el problema de escasez de agua. Las principales causas de contaminación del agua son: -

Vertimiento de aguas servidas Vertimiento de desmonte y basura a los ríos Relaves mineros Productos químicos y desechos industriales.

La siguiente tabla muestra los contaminantes del agua por sectores industriales.

¿Cómo enfrentar la escasez del Agua? La comunidad internacional tiene presente este problema de escasez de agua, que es una crisis mundial. Ya desde hace mucho se viene planteando diferentes medidas que se resumen en: -

-

-

Medidas Estructurales o Infraestructura hidráulica: trasvases, reservorios, canales, etc. o Se estima que se requerirán un total de 80 billones de dólares/año para hacer frente a la escasez en el año 2025. Medidas no Estructurales o Gestión o Políticas de incentivos o El agua debe tener un precio? o Costo de obtenerla o por el beneficio que brinda? Tecnología de Avanzada 3 o Desalinización del Agua de mar (2,9 kW/m )

NOTAS DE CLASE

12/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

La Gestión Integral de Recursos Hídricos Se basa en los principios de Dublin (International Conference on Water and the Environment ICWE, 1992) - Agua, recurso finito y vulnerable, esencial para sostener la vida, el desarrollo y el ambiente - El enfoque participativo, implicando usuarios, los planificadores y los responsables de formular la política a cada nivel - Las mujeres juegan una parte central en la provisión, la administración y salvaguarda del agua. Este ultimo cambiado por el tema de género y equidad - El agua tiene un valor económico en todos sus usos que compiten y se debe reconocer como una cosa económica y social.

Las actividades que se involucran en la GIRH, es un circulo cíclico de análisis, planificación y operación, de manera que se va retroalimentando un sistema de recursos hídricos. En este proceso la intervención de los ingenieros civiles es muy importante, pues intervendrán en el planteamiento de las medidas estructurales y por su formación están en la capacidad de intervenir en todos los demás procesos.

Sobre la asignatura de Recursos Hidráulicos Resumen: Se tocaran generalidades sobre el planeamiento de los Recursos Hidráulicos con manejo de información, evaluación de necesidades de agua. Formulación de proyectos, alternativas de desarrollo, optimización, evaluación, Ingeniería del Proyecto. Duración: 16 semanas. LUEGO DE ESTA INTRODUCCION, PUEDE AHORA CON SUFICIENTES ELEMENTOS DE JUICIO RESUMIR LA IMPORTANCIA DE ESTUDIAR LA ASIGNATURA DE RECURSOS HIDRAULICOS. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________

NOTAS DE CLASE

13/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA 1. Parra, Oscar y otros (2003), Conceptos básicos sobre medio ambiente y desarrollo sustentable, Capítulo 10. El agua y el ambiente acuático. Colección: Educar para el medio Ambiente. Manual para el Docente, Editado por INET - GTZ Argentina. 2. Díaz D. Carlos, Esteller A. María y López-Vera F. Editores, Recursos Hídricos – Conceptos básicos y estudios de caso en iberoamerica, 2da Edición, 2006. 3. Savenije H, 2001, Water Resources Management Concepts and Tools, IHE-DELFT, Delft, Netherlands. 4. Balairón P. Luis, 2000, Gestión de Recursos Hídricos, Ediciones UPC, Barcelona, España. 5. Rocha A., 1993, Recursos Hidráulicos, CIP, Perú. 6. Helweg, 1992. Recursos Hidráulicos – Planeación y Administración. 7. Linsley y Franzini, 1967, Ingeniería de los Recursos Hidráulicos, Cecsa. 8. Naciones Unidas. 2003. Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo – Agua para todos Agua para la vida. 9. Naciones Unidas. 2006. Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo – El Agua una responsabilidad compartida. LINKS DE INTERES 1. http://www.botanical-online.com/agua.htm. Agua, Porque el agua es importante para el hombre. Botanical online. Marzo 2008. 2. http://www.conam.gob.pe/ 3. http://www.minag.gob.pe 4. http://www.worldwatercouncil.org/ 5. http://www.wri.org/water/ 6. http://www.wateryear2003.org/es 7. http://www.gdrc.org/uem/footprints/index.html 8. http://www.cap-net.org/?lang=Spanish&PHPSESSID=e4a35314cd2391ac2bf8f025c2cc4c4e

NOTAS DE CLASE

14/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

CAP 1. RECURSOS HIDRAULICOS - CONCEPTOS Naturaleza de los Recursos Hidráulicos El origen de los recursos hídricos es la lluvia o precipitación P. El agua de lluvia que cae sobre la superficie encuentra el primer punto de separación. Desde este punto parte del agua retorna directamente a la atmósfera, a este proceso se le llama evaporación desde la intercepción I. El agua de lluvia remanente se infiltra en el suelo hasta alcanzar su capacidad de infiltración, este proceso es llamado infiltración F. Si hay suficiente lluvia para exceder la Intercepción y la infiltración, entonces el agua excedente fluye sobre el suelo, proceso conocido como escorrentía superficial Qs.

I

P

T 1er Punto de Separación

Qs F 2do Punto de Separación

Qg

La infiltración alcanza el suelo saturado, entonces aquí se produce el segundo punto de separación. Desde el suelo saturado, parte del agua regresa a la atmósfera a través de la transpiración T. Si el contenido de humedad del suelo esta por encima de su capacidad de campo (o si hay pasos preferenciales) parte de la humedad contenida en el suelo se percola hacia el agua subterránea. El proceso inverso a percolación es la ascensión capilar. La percolación alimenta y renueva el agua subterránea.

El Ciclo hidrológico. El ciclo hidrológico es la circulación del agua que se evapora desde el mar y desde la superficie terrestre, es transportada a través de la atmósfera hacia la tierra y es regresada al mar por medio de la escorrentía superficial, sub superficial y por rutas atmosféricas. A pesar de ser llamado un ciclo, el proceso es mucho más complejo que un mero ciclo, y lo es aun mas si incluimos en el clásico ciclo hidrológico las actividades extractivas del ser humano, como se muestra en el siguiente gráfico.

Así la gota de lluvia que cae a la superficie recorre un largo camino y dependiendo del camino que tome para retornar a su punto inicial de partida le demandará un tiempo, el que será la suma de los tiempos de residencia que haya pasado en cada uno de los reservorios. NOTAS DE CLASE

15/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

El siguiente cuadro nos muestra el tiempo de residencia estimados del agua en los diferentes reservorios a lo largo de su ciclo hidrológico.

Así es como el agua llega a pasar mayor tiempo en uno u otro reservorio. Siendo la cantidad de agua dulce o fresca disponible para uso una cantidad muy pequeña y almacenada como agua subterránea y agua superficial. El tiempo de residencia representa el tiempo de permanencia de una sustancia en la atmósfera, es decir, el tiempo que transcurre para que desaparezca totalmente por reacción o consumo de otro tipo.

El Agua Superficial Conformado por los recursos hídricos visibles: como cursos de agua y cuerpos de agua almacenados sobre la superficie de la tierra entre ellos los ríos, canales, corrientes, estuarios (desembocaduras del río al mar), lagos, reservorios, estanques, piscinas, entre otros. Conforma menos del 0,01% del agua disponible.

El Agua Subterránea Conformado por los recursos hídricos no siempre visibles, almacenados en el subsuelo. De acuerdo al tiempo que permanecen almacenadas y de su tiempo de residencia básicamente se pueden clasificar en aguas subterránea fósil y agua subterránea renovable. El agua subterránea fósil, es aquella agua con tiempo de residencia de orden de magnitud de los millones de años, considerada como una fuente mineral finita. Por lo general se trata de acuíferos confinados. El agua subterránea “renovable”, aquella agua que forma parte activa del ciclo hidrológico, con tiempo de residencia de orden de magnitud a escala humana. El agua subterránea conforma aproximadamente el 0,76%

NOTAS DE CLASE

16/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Distribución de la Precipitación en agua superficial y subterránea (por región climática) Tanto el agua superficial como el agua subterránea tienen como fuente principal la precipitación, la misma que se distribuye en el planeta tierra de forma diferente y por región climática conforme al siguiente cuadro:

En el cuadro se puede observar cómo se distribuye el agua precipitada como escorrentía superficial para formar parte del agua superficial y como se infiltra y forma parte del agua subterránea, además del porcentaje que es posible retorne a la atmósfera. Así en las diferentes regiones del mundo, los recursos hídricos se distribuyen de forma similar, sin embargo el uso que se le da en las diferentes regiones varía dependiendo sobre todo de los usos que se les dé y de la cantidad de personas que pueblan estas regiones. En el siguiente gráfico se muestra la Disponibilidad de agua total interna renovable per cápita, por países, es decir fracción de recursos hídricos del país generados por el país.

NOTAS DE CLASE

17/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

LOS ECOSISTEMAS Y EL AGUA Los ecosistemas en forma general son sistemas complejos como el bosque, el río o el lago, formados por una trama de elementos físicos (el biotopo) y biológicos (la biocenosis o comunidad de organismos) El ecosistema es la unidad de trabajo, estudio e investigación de la Ecología. Es un sistema complejo en el que interactúan los seres vivos entre sí y con el conjunto de factores no vivos que forman el ambiente: temperatura, sustancias químicas presentes, clima, características geológicas, etc. La ecosfera en su conjunto es el ecosistema mayor. Abarca todo el planeta y reúne a todos los seres vivos en sus relaciones con el ambiente no vivo de toda la Tierra. Pero dentro de este gran sistema hay subsistemas que son ecosistemas más delimitados. Así, por ejemplo, el océano, un lago, un bosque, o incluso, un árbol, o una manzana que se esté pudriendo son ecosistemas que poseen patrones de funcionamiento en los que podemos encontrar paralelismos fundamentales que nos permiten agruparlos en el concepto de ecosistema. Estos ecosistemas para su funcionamiento requieren de agua también, ya sean estos terrestres o acuáticos. Entre los ecosistemas terrestres como las praderas, bosques y selvas, tundras y desiertos y cultivos, consumen gran cantidad de agua “verde”, que no es otra cosa que es el agua que transpiran las plantas, aproximadamente el 66% de la precipitación continental.

El gráfico anterior muestra el consumo de agua en los ecosistemas terrestres. Del total de agua precipitada un 65% constituye el agua verde y el 35% de agua superficial. Pero también los ecosistemas acuáticos también utilizan el agua pero de forma no consuntiva, entre los ecosistemas acuáticos se tienen: -

Corrientes de agua Lagos Humedales

NOTAS DE CLASE

18/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Recursos Hídricos en Sudamérica La extracción de agua expresada como un porcentaje de los RHTR, es un buen indicador de la presión existente sobre los recursos hídricos. De una forma estimativa, se puede considerar que esta presión es alta cuando el valor es mayor del 25 por ciento, como es el caso de la República Dominicana (39,7 por ciento) y de algunas islas de las Antillas Menores. Este porcentaje es también relativamente importante en Antigua y Barbuda (9,6 por ciento), Cuba (13,7 por ciento), Haití (7 por ciento), Jamaica (9,6 por ciento) y México (17,0 por ciento). La extracción de agua para uso industrial es especialmente importante en Brasil (18 por ciento), Chile (11 por ciento), El Salvador (20 por ciento), Guatemala (17 por ciento) y Venezuela (7 por ciento).

En el cuadro anterior podemos observar los índices correspondientes al Perú, el mayor porcentaje es para uso agrícola. ¿Qué puede comentar al respecto?

Recursos Hídricos en Perú Extensión, Población y disponibilidad de Agua en PERU Vertiente Pacífico Atlántico Titicaca Total

Extensión Población Aguas Superficiales 2 (km ) (Hm3) (%) (habitantes)* (%) (%) 279 689 22% 14 482 892 60% 36 660 0.96% 956 751 74% 8 360 260 35% 3 769 135 98.86% 48 775 4% 1 154 127 5% 6 970 0.18% 1 285 215 23 997 279 3 812 765

* Censo 1993 Fuente: "Estudio de Reconocimiento del Uso del RR.HH. Por los diferentes Sectores" MINAG, INRENA-PNUD-DDSMS, 1995

Del cuadro se puede concluir que el mayor porcentaje de Recursos Hídricos 98.86% se encuentra en la vertiente del Atlántico, donde apenas se encuentra ubicado el 35% de la población del país, contrariamente en la vertiente del Pacífico solo se cuenta con el 0.96% de los recursos hídricos, donde se encuentra el mayor porcentaje de la población 60%.

NOTAS DE CLASE

19/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

PROYECTOS HIDRAULICOS Definiciones Proyecto. Se entiende como tal a las alternativas de inversión dirigidas a poner en marcha un conjunto de factores de producción con la finalidad de obtener determinados bienes y servicios El proyecto nace a partir de la identificación de las necesidades, cuya satisfacción implica modificar las condiciones naturales (su disponibilidad espacial y temporal) mediante la aplicación de recursos escasos. Dada la escasez de recursos se exige lograr su utilización racional, esto es organizar la producción, trabajo de manera de aumentar los beneficios o reducir los costos con el mínimo esfuerzo. Por tanto, la utilización racional implica la acción de planeamiento del uso o desarrollo del recurso con estos objetivos, cuyo proceso implica el conocimiento de: 1. 2. 3. 4.

Los recursos potenciales el uso actual de ellos sus posibilidades de desarrollo la compatibilización e integración de los recursos y las soluciones

En el caso de los proyectos hidráulicos el agua es el recurso principal a explotar. En este sentido una característica importante es la singularidad del conjunto de soluciones que resulten para cada proyecto realizado. Es decir, que cada proyecto de desarrollo y aprovechamiento de las aguas se enfrenta a un conjunto especial y único de condiciones físicas a las cuales debe adaptarse, por lo que la idea de diseños estandarizados o tipificados es descartada en el planteamiento de soluciones de un problema de recursos hidráulicos. Tareas de la Ingeniería de Proyectos Hidráulicos. 1. Determinar la cantidad de agua requerida por los usuarios (demanda), la cantidad de agua con la que se dispone (oferta) y cuáles son las restricciones para su uso. 2. Determinar si la calidad del agua disponible cumple con los requisitos del proyecto y si el uso futuro tiene implicancias sobre su calidad. 3. Diseñar las estructuras civiles y mecánicas requeridas para poner el agua al servicio de los usuarios 4. Analizar los aspectos económicos y financieros 5. Revisar los aspectos sociales

Área geográfica de interés El área geográfica de interés para el planeamiento de los recursos hídricos se plantea de modo de minimizar los efectos externos a ser tomados en cuenta y que las sub-áreas estén “unidas por intereses económicos, intereses políticos, características físicas y problemas de desarrollo comunes a la región”. La cuenca hidrográfica a menudo reúne estas condiciones. Una cuenca hidrográfica comprende el área de drenaje que se extiende aguas arriba de la desembocadura del curso principal del área, y está definida por la divisoria de aguas entre esas cuencas adyacentes en un mapa topográfico. La cuenca hidrológica, es un concepto más integral, que además de considerar la cuenca hidrográfica, consideran todas las estructuras geológicas subterráneas. A veces indican un sistema hídrico subterráneo con límites algo diferentes de los observados en la superficie. Los estimados del balance hídrico y otros estudios hidrológicos involucran sub-cuencas tanto como la cuenca hidrográfica en su totalidad.

Debido a los factores legislativos o políticos, o porque los datos se organizan por tales divisiones, el área de estudio puede ser seleccionado teniendo en cuenta los límites políticos (provincia, departamento, etc).

NOTAS DE CLASE

20/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Los requerimientos de elegibilidad para programas específicos de gobierno (por ejemplo para alcantarillados, suministros de agua y tratamiento de aguas servidas) pueden requerir consistencia con los planes específicos para el área en conjunto. Los proyectos en una cuenca hidrográfica pueden también tener áreas de servicio que se extienden más allá de las fronteras del área de drenaje. Por ejemplo es el caso de un proyecto hidroeléctrico que puede alimentar al sistema de distribución y transmisión del servicio de energía regional, cuyas fronteras están determinadas por los derechos establecidos por una autoridad reguladora del estado. Ejemplo: El suministro de agua para una gran ciudad puede ser conducido por una gran tubería larga que se extiende kilómetros desde el cuerpo de agua hasta la ciudad a la que debe abastecer: caso de Lima, y otro caso por ejemplo La ciudad de Nueva York obtiene un tercio de su suministro de la cuenca del río Delaware)

Necesidades y oportunidades de los programas e instalaciones de recursos hídricos A continuación se esboza una lista introductoria que cubre aspectos importantes, principalmente de naturaleza ingenieril, que podrían ser tratados en estudios de planeamiento para varios tipos de programas de desarrollo y manejo de recursos hídricos. Además, se mencionan aspectos ambientales, políticos, económicos, financieros, sociales, legales, institucionales y otros para determinar si es práctico implementar un proyecto. 1. Suministro de agua para usos municipales e industriales y para enfriamiento de plantas termoeléctricas 2. Irrigación y Drenaje agrícola 3. Control de avenidas 4. Central Hidroeléctricas 5. Navegación 6. Manejo de Calidad de agua 7. Recreación basada en el agua 8. Pezca y vida salvaje 9. Manejo de Cuencas

En general todo sistema de uso consuntivo de agua tiene un sistema de captación y/o almacenamiento, conducción, distribución y de retorno. No necesariamente es lo mismo para aquellos proyectos de uso no consuntivo como la pezca, recreación o navegación.

NOTAS DE CLASE

21/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Sistema de los Recursos Hidráulicos Un sistema de recursos hídricos considerando sus aspectos geográficos puede ser considerado que consiste en (Pennekamp H.A. y Wesseling J., 1993): - El subsistema natural de ríos, arroyos, lagos y sus diques y lechos, y el agua subterránea del acuífero. - El subsistema de infraestructura, como canales, reservorios, presas, vertederos, esclusas, pozos, plantas de bombeo y plantas de tratamiento de aguas servidas, incluyendo reglas de operación para los elementos de este subsistema. - El agua en sí, incluyendo sus componentes físicos, químicos y biológicos en y sobre el suelo.

SSNat

SSInf

Agua

Este sistema no incluye la parte social, ni política que siempre está presente en la planificación de recursos hídricos, es por eso que se plantea otra definición que incluye la parte social, económica, política e institucional como sigue: Un sistema compuesto por (Pennekamp H.A. y Wesseling J., 1993): 1. El sistema de recursos naturales (SRN): siendo el sistema de ríos, lagos, agua subterránea de acuíferos incluyendo sus funciones para el ecosistema y la infraestructura requerida para el uso de los recursos hídricos; 2. El sistema socio económico (SSE): el uso del agua y el agua relacionada con las actividades humanas; 3. El sistema administrativo e Institucional (SAI): el sistema de administración, legislación y regulación incluyendo las autoridades responsables para el manejo del sistema de recursos hidráulicos y la implementación de leyes y regulaciones.

SSE

SAI

NOTAS DE CLASE

DEMANDA

SRN

CONTROL

OFERTA

El SRN, se refiere al lado de la oferta del sistema (recurso base), y el SSE al lado de la demanda del sistema. El control de ambos la oferta y la demanda eses provista por el SAI.

22/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Funciones del Sistema de Recursos Hídricos:

Funciones

Descripción

Ejemplos

De Subsistencia

Comunidades locales hacen uso del agua y productos a base de agua que no son comercializados



Empresas públicas o privadas hacen uso del agua o de productos a base de agua que son comercializados.



Comerciales

Ambientales

Funciones de regulación, uso no consuntivo.

Valores ecológicos

Valor del sistema de recurso hídrico como un ecosistema

 

          

abastecimiento local de agua potable. pesca tradicional. riego para agricultura de subsistencia. Abastecimiento urbano de agua potable. Abastecimiento de agua industrial. Irrigación. Generación hidroeléctrica. Pesca comercial. Transporte. Capacidad de purificación Prevención de intrusión salina Recreación y turismo Integridad. Piscina genética, biodiversidad. Valor de conservación natural.

Función de subsistencia Las comunidades locales dependen de un gran ambiente con agua la cual provee agua pasa uso doméstico y para irrigar los jardines y las parcelas del poblado. Ellos también usan las corrientes, campos de arroz, estanques y lagos para pescar. Estos usos son con frecuencia desestimados en las cuentas nacionales económicas, como no son comercializados, o de otra manera se les asignaría un valor monetario. Sin embargo la pérdida, de la habilidad del sistema de recursos hídricos de proveer estos productos puede ser también considerada como una pérdida económica, como las personas que son dependientes de estos productos ahora tienen que comprarlos en el mercado. Un ejemplo es la provisión de agua purificada para beber porque la calidad deteriorada del agua imposibilita el uso directo del agua. Funciones comercial El uso comercial de los recursos hidráulicos se reflejan en las cuentas de la economía nacional porque estas son comercializadas de otra manera se les da un valor monetario (por ejemplo el precio a ser pagado por el uso de agua potable domiciliaria). La pesca para el mercado por individuos y empresas comerciales es un ejemplo. Estos usos tienen en común que ellos representan un valor comercial. La mayoría de estos usos principalmente son también de naturaleza consuntiva. Al connotación “no-consuntivo” debería ser considerada con cierta reserva. Uso no consuntivo del agua puede alterar el comportamiento del sistema de recursos hidráulicos de manera que, esto condiciona o restringe el uso por otros. Generación de energía por hidroeléctrica es un ejemplo de un uso parcialmente con consuntivo. En primer lugar, las perdidas por evaporación en los embalses reduce la cantidad de agua disponible para los usuarios aguas abajo. En segundo lugar, la operación del reservorio para la producción de “energía pico” requerirá de descargas picos que excederán la capacidad de las derivaciones aguas abajo o los cambios de distribución de abastecimiento de agua en el año. Finalmente, problemas en la calidad del agua relaciona a los reservorios puede afectar seriamente los ecosistemas en el área aguas abajo del reservorio (Marchand y Smits, 1991).

NOTAS DE CLASE

23/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Funciones Ambientales La cuenca de drenaje de un río cumple una serie de funciones para el hombre que requiere intervenciones no humanas. Por ejemplo, no se requiere sistemas de regulación. Estas funciones ambientales incluyen funciones de regulación, como la capacidad de auto purificación de un sistema hídrico y usos no consuntivos, como las funciones recreativas y de turismo. Las funciones ambientales a veces son difíciles de asignarles un valor monetario. El valor de funciones de regulación debe ser se analizado haciendo uso de un precio sombra el cual es calculado como los costos para regulaciones artificiales (por ejemplo el precio de una planta de tratamiento de aguas servidas). Las funciones de recreación y turismo pueden ser determinadas por el análisis de los beneficios económicos acumulados para el uso de infraestructura como hoteles y/o rentas de por ejemplo, licencias para pescar. Valores Ecológicos El agua es una sustancia esencial para la vida, como la vida es imposible sin la presencia del agua. Además de ofrecer un ambiente para especias acuáticas, ríos, corrientes y lagos son frecuentemente rodeados por pantanos, como áreas de inundación, lechos de bejucos y marismas (ciénagas). Estas agua-suelo eco tonos (área de transiciones entre dos comunidades ecológicas adyacentes) son conocidas por albergar un rica colección de especies. Aun más, su importancia por la diversidad de comunidades ecológicas adyacentes es significante también. Estas entidades ecológicas tienen un valor por si mismas, sin tomar en cuenta el actual o potencial uso humano, un valor intrínseco ecológico.

Propósito de la Planificación de los Recursos Hidráulicos -

-

La planificación de la asignación y desarrollo de un recurso escaso, coincidente con la disponibilidad hídrica y la demanda, tomando en consideración el conjunto de los objetivos nacionales y las restricciones e intereses de los actores. El propósito principal es asegurar la explotación sostenible de los recursos hidráulicos en respaldo de la producción de bienes y servicios requeridos para alcanzar los objetivos y demandas nacionales y regionales.

Niveles de la planificación de los recursos hidráulicos Plan de acción o política Nacional del Agua. Una política es la identificación de las necesidades, la priorizacion de tópicos y el establecimiento de objetivos para los sectores o regiones. Una política por si misma no contiene las acciones específicas, esta meramente define los objetivos y restricciones para las acciones. Las Políticas también pueden especificar en términos generales como un determinado objetivo será alcanzado. Una política nacional con frecuencia también especifica el marco institucional para la gestión y planificación de los recursos hidráulicos. La existencia de una política nacional del agua facilita enormemente la formulación de los planes de recursos hidráulicos nacionales Plan Maestro nacional y regional. Los estudios a menudo son inventarios de recursos y actividades, problemas y necesidades. Están relacionados con proyecciones de largo alcance para grandes regiones que usualmente incluyen más de una cuenca hidrográfica. Otro término con el que se le conoce es el de marco para la planificación. Los estudios del plan maestro están diseñados para: - Redactar un inventario de los problemas relacionados con el agua, y necesidades de las personas para la conservación y utilización de los recursos hídricos para la nación (región). - Enunciar las líneas directivas para la solución de los problemas y necesidades identificadas. - Identificar regiones específicas con problemas complejos donde se requieren estudios más detallados de planificación a nivel de cuencas hidrológicas o de regiones.

NOTAS DE CLASE

24/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Planificación de cuencas hidrográficas. Estudios cuyo propósito es resolver complejos problemas de largo alcance que usualmente fueron identificados tempranamente en estudios de planes maestros. Ellos cubren las necesidades, disponibilidad hídrica y potencialidad para desarrollo de los recursos hídricos de una cuenca hidrográfica o de una región. La agencia responsable identifica y recomienda planes acción y programas a ser implementados. Los proyectos son identificados y tentativamente dimensionados, y se determinan los impactos asociados, así como los costos y beneficios. La prioridad de los elementos del plan es identificada para los diferentes niveles de estudio del proyecto planificado. Planificación del Proyecto Hidráulico. En la implementación del proyecto, estudios, soluciones mencionadas en planes a nivel de cuenca hidrológica o a nivel regional son formulados a mayor detalle. Programas o proyectos alternativos son formulados y evaluados para determinar su factibilidad de resolver el problema en una manera consistente con los planes de largo alcance. Se cubren en detalle los diseños, estimados de costos y de impactos y beneficios. Se recomienda un curso específico de una acción.

Nivel Política Nacional del Agua

Objetivo Identifica necesidades, prioriza tareas, establece objetivos para sectores y/o regiones.

Plan Maestro Nacional y Regional

Planificación de Cuencas hidrográficas

Enunciar las líneas directivas para la solución de los problemas y necesidades identificadas. Identificar regiones específicas con problemas Resolver complejos problemas de largo alcance, identificados en el PMN o PMR.

Planificación del Proyecto Hidráulico

Implementación de los proyectos identificados en la PCH.

Tareas Especificar como se alcanzaran los objetivos. Establecer el marco institucional para GIRH. Inventarios de recursos y actividades, problemas y necesidades. Proyecciones de largo alcance. Identificación de proyectos, se dimensiona, costea y evalúa impactos a nivel preliminar. Programa de Proyectos alternativos. Diseños en detalle, costos y evaluación de impactos. Toma de decisión

Proceso Generalizado de planeamiento y Manejo de Recursos Hídricos a nivel de Proyecto.

1. Establecimiento de objetivos y metas: políticas generales de manejo, restricciones legales y otras. 2. Identificación del problema y análisis. Colección de datos, proyección de la demanda, relaciones de suministro, usos de agua y tierra; oportunidades para el desarrollo y el manejo. 3. Identificación de la solución y evaluación del impacto, soluciones estructurales y no estructurales (manejo), evaluación preliminar de impactos. 4. Formulación de alternativas y análisis: criterios y procedimientos para comparación de alternativas. Formulación de sistemas alternativos de medidas estructurales y no estructurales, evaluación detallada de impactos. 5. Recomendaciones, incluyendo prioridades y calendario para la implementación del proyecto. 6. Decisiones. 7. Implementación: organización para la acción, si se requiere. 8. Operación y Mantenimiento. A continuación se presentan los esquemas que representan estos procesos tomados de “Recursos Hidráulicos” del Dr. Arturo Rocha: “Hufschmidt, M y Kindler, J.: Approaches to Integrated Water Resources Management in Humid Tropical and Arid and Semiarid Zones in Developing countries – UNESCO, Paris 1991

NOTAS DE CLASE

25/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

IDENTIFICACION DE PROBLEMAS DEFINICION DE OBJETIVOS Y CRITERIOS

DISPONIBILIDAD DE RECURSOS HIDRAULICOS

INFORMACION POSIBILIDADES DEMANDAS PROBLEMAS DEL MANEJO DEL DE ESPECIALES AGUA AGUA Calidad, Inundaciones

FORMULACION Y EVALUACION DE PLANES ALTERNATIVOS

- Análisis de Sensibilidad - Análisis de riesgo e Incertidumbre

DECISION

-

Diseño Construcción Operación Mantenimiento

Manejo de los recursos hidráulicos (Nivel de Proyecto Hidráulico)

SEGUIMIENTO, EVALAUCIÓN Y ADAPTACIONES (FEEDBACK)

PLANEAMIENTO

NOTAS DE CLASE

ALTERNATIVAS

DISEÑO

IMPLEMENTACION

CONSTRUCCION

INPUTS

OPERACION

OUTPUTS

MANTENIMIENTO

26/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

SEGUIMIENTO, EVALAUCIÓN Y ADAPTACIONES (FEEDBACK)

Implementación de proyectos de Aprovechamiento de los Recursos Hidráulicos

-

CONSTRUCCION Financiación Contratación Supervisión Puesta en marcha

-

OPERACION Aspectos técnicos Políticas de tarifas y precios. Administración (presupuesto, personal) Puesta en marcha Participación local

-

MANTENIMIENTO Aspectos técnicos Inspección Administración (presupuesto, personal) Participación local

Para poder llegar a la fase de implementación del Proyecto (inversión), primero se han tenido que desarrollar durante la fase de pre-inversión, las diferentes fases del estudio siendo estas la fase del perfil, pre-factibilidad y factibilidad.

FACTIBILIDAD PREFACTIBILIDAD

ESTUDIO DEFINITIVO EXP. TECNICO

PERFIL

EJECUCION DE OBRA

FASE DE PRE – INVERSION

FASE DE INVERSION

Este mismo proceso siguen los proyectos de inversión pública en el Perú que se encuentran en el Sistema Nacional de Inversión Pública. SNIP. La Dirección General de Programación Multianual del Sector Público (DGPM) del Ministerio de Economía y Finanzas (MEF) es un órgano de línea del Viceministerio de Economía que, entre otros, tiene a su cargo la rectoría del Sistema Nacional de Inversión Pública (SNIP) cuyo objetivo es optimizar el uso de los recursos públicos destinado a inversión, promoviendo el desarrollo de una “cultura de proyectos”, velando por la calidad del gasto.

A continuación se explican las fases de los proyectos de inversión pública tal como queda definido en la “Guía General de Identificación, Formulación y Evaluación Social de Proyectos de Inversión Pública a nivel de Perfil”, editado por la DGPM. El ciclo de los proyectos de inversión pública incluye, básicamente, tres fases: la preinversión, la inversión y la post-inversión. NOTAS DE CLASE

27/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

A su vez, las fases de cada uno de los proyectos alternativos se podrán subdividir en etapas, las que dependerán de las características particulares de los mismos. La determinación de las fases y etapas de cada proyecto alternativo y su duración es importante por dos razones: en primer lugar, porque permitirá definir las metas parciales (de avance) de los proyectos alternativos; en segundo lugar, para determinar el horizonte de ejecución de cada uno, sobre la base del cual se proyectarán la oferta, la demanda y las necesidades de inversión respectivas.

El ciclo de los proyectos de inversión pública se inicia con la fase de preinversión, que incluye la elaboración de los estudios de perfil, prefactibilidad y factibilidad. La fase de inversión incorpora las actividades necesarias para generar la capacidad física de ofrecer los servicios del proyecto; finaliza con la “puesta en marcha” u operación del proyecto. Las actividades que suelen considerarse en esta fase incluyen:  El desarrollo de estudios definitivos o expedientes técnicos y de ejecución del proyecto.  La ejecución del proyecto, que incluye la adquisición de activos fijos (como terrenos, edificios, mobiliarios y equipos) e intangibles (licencias, permisos, marcas registradas), así como la realización de otros gastos preoperativos, como las adecuaciones de locales y los pagos por adelantado (por ejemplo, vinculados con alquileres y seguros). La fase de post inversión incluye las actividades vinculadas con la operación y mantenimiento del proyecto, así como su evaluación ex post. Consiste, básicamente, en la entrega de los servicios del proyecto, por lo que sus desembolsos se encuentran vinculados con los recursos necesarios para ello: personal, insumos, alquileres, servicios (luz, agua, teléfono), entre los principales. En la mayoría de proyectos esta fase se divide, por lo menos, en dos etapas: la primera, de consolidación del proyecto y, la segunda, de operación del proyecto ya consolidado.

ACTIVIDAD. Busque en la base de datos de proyectos de la página web del SNIP (Sistema Nacional de Inversión Pública), Proyectos de Inversión Pública en Saneamiento, Irrigación o Centrales Hidroeléctricas, comente como son evaluados estos proyectos.

Así durante el desarrollo de las diferentes fases del Proyecto y durante su planificación es importante tener presente el funcionamiento del Aprovechamiento del Sistema de Recursos Hidráulicos considerando la GIRH. Así en el siguiente gráfico se muestra cuales son las entradas al sistema y cuáles son las salidas resultado del funcionamiento del sistema, sean estos esperados o inesperados y los costos y beneficios resultado del mismo.

NOTAS DE CLASE

28/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

El sistema de Aprovechamiento de los Recursos Hidráulicos

INPUTS

SISTEMA

OUTPUTS Salida Deseable

Recursos - Tierra - Agua - Energía - ……… - Capital - Labor - ………

Sistema de Recursos Hídricos

SRN

SSE

Producto Output

Demanda Final

-

-

Agua para Irrigación Agua para uso municipal Agua para la Industria Turismo - Recreación Hábitat ……………………

Salida SAI Condiciones - Naturales - Sociales - Económicas - Institucional - Políticas - …….

- SRN: Sistema de Recursos Naturales (Naturaleza + Infraest). - SSE: Sistema Socio-económico - SAI: Sistema Administrativo e Institucional.

Costos

Alimentos Agua potable Energía Transporte Ecología ……………………

Indeseable

No Producto Output - Inundaciones - Enfermedades origen acuático - Contaminación - Sedimentación - …………

Efectos Indirectos

de

- Cambio en la población (daño psicológico y económico) - Consecuencias ambientales…………

Costos o Beneficios

Costos o Beneficios Beneficios

Fuente: Heun J. (2000), and Pennekamp H and Wesseling (1993)

NOTAS DE CLASE

29/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Cronología del Desarrollo de los Recursos Hídricos La implementación de los Proyectos hidráulicos es una práctica que el hombre ha desarrollado desde los inicios de la civilización.

Año - 8 000

En el Mundo

- 6 000 - 5 500 - 4 500 - 4 000 - 3 200

Rastros de cebada en zonas áridas Primera Irrigación en Khuzistan (hoy Irán)

- 3 000 - 3 000 - 2 500 - 2 850 - 2 750 - 2 200 - 2 200 - 1 950 - 1 900 - 1 850 - 1 800 - 1 750 - 1 700

Cultivo en Sierra: oca, ají, olluco, frijol

Cultivo sierra: arroz Canales en el Valle de Zaña Reinado del Rey Escorpión en Egipto. Primeras evidencias de irrigaciones El Rey Menes represo el Nilo y derivo su curso Se usaron Nilometros para registrar los niveles del río Nilo. Falla en el dique de Sadd el-Kafara en Egipto Origen del sistema de abastecimiento de agua y drenaje Diferentes obras hidráulicas del Gran Yu´ en China Agua proveniente de una manantial fue conducida hacia el Palacio de Cnossos (Creta). Presas en Makhai y Lakorian en Irán. Durante el reinado de Seostris se conecto con un canal de navegación el río Nilo hacia el Mar Rojo. El túnel de agua: Sinnor fue construido en Gezer Lago Moeris y otros trabajos del Faraón Amenemhet III. Nilometro en la segunda Cataract en Semna Códigos de Agua del Rey Hammurabi Pozo Joseph cerca del Cairo cerca de 100 m de profundidad de Tell Ta’annek. Presa Maruk en el Tigris cerca Samara, destruida en 1256 Antes de Cristo. Canal de Cumbemayo – Cajamarca. Cultivo en la Costa: chirimoya, oca, papa.

- 1 500 - 1 300 - 1 050 - 750 - 714 - 690 - 624 - 600 - 312

En el Perú

Sistemas de Irrigación y Drenaje en Nippur. Presa Quatinah sobre el Río Orontes en Siria construido durante el reinado de Sethi I o Ramses II. Medidores de agua usados en el Oasis Gadames al Norte de África Marib y otras Presas en el río Wadi Adhanah en la República Árabe de Yemen Destrucción del sistema Qanat (canales subterráneos artificiales) por el Rey Saragon II. Sistemas Qanat gradualmente se expanden hacia Irán, Egipto e India. Construcción del Canal de Sennacherib Teoría de la Precipitación Presas en el río de Murghab en Irán destruido en el año 1258. Acueducto de Roma

NOTAS DE CLASE

30/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

MANEJO DE INFORMACION Manejo de Información Básica El manejo de la información es importante en el desarrollo de los proyectos hidráulicos, puesto que a partir de ella se tomarán las decisiones pertinentes. Los objetivos particulares del estudio determinan el tipo de información a recolectar y los lugares donde se pueden encontrar. Como los objetivos y las alternativas de proyectos podrán cambiar según avance el mismo, se recolectará la información de acuerdo a la etapa de avance, el alcance y la jurisdicción del estudio.

Etapas en el manejo de Información Básica Se pueden considerar las siguientes etapas: 1. RECOLECCION Cantidad Suficiencia

Calidad Homogéneos Representativos Exactos

2. CLASIFICACION Fácil acceso y seguridad PC Almacenar Combinar Corregir Actualizar Recuperar

Sincronización Fecha Duración Longitud

SIG Entrada de datos Base de datos Modelo base

Área Geográfica Jurisdicción Efectos externos

Sistema de apoyo Presentación

3. EVALUACION Comprobación de Exactitud y Suficiencia 4. PROCESAMIENTO Gráficos y/o Cuadros 5. ANALISIS Interpretación: Extrapolación, Correlación.

En el Cuadro 1 se muestra una relación general de la información necesaria, cada proyectista decidirá acerca de la cantidad de información necesaria, la calidad requerida, sincronización y área geográfica a cubrir para cada elemento. En el Cuadro 1 se muestran los datos en dos categorías: Los datos físicos (aquellos dependientes sólo del ambiente como formas del terreno y la precipitación), y los datos SocioEconómicos (aquellos que dependen de los elementos humanos presentes en el entorno, como la población, la economía y los asuntos legales). A su vez cada categoría esta subdividida. Para el caso de datos físicos en: geología, recursos del suelo, agua subterránea, geografía física, meteorología, hidrología, calidad del agua y del medio ambiente. Para el caso de los datos socioeconómicos: datos procedentes de análisis institucional, datos demográficos, datos del uso del suelo, datos económicos, financieros, legales y otros datos sociales. En el cuadro 2 se hace un listado de la información básica para aspectos tecnológicos, mientras que en el cuadro 3 se muestra la información necesaria en función de las alternativas de obra para un proyecto de riego.

NOTAS DE CLASE

31/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

La calidad de los datos necesarios depende de la etapa de planeamiento a la que se haya llegado. Mientras que en un estudio de reconocimiento basta una estimación gruesa de los datos, un estudio de mayor envergadura cuenta con los fondos necesarios para adquirir más información. Los datos deben ser homogéneos (el registro de datos debe medir una cosa de una manera consistente) y a la vez representativos (la muestra debe constituir una porción insesgada de la población que se trate). Cuadro 1. Tipos de Datos a Recolectar I. DATOS FISICOS A. Geología 1. Formaciones 2. Características de cimentación 3. Minerales B. Recursos del suelo 1. Investigación del suelo (clasificación de las tierras) 2. Desarrollo 3. Drenaje C. Hidrogeología (agua subterránea) 1. Características del acuífero 2. Rendimiento 3. Pozos y su recarga 4. Elevación del agua subterránea (registros) D. Geografía física 1. Mapas 2. Fotografías aéreas 3. Infraestructura (ciudades, carreteras, etc.) E. Meteorología 1. Pluviómetros 2. Registros de precipitación 3. Evaporación 4. Evapotranspiración 5. Información por satélite 6. Vientos (magnitud y dirección) 7. Luz solar 8. Registros de temperatura F. Hidrología 1. Estaciones de aforo, ubicación 2. Registros de gastos 3. Características de la cuenca 4. Ecuaciones de gasto regional en los ríos G. Calidad de agua 1. Calidad del agua subterránea 2. Calidad del agua superficial 3. Áreas sensibles 4. Cargas de sedimentos H. Ambiente (ecología) 1. Flora 2. Animales y peces (fauna) 3. Áreas sensibles 4. Contaminación del aire, la tierra y el agua

NOTAS DE CLASE

II. DATOS SOCIO ECONOMICOS A. Instituciones 1. Relacionadas con el agua 2. Políticas 3. Reguladoras B. Demográficos 1. Población (presente y futura) 2. Características de la población (raza, edad, etc.) C. Geográficos, sociales 1. Uso del suelo (presente y futuro) 2. Valores y elevaciones 3. Zonificación D. Económicos 1. Mercados (presentes y potenciales) 2. Demandas relacionadas con el agua (Navegacion, energía hidroeléctrica, municipal e industrial, esparcimiento, agricultura, etc.) 3. Método de evaluación 4. Restricciones (tasa de descuento) 5. Ingreso (distribución y empleo) 6. Beneficios y estimaciones en costos. E. Financieros 1. Fuentes de capital 2. Tipos de reembolso (capital, operación, mantenimiento y reemplazo) 3. Distribución y asignación de los costos 4. Impuestos F. Legales 1. Leyes sobre el agua (derechos) 2. Acuerdos y tratados internacionales 3. Leyes ambientales 4. Derecho de paso G. Sociales – Públicos 1. Grupos con intereses especiales (opiniones) 2. Públicos (opiniones) 3. Cultura, historia 4. Impacto de la construcción 5. “La Mayoria silenciosa” 6. Difusión de la información H. Otros sectores/funciones 1. Dependencias de coordinación 2. Planes (cooperación) I. Contaminación 1. Descarga de los desperdicios puntual y no puntual 2. Contaminantes naturales J. Necesidades de esparcimiento

32/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Cuadro 2. Informaciones Básicas para aspectos Tecnológicos

INFORMACIONES BASICAS PARA LOS ASPECTOS TECNOLOGICOS

AREA DE ESTUDIOS Y PÚBLICO META



      

Localización (aerofotos, censos, estadísticas, levantamientos topográficos). Población Problemas Prioridades Proyectos Nuevos Proyecto Remodelado Situación Fundiaria (títulos de propiedad) Disponibilidad de Crédito.

SUELOS

         

Calidad Mapas Aerofotos Estudios Previos Descripción de seres y tipos Capacidad de uso mayor Clasificación por irrigación Uso actual Conflictos de su zonificación Sedimentos

CANTIDAD  Medición  Referencias

NOTAS DE CLASE

CLIMA

       

Temperatura Humedad Relativa Evaporación Pluviometria Viento Localización Sequias Heladas

AGUA

CALIDAD  Análisis y Diagnóstico (uso agrícola y pecuario)  Condiciones de solución CANTIDAD  Fluviometría  Diagnóstico (Estudio Hidrológico

PLANTA



   

PLAN DE CULTIVO Condición De Suelo, Fertilidad, Clima, Ecología cultivos existentes Productividad Costos de Producción Irrigación Alternativas

NECESIDADES  Información local y de investigación  Eficiencia local  Tiempo de riego

ECONOMICAS Y SOCIOECONOMICAS

ECONOMICAS Y SOCIOECONOMICAS     

Población Transporte Mercado Crédito Organización

INDICES ECONOMICOS  Industrialización

DEMANDA

33/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Cuadro 3. RECOLECCION DATO FISICOS

METODOS

GEOLOGIA

Datos Superficiales y subterráneos. Métodos indirectos(geofísicos) o directos(evaluaciones superficiales y exploraciones con pozos o zanjas)

RECURSOS DEL SUELO

Clasificación de suelos de acuerdo a su adaptabilidad a la agricultura, uso factible en diversos tipos de desarrollo, característica del drenaje, etc.

Ministerio de Agricultura, INRENA (Instituto Nacional de Recursos Naturales)

AGUA SUBTERRANEA

Abastecimiento agua; cantidad calidad, facilidad extracción.

de y de

Ministerio de Agricultura, INRENA, SEDAPAL, etc.

Ubicación acuíferos.

los

de

Posibilidades contaminación. Temperatura, etc.

NOTAS DE CLASE

de

FUENTE DE INFORMACION INGEMMET (Instituto de Geología, minas y metalurgía). Informes procedentes de proyectos individuales. Fotografías tomadas por satélite y aéreas.

CLASIFICACION

EVALUACION

PROCESAMIENTO

Por su tipo (resistencia de la roca para cimentación, características de suelos y rocas para materiales de construcción, características de los acuíferos, etc.) y ubicación.

Comparación de las muestras tomadas en el campo con los mapas

Informe geológico y planos geológicos, entrelazan las etapas de clasificación, evaluación y procesamiento.

Mapas de suelos de acuerdo a su capacidad de uso, a sus características de drenaje, a su composición. Se indican sus factores limitantes: deficiencias (textura, permeabilidad), limitaciones topográficas (pendiente, inclinación, erosión), humedad, sales. Los niveles de agua, pruebas de bombeo, calidad de agua, etc. Se clasifican según el pozo del cual fueron tomados.

Comprobaciones en el campo.

Los pozos a su vez se numeran de maneras diversas.

Existe considerable incertidumbre en los datos de calidad. La comprobación respecto a la cantidad se puede hacer mediante un balance hídrico en la cuenca hidrológica.

ANALISIS

Determinar la transmisibilidad del acuífero, propiedades mecánicas de las rocas para la cimentación, propiedades de filtración y consolidación, y posibilidad de asentamientos. Informes y mapas de suelos (ajuste de los datos procesados acerca de las características del suelo para usos apropiados: agricultura, recreo). Los datos se clasifican en su mayoría mediante bancos de datos y programas de computadora, mediante el procedimiento conocido como análisis espacial.

Mapas: manto freático o superficie piezométrica, ubicación de pozos, manantiales, calidad de transmisibilidad del agua, espesor de acuífero, profundidad del manto impermeable. Se adjuntan perfiles de acuíferos y mapas geofísicos.

Para abastecimiento de agua: capacidad del acuífero, rendimientos del servicio, transmisibilidad y calidad.

34/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Cuadro 4

Calidad de Datos Homogéneos Representatividad Exactitud Fuente

Políticas

Plan Maestro

Si Aceptable Aceptable Secundaria

Si Aceptable Aceptable Secundaria

Etapas del Estudio Planificación de Cuencas Pre-Factibilidad Hidrográficas Si Si Buena Buena Buena Buena Secundaria Secundaria

Proyectos Hidráulicos Factibilidad Si Muy Buena Muy Buena Primaria

Definitivo Si Toda Exacta Primaria/Secundaria

Ejemplo:

Etapas del Estudio Tipo de Dato 1. Físico B. Hidrología 1. Características del acuífero, etc 2. Socio Económico B. Demográficos, etc.

NOTAS DE CLASE

Políticas

Planificación de Cuencas Hidrográficas

Proyectos Hidráulicos

Necesidad de protección del acuífero, legislación sobre el agua subterránea.

Comprobación de las redes, de las cuencas más prometedoras. Info existente.

+ Mapas de las características seleccionadas de la cuenca del río

+ + perforaciones pruebas de bombeo, exploratorias tendencias, etc.

Políticas de migración, inmigración; urbana y rural.

Tendencias migratorias.

+ Estudio de la población con información existente

+ encuestas, censos, población, proyecciones

Pre-Factibilidad

Factibilidad

Definitivo

+ demanda a atender.

35/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Colección de datos de Niveles de un Río

Evaluación, procesamiento y análisis

La forma como se presentan los datos facilita el proceso de análisis, en este caso en el cuadro de información es difícil identificar y evaluar los valores de máximos o mínimos.

SLIDES

36/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

INFORMACION BASICA I. DATOS FISICOS A. GEOLOGIA RECOLECCIÓN Datos básicos para:

Datos a recolectar:

Investigación de agua subterránea.

Características de los acuíferos. Registros de perforación de pozos, registros geofísicos, estudios de resistividad. Resistencia de la roca. Registro de perforación de un pozo. Características del suelo y la roca. Registro de perforación de un pozo. Características del suelo y la roca.

Cimentaciones. Selección de materiales de construcción. Evaluación de recursos de suelo y ecología

CLASIFICACION, EVALUACION Y PROCESAMIENTO Informes y Mapas Geológicos Contrastar con muestras de campo.

B. RECURSOS DEL SUELO RECOLECCIÓN Datos básicos para:

Datos a recolectar:

Determinar uso del suelo, adaptabilidad a la agricultura: Irrigación

Profundidad de cobertura vegetal, cantidad de materia orgánica. Muestra de suelo pH, electro conductividad, contenido de minerales

CLASIFICACION Estudios de Suelos, clasificación de suelos: textura superficial, estructura, profundidad, etc.

EVALUACION Y PROCESAMIENTO Informes y Mapas de clasificación y uso de suelo. Contrastar con muestras de campo, ensayos de laboratorio.

NOTAS DE CLASE

37/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

C. AGUAS SUBTERRÁNEAS (Hidrogeología) RECOLECCIÓN Datos básicos para:

Datos a recolectar:

Abastecimiento de agua. Ubicación y cantidad de agua subterránea.

Registros de perforaciones.

CLASIFICACION Estudios de Suelos, clasificación de suelos: textura superficial, estructura, profundidad, etc.

EVALUACION Y PROCESAMIENTO Informes y Mapas Geológicos Contrastar con muestras de campo.

C. AGUAS SUBTERRÁNEAS (Hidrogeología – Conceptos Básicos) 1. Definiciones. El agua que ocupa todos los vacíos dentro de un estrato geológico (debajo del nivel freático) mayormente es producto de la percolación. El incremento se produce por la recarga que ocurre principalmente en época de lluvias a. Acuíferos.formación geológica, que contiene agua subterránea, y que permite su flujo. b. Intersticios.- tamaño, forma irregularidad y distribución. c. Porosidad  (%).



100W V

Donde: V: Volumen de la roca o suelo. W: volumen del agua requerida para saturar todos los vacíos.

Material Suelos Arena uniforme Pizarra Arcilla Grava Caliza

NOTAS DE CLASE

 (%) 50-60 30-40 1-10 45-55 30-40 1-10

38/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

Limo Arenisca

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

40-50 10-20

d. Rendimiento Específico: Sy (%). Volumen que puede se drenado por unidad de volumen total, esta en función de los granos, forma y distribución de los poros y compactación del estrato. e. Retención específica Sr(%). Volumen que queda retenido en los poros después del drenado. Se cumple:  = Sy + Sr

El sistema del Suelo.

Zona de aireación

Humedad del suelo Agua pedicular y de gravedad

Zona de Saturación

Zona de roca fracturada

f.

Agua Subterránea

Agua Capilar

: muy variable redes de raíces de plantas espesor de 1m a 5m zona intermedia. espesor zonas húmedas :nula espesor zonas áridas :muy grande espesor de 0.5 m a > 2m depende del tipo de material: material de gradación fina: mas ancho material de gradación gruesa: menos ancho espesor de cientos de metros

g. Entradas y salidas: Pozos

Natural RECARGA

ACUIFERO (Recipiente de agua subterránea)

Artificial

DESCARGA Flujo Base

h. Clasificación de acuíferos - Confinado o artesiano (presión > presión atm.) - Libre o no confinado

NOTAS DE CLASE

39/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

i.

Cambio de volumen en el acuífero - No confinado: Volumen entre el nivel inicial y final por Sy. - Confinado sigue saturado, por tanto el cambio de volumen implica un cambio de presión (coeficiente de almacenaje).

j.

Coeficiente de almacenaje Volumen de agua que un acuífero toma o deja del almacenamiento por unidad de área unitaria de superficie del acuífero por unidad de carga. En el acuífero equivale al rendimiento específico.

Fuente: Sánchez F. Univ. Salamanca

(a). Acuífero Confinado

Acuífero confinado 10-5 a 10-4

(b) Acuífero libre

Semi-Confinado 10-4 a 10-3

Acuífero No confinado 10-2 a 3x10-1

Movimiento del agua subterránea. Ley de Darcy (1856) Acuíferos: medios porosos naturales. H L K: conductividad eléctrica (m/d) A: área de la sección transversal (m2) Q  A.v   A.K .

Restricción: VD R  10



R: Número de Reynolds D: Diámetro representativo de la filtración en medios granulares.

NOTAS DE CLASE

40/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Coeficiente de permeabilidad Es función de las propiedades del medio poroso y del fluido: : viscosidad dinámica del agua. : peso específico del agua. d: diámetro del grano representativo

K = f (,,d). Donde:

K

cd 2





k

k: permeabilidad intrínseca del medio.



La permeabilidad intrínseca k, caria con la temperatura, puesto que tanto el peso especifico del agua si como la viscosidad dinámica varían con la temperatura.

Determinación de la permeabilidad a) Fórmulas y tablas Ejemplo: Fair y Hatch (material gravoso)

k

1  1    m  3  

2

2   P    100  d    

donde: d: media geométrica de la abertura entre dos mallas adyacentes m: factor de compacidad con valores del oren de S P: % material retenido entre dos mallas adyacentes : porosidad : factor de forma de los granos ( 6 para granos redondeados y 7,7 para granos angulosos).

b) Medidas de Laboratorio Permeámetro de carga constante y variable Carga constante:

K

VL Ath

Carga variable: 2

K

dt L 2

dc t

Ln

NOTAS DE CLASE

ho h

41/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Carga Constante

Carga Variable Entrada cont. de agua Pérdida de carga de ho a h en el tiempo t

Salida de agua

ho

h h

Caudal Q

L

L

Volumen dV, en dt segundos

Volumen V en el tiempo t

Muestras Inalteradas: - Taludes de corte - Estabilidad de taludes

PRUEBAS IN-SITU

Material compactado: - Terraplén - Presas - Filtros

Además se mide la velocidad de saturación y su influencia sobre la permeabilidad intrínseca

c) Medidas de Campo Mediante pozos de poca profundidad, trazadores, y con pruebas de bombeo

i)

Pozos poco profundos: En un suelo homogéneo: ecuación de Ernst: Superficie del terreno Nivel freático Nivel del agua antes del bombeo d

Nivel del agua en tiempo t después de indicado el bombeo Nivel del agua después del bombeo

h 2a

S

NOTAS DE CLASE

Acuífero

K

4000 a y . . 20  h / d 2  y / h y t

K varía dentro del 20% si: 3 30ºC) 2–3 2–4

3–5 4–6

5–7 6–8

1–2 1–3

2–4 4–7

4–7 6–9

2.2. Evapo-transpiración del Cultivo La Evapo-transpiración de un determinado cultivo (ET CULTIVO o ETC) esta normalmente expresado como una razón del ETC y ET0, cuyas razones son llamadas coeficientes de cultivo (KC) NOTAS DE CLASE

52/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

ETC = KC . ET0 [mm/día] La Evapo-transpiración (ETC), es la cantidad de agua que la planta requiere para crecer. ETC es el punto de partida para todos los cálculos de determinación de las demandas agrícolas. Esta es llamada la máxima o a veces evapo-transpiración potencial.

Seasonal ETC mm

El factor del cultivo KC, depende del tipo de cultivo y de la etapa de crecimiento del cultivo, como lo muestra el siguiente gráfico:

Los valores típicos de Kc, para las tres fases de crecimiento, así como de la altura de crecimiento, están publicadas en el documento de la FAO: Irrigation and Drainage paper Nº 56, 1988, y que se anexan al final de este documento. Son valores muy útiles para aplicación en estudios preliminares o de planificación. Los valores de K C por lo general varían de 0.4 a 0.6 para el periodo inicial, de 1.0 a 1.2 para el periodo medio y de 3.0 a 1.0 para el periodo final.

Método de de Blaney & Criddle La ventaja de este método respecto del anterior es que no requiere de tantos parámetros meteorológicos, solo de la temperatura y del coeficiente de cultivo. Dado por: ETC = K p (0.457 Ta + 8.13) Donde: ETC K p Ta

ETo : Evapotranspiración del cultivo [mm/día] : Coeficiente del cultivo : porcentaje de iluminación mensual respecto al total del año. : promedio mensual de temperatura del aire (promedio 24 horas) [ºC]

NOTAS DE CLASE

53/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Si sólo se tiene la temperatura media del mes, se considera que todos los días del mes tuvieron esa misma temperatura promedio. Si se tienen datos diarios de temperaturas mínimas y máximas, la T a se calcula como: T Máxima: Sumatoria (Tmáx de todos los días del mes)/Nº de días del mes T Mínima: Sumatoria (Tmín de todos los días del mes)/ Nº de días del mes Ta = (T Máxima + T Mínima)/2 p: % diario de horas de luz del mes, con respecto al total anual Latitud Norte/Sur 60° 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Ene Jul .15 .17 .19 .20 .22 .23 .24 .24 .25 .26 .26 .27 .27

Feb Ago .20 .21 .23 .23 .24 .25 .25 .26 .26 .26 .27 .27 .27

Mar Sept .26 .26 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27

Abr Oct .32 .32 .31 .30 .30 .29 .29 .29 .28 .28 .28 .28 .27

May Nov .38 .36 .34 .34 .32 .31 .31 .30 .29 .29 .28 .28 .27

Jun Dic .41 .39 .36 .35 .34 .32 .32 .31 .30 .29 .29 .28 .27

Jul Ene .40 .38 .35 .34 .33 .32 .31 .31 .30 .29 .29 .28 .27

Ago Feb .34 .33 .32 .32 .31 .30 .30 .29 .29 .28 .28 .28 .27

Sept Mar .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .27

Oct Abr .22 .23 .24 .24 .25 .25 .26 .26 .26 .27 .27 .27 .27

Nov May .17 .18 .20 .21 .22 .23 .24 .25 .25 .26 .26 .27 .27

Dic Jun .13 .16 .18 .20 .21 .22 .23 .24 .25 .25 .26 .27 .27

Kc promedio para diferentes cultivos y en diferentes etapas de crecimiento Cultivo Trigo/Avena/Cebada Haba, verde Haba, seca Zanahoria / Col Algodón / Lino Calabaza / Pepino Berenjena / Tomate Lenteja Lechuga / Espinaca Maíz, dulce Maíz, grano Melón Mijo Cebolla verde Cebolla, seca Maní Poroto Pimienta fresca Papa Rábano Sorgo Soja Remolacha Girasol Tabaco

Etapa incial 0.35 0.35 0.35 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.40 0.40 0.45 0.35 0.50 0.50 0.45 0.45 0.35 0.45 0.45 0.35 0.35 0.45 0.35 0.35

Crecimiento 0.75 0.70 0.70 0.75 0.75 0.70 0.75 0.75 0.60 0.80 0.80 0.75 0.70 0.70 0.75 0.75 0.80 0.70 0.75 0.60 0.75 0.75 0.80 0.75 0.75

Media estación 1.15 1.10 1.10 1.05 1.15 0.90 1.15 1.10 1.00 1.15 1.15 1.00 1.10 1.00 1.05 1.05 1.15 1.05 1.15 0.90 1.10 1.10 1.15 1.15 1.10

Estación tardía 0.45 0.90 0.30 0.90 0.75 0.75 0.80 0.50 0.90 1.00 0.70 0.75 0.65 1.00 0.85 0.70 1.05 0.90 0.85 0.90 0.65 0.60 0.80 0.55 0.90

La tabla muestra los valores medios de Kc para diferentes cultivos y etapas de crecimiento. De hecho, el Kc es también dependiente del clima y, en particular, en la humedad relativa y la velocidad del viento.

NOTAS DE CLASE

54/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Los valores indicados arriba deben ser reducidos en 0,05 si la humedad relativa es alta (RH > 80%) y la velocidad del viento es baja (u < 2 m/s). Por ejemplo, Kc = 1.15 toma el valor de Kc = 1.10. Los valores deben ser incrementados en 0.05 si la humedad relativa es baja (RH < 50%) y la velocidad del viento es alta (u > 5 m/s), por ejemplo Kc = 1,05 llega a ser Kc = 1,10.

3. Relaciones entre suelo, agua y planta (conceptos básicos) Suelo: consiste en partículas de suelo (minerales y orgánicas), agua y aire; de los cuales la planta requiere para crecer; el agua en el suelo es también llamado humedad del suelo. Contenido de Agua (θv): el volumen de agua en la muestra de suelo, expresada como porcentaje del volumen de toda la muestra. [%] Porosidad (n): espacios (poros) en una muestra de suelo, expresado como porcentaje del volumen total de la muestra. [%]

- Saturado: todos los poros en el suelo están llenos de aguas => θv = n - No Saturado: cuando parte de los poros en el suelo están llenos de agua y otra parte de aire; el agua es retenida en el suelo contra la gravedad, el agua esta bajo presión negativa (succión), y se expresa por pF.

Permeabilidad: capacidad de un suelo de transportar agua, depende de la porosidad (n), el tamaño y distribución de poroso, la textura del suelo y la estructura del suelo, es diferente para la zona saturada y la zona no saturada [m/d] Textura del Suelo: la distribución relativa del tamaño de las partículas minerales del suelo. Los principales tipos de suelo son: arena, limo y arcilla, luego esta la materia orgánica del suelo. Un suelo orgánico es llamado turba si la materia orgánica es mayor a 65%

Presión potencial, contenido de agua y humedad disponible

NOTAS DE CLASE

55/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Estructura del Suelo: El arreglo tridimensional de las partículas primarias y secundarias con cierto patrón estructural es llamado un macro-agregado. La estructura del suelo se refiere a la estabilidad, tamaño y forma de las macro-agregados. Los macro-agregados estables no se separar cuando están sumergidos en agua. La estructura del suelo gobierna propiedades como aireación, permeabilidad y capacidad de retención. Una estructura estable es un prerrequisito para le control de erosión y fertilidad del suelo.

Retención de agua en diferentes suelos pF = log(z)

Napa freática: Un perfil del suelo normalmente muestra una zona saturada y otra no saturada, la parte superior de la zona saturada es llamada napa freática; allí la presión del agua es igual a la presión atmosférica. Percolación: El flujo hacia debajo de la napa freática a la zona saturada; por encima de la napa freática es suelo normalmente no esta saturado; luego de una fuerte lluvia, todo el perfil del suelo puede estar saturado, pero el agua corre hacia abajo de la napa freática, la percolación es causada por la gravedad. [mm/d] Capilaridad: por encima de la napa freática, en la zona no saturada, el agua es retenida en los poros por fuerzas de capilaridad: el agua esta bajo presiones negativas; poros mas pequeños retienen el agua mas fácilmente que poros grandes, de hecho parte del agua puede fluir hacia arriba desde la zona saturada a la zona no saturada, esto se llama ascensión capilar. [mm/d]. Capacidad de campo (FC, θFC): el flujo descendente del agua de la zona no saturada (percolación) se detiene, cuando las fuerzas gravitacionales están en equilibrio con las fuerzas de retención del agua (capilaridad); sin embargo hay aun agua en la zona no saturada: el agua contenida en el suelo es este punto es llamada capacidad de campo. Este es un concepto importante porque en esta situación no hay pérdida de agua hacia el acuífero. Se asume que sucede cuando pF = 2, se expresa en [%]. Punto de Marchites (WP, PWP, θWP): cuando la planta succiona agua del suelo, el suelo se seca y la presión negativa, que es la que retiene el agua se incrementa, hasta cierto momento que la presión negativa es tan alta que la planta no puede extraer mas agua del suelo: la planta sufre de falta de agua y finalmente muere; el contenido de agua al cual esto sucede es llamado (permanente) punto de marchites. Se asume que esto sucede cuando pF = 4.2, y se expresa en [%]. Características del Suelo para diferentes tipos de suelos (FAO, 1998)

Tipo de Suelo Arena Arena margosa Marga arenosa Marga Marga limosa Limo Arcilla limosa Arcilla

θFC m3/m3 0.07 – 0.17 0.11 – 0.19 0.18 – 0.28 0.20 – 0.30 0.22 – 0.36 0.28 – 0.36 0.30 – 0.42 0.32 – 0.40

θWP m3/m3 0.02 – 0.07 0.03 – 0.10 0.06 – 0.16 0.07 – 0.17 0.09 – 0.21 0.12 – 0.22 0.17 – 0.29 0.20 – 0.24

(θFC - θWP) m3/m3 0.05 – 0.11 0.06 – 0.12 0.11 – 0.15 0.13 – 0.18 0.13 – 0.19 0.16 – 0.20 0.13 – 0.19 0.12 – 0.20

Capacidad de Almacenamiento: el suelo debe comportarse como un reservorio de almacenamiento de agua, la capacidad de almacenamiento depende mucho de la textura del suelo. Zona radicular (Zr): las raíces de la mayor parte de plantas solo se desarrollan en la zona no saturada; las raíces pueden extraer agua del suelo, aun si este esta bajo presiones negativas, solo cuando las presiones negativas llegan a ser tan altas (el suelo se pone seco), luego la planta no puede extrae agua del suelo; sufre de falta de agua, por otro lado, si la zona pedicular se satura, la planta no puede tomara agua tampoco. NOTAS DE CLASE

56/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Agua Total disponible (ATD): el volumen de agua que esta en el perfil del suelo disponible para la planta. Esta es la diferencia entre el contenido de agua a su Capacidad de campo y su Punto de marchites. Esto puede ser expresado como un porcentaje de volumen total de suelo, pero cuando la profundidad de la zona radicular (Zr) es conocida, de la siguiente manera: ATD = 1000 (θFC - θWP) Zr Donde: ATD: θFC : θWP: Zr:

agua total disponible en el suelo en la zona radicular [mm] 3 3 contenido de agua a su capacidad de campo [m /m ] 3 3 contenido de agua a su capacidad de campo [m /m ] profundidad de la zona radicular [m]

Agua presta disponible (APD): cuando el agua es tomada del suelo, la humedad del suelo disminuye. El agua tomada por la planta desde el suelo ya esta restringida antes de llegar al punto de marchites (θWP). La fracción del ATD puede ser tomada por la planta a una razón igual a la ETc es llamada Agua presta disponible (APD), como sigue:

APD = p . ATD Donde: APD: p:

Agua presta disponible del suelo en la zona radicular la fracción promedio de ATD que puede ser agotada desde la zona radicular antes de que ocurra el estrés de la humedad (reducción de ET), también llamado factor de agotamiento del suelo.

Factor de agotamiento del Suelo (p) Es función de la evaporación potencial de la atmósfera: para rangos bajos de ETC, los valores de p son más altos que aquellos listados en las tablas. Para clima caliente seco, p puede estar entre 10 25 % menos. Cuando la evapo-transpiración es baja, p subirá también a 20% mas alta. Una expresión numérica para ajustar p para el ETC es. P = p (Tablas) + 0.04*(5-ETC), donde los valores ajustados de p estan limitados por 0.1 0 y Psat > que la última población conocida

2

Pruebas:

recta en papel logístico, Log [(Psat-P)/P] vs t es una recta

Las constantes a y b:

a

Psat  P0 P0

2.2.3

y

b

1  P0 Psat  P1  Ln  n  P1 Psat  P0 

Método de razón y correlación

Una ciudad o área más pequeña es una parte de una región, estado o área mayor. i)

Razón constante

Kr 

Puc P'uc

Pf  K r P' f

Donde: Puc: población del área en estudio (último censo) P’uc: población del área mayor Pf: población futura del área en estudio P’f: población estimada del área mayor Kr: constante ii)

Razón variable Kr

NOTAS DE CLASE

no es CONSTANTE se determina Kr(t)

66/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

iii)

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Regresión entre poblaciones Ejemplo:

Pf  aP' f b 2.2.4

Método de las componentes

Cambio de Población: - Por nacimientos - Por muertes - Por migración

Pf  P0  B  D  M B: Nº de Nacimientos durante t D: Nº de Muertes durante t M: Nº neto de migrantes durante t (+ = inmigrantes)

B  K1 P0 t

D  K 2 P0 t Donde K1 y K2 son las tasas de nacimiento y muertes respectivamente. t = Periodo de proyección.

EJEMPLO En dos periodos de 20 años una ciudad creció de 4 500 a 258 000 y 438 000 habitantes. Estimar: a) la población de saturación b) la ecuación de la curva logística La población 40 años después del último censo.

2. Consumo Unitario (uso per cápita o dotación) Tasa diaria equivalente al uso medio anual (l/hab/día) 3.1

Uso promedio

El uso típico se puede dar como en los siguientes ejemplos:

USO Doméstico Comercial Industrial Público Pérdidas TOTAL

Ciudad 1 Ciudad 2 l/hab/día % l/hab/día % 228 40 135 68 76 13 4 2 171 30 12 6 57 10 21 10 38 (7%) 7 28 (17%) 14 570 100 200 100

Las pérdidas se estiman en los siguientes rangos: - 45% Poblaciones con poca capacidad técnica. - 5% Poblaciones con alto grado de desarrollo técnico y administrativo.

NOTAS DE CLASE

67/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

3.2

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Variaciones del uso

Tendencias comunes: - Mientras mas pequeña es la ciudad más variable es la demanda - Mientras mas corto es el periodo de expresión del caudal, es mas variable la demanda (ejemplo pico horario es mas alto que el diario) Cada ciudad tiene su propio comportamiento. Ejemplo: 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0

p

2

4

6

180 t 0.1

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Max diario = 180%, Max mensual = 128% donde p: % de consumo medio diario t: tiempo en días.

3.3

Consumo futuro a)

Consumo (l/hab/día ) 

LogP  1.8 0.014

P: Población actual o futura

b) USA: Incremento del consumo = 10% del incremento de la población. 3.4

Caudales de Diseño a)

Caudal medio (l/s) 

Consumo(l / hab / dia )  Población (hab) 86400

b) Caudal Máximo diario Q max diario = 1.2 Q medio c) Caudal Máximo horario Q max horario = K MAX Q medio

NOTAS DE CLASE

donde, KMAX = 1,8 ó 1,5

68/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

d) Caudal Mínimo Horario Q mínimo horario = K MAX Q medio 3.5

Dotación Se fija en base a un estudio sustentado, como referencias se puede considerar lo siguiente: a) Tipo de habilitación - Residencial (> 120 m2 area lote) - Popular (≤ 120 m2 area lote) - Asentamientos humanos y pueblos jóvenes

Dotación 250 l/hab/día 200 l/hab/día 150 l/hab/día

b) Tipo de Industria - No pesada - Pesada 3.6

donde, KMIN = 0,25 ó 0,50

1 l/s//ha/día 2 l/s/ha/día

Variaciones de Consumo a) máximo diario máximo horario

: 1.3 : 2.6

Promedio diario Anual

b) máximo diario máximo horario

: 2.0 : 2.0

Promedio diario Anual

Ref. Nuevo Reglamento de Elaboración de Proyectos de Agua Potable y Alcantarillado para habilitaciones Urbanas de Lima Metropolitana y Callao. 3.7

Demanda de Incendio



a)

Q  64.6 P 1  0.01 P

b)

Q  1.14C 11A

Debe ser:




(l/s)

donde P: población en miles.

(l/s)

donde A : área techada (m ) C= 1.5 madera. 1.0 ordinario. 0.8 no combustible. 0.6 resistente al fuego.

2

380 l/s para 1 cuadra 505 l/s para 1 edificio 760 l/s para 1 incendio 32 l/s

para cualquier caso

La duración de uso para apagar incendios debe cumplir:

Caudal Requerido (l/s) < 64 64 – 80 80 – 95 95 – 110 110 – 127 127 – 142 > 142

Duración (h) 4 5 6 7 8 9 10

EJEMPLO Una ciudad tiene una población de 20 000 habitantes con un consumo medio diario de 570 l/hab/día. Determinar la demanda de fuego y la capacidad de diseño para los diversos componentes de un proyecto de abastecimiento de agua.

NOTAS DE CLASE

69/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

3.8

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Requerimientos Industriales 5% Industrias usan el 80% de la demanda de agua industrial 70% Industrias usan el 2% de la demanda de agua industrial 90% agua usada es para enfriamiento (almacenamiento artificial, agua recirculante y uso de agua de menor calidad) Requerimiento de Industrias (cuando el agua necesaria está disponible)

Industria Central térmica Acero Papel Textil Carbón Refinería 3.9

Consumo medio diario 80gal/KWh 35 000 gal/ton 50 000 gal/ton 140 000 gal/ton 3 600 gal/tom 770 gal/barril

Requerimientos de Dilución

Qrío  0.4 P  40 Qdesp

QRIO /QDESP (%)

%

QRIO  0.4 P  40 Q DESP

P % de Tratamiento

ANEXOS:

NOTAS DE CLASE

70/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

1

NOTAS DE CLASE

71/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

D.S. 002-2008. Publicado en el diario el Peruano el 31.07.2008

NOTAS DE CLASE

72/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

ESTUDIO DE DEMANDAS DE AGUA DEMANDAS DE AGUA PARA CENTRALES HIDROELECTRICAS 1.

PREDICCION DE LA CARGA

Primero es necesario conocer los requerimientos de carga del área bajo estudio, lo que depende de muchos factores: -

Diagrama de carga actual y su desarrollo previsto Cobertura de energía eléctrica actual: red o no. Usuarios actuales y potenciales: domésticos, comerciales, industriales y cargas especiales: AREA DE INFLUENCIA.

1.1 Conceptos Básicos sobre Generación Hidroeléctrica a. Potencia y energía Potencia instalada en una central hidroeléctrica es función del caudal turbinado (q) y de la altura del salto neto (H), dado por la expresión:

P  9,8  H  q  R1  R2 Donde: P: Potencia en kW, kilo Watts H: Altura del salto neto (m) 3 q: Caudal turbinado (m /s) R1: Rendimiento de la turbina R2: Rendimiento del Generador “Clases” de Potencia: Pmax: Potencia máxima instalada, cuando q = q max turbinado. Pinst: Potencia que se obtiene en un momento dado al turbinar un caudal dado, menor o igual al Pmax. Pmed: Media de la Potencia a la que ha estado funcionando la central en un determinado tiempo. PG: Potencia Garantizada, es la que tiene una garantía de disponibilidad hiperanual del 90% al 95% La Energía producida por la central será:

E  9.8  H  q  R1  R2  n  P  n Donde: E: Energía en kWh, kilo Watts hora. H: Altura del salto neto (m) 3 q: Caudal turbinado (m /s) R1: Rendimiento de la turbina (~0.90) R2: Rendimiento del Generador (~0.90) n: número de horas de funcionamiento.

NOTAS DE CLASE

73/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Hb: Salto Bruto Nmax-Nmedio Hu: Salto Util Nact-Ndesc Hn: Hu – Perdidas de carga

Tabla 1.1.1 Potencia y energía, Unidades Habituales de medida

Unidad Vatio (W) Kilovatio (kW) Megavatio (MW) Gigavatio (GW) Caballo (CV) Kilovatio-hora (kWh) Megavatio-hora (MWh) Gigavatio-hora (GWh)

Potencia

Energía

Equivalencia 1 J/s 1 000 W 106 W 106 kW 75 kgm/s 103 kWh 106 kWh

Aplicaciones Aparatos de poca potencia Generadores y motores Centrales de potencia media y alta Potencia de una cuenca o país Turbinas y motores Centrales pequeñas Centrales medianas y grandes Energía de una cuenca o país

Fuente: Politext b. Factor de Carga Es el cociente entre la producción obtenida anualmente y la que se habría obtenido con la potencia máxima durante todo el año. Relación entre Potencia media y Potencia máxima.



Pmed E (kWh)  Pmax 8760  P(kW )

c. Coeficiente de equipamiento e Relación entre la potencia máxima y la media, representa el margen disponible de potencia.

e

1





Pmáx Pmed

d. Horas de utilización de la central (h) Es el cociente entre la producción y la potencia, y representa el número de horas que tendría que trabajar la central, con el caudal máximo para obtener la producción real. Es un índice ficticio, no son realmente las horas que trabaje la central durante el año las cuales podrán ser mas, hasta las 8760 horas del año, aunque eso si a potencias variables.

h

NOTAS DE CLASE

E (kWh)  8760   P(kW )

74/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

1.2 Conceptos Básicos sobre Usos y Demandas Energéticas a. Carga Conectada (Cc) Tasa en kW de los aparatos instalados en un determinado lugar.

Artefacto Eléctrico Fluorescente de 40 W (ahorrador) Foco de 25 W Foco de 75 W Foco de 100 W Plancha Eléctrica TV de 14” TV de 20” DVD Radiograbadora Equipo de Sonido Refrigeradora Computadora

Potencia Eléctrica Watts kW 50 * 0.050 25 0.025 75 0.075 100 0.100 1 000 1.000 80 0.080 100 0.100 20 0.020 30 0.030 80 0.080 350 0.350 600 0.600

Fuente: Osinerg. b. Máxima Demanda (MaxD) Máxima carga que un usuario puede usar en un tiempo dado. c. Factor de Demanda

FD 

MaxD Carc

Ejemplo: Un usuario tiene 10 focos ahorradores. Todos los días entre las 6 pm y 8 pm, mantiene encendidos 8 focos a la vez. Cc = 10 x 50 = 500 W MaxD = 8 x 50 =400 W FD = 400/500 = 0.8 = 80% d. Diagrama o Curva de Demanda Gráfico del consumo de energía versus el tiempo. El consumo varía hora a hora. El diagrama puede ser: diario, semanal, mensual y anual. El siguiente gráfico muestra el diagrama de carga para el día 24 de Noviembre de 1999 de todo el Sistema Interconectado Nacional de Perú (SICN). En el diagrama se puede observar la Potencia máxima, mínima y la promedio. La energía queda representada por el área comprendida entre el eje de ordenadas (desde 0) y la curva de energía. Para este caso el valor calculado aproximado de la energía consumida en 24 horas es de 42 362 MW-hora

NOTAS DE CLASE

75/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

DIAGRAMA DE CARGA DEL 24 DE NOVIEMBRE DE 1999 Sistema Interconectado Nacional del Peru (Día de la máxima Demanda) 2250 Pmax = 2129

Potencia (MW)

2000 Pmed = 1762

1750

1500 Pmin = 1379

1250 0

6

12

18

24

Tiempo (horas) Fuente: COES-SINAC (Comité de operación económica del sistema interconectado nacional)

El factor de carga de la demanda es: Pmed/Pmax = 1762/2129 = 0.83 = 83%. O también se puede definir como:



energía consumida en 24 h 42362   0.83  83% energía de max. demanda 24 h 2129  24

La energía de máxima demanda, es la energía a ser consumida si la potencia máxima trabajara durante todo el periodo considerado. Problema: Un usuario residencial tiene 10 focos ahorradores y su demanda es la siguiente:

Periodo Potencia (W)

00 - 05 50

05 -18 0

18 - 19 400

19 - 21 450

21 – 24 200

Dibujar la curva de carga, hallar la carga promedio, máxima, el factor de carga y la energía consumida durante todo el día.

En el diagrama de carga semanal se notará el consumo reducido los sábados y domingos αs < αd. El factor de carga anual es aún más reducido que el factor de carga semanal por todos los días feriados

NOTAS DE CLASE

76/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Ejemplo: en una red de servicio público con alimentación a usuarios particulares e industrias se tiene: αd = 0.70 αs = 0.65 αm = 0.64 αa = 0.60 1.2.1

Duración de utilización Es el número de horas que la planta debe operar con carga máxima constante para generar la energía efectiva que resulta del diagrama.

d

E    nh Pmax

donde: nh es el número de horas del periodo considerado.

Ejemplo: Un grupo de 60MW ha producido en el año 312 Millones de KWh. ¿Cuál ha sido la duración de utilización? 6

3

6

( 312 x 10 x 10 ) / ( 60 x 10 ) = 5 200 horas = 0,59 años 1.2.2

Factor de diversificación El factor de diversificación es el conciente entre la suma de las máximas demandas de los usuarios individuales a la máxima demanda simultánea de todo el grupo.

f .d .  1.2.3

demandas máximas individual demanda máx. simultánea

Clases de consumo Las clases de consumo estarán definidas por tres características que ya hemos estudiado, estas son el factor de demanda, factor de diversificación y al factor de carga, a continuación una Tabla mostrando valores usuales para diferentes categorías.

1.2.4

Coeficiente de Electrificación El coeficiente de electrificación de los pueblos, es la proporción de relación de la energía total consumida con la energía eléctrica, tiende a aumentar continuamente al encontrarse nuevas aplicaciones a la electricidad.

NOTAS DE CLASE

77/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Tabla sobre Clases de Consumo:

Tipo de Carga

1. Doméstico 2. Comercial 3. Industrial - pequeña escala - mediana escala - gran escala (100 – 500 kW) - Ind. Pesada (> 500 kW) 4. Municipal: alumbrado público

Factor de Demanda (%) 100 100

Factor Diversificación 1.2 – 1.3 1.1 – 1.2

70 – 80 85 – 90 100

Factor de Carga (%) 10 – 12 25 – 30

60 – 65 70 – 80 20 – 25

(sobre base horaria)

5. Diversa: tranvías, metro

Proyecciones del Coeficiente de Electrificación

Proyeccion del Coeficiente de Electrificacion 1.0 0.9

Coef. de Electrificacion

0.8 0.7 A

B1

0.6

C1

0.5 0.4 B2

C2

0.3 0.2 0.1

A: (> 3000 Hab). Con Servicio Eléctrico B: (1000 a 3000 Hab). Idem A, restringido B1: puede incorporar + abonados B2: no puede incorporar + abonados C: (< 1000 Hab). Sin Servicio Eléctrico C1: Crecimiento acelerado. C2: Crecimiento retardado. NOTA: Habitantes en el año 20

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Años de Proyeccion

NOTAS DE CLASE

78/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Mapa con los coeficientes de electrificación del Perú

NOTAS DE CLASE

79/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

1.2.5

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Estimación de la Demanda de Energía

Se puede seguir la Metodología establecida por la Dirección de planeamiento de la Dirección Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energía y Minas del Perú DEP-MEM 2001. Y que se resumen en el esquema siguiente. La información requerida para esto además de la población a ser servida, la estimación de viviendas y habitantes por viviendas se requiere tener el consumo de energía del sector doméstico haciendo uso de las curvas de consumos pre-establecidas para diferentes zonas del país o consumos unitarios anuales, los cuales se resumen en el siguiente cuadro:

Curvas de Consumo Unitario de Energía Doméstica y Pública

Zona 1

2 3 4

5

6

7

Departamentos Tumbes Piura Lambayeque La Libertad Ancash

Tipo Alta

Curva Y = 269.8454 X 0.1376

Baja

Y = 173.5979 X 0.1416

Unica

Y = 178.2543 X 0.1807

Cajamarca Amazona Loreto Ucayali San Martin Madre de Dios Huánuco (Selva) Lima Ica Arequipa Huanuco Pasco Junin Huancavelica Ayacucho Apurímac Puno Cusco Moquegua Tacna

Unica

Y = 62.9779 X 0.2894

Alta

Y = 120.2424 X 0.2563

Baja

Y = 62.3309 X 0.2849

Alta Baja

Y = 213.1039 X 0.1799 Y = 67.1098 X 0.3203

Alta

Y = 216.2896 X 0.1522

Baja

Y = 102.0946 X 0.2116

Alta

Y = 279.5545 X 0.09178

Baja Y = 184.1373 X 0.1139 Y: Consumo Unitario (kW hora) X: Número de abonados domésticos

Fuente: en base al análisis de demanda del periodo 1970 – 1975

NOTAS DE CLASE

80/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

SECUENCIA DE CALCULO PARA LA PREVISION DE LA DEMANDA ELECTRICA POBLACION (Pt) 1

VIVIENDAS (NV)

2

ABONADOS COMERCIAL (Nc)

3

6

ABONADOS S. DOMESTICO (Nd) 4

CONSUMO UNITARIO S. COMERCIAL (Beta)

5

CONSUMO USO GENERAL

CONSUMO UNITARIO S. DOMESTICO (DAF) CONSUMO A. PÚBLICO

CONSUMO S. COMERCIAL (UC)

CONSUMO S. DOMESTICO (CDAP)

CONSUMO NETO (MWh)

CONSUMO CARGAS ESPECIALES

CONSUMO INDUSTRIAL

1. Relación de habitantes por vivienda. 2. Coeficiente de electrificación 3. Relación de abonados domésticos a comerciales (K1) 4. Curva de Correlación: Consumo unitario en función del número de abonados domésticos. 5. Relación de consumo unitario comerciales a domésticos (K2) 6. Consumo promedio de alumbrado publico por vivienda 7. Horas de trabajo anual de industria 8. Pérdidas por distribución 9. Horas de utilización de la máxima demanda sin incluir industrial.

7

MAXIMA DEMANDA INDUSTRIA

8

CONSUMO BRUTO DE ENERGIA (MWh)

CONSUMO NETO (MWh) 9

CONSUMO NETO (MWh)

NOTAS DE CLASE

81/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

1.2.6

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Balance Eléctrico en Perú año 2003

Fuente: Ministerio de Energía y Minas /COES

NOTAS DE CLASE

82/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

BIBLIOGRAFIA -

-

Balairón Pérez, Luis. 2000. Gestión de Recursos hídricos, Ediciones UPC, Barcelona. España. Helweg. 1992. Recursos Hidráulicos - Planeación y administración, Limusa – Noriega Editores, Mexico D.F. DEP-MEM. 2001. Metodología para la Proyección de la demanda de electricidad. [Online]. http://ofi.mef.gob.pe/energia/docs/ tr_ProyeccionDemandaElectrificacionRural.pdf [2005, 12 abril]. Dirección General de Electricidad – MEM. 2001. Balance y Principales Indicadores Eléctricos 2003. [Online]. [2005, 12 abril].

NOTAS DE CLASE

83/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

OFERTA (DISPONIBILIDAD HIDRICA) Para determinar la disponibilidad hídrica, es necesario cuantificar los recursos hídricos, es decir, determinar la cantidad de agua disponible en un territorio para satisfacer sus necesidades. Las metodologías y conceptos para cuantificar los recursos hídricos corresponden a la hidrología e hidrogeología, por lo que aquí solo se hará un esbozo de que se deberían estudiar, enfocando básicamente los aspectos hidrológicos. Nos enfocaremos en el agua superficial, que es lo primero que se estudia y debe determinarse: - ¿Qué caudales se pueden esperar a lo largo del año, y como variarán en los distintos meses, para así determinar el volumen de agua que se puede utilizar para satisfacer las demandas? - ¿Qué avenidas pueden presentarse (según el cálculo de probabilidades) en función del periodo de tiempo que se considere (caudales extraordinarios)? Antes de referirnos a esto, revisaremos algunos conceptos básicos de la hidrología.

2.

Revisión de Conceptos Básicos

Probabilidad: Si un experimento tiene n resultados posibles y mutuamente excluyentes y si de ellos na resultados tienen un atributo a, entonces, la probabilidad de que ocurra un evento A con atributo a es:

P( A) 

na n

Por ejemplo el experimento puede llamarse “ocurrencia de una tormenta” y el atributo a puede ser “la altura de la precipitación es mayor o igual que 500 mm”

Periodo de retorno: Sea un evento B: “altura máxima en 24 horas en cualquier año es de 500 mm”. Se dice que el número de años en que, en promedio, se presenta un evento como el B, se llama periodo de retorno, intervalo de ocurrencia o simplemente frecuencia, y se denota con T. Por ejemplo: “el periodo de retorno de la precipitación máxima en 24 horas de 500 mm es de 25 años” cuando, en promedio, se presenta una precipitación de esa magnitud o mayor una vez cada 25 años. Nótese que esto no significa que dicha situación se presente exactamente una vez de cada 25 años.

T

1 P(hp  500mm)

ademas. P=1/T Para una serie de datos es conveniente aplicar la siguiente relación:

T

n 1 , donde M: número de m

orden de una lista de mayor a menor de los datos y n= número de datos.

¿Que es un hidrograma? Es una gráfica de los registros continuos de caudales (o alturas de aguas convertibles a caudales) en función del tiempo. En otras palabras, es la curva de caudales instantáneos.

NOTAS DE CLASE

84/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Caudal

Caudal Pico

Punto de Levantamiento Tiempo de respuesta

Tiempo de crecida

Final del escurrimiento directo Caudal Base

Tiempo

3.

Tiempo

Determinación de caudales ordinarios

Para evaluar los caudales de aportación naturales de un río, es necesario contar con la serie de aportaciones anuales. A partir de lo cual se determinará el posible volumen utilizable. Para esto se puede utilizar dos procedimientos:

-

Conocido una serie histórica, utilizarla eliminando datos que se presume están errados. Esto supone que en el futuro no vayan a producirse periodos peores hidrológicamente hablando a los ocurridos en el pasado

-

Generar una serie histórica por algún método estocástico, sobre la base de la serie histórica conocida.

3.1

Obtención de caudales ordinarios mediante datos aforados.

La información con la que se puede contar es muy amplia y variada, con datos de de caudales medios y máximos instantáneos diarios, mensuales y anuales, debiendo utilizarse para la creación de la serie histórica de aportaciones el dato de la aportación anual en unidades de volumen/año. En el Perú no se cuenta con registros, ni mucho menos extensos. Para naturalizar los caudales: N=A+T+B–V–Q–R+E±S Donde: N: régimen natural A: caudal aforado T: CAUDAL DERIVADO O TRASVADSADO AGUAS ARRIBA B: Caudal bombeado en acuíferos conectados V: Caudal vertido agua arriba Q: Caudal trasvasado a otras cuencas R: Caudal aportado por recarga artificial E: Volumen evaporado de embalses S: Volumen almacenado o liberado por los embalses

NOTAS DE CLASE

85/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

3.2

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Obtención de la serie de caudales ordinarios mediante datos pluviométricos.

Los datos pluviométricos son más comunes de encontrar. Para determinar caudales a partir de datos de precipitaciones, además de de mediante modernos métodos de simulación hidrológica, se pueden utilizar fórmulas sencillas avaladas por la práctica, aunque estos están en desuso. Ejemplo: Modelos de simulación hidrológica: El SHE etc.

3.3

Obtención de la serie de caudales ordinarios por correlación con otras cuencas

Cuando no se disponga ni de datos pluviométricos ni de aforo, o en estudios a nivel de perfil, pueden extrapolarse los datos de aportaciones de alguna cuenca cercana de características similares en la que sí se conozcan. Si se dispone de dos estaciones de aforo una aguas arriba y otra aguas abajo del emplazamiento perseguido, se podrá determinar con suficiente garantía el caudal en dicho lugar a partir de los aforos en las citadas estaciones, pues al establecer una correlación que tenga en cuenta la variación de superficie y de características de la cuenca (pluviosidad, escorrentía, etc.) los valores de cada una de las dos estaciones sirven de comprobación a los de la otra. Si la estación de aforos está en una cuenca inmediata y de características físicas e hidrológicas muy parecidas a la buscada, existen fórmulas que determinar los caudales en ésta a partir de los datos conocidos de aquella, así como las características físicas e hidrológicas de ambas. La expresión de Myer, que relaciona caudales con superficies de las cuencas:

Q1  S1    Q2  S 2 



α: variable entre 0,4 y 0,8

4.

Determinación de caudales extraordinarios o de Avenida

Los caudales extraordinarios o de avenidas o máximas inundaciones con conceptos similares, que en cualquier caso es necesario evaluar en todo proceso de planificación hidrológica. Los enfoques que pueden usarse son: -

Como aquella generada por la cuenca, con unas determinadas condiciones de escorrentía, ante la máxima tormenta Como aquella que tiene una determinada probabilidad de no ser superada o empleando la terminología habitual, un periodo de retorno en años

El primer enfoque es el empleado en el desarrollo del método de la Avenida máxima probable (PMF o CMP), comúnmente utilizado en Estados Unidos, para el dimensionamiento de aliviaderos de presas cuando se desea un alto grado de seguridad. La PMF se define como la estimación del caudal que puede esperarse con la más severa combinación de condiciones razonablemente posibles en una región y suele conducir a resultados conservadores. El segundo enfoque es el de uso más común a nivel mundial, pudiendo realizar la evaluación de la crecida máxima por alguno de los siguientes métodos: - Directos e históricos - Correlación con cuencas similares - Probabilísticos

NOTAS DE CLASE

86/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

4.1

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Empíricos Modelos de simulación hidrológica Métodos directos e históricos

Vía análisis identificar la crecida máxima que se haya presenterazo en un periodo lo más extenso posible. 4.2

Correlación entre cuencas similares

Al igual que con los caudales ordinarios, si se conocen los caudales de avenida de una cuencas cercana y de las características similares, pueden extrapolarse a la del estudio mediante alguna de las fórmulas que existen al respecto como la de Myer ya indicada anteriormente. 4.3

Métodos probabilísticos

El análisis histórico proporciona las avenidas que se han dado ya en el río. Evidentemente, éstas podrían repetirse si se dieran de nuevo las mismas condiciones meteorológicas, e incluso serían mayores si esas condiciones fueran todavía más intensas. Los métodos probabilísticos se basan en que las crecidas pertenecen a los fenómenos que se llaman aleatorios: una serie de circunstancias que pueden llegar a ser coincidentes y producir una cierta avenida. No puede hablarse propiamente de un caudal máximo posible en una sección de un río: hay que enlazar esta magnitud del caudal con su probabilidad en un tiempo. Estos métodos se basan en estimar el valor probable de una variable determinada para un cierto periodo de retorno a partir de una serie de datos de dicha variable medidos. Las leyes de distribución más usualmente empleadas son: - Ajuste de Gumbel - Ley de Pearson - Ley SQRT max Los métodos probabilisticos pueden aplicarse sobre datos de precipitaciones para, a partir del valor de la precipitación obtenida en un periodo de retorno determinado, calcular el caudal de avenida para dicha recurrencia (por ejemplo método racional), o bien directamente sobre datos de caudales, con lo que se obtendría directamente el caudal correspondiente a cada periodo de retorno.

4.4

Métodos empíricos

Existen muchas fórmulas empíricas, su principal inconveniente es su empirismo y, por ello, la falta de garantía. Además cada una, sería realmente de aplicación solamente al medio en el que su autor realizó las investigaciones con las que obtuvo la relación. En todas se busca expresar un hecho evidente: el caudal máximo aumenta con la superficie de la cuenca, pero menos que proporcionalmente. Son útiles en zonas donde no existen datos conocidos. 4.5

Métodos de simulación hidrológica

Se basan en la reproducción del proceso de formación de la crecida por medio de un modelo matemático. Partiendo de una lluvia supuesta de intensidad extrema, se expresa primero su transformación en escorrentía y luego en transporte y acumulación de caudales a lo largo del cauce principal y sus tributarios. El análisis es más completo y lógico que la extrapolación probabilística, pues sigue más de cerca el fenómeno físico, aunque haya que presumir cuales serán las lluvias máximas posibles, así como estimar los principales parámetros hidrológicos que intervienen en el fenómeno. Uno de los más usados es el modelo del hidrograma unitario.

NOTAS DE CLASE

87/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

5. 5.1

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

DISPONIBILIDAD HIDRICA PARA ENERGIA Curva de Duración Carga Muestra la carga promedio demandada contra la cantidad de tiempo de la demanda.

P

dE  9,8  H  q  R1  R2  C  q dt

P: Potencia en kW, kilo Watts H: Altura del salto neto (m) 3 q: Caudal turbinado (m /s) R1: Rendimiento de la turbina R2: Rendimiento del Generador C : Coeficiente = 9.8 x H x R1 x R2

Potencia Instalada Suma de la potencia de los diferentes grupos en la planta, incluyendo la reserva. Para el diseño se considera igual a la mayor demanda posible. Se estima se da para Q15.

Potencia Garantizada o Firme Es la potencia que una central hidroeléctrica puede entregar en el periodo hidrológicamente mas desfavorable del año durante un mínimo de 3 – 4 – 6 horas según las normas. Es la potencia que la planta puede entregar el 100% del tiempo.

Potencia Secundaria Es toda la energía aprovechada en exceso de la firma Centrales hidroeléctrica Centrales térmicas

Pi > Pg Pi = Pg

Factor de Planta

F .P. 

Energía real producida Ppromedio  Energía posible máxima Pinstalada

Las centrales según esta última definición se clasifican en: Centrales de Base Centrales de media base Centrales de Punta:

NOTAS DE CLASE

F.P. = 0.70 F.P. = 0.45 – 0.65 F.P. = 0.30 – 0.45

88/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

ESTUDIO DE AVENIDAS Las avenidas, inundaciones o riadas son un fenómeno hidrológico extremo causado por precipitaciones que en pocas horas alcanzan calores muy superiores al promedio anual. Causas: -

-

Lluvias torrenciales que generan excesivos caudales, bien sean por temporales de varios días de duración o simplemente por lluvias de alta intensidad pero corta duración. Concurrencia de varios ríos. Se ha observado que en estos emplazamientos la posibilidad de inundaciones es mayor. Cambios bruscos de las pendientes de los ríos en sus desembocaduras. La propia acción del hombre, por ejemplo, mediante el efecto presa que ocasionan los puentes cuando se obturan por la acumulación de arrastres de la suciedad vegetal de los ríos, o en general por la disminución de la sección de los cauces debido a vertidos, escombros, etc. La deforestación del territorio, con la consiguiente pérdida de cubierta vegetal y aumento de escorrentía

Medidas de Control: a. Estructurales -

Embalses de laminación. Su objetivo es la reducción de los caudales punta de las avenidas, es el instrumento estructural más beneficioso en la lucha contra las crecidas. Puede estar destinado a ese fin exclusivo o compartirlo con otros fines. No es aplicable a la parte alta de los ríos por los bajos caudales, por lo que en estas zonas se debe buscar otros medios.

-

Encauzamientos y obras de defensa. Su objetivo es reducir los niveles de inundación para un caudal determinado. Pueden combinarse con las presas de laminación. En cualquier caso al usar este tipo de medida cuidar de que las cotas de la lámina de agua resultantes para iguales periodos de retorno no resulten superiores a la situación SIN PROTECCION.

-

Obras de drenaje en las vías de comunicación. Su objetivo es la defensa de elementos puntuales frente al fenómeno de las inundaciones.

-

Trasvases hacia otras cuencas. Es una medida muy cara y de la que en Perú se cuenta por ejemplo con el caso del trasvase del Mantaro.

b. No estructurales o de Gestión (ordenación del territorio) - Planes de conservación de suelos y reforestación. Su decisivo efecto sobre la mayor suavidad del clima, la retención de las precipitaciones y la protección del suelo. - Ordenación del territorio frente a las inundaciones, mediante la delimitación de zonas inundables con diferentes niveles de riesgo y restricción de determinadas actividades en ellas. - Instalación de sistemas de alerta. En cualquier caso, las defensas ante las avenidas es un problema que no admite solución absoluta, por lo que siempre hay que admitir un cierto nivel de riesgo.

NOTAS DE CLASE

89/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

1. Medidas Estructurales Periodo de retorno de diseño de las obras de defensa ante las inundaciones Para determinar esto es necesario realizar una evaluación económica de inversiones en el que hay que calcular los costos y beneficios derivados de cada nivel de protección. Para esto se requiere de: Gráfico de caudales vs. Periodo de retorno Grafico de daños vs caudales Gráfico de daños vs. Probabilidad de ocurrencia de cada avenida

Grafico de Caudales punta de avenida para diferentes periodos de retorno.

3

Gráfico de daños ocasionados por una avenida de caudal q en m /s

Gráfico daños ocasionados en función de la probabilidad de cada avenida. Efectos: -

Climáticos: Alteración en las temperaturas. Sobre la superficie terrestre y el suelo: deslizamientos de tierras, riesgo de sismicidad (llenado, vaciado), pérdida de suelos (por el anegamiento en el embalse. Sobre los Recursos Hídricos: discontinuidad en el proceso erosión – transporte – sedimentación, eutrofización (enriquecimiento de elementos nutritivos y de sedimentos), estratificación térmica. Modifica la morfología del río, afectar a los peces y la calidad de agua (sedimentos).

NOTAS DE CLASE

90/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

-

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Al plantearse diques de protección, al recortar una parte de la llanura de inundación, reducen el almacenamiento en crecidas, también aumentan las crecidas

2. Medidas No estructurales

Delimitación de zonas inundables.

Sistemas de Alerta.

ESTUDIO DE SEQUIAS No existe un concepto definido sobre sequía, puede decirse que se trata de un periodo de tiempo, más o menos largo, en el que las disponibilidades de agua en una región determinada, en sus formas de precipitación, escorrentía superficial y subterránea son bajas respecto a los valores habituales. Puede caracterizarse en términos de precipitación, escorrentía, reservas en los embalses, etc., estos parámetros no son del todo precisos, pues habría también que considerar los usos que se hagan del agua. Así un año puede ser seco para los agricultores y normal para los aprovechamientos hidroeléctricos. O por ejemplo una sequía definida a través de la precipitación comenzará en la fecha en que la lluvia sea inferior a un valor determinado, mientras que una sequía en términos agronómicos no empezará con el cese de la precipitación sino cuando la reserva de húmedad del suelo disminuya hasta tomar valores inferiores a los fijados como valores limites.

Otra característica es que las sequías difieren de otros fenómenos hidrológicos por su carácter temporal, tanto por su mayor duración como por la dificultad de fijar comienzo y fin de un periodo seco. La determinación de la fecha de inicio es función del criterio que se siga para definir la sequía por lo tanto depende del punto de vista bajo el que se defina el fenómeno. El final de la sequía es, en general, más fácil de determinar, fijándose cuando se presentan precipitaciones lo suficientemente abundantes que aumenten las reservas de agua en el terreno, produzcan escorrentías que se incorporen a las corrientes fluviales y repongan las reservas subterráneas. Diferencia entre sequía y aridez. Escasez, la falta de agua es coyuntural o circunstancial. NOTAS DE CLASE

91/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Aridez, la falta de recursos es permanente. 1. Definición de Sequía Definición de sequía del British Rainfall Organisation considera que: a. Sequía absoluta: Periodo de 15 días consecutivos durante los cuales la precipitación caída ≤ 0.25mm cada día. b. Sequía parcial: Cuando en 29 días la precipitación media ≤ 0.25 mm por día c. Periodo de tiempo seco: son quince días consecutivos, durante los cuales, la precipitación es como mucho de 1 mm cada día. Definción de Cole (1993) U.S.A.: Existe sequía cuando se observa un periodo de 15 días sin lluvia. Otras definiciones:

2. Efectos de las Sequías. Restricción en el uso de los recursos, en ese caso en el Perú según la Ley de Aguas vigente se debe aplicar la preferencia de uso, en el Artículo 26º. Precisa que el orden de preferencia para el uso de las aguas es el siguiente: 1) Necesidades primarias y abastecimiento de poblaciones; 2) Cría y explotación de animales; 3) Agricultura; 4) Usos energéticos, industriales y mineros; y, 5) Otros usos. La Ley contempla la posibilidad de modificar el orden (a partir del tercer lugar), de acuerdo a una evaluación especial de las necesidades y factores como: características de la cuenca, disponibilidad de aguas, interés social y económico, entre otros. 3. Medidas para mitigar los efectos o daños por Sequías Estructurales - Aumento de la regulación superficial - Utilización de recursos hídricos no convencionales, especialmente desalación - Utilización de las aguas subterráneas - Construcción de trasvases. No estructurales o de gestión - Manejo de la demanda - Programas de ahorro de agua - Elaboración de planes de emergencia ante sequías - Modificación en la gestión de los usos del agua.

NOTAS DE CLASE

92/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

EVALUACION ECONOMICA

INTRODUCCION El diseño de estructuras hidráulicas presenta diversas alternativas físicamente posibles para enfrentar o resolver un problema, y es necesario elegir entre ellas una. El proceso de selección debe tener en cuenta aspectos sociales, económicos y ambientales para garantizar de una u otra manera el desarrollo sostenible en el marco del proyecto. Una parte fundamental de la evaluación y a la que se trata de converger es expresar todo en términos económicos para así poder hacer una evaluación económica. En términos económicos, proyecto es una unidad de actividad de cualquier naturaleza que requiera para su realización el consumo de recursos escasos o limitados; aún sacrificando beneficios actuales con la esperanza de obtener en un periodo de tiempo mayor beneficios. Estos beneficios pueden ser económicos, financieros o sociales. Para poder estimarlos es necesario primero revisar conceptos de la ingeniería económica que son la base para la evaluación económica – financiera de un proyecto. Después de esto se revisarán los métodos para comparar alternativas del desarrollo de un proyecto, y aquellos útiles para determinar si es justificable su ejecución.

INGENIERIA ECONOMICA Interés Precio o costo de usar el dinero (o crédito). Este precio es llamado interés, el cual es generalmente calculado de una tasa de interés. La tasa de interés (i) la fracción o porcentaje de la suma principal (la cantidad de dinero o crédito de la que nosotros estamos hablando) – pagable cada periodo al final de ese periodo. La longitud del periodo usualmente es el año; la tasa de interés es entonces expresada como un porcentaje de la suma principal por año. Las tasas de interés son más fáciles de comparar ente ellas que las cantidades de interés. Valor Nominal El valor nominal del dinero no cambia con el tiempo: un euro permanece como un euro. - Que puedes comprar con él – es valor de adquisición – su valor real, sin embargo cambia con el tiempo - En este texto no entraremos a analizar problemas de inflación – precios constantes. Interés simple. Interés compuesto.

NOTAS DE CLASE

93/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Cuadro Nº 1 Resumen de Fórmulas de Ingeniería Económica

Resumen

Suma Presente de Dinero (Descuento)

Suma Futura de Dinero (Compuesto)

Depósito Simple F

P

0 n

1 F 1  i n

F  1  i   P n

P

Depósito Anual Constante A

P

0

1  i n  1  A n i  1  i 

F

1  i n  1  A i

n P F

Factor anual, o Fórmula de recuperación del Capital

i  1  i  P 1  i n  1 n

0

n A

A

Fondo de Amortización

A

i F 1  i n  1

Para n >= 100 años:

A  Pi

Depósitos con Gradientes C 1

0

2C

n  1  i   1  i  n  P C n i 2  1  i 

n

2

n  1  i   1  i  n  F C

i2

P

Por un monto constante C (1er depósito al termino del año 2 = C) Factor Equivalente Para series con Gradientes

C

2C

0

A

1  n A   C n  i 1  i   1

n 1

2

(primer depósito al término del año 2 =C)

NOTAS DE CLASE

94/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Ejemplos sobre tasas de interés Ejemplo 1 Si se puede ganar un 15 % de interés en una cuenta de ahorros, ¿cuánto habría que depositar hoy en la cuenta a fin de tener U.S.$ 10 000 en siete años? Solución 1 Se desea convertir una suma futura a su valor presente, empleando la fórmula para valor presente del cuadro.

P

1 10000  3 759 (1  0.15) 7

Ejemplo 2 Se depositan $1 000, a una tasa de 8%, cual será su valor después de 20 años. Solución 2 8

F = (1 + 0.08) x 1000 = 4 661

Ejemplo 3 Si se depositan $ 1 000 cada año en una cuenta de ahorros que paga 8% de interés. ¿Cuánto se tendrá al final de cinco años? Solución 4

F

(1  0.08) 5  1 1000  5 867 0.08

Ejemplo 4 ¿Qué rendimiento tendrá que generar anualmente un Proyecto a fin de añadir turbinas y generadores después de 10 años, si la tasa de interés es de 8% y el costo de la generación adicional (incluyendo la inflación) será de $500 000? Solución 4 F= 500 000 A = ¿?

A

i 0.08 F   500000 = 34 515 n (1.08)10  1 1  i   1

Ejemplo 5 Si un proyecto ha de pagar por si mismo durante 30 años a 10 por ciento y el costo inicial es de $1.5 millones, ¿qué rendimiento anual tendrá que generar? Solución 5 P = 1.5 millones, n = 30, i=10%

A

i  (1  i) n 0.10 1.1030  P  1.5 =0.159 millones = 159 000 (1.10) 30  1 1  i n  1

Ejemplo 6

NOTAS DE CLASE

95/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Si los costos de operación y mantenimiento de un proyecto aumentarán $100 anualmente, comenzando en $ 1 000 al final del año 2 y llegando hasta el año 23, hallar el valor presente de los costos de operación y mantenimiento. Utilizar una tasa de descuento de 12%.

Solución 6 Primero se dibuja el diagrama de flujo efectivo. 1 2 3 A = $1000

4

5

6

7

8

9

21 22

23

C = $100

Se divide el diagrama en dos, una sección rectangular y una triangular. El rectángulo se descuenta como una serie uniforme y el triángulo como un gradiente uniforme. Parte a. Del gradiente uniforme (triangulo) n  1  i   (1  i  n) 1.12 22  (1  0.12  22) P C  100  4 855

i 2  (1  i) n

0.12 2  (1.12) 22

Este valor es el valor presenta al inicio del año 2, se necesita llevarlo al tiempo cero,asi:

P

1  4855  4 335 (1  0.12)

Parte b. De la serie uniforme (rectángulo), hasta el comienzo del año 2

P

1.12 22  1 1000  7 645 0.12 1.12 22

y luego hasta el tiempo cero, (inicio del año uno) P = 7 645 / 1.12 = 6 826 Luego, el valor presente de los costos de operación y mantenimiento es: P = 4 335 + 6 826 = $ 11 161

Ejemplo 7. Valor Presente Neto. Un proyecto de grandes dimensiones para el suministro de agua tiene un costo de construcción de $ 10 000/año durante tres años. Los costos de operación y mantenimiento anuales han sido estimados en NOTAS DE CLASE

96/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

$500/año, hasta el final del año 10, cuando aumentarán $50/año, hasta el final del año 18, la vida económica del proyecto. Los beneficios del proyecto han sido estimados en $6 000/año, comenzando al final del año tres, hasta el año 12, inclusive, cuando disminuirán linealmente para llegar a cero al final del año 18. Suponiendo una tasa de descuento de 12 por ciento, ¿cuál es el valor presente neto?

Solución Primer paso, dibujar el diagrama de flujo efectivo. 6 000 1 000

BENEFICIOS

1

2

COSTOS

3

4

5

6

7

8

9 10

500 10 000

11 12 13 14 15

16 17 18

50

Para calcular los Beneficios se supone una serie anual para la vida del proyecto, y luego se resta un gradiente uniforme para los últimos siete años.

PAño 2 

1.1216  1  6000  41 843 (0.12)  (1.12)16

PAño12 

1 1.12 7  (1  0.12  7) 11 644  3 347 1 000  11 644 P  2 7 (1.12)11 0.12  (1.12  1)



P

1  41 843  33 357 (1.12) 2

Beneficios = 33 357 – 3 347 = 30 010

Para determinar los costos se calcula: Costos = 10 000 +

NOTAS DE CLASE

97/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

PRINCIPIOS GENERALES DE ANÁLISIS DE PROYECTOS El planificador o economista está interesado en estimar los efectos futuros en términos de cantidades físicas, estas deben traducirse en estimaciones monetarias, las cuales deben colocarse en términos de beneficios y costo; se deben tener en cuenta que los valores de los beneficios y costos pueden ser diferentes de los ingresos y gastos monetarios. Autoridades de mayor jerarquía tendrán a su cargo la aprobación de las suposiciones del analista: positivos y negativos sobre varios objetivos, y etc. Costos. Los costos totales de un proyecto de irrigación comprenden: - costos de instalación o inversión: costos por la venta de las tierras, adquisición de servidumbres de paso, estudios de factibilidad, de ingeniería y supervisión, de construcción e intereses durante la construcción, reparaciones mayores y los desembolsos para los desarrollos agrícolas. - Costos de operación, gastos de mantenimiento y depreciación, incluyen todos los gastos que se efectúen después del periodo de construcción. Incluyen los fastos de administración, supervisión y reparaciones necesarias, así como los reemplazos de maquinas que salen fuera de servicio. - Costos inducidos, resultantes de las instalaciones del proyecto tales como reubicación de pueblos, variantes de caminos, etc. (pueden agregarse a os costos o deducirse de los beneficios primarios).

Beneficios. Se pueden clasificar en beneficios: -

-

-

primarios: son los ingresos a obtener debido al incremento de la producción agrícola y pecuaria, a la mejora de calidad de los productos y a la mejora del precio de venta por cambio del momento y/o lugar de venta. Comprenden también los ingresos por venta de tierras y de agua y la reducción de costos a través de la mecanización, la reducción de los costos de transporte y la evitación de pérdidas. Secundarios: son los que se originarán como consecuencia del proyecto, incluyen los beneficios por industrias derivadas, por aumento del comercio y del transporte, por la reducción de importaciones. Intangibles: significan el mejoramiento del bienestar social. Este se puede evidenciar en una redistribución del ingreso, aumento del empleo, mayor uso de las tierras, reducción de los movimientos migratorios internos, educación rural y otros indicadores del nivel de vida.

Tasa de Interés Las comparaciones de alternativas usualmente involucran operaciones matemáticas con fórmulas que contienen una tasa de interés. Esta tasa se expresa usualmente sobre una base anual. Se puede llamar también ”tasa de descuento”; a fin de distinguir entre la renta neta (relativamente libre de riesgos) y la inversión con riesgo o incertidumbre o ambos. Se estiman valores de 3,5% a 6% para moneda extranjera y de 8% a 12% para moneda nacional. Es importante seleccionar la tasa de descuento correcta. Para proyectos gubernamentales se considerará el interés de los préstamos tomados por el gobierno. Para firmas o individuos se tomará el mayor valor de: - Costo del dinero tomado a préstamo (interés bancario) - Costo del capital (interés sobre otros activos) - Costo de oportunidad (utilidad del siguiente mejor proyecto) M.E. M.N.

7.5% 12%

70% 30% Tasa de interés de mercado y de los impuestos.

Periodo de análisis. El periodo de análisis deberá ser al menos tan largo como el periodo de pago de los fondos prestados para construir el proyecto y no deberá exceder la “vida económica” del proyecto. Se entiende como tal al tiempo transcurrido hasta que la continuación del proyecto sea antieconómica (beneficio cero).

NOTAS DE CLASE

98/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

La vida económica de los proyectos de irrigación se estima en 50 años. La vida útil de algunas componentes del proyecto puede ser menor, por ejemplo para pozos y bombas se considera 15 años. Durante el periodo de análisis puede ser necesario incluir el reemplazo interno de algunos elementos de vida más corta, además de las cargas normales de operación y mantenimiento. Flujo Efectivo. Se determina para cada año el valor total de los costos y beneficios expresados a fin de año. Esto es el dinero correspondiente a todo el año se acumula y se supone que se tiene como una suma acumulada a fin de año. Se repite la operación para todo el periodo de análisis; obteniéndose el flujo de costos y el flujo de efectivo se dibuja con flechas, las que apuntan hacia arriba indican beneficios y hacia abajo costos (figura 1)

$ 2 000/año

BENEFICIO S

1

2

3

4

5

6

7

8

9

$ 1 000/año $ 3 000/año

COSTOS

Valor del dinero en el tiempo. El dinero tiene un valor en el tiempo. $1 de hoy no tiene el mismo valor que $1 del próximo año. Por ello no se pueden sumar cantidades de dinero que aparecen en diferentes tiempos. Se deberá convertir primero todo el dinero a un punto común en el tiempo. Se pueden considerar una cantidad puntual actual (P), una cantidad puntual futura (F), o una serie de valores uniformes (A) o con gradiente (C), como se resumen en el cuadro Nº 1. Valores basados en los Precios. Los precios de mercado son relevantes para los análisis económicos y financieros en diferentes maneras. Para el análisis económico, los precios de mercado pueden representar un buen estimado del verdadero valor económico, o alternativamente deberán ser ajustados para corregir las diferencias entre los precios de mercado y el verdadero valor económico mediante el uso de valores “simulados” (llamados precios “sombra” o “cuentas económicas”).

Indicadores para la evaluación. (1) comparación de dos o mas proyectos (2) comparación de varios tamaños (tamaño de proyecto o tamaño de un elemento de un proyecto); y (3) comparación de los estados con proyecto y sin proyecto (éste es el problema de la justificación del proyecto) (4) factibilidad económica del proyecto. Comparación cuando los Costos están especificados. Cuando dos o más alternativas tienen esencialmente costos equivalentes, el problema es comparar los beneficios o servicios. Esta situación a menudo ocurre cuando una agencia pública autoriza un presupuesto específico para un área general o servicios públicos y desea recibir el máximo beneficio por cada dólar invertido. Comparación cuando se especifican los Beneficios. Cuando dos o más alternativas producen esencialmente beneficios equivalentes, o proporcionan esencialmente los mismos servicios, el problema es comparar los costos. Un ejemplo es cuando el objetivo es regar 10 000 has se puede llevar a cabo con proyectos alternativos. Los costos pueden estar en términos de la inversión requerida o, preferentemente, en una base de ciclo de vida (valores equivalente anual o valor presente). NOTAS DE CLASE

99/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Comparación cuando las Alternativas tienen beneficios y Costos Diferentes. Cuando dos o más alternativas difieren tanto en beneficios como en costos y estos varían año a año en el periodo de análisis, los valores se comparan en términos de valor presente o cantidades anuales. El método de valor presente es el método conceptualmente correcto de comparar los beneficios y costos a lo largo del tiempo, y el beneficio neto anual es el preferido al hacer comparaciones en el diseño de proyectos. Se pueden comparar una o más de las siguiente medidas. 1. Valor Actual Neto VAN, con la tasa de interes estipulada. Se convierten todos estos “flujos de tiempo” de beneficios y costos a cantidades de valor presente, determinando el valor actualizado de los beneficios BP y de los costos CP, se tiene: VAN = BP – CP 2. Beneficio Actual Neto BN, o flujo de caja anual uniforme equivalente (B-C). Se convierten las cantidades de valor presente de beneficios y costos en cantidades de flujo uniforme anual de beneficios y costos sobre el periodo de análisis. 3. Relación beneficio – costo, B/C 4. Tasa interna de retorno, TIR, que es la tasa que iguala los valores presentes de beneficios y costos Criterios de Decisión VAN > 0 (B-C) > 0 B/C > 1 TIR >i0 (tasa de interés del mercado) Para definir entre 2 proyectos factibles A y B, se elige el proyecto que tenga el mayor VAN, mayor B/C, mayor TIR, mayor Beneficio Anual Neto BN. Análisis con y sin proyecto. Los efectos de un proyecto dan las diferencias de las condiciones con y sin proyecto, que deben diferenciarse de las condiciones “antes” y “después” del proyecto. Si se confunde con lo último, el proyecto puede ser acreditado incorrectamente con desarrollos no relacionados con el proyecto en si mismo. Por ejemplo, si el proyecto es construido o no, se pueden esperar cambios sustanciales en la economía de la región.

ANALISIS DE SENSIBILIDAD Y RIESGO El análisis económico requiere predicciones de gastos (o costos económicos) e ingresos (o beneficios). Las conclusiones pueden diferir dependiendo de tales predicciones. Las técnicas modernas incluyen el análisis de “sensibilidad” y “riesgo”. En el análisis de sensibilidad uno o más elementos se varían en un rango de valores posibles y se determina un rango de resultados posibles (figura 2). En el análisis de probabilidad o riesgo las entradas, salidas o ambos se derivan usando conceptos de estadísticas y probabilidades (por ejemplo la probabilidad de que el 60% que B/C = 1,5 la probabilidad del 80% que B/C = 1,2; etc)

NOTAS DE CLASE

100/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

NOTAS DE CLASE

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

101/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

EVALUACION FINANCIERA

INTRODUCCION El análisis financiero es muy diferente del análisis económico. Se trata de determinar mediante dicho análisis lo siguiente: 1. Posibilidad y forma de obtener el dinero necesario para realizar un proyecto. 2. Disponibilidad y capacidad de los réditos generados por el proyecto para que se pueda rembolsar el dinero tomado a préstamo. 3. Forma de repartir los costos entre sus beneficiarios.

GESTION DEL FINANCIAMIENTO DE UN PROYECTO Los planificadores cuya ayuda se solicita para preparar el financiamiento del proyecto, deben hallar las fuentes apropiadas del financiamiento y determinar los procedimientos adecuados para obtener el dinero. Al procesar los datos de los préstamos, el planificador explicará al cliente los requerimientos de cada fuente de financiamiento y podrá discutir con él un programa de vencimiento de los préstamos que se ajuste a sus posibilidades. Los clientes deberán lograr una coordinación entre el momento a pagar y el monto correspondiente del servicio de su deuda igualándolos a las rentas procedentes de los proyectos. 1. Fuentes de financiamiento a. -

Principales fuentes nacionales Recursos públicos provistos por el estado mediante leyes específicas Recursos públicos regionales, o locales. Recursos propios provistos por los interesados: propietarios, etc. COFIDE Tesoro público Bancos Nacionales: Wiesse, Interbank, BCP, etc.

b. -

Principales fuentes extranjeras Gobiernos extranjeros mediante préstamos de gobierno a gobierno Banco Mundial Banco Interamericano de Desarrollo, BID Bancos Privados Extranjeros

NOTAS DE CLASE

102/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

EVALUACION DE IMPACTO AMBIENTAL Conceptos Previos Medio ambiente: Es una fuente de recursos que abastece al ser humano de la materia prima que necesita para desarrollarse, siendo estos renovables y no renovables.

Factores Ambientales: Se entiende como factores ambientales a los componentes fundamentales de los ecosistemas como por ejempl: el hombre, la flora, fauna, suelo, agua, aire, clima y paisaje.

Impacto Ambiental: Un impacto ambiental es una cadena de efectos que se producen en el medio como resultado de una acción dada, por ejemplo ver la figura Nº1. Una obra de construcción producirá en primer lugar ruido, por el uso de herramientas y maquinarias, si los trabajos se ejecutan por las noches el ruido producido generará una cadena de efectos sobre las personas que viven cerca.

Evaluación de Impacto Ambiental Es el conjunto de estudios que se realiza con el propósito básico de buscar el equilibrio entre el desarrollo de la actividad humana y el medio ambiente, de modo qie no interfieran uno con otro. En general la evaluación de Impacto Ambiental debe cubrir: - Identificación de los impactos posibles (probabilidad de que un cierto elemento del medio se vea afectado por una acción). - Predicción de los impactos (para un impacto identificado como posible, predecir si el efecto se producirá o no). - Evaluación del impacto: Esto implica una valoración de la escala, magnitud y significado del mismo y la comparación de alternativas. - Determinación de las medidas correctoras a tomar. - Identificación de los factores o elementos cuyo seguimiento debe llevarse a cabo con el fin de que sea posible el control de la actividad una vez puesta en marcha, de cara a establecer las modificaciones que sean precisas. - Comunicación de los resultados del trabajo, en forma simple y comprensible al público en general (para permitir su participación en el proceso) y a las autoridades encargadas de tomar decisiones.

Estudio de Impacto Ambiental Es el documento resultante de los estudios necesarios para hacer la Evaluación del Impacto Ambiental.

NOTAS DE CLASE

103/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Figura 1. Cadena de Efecto – Impacto Ambiental

Ruido de la maquinaria

Falta de sueño en las personas

Alteraciones de salud, trabajo, relaciones humanas.

Efecto sobre especies fluviales.

CONSTRUCCION

Destrucción de la cobertura vegetal

Aumento de la Erosión

Turbidez en los ríos. (sedimentación) Aterramiento de estuarios.

Fuente: Técnicas e instrumentos de análisis para la evaluación, planificación y gestión del Medio Ambiente, Cendrero A. (1980).

NOTAS DE CLASE

104/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Evaluación de Impacto Ambiental 1. Definición La Evaluación de impacto ambiental se define como un proceso de análisis encaminado a identificar, predecir, interpretar, valorar, prevenir o corregir y comunciar el efecto de un proyecto sobre el medio y viceversa. El objetivo de la EIA es asegurar que los problemas potenciales se hayan señalado y previsto al inicio de la fase de planificación y diseño del proyecto. Para este fin, los resultados de la evaluación deben comunicarse a los diferentes grupos responsables de la toma de decisiones del proyecto propuesto: a los proyectistas e inversionistas, legisladores, planificadores y políticos. La EIA contribuye al logro de los resultados del proyecto, aportando elementos de juicio en la toma de decisiones. Se concentra en problemas, conflictos o limitaciones de recursos naturales que podrían afectar la ejecución del proyecto. Examinan los impactos del proyecto sobre la población y su territorio, sus medios de vida, y sobre otros proyectos vecinos. Además de predecir problemas potenciales, la EIA identifica las medidas para minimizar los problemas y sugiere como adaptar el proyecto al ambiente propuesto. De esta manera: - Un proyecto que ha sido diseñado tomando en cuenta sus condiciones locales tiene mayores posibilidades de completarse dentro del tiempo y presupuesto previsto de evitar dificultades durante su ejecución. - Un proyecto que conserva los recursos naturales que utiliza será sostenido por ese ambiente indefinidamente. - Un proyecto que alcanza sus objetivos sin dañar su ambiente asegura su permanencia sin dificultades sociales ni económicas durante la fase de operación. En resumen una Evaluación de Impacto Ambiental: - Identifica los impactos ambientales del proyecto - Predice los impactos ambientales del proyecto - Encuentra la forma de reducir los impactos inaceptables y adapta el proyecto a las condiciones locales. - Presenta estas condiciones y opciones a quienes toman decisiones. Figura 2. Esquema de la Evaluación de Impacto Ambiental

NOTAS DE CLASE

105/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

2. Principios para el Manejo de la EIA PRINCIPIO 1: ATENCION A LOS FOCOS PRINCIPALES No cubrir demasiados tópicos con excesivo detalle, inicialmente limitarse a los impactos ambientales más serios y de mayor posibilidad. Al sugerir medidas de prevención o mitigación centrarse en el estudio de problemas que ofrecen solución (prácticas y aceptables). PRINCIPIO 2: INVOLUCRAR A LAS PERSONAS Y GRUPOS PERTINENTES Así como es importante no perder tiempo y esfuerzos en temas irrelevantes, es imprescindible ser selectivo cuando se involucra personas en el proceso de la Evaluación del Impacto Ambiental. Generalmente se requieren tres tipos de participantes: - Aquellos que van administrar y ejecutar el proceso de Evaluación del impacto ambiental (usualmente un coordinador y un equipo de expertos) - Aquellos que pueden contribuir con ideas, hechos, o puntos de vista; incluye a científicos, economistas, ingenieros, responsables de la toma de decisiones y representantes de grupos interesados o afectados. - Aquellos que pueden autorizar, controlar o alterar el proyecto, esto es, a los responsables de la toma de decisiones, incluyendo al proyectista, agencia financiera o inversionista, autoridades competentes, legisladores y políticos. PRINCIPIO 3: RELACIONE LA INFORMACION CON LAS DECISIONES DEL PROYECTO Debe organizarse para que apoye directamente las diversas decisiones que se tomen durante el proyecto.. Debe iniciarse con suficiente anticipación para proveer información que mejore el diseño básico y debe avanzar paralelamente con las etapas de planificación del proyecto. - Conceptualización del proyecto: posibles factores ambientales. - Ubicación del proyecto, y las rutas de acceso: consideraciones ambientales apoyan el proceso de selección de alternativas. - Al solicitar la autorización: presentación del Estudio de Impacto ambiental y se difunde. - Durante la implementación: ejecutar las medidas de monitoreo, prevención y remediación. PRINCIPIO 4: PRESENTE OPCIONES CLARAS PARA LA MINIMIZACION DE IMPACTOS PARA UNA ADECUADA ADMINISTRACION AMBIENTAL Por ejemplo para mitigar impactos adversos: - Tecnologías para controlar la contaminación - Reducir, tratar o disponer residuos - Concesiones o compensaciones para los grupos afectados Para posibilitar la compatibilidad ambiental del proyecto: - Varios lugares de ubicación - Cambios en el diseño y operación del proyecto - Limitaciones a su tamaño inicial y crecimiento - Identificar programas que incrementen los recursos locales y la calidad del ambiente.

Para asegurar que la implementación del proyecto preserve el ambiente: - Monitorear programas o supervisar los impactos en forma periódica - Planes de contingencia para las medidas de control - Participación de la comunidad en decisiones posteriores.

NOTAS DE CLASE

106/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

PRINCIPIO 5: PROVEA INFORMACION QUE PUEDA SER UTILIZADA PARA QUIENES TOMAN DECISIONES El objetivo de la Evaluación de Impacto ambiental es asegurar que los problemas ambientales sean previstos e identificados por quienes toman decisiones. Para lograrlo, los responsables de la toma de decisiones deben comprender a cabalidad las conclusiones de la Evaluación del Impacto Ambiental. La mayoría de quienes toman decisiones no usan información, por muy importante que sea ésta, a menos que se la presente en términos y formatos inmediatamente accesibles, para lo cual se debe tomar en cuenta en el EIA: -

-

Se establezca brevemente los hechos y predicciones sobre los impactos, comente sobre la credibilidad de esta información y resuma las consecuencias de cada una de las opciones propuestas Escribir con terminología y vocabulario que emplean quienes tomar decisiones y la comunidad afectada por el proyecto. Presente los resultados más importantes en un documento conciso, respaldado por material de apoyo en forma separada cuando sea necesario. Haga que el documento sea fácil de leer y usar, incluyendo ilustraciones donde sea posible.

3. Metodologías y Criterios en la Identificación y Predicción de Impactos Para el desarrollo del Estudio de la Evaluación de Impacto Ambiental se puede seguir el marco conceptual que se indica en la Figura 3. Inicialmente se debe efectuar la recolección y análisis de datos del proyecto que cubralos aspectos de operación y funcionamiento del proyecto: actividades, componentes y las posibles fuentes de impacto. A la vez se debe recolectar y analizar los datos del ambiente donde se desarrollará el proyecto, y establecer el Estudio de Linea Base, que comprende la situación actual sin proyecto. Luego se procede con la Identificación de los Impactos Potenciales basados en: - Magnitud (cantidad de cambios). - Extensión (area afectada) - Significancia (efectos) Identificación de alternativas relevantes. A veces se requiere replantear el programa de estudio, si es necesario mas información, y que metodologías se utilizarán para continuar el proceso de evaluación La predicción de impactos, ambos los directos e inducidos deben ser considerados, generalmente se hace una distinción entre ellos: - positivos o negativos - reversibles o irreversibles - a corto plazo o a largo plazo La evaluación: compara las situaciones entre las alternativas del proyecto y la situación sin proyecto, aplicando criterios y estándares internacionales.

NOTAS DE CLASE

107/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Figura 3. Marco Conceptual para un Estudio de Impacto Ambiental

Recolección y análsis de datos del Proyecto.

Recolección y análsis de datos del Ambiente.

- Actividades - Componentes de las activid.

- Condiciones de la línea base.

- Fuentes Impacto.

- Desarrollos 1 autónomos

de

DESARROLLO EN EL AREA

Identificación de Impactos Potenciales Alcances:

Alternativas relevantes Impactos relevantes

Programa del Estudio  Enfoque de Predicción  Análisis y colección adicional de datos

Predicción

Evaluación

Medidas de mitigación

Estándars y Criterios

Reportando Decisión

Revisión

Implementación Monitoreo Posterior a una Auditoria

1

Sucederá asi el proyecto no se lleve a cabo.

Fuente: Enviromental Impact Assessment: Dr. M. Vis.

NOTAS DE CLASE

108/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Aspectos importantes en la identificación de impactos Para un enfoque sistemático de la identificación de los impactos, es esencial reconcoer que los impactos no ocurrirán sin una causa: siempre habrá un factor responsable para el impacto. Asi para poder identificarlos y conocer su naturaleza, se revisaran una serie de aspectos importantes que nos ayudaran en esa tarea.

Relación entre el hombre y el medio ambiente El hombre utiliza recursos del ambiente, el uso del ambiente para su beneficio originará cambios, que a veces lo perjudicaran, cuando sean perjudiciales estaremos hablando de cambios significantes o de SIGNIFICANCIAS. Figura 4. Relación hombre y medio ambiente. Intervenciones, actividades

HOMBRE

AMBIENTE Significancias

Significancias: - Valores naturales Intrínsecos: o Escasez, especies endémicas o en peligro de extinción o Diversidad y incompletidad de ecosistemas -

Funciones Espontáneas / regulaciones o Recursos genéticos o Regulación del régimen del agua o Protección contra avenidas o Regulación del ciclo mineral

-

Funciones de Producción / explotación o Agricultura, pesca, ganadería, actividad forestal. o Caza y recolección. o Minería o Turismo/recreación.

-

Funciones de Salud o Control de pestes o Limpieza del ambiente

Tipología general de problemas ambientales Los problemas ambientales que se pueden presentar en general pueden tipificarse como sigue: -

Degradación Ambiental o Destrucción de habitat o Aislamiento/degradación de la infraestructura ecológica o Disturbancias o Inundación/desertificación o Cambios hidrológicos o Etc.

NOTAS DE CLASE

109/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

-

Deterioro o Erosión/degradación de suelos o Sobre explotación de recursos renovables o Deterioro de recursos no renovables

-

Contaminación o Dispersión de substancias tóxicas (aire/agua/suelo) o Eutroficación o Deposición de ácidos o Cambio climático o Salinización o Disposición de desechos sólidos

-

Riegos de Seguridad o Enfermedades vectores / pestes o Calamidades / desastres o Intoxicación

Mecanismos SHIFT – OFF (Cambios) Los impactos ambientales que surgen debido a la implementación de una acción del hombre (“proyecto”) que busca un beneficio, desencadenan una serie de mecanismos que al final producen una secuela o efecto negativo o dañino como se ha resumido en el siguiente cuadro:

Ahora

Problemas (Secuelas) Después

Aquí

Alla

Un sector

Otros sectores

Individual

Colectivo

Beneficios

Ejemplos -

-

Daños a generaciones futuras, por ejemplo el uso del DDT, 10 años después se vieron los efectos negativos. Efectos aguas abajo de los reservorios Vertimiento de desechos químicos Desarrollo urbano en áreas agrícolas Deseschos industriales, afectando la pesqueria. “Tragedia de lo común”

Por ejemplo el beneficio que se puede obtener hoy, puede redundar en un efecto negativo mañana, como fue el caso del uso de pesticidas, que permitieron solucionar un problema de plagas, pero a la larga son perjudiciales para la salud del ser humano.

El beneficio que se puede obtener en un lugar, puede perjudicar otro lugar, es el caso de las presas, que pueden solucionar problemas de abastecimiento de agua en un ligar pero provocar sedimentación, y falta de agua en otro lugar.

Los beneficios que se pueden obtener para un sector, pueden resultar perjudiciales para otro sector, caso por ejemplo de la minería. Finalmente el beneficio individual ocasiona perjuicios en el colectivo. No se debe ver un proyecto en forma aislada, sino cómo influye en otros. (La tragedia de lo “Común”):

NOTAS DE CLASE

110/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Tragedia de lo COMUN (Teoria basada en Wiiliam Foster Lloydod, 1833):

Figúrese un campo de pastoreo abierto para todos. Se espera que cada pastor tratará de tener tanto ganado como se pueda en este sitio en común. Dicha situación puede funcionar razonable y satisfactoriamente por algunas centurias debido a guerras entre tribus, caza, y enfermedades que mantienen el número de ambos animales y humanos muy por debajo de la capacidad de “carga” (carryng capacity) de la tierra. Sin embargo finalmente, llega el día del juicio final, que es, el día cuando la tan ansiada meta de estabilidad social llega a ser una realidad. A este punto, la lógica inherente sin remordimiento de lo “Común” genera tragedias. Como un inicio racional, cada pastor busca maximizar su ganancia. Explícitamente o implícitamente, más o menos concientemente el se pregunta,“Cuál es para mi la utilidad de añadir un animal mas a mi rebaño?”. Esta utilidad tiene un componente negativo y uno positivo. 1) El componente positivo esta en función del incremento de un animal. Dado que el pastor recibirá todas las ganancias de la venta del animal adicional, la utilidad positiva es cercana a +1. 2) El componente negativo esta en función del sobrepastoreo generado por un animal adicional. Dado que, sin embargo, los efectos de sobrepastoreo son compartidos por todos los pastores, la utilidad negativa para cualquier toma de decisión particular de un pastor es solo una fracción de -1. Añadiendo juntos la componente de utilidades parciales, el pastor racional concluye que el curso mas sensato a seguir por el es añadir otro animal a su rebaño. Y luego otro, y otro… Pero esta es la conclusión alcanzada por cada uno de los racionales pastores que comparte lo COMUN. Aquí esta la tragedia. Cada ser humano esta encerrado en un sistema que lo commina a incrementar su rebaño si limite – en un mundo que es limitado. La ruina es el destino hacia el cual todos los humanod corren, cada uno persiguiendo se propio interes en una ciduad que cree en la libertad de lo COMUN. Fuente: The Tragedy of the Commons by Garrett Hardin, 1968.

Fuentes de Impacto En el ambiente atmosférico - Cambios morfologicos superficiales. - Emisión de extracción calórifica. - Emisión de sustancias. En aguas superficiales - cambios en la morfologia de los cuerpos de agua. - Cambios en el manejo del agua - Contaminación del agua Suelos y agua subterránea - Disturbancias físicas - Infiltración y extracción de agua - Contaminación

NOTAS DE CLASE

111/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Biota: - Disturbancias físicas del ambiente - Cambios en la calidad del ambiente Paisaje: - Disturbancias físicas del ambiente - Cambios en la calidad del ambiente Ruido / olor - Emisiones hacia el ambiente Salud y Bienestar del ser humano - Cambios en la calidad ambiental - Disturbancias físicas Se puede utilizar como checklist para identificar las fuentes de impactos.

Métodos en la Identificación y Predicción de impactos Existen distintas técnicas para la evaluación del impacto ambiental, algunas dirigidas a la identificación y otras a la predicción de impactos; algunas incluyen también intrepretación o evaluación de los impactos. Las más conocidas son: - Listas de Revisión y control Como las que se muestran en las copias: Impacto ambiental del Proyecto Agricola, elaborado por FONCODES. - Diagramas Causa – Efecto. Como el que se muestra en la figura 5. - Matrices de acción – impacto. Como por ejemplo la Matriz elaborada por Leopold. Ver explicación y aplicación en las copias adjuntas.

Metodologías para predicción de impactos 1. Métodos Informales No existe un protocolo para hacerlo y no este bien definido, entre estos tenemos: o Opinión de Expertos: usar expertos y analogías o Opinión estructurada de expertos. Método delphi, que es una metodología de discusión. o Sistemas expertos computarizados: utiliza conocimiento de base y reglas. 2. Métodos experimentales o Modelos ilustrativos: maquetas y animaciones (para visualizar los impactos en el paisaje). o Modelos a escala física. Son muy costosos y consumen tiempo. o Experimentos biológicos y químicos en laboratorio o Experimentos de campo. 3. Modelos Matemáticos o modelos empíricos o de caja negra o Modelos Proceso – descriptivo: estado estático o dinámico, determinísticos o estocásticos.

A continuación se presenta en forma resumida el tipo de método que se puede aplicar para predecir diferentes efectos de impactos

NOTAS DE CLASE

112/134

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Academico de Hidraulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS

HH-333 I

Métodos para predecir Impacto en Agua Superficial

Efecto

Método

Cambios en la morfología

-

Modelos a escala física Modelos matemáticos

Efectos hidráulicos e hidrológicos

-

Modelos a escala física Modelos matemáticos

-

Datos de diseños Factores de emisión Modelos matemáticos

-

Experimentos de laboratorio y en campo Modelos matemáticos

Cargas

Contaminación de Agua -

Métodos para predecir Impacto en biota y ecosistemas

Efecto

Método -

Censos y valuación.

-

Ensayos de Laboratorio Modelos matemáticos Relación causa – efecto Consejos de expertos

-

Ecosistemas experimentales (mesocosmos) Consejos de expertos Modelos Matemáticos

Pérdida de habitats

Efectos sobre organismos y poblaciones

Efectos sobre los ecosistemas -

NOTAS DE CLASE

métodos

de

113/134

Figura 5 RESUMEN: RED CAUSA – EFECTO PARA AGUAS SUPERFICIALES

Fuentes de Impacto

Efectos de 1er Orden

Contaminación del Agua Fuentes Puntuales

Efectos Hidráulicos (régimen del flujo, tiempo de residencia, nivel de agua, olas)

Efectos Hidrológicos (inundación, infiltración, filtración)

Efectos de Orden Superior

Derivación, descarga y extracción de agua

Cambios en la Morfología

Efectos Morfológicos (por erosión y sedimentación)

Cargas de substancias, calor, y de micro – organismos

Estratificación e Intrusión Marina

Suelo, fertilidad, plantas y animales, amenidad del paisaje

EJEMPLOS

DE

EFECTOS

Fuentes no Puntuales

DE

ORDEN

Efectos en Calidad de Agua Oxigeno, toxicidad, eutroficación, transparencia.

Productividad, plantas y animales, Salud humana. SUPERIOR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia 4. Gestión Ambiental a. b. c.

Programas de conservación Monitoreo del Proyecto Unidad de Manejo Ambiental

El Código ambiental Peruano.

NOTAS DE CLASE

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

EVALUACION SOCIAL Evaluación de los Aspectos Socio- Económicos y Culturales La planificación de los Proyectos en su fase de Factibilidad deben realizar un análisis integral del proyecto; dicho análisis debe tener en cuenta aspectos socio económicos y culturales, complementarios a los aspectos ambientales, financieros y de diseño del proyecto. La Evaluación Social está a cargo por lo general de Especialistas Sociales (Sociólogos, antropólogos, etc.). En líneas generales los estudios de evaluación social comprenden lo siguiente: Objetivo: Conocer y analizar las dimensiones sociales, económicas y culturales relacionadas con el proyecto y utilizarlas para orientar y determinar la factibilidad del proyecto.

Objetivos Específicos:     

Orientar de manera eficaz las opciones que presentan las diferentes alternativas, teniendo en cuenta los aspectos sociales y culturales, así como económicos, juntos con los aspectos técnicos, y de costos del proyecto. Contar con una información de base (Línea de base) que permita un diagnóstico de la realidad social, económica y cultural en el área de influencia directa e indirecta del proyecto. Visualizar las redes sociales, económicas y culturales existentes en el área directa e indirecta del proyecto; Analizar los diferentes actores sociales y sus respectivos intereses en el proyecto, vislumbrando conflictos reales y potenciales que podrían entorpecer la marcha del proyecto. (metodología de análisis de actores y/o análisis de involucrados). Conocer el uso de los terrenos y las características de la población en el área de posibles expropiaciones debida a la implementación del proyecto.

B1. Aspectos de diagnóstico básicos: Para este punto específico, es necesario contar con: 1) Descripción de la ubicación de la población en el Área de influencia directa e indirecta; 2) Características administrativas del Área; 3) Institucionalidad político administrativa y consuetudinaria; 4) Organizaciones comunitarias de base; 5) Existencia de pequeña empresas de servicios (formales o informales) relacionadas con el proyecto; 6) Características básicas de la población: población total, grupo étnico de pertenencia; idioma familiar y cotidiano; composición por grupos de edad; composición familiar 7) Flujos migratorios y antigüedad de asentamiento. 8) Actividades productivas y de subsistencia de las familias. 9) Indicadores sociales de desarrollo: NBI, analfabetismo, morbilidad y mortalidad infantil y de la mujer; niveles de ingreso familiar; 10) Presencia de servicios educativos y de salud; demanda de los mismos

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

B2. Identificación de actores y análisis de intereses: Luego del diagnóstico básico se deberá proceder al análisis del contexto, de la siguiente manera: 1) Identificación de actores y de la relación entre ellos 2) Perspectivas e ideas acerca de la implementación del proyecto. 3) Identificación y descripción de conflictos potenciales 4) Estrategias para superarlos

B3. Construcción de escenarios: Del diagnóstico, será necesario construir escenarios potenciales de cambios sociales, económicos y culturales al realizar el proyecto. 1) Para el escenario con el proyecto: será necesario identificar y medir que cambios ocurrirían en la economía en pequeña escala de la población y calificarlos si son positivos o negativos. 2) Se analizará con detenimiento como influye la ubicación del Proyecto, el espacio y redes sociales que se dejarían en el caso de reubicación antigua y la recomposición del tejido social en la nueva ubicación. B4. Impactos del proyecto en el área de influencia directa e indirecta. Se deberán identificar aquellos aspectos que condicionan, limitan o pueden potenciar la integración regional, entendida en sus diferentes aspectos: político, económico, jurídico, social, educativo y cultural. Insumos básicos: Bibliografía Encuestas Entrevistas grupales focalizadas Entrevistas a líderes y autoridades Consultas públicas Encuestas a afectados potenciales por la reubicación del proyecto. Fuente: DGASA – MTC.

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

SEMANA 11

MODELOS DE OPTIMIZACION Y PROCEDIMIENTOS DE SOLUCION SCH - Sistema de Cuenca Hídrica (River Basin System)

Identificación de los elementos básicos del sistema La identificación de los elementos se realizar sobre la base de los usos que se le da al agua en el sistema (unidad de estudio, la cuenca) y por la identificación de las estructuras existentes relacionadas a su uso. Por ejemplo: -

Agua para diferentes usos: abastecimiento (Ciudad, Industrias, Agricultura), recreación, naturaleza, control de contaminación, navegación, hidroeléctrica. Infraestructura existente: Reservorios, pozos, sistemas de bombeo, canales de conducción sistemas de tuberías, facilidades para recreación, plantas hidroeléctricas, plantas de tratamiento de agua potable y aguas servidas, reservorios y diques para control de inundación, sistemas de recolección y distribución, etc.

¿Por qué se modela? Se modela para definir que se va a diseñar, donde se va a diseñar, cuan grande o como van a operar los componentes, cuando se van a implementar, como van a ser los impactos hidrológicos, económicos, de los ecosistemas y sociales. Se modela cuando existe un problema o una oportunidad, se necesita tomar una decisión, existen varias alternativas, la mejor alternativa no es obvia, por aspectos cuantitativos.

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

¿Qué es un sistema? Conjunto de componentes interdependientes, que procesan elementos de entrada para producir elementos de salidas SISTEMA

ENTRADAS

SALIDAS

Sistema de Componentes Interdependientes en el SCH -

-

Cuenca ribereña: Lagos, reservorios, pantanos, ríos, acuíferos, pozos de bombeo, plantas de tratamiento, derivaciones, usuarios del agua, centrales hidroélectricas. Municipalidad: Tratamiento de agua, sistemas de distribución de aguas, pozos artesianos, sistema de bombeo, tanques de almacenamiento, red de desagüe, tratamiento de aguas servidas. Irrigación: Canales de derivación, sistema de drenaje, áreas de cultivos, equipamiento, mano de obra, fertilizantes, pesticidas, etc.

Se debe focalizar en el desempeño del Sistema, no necesariamente en sus componentes individuales. El Objetivo es maximizar el desempeño del sistema.

Conceptos Generales Modelo: Es una representación matemática de algún sistema. Componentes de un modelo: variables, parámetros, funciones, entradas y salidas Modelo de un Algoritmo de Solución: procedimiento matemático/computacional para realizar operaciones sobre un modelo – para obtener salidas a partir de entradas Tipos de Modelo: - Descriptivos (Simulación) - Prescriptivos (Optimización) - Determinísticos - Probabilísticos o estocásticos - Estáticos - Dinámicos - Mixtos

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

Tipos de Algoritmos: -

Descriptivos (Simulación) Prescriptivos (Optimización): o Programación Matemática  Multiplicadores de Lagrange  Programación Lineal  Programación no Lineal  Programación Dinámica o Procedimientos de búsqueda evolutiva:  Algoritmos genéticos programación genética (Inteligencia artificial – van a prendiendo, por retroalimentación de data).

Comentarios sobre los modelos: Los modelos de optimización se caracterizan por sus funciones objetivo, la función o las funciones van a ser maximizadas o minimizadas, y por sus restricciones. Estas contienen variables y parámetros. Las ecuaciones e inecuaciones son utilizadas para expresar las restricciones.

La solución de modelos de optimización especifica los valores de cada una de las variables de decisión que juntas satisfacen la maximización o minimización del objetivo. La solución óptima está por supuesto basada en los valores asumidos de los parámetros del modelo. El procedimiento (o algoritmo) más apropiado para resolver cualquier modelo particular de optimización depende en parte de la particular estructura matemática del modelo – su función objetivo y sus restricciones. No existe un procedimiento de solución universal único que resolverá más eficientemente todos los modelos de optimización. Así que los modeladores tienden a modelar sistemas de recursos hídricos usando expresiones matemáticas que son de una u otra forma compatibles con uno o más procedimientos de solución conocidos.

Diferencias entre Simulación y Optimización

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA RECURSOS HIDRAULICOS Facultad de Ingenieria Civil HH-333 J Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia Los modelos de Simulación se direccionan a determinar que podría pasar, los modelos de optimización no. Los modelos de optimización necesitan de expresiones explícitas de los objetivos. Los modelos de simulación apuntan a resolver situaciones de qué pasa si, mientras que los modelos de optimización apuntan a que debería ser. La optimización se utiliza para optimizar, no de la manera de encontrar la mejor simulación, sino para definir un relativo pequeño número de buenas alternativas que pueden ser posteriormente ensayadas, evaluadas y mejoradas utilizando simulaciones. Algunas formas de la función Objetivo: -

Eficiencia económica: maximización de beneficios, minimización de costos, cobertura de necesidades del ciclo hidrológico Desarrollo regional: incrementar el nivel de empleo y el ingreso per-capita. Aspectos Sociales: aunque no son cuantificables directamente se pueden interpretas mediante parámetros que midan el producto social (mejorar el nivel de vida). Protección del medio ambiente: protección de flora y fauna, minimización del deterioro del agua y el suelo.

Algunas formas de la restricción: -

Físicas: las características de los componentes del sistema presentan valores máximos y mínimos, por ejemplo capacidad del embalse, etc. De mercado: por ejemplo cantidades máximas o mínimas de los productos agrícolas que pueden ser absorbidas por el mercado, etc. De fuerza laboral: limitación del recurso humano y de la posibilidad del incremento de empleo.

Optimización Programación Lineal La programación lineal es un método de optimización de sistemas, en el cual, todas las operaciones se pueden aproximar, mediante ecuaciones lineales (líneas rectas). Las dos partes de un modelo lineal de optimización (PL) son la función objetivo y las restricciones. Por ejemplo: Función Objetivo: Max z = 3x1 + 4x2 Sujeto a:

x1 x2 1.5 x1 + x2 x1,2

≤5 ≤4 ≤9 ≥0

Variables de decisión: x1 y x2 Para el caso de dos o tres variables de decisión se pueden resolver gráficamente.

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

Programación Lineal – ALGORITMO SIMPLEX Es un procedimiento iterativo que permite ir mejorando la solución a cada paso. El proceso concluye cuando no es posible seguir mejorando más dicha solución.

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

El método del simplex fue creado en 1947 por el matemático George Dantzig . El método del simplex se utiliza, sobre todo, para resolver problemas de programación lineal en los que intervienen tres o más variables. El álgebra matricial y el proceso de eliminación de Gauss-Jordan para resolver un sistema de ecuaciones lineales constituyen la base del método simplex.

Partiendo del valor de la función objetivo en un vértice cualquiera, el método consiste en buscar sucesivamente otro vértice que mejore al anterior. La búsqueda se hace siempre a través de los lados del polígono (o de las aristas del poliedro, si el número de variables es mayor). Cómo el número de vértices (y de aristas) es finito, siempre se podrá encontrar la solución. El método del simplex se basa en la siguiente propiedad: si la función objetivo, f, no toma su valor máximo en el vértice A, entonces hay una arista que parte de A, a lo largo de la cual f aumenta.

Ver texto de ejemplo resuelto por el método del algoritmo Simplex.

EJEMPLOS:

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

NOTAS DE CLASE

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

NOTAS DE CLASE

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

Programación Dinámica Otra herramienta para la optimización es la Programación Dinámica, mientras que la programación lineal es un algoritmo para el proceso de optimización, la programación dinámica es más un enfoque de optimización El principio de la programación dinámica es un enfoque paso a paso. El problema de optimización se divide en un número de niveles y para cada nivel y para cada cantidad o calidad, se obtiene un valor óptimo. Optimizando el próximo nivel, el óptimo es determinado incluyendo los valores óptimos sólo de los niveles anteriores, los cuales son de nuevo optimizados, incluyendo valores del nivel, etc. Las diferencias con la programación lineal son: 1. P.L. hay un programa estándar el cual puede ser usado para todas las programaciones lineales. En P.D., cada problema específico necesita su propio modelo de P.D. y programa de solución. 2. En P.L. un grupo de (des) – igualdades son derivadas, las cuales son resueltas simultáneamente. En P.D. el problema es dividido en un número de niveles, la solución óptima es alcanzada por una acumulación de valores óptimos. Ejemplo 1. Un número de plantas de energía operan independientemente una de otra para una producción de energía total (sumada). Considere 3 plantas de energía. El abastecimiento de agua de las 3 distintas plantas provienen de 3 reservorios de regulación, los cuales son independientes entre sí, en el sentido de que la cantidad total de agua que puedes ser usada por las tres plantas juntas es de G m3. Note que no es necesaria que toda el agua sea usada para producción de energía

La formulación matemática generalizada del problema sería:

Para el ejemplo asumir: - 3 plantas de energía P1, P2 y P3 - G=3 - Q es un valor entero, entonces q = 0,1,2 ó 3.

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

Para este caso la formulación matemática del problema será:

La primera cosa que se debe hacer, es la división en niveles. Nivel 1 Cuál sería la máxima producción de energía si se utilizara solo una de las plantas. X1 = 0, 1, 2, 3; X2 = 0; X3 = 0 Entonces NIVEL 1: Para este primer paso q = X1, dado que toda el agua es usada por la primera planta. Entonces en una tabla tenemos que: Tabla 1.

Nivel 2: Cuál sería la máxima producción de energía si dos plantas de energía están produciendo.

≤

NOTAS DE CLASE

≤

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

Entonces ahora calcularemos la máxima producción de energía usando una cantidad dada de agua q = 0, 1, 2, 3 y su distribución sobre X1, X2 y X3 es cero.

De la tabla se puede ver que, si solo la planta 1 y la planta 2 están produciendo, las distribuciones óptimas de agua son:

Pero hay todavía un tercer reservorio. Entonces tomando en cuenta la óptima distribución de la planta 1 y la planta 2, el tercer nivel se convierte en: Nivel 3:

La función de maximización es entonces:

Esto significa cálculo de la máxima producción de energía, con las cantidades de agua q = 0, 1, 2, 3 y su distribución sobre X1, X2 y X3.

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

La distribución óptima de agua, si tanto las planta 1 como 2 y 3 están produciendo son:

Como resultado podrían concluir que la máxima producción de energía hídrica es 8 unidades. La distribución de abastecimiento de agua es: X1 = 0 unidades X2 = 2 unidades X3 = 1 unidades.

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

SEMANA 12

SIMULACION DE SISTEMAS HIDRAULICOS Y ANALISIS DE SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS Simulación de Sistemas Hidráulicos La simulación de un Sistema Hidráulico se realiza con el objetivo de observar su funcionamiento y ayuda en el proceso de optimización para encontrar la mejor alternativa para desarrollar el Proyecto. Existen modelos de simulación para sistemas Hidráulicos como: -

MODSIM.

-

HES-RES

Para poder modelar el sistema se debe identificar todos los componentes del sistema e identificar y cuantificar la oferta hídrica, y las demandas que requerirá el sistema. Se modela para definir que se va a diseñar, donde se va a diseñar, cuan grande o como van a operar los componentes, cuando se van a implementar, como van a ser los impactos hidrológicos, económicos, de los ecosistemas y sociales.

En un sistema uno de los elementos que por lo general se considera para un mejor aprovechamiento de los recursos son los embalses, a continuación se delinearan los aspectos básicos para determinar el tamaño de un reservorio y la secuencia recomendada para realizar la simulación de reservorios y Centrales Hidroeléctricas. Determinación de la Capacidad del Reservorio -

Método de la Curva Masa Acumulativa Es uno de los métodos más antiguos para determinar la capacidad del reservorio. Para una demanda de agua constante desde el reservorio y un caudal de ingreso dado, los valores acumulados pueden ser ploteados. La capacidad de reservorio requerido es luego obtenida al trazar tangentes paralela a la curva de la demanda tangente a la curva de la curva masa acumulativa, desde el inicio del periodo crítico y desde el fin del periodo crítico. El periodo crítico involucra aquellos meses durante los cuales el caudal de ingreso son menores que la demanda. Ver gráfica adjunta.

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

A continuación se muestran los valores del gráfico que fueron ploteados. a.1 Método de la curva Masa Acumulativa Demanda = Qpromedio

431 MMC Caso de Reservorio Ideal

Mes

2006

2007

ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

Qin

Qin

m3/s

(MCM)

457,0 466,0 186,0 171,0 121,0 55,0 38,0 15,0 9,0 15,0 75,0 298,0 261,0 235,0 346,0 178,0 152,0 96,0 33,0 22,0 27,0 167,0 202,0 315,0

1200 1224 489 449 318 144 100 39 24 39 197 783 686 617 909 468 399 252 87 58 71 439 531 827

Q promedio=

-

QinAcum Cum Qout (MCM) 0 1200 2424 2913 3362 3680 3824 3924 3963 3987 4027 4224 5006 5692 6309 7218 7685 8085 8337 8423 8481 8552 8991 9521 10349

Cum Qout Capacidad

(MCM)

3362 3793 4224 4656 5087 5518 5949 6380 6812

7685 8117 8548 8979 9410 9841 10272 10704 11135

(MCM)

(MCM)

4224 4655 5086 5517 5948

2157 2157

8552 8983 9414 9846

1289 1289

431

Método de la Curva Masa Residual En lugar de graficar la curva masa acumulativa, se puede graficar la curva masa residual. Luego la capacidad requerida se obtiene a partir de dibujar líneas horizontales tangentes hacia atrás en el tiempo desde los valles hasta los picos. A continuación se muestra un ejemplo de los cálculos para una demanda de 2/3 Qmedio y para los mismos años se presentan en el siguiente cuadro. Los resultados muestran que al reducir la demanda por 1/3, el tamaño del reservorio se reduce a aproximadamente la mitad del tamaño original (de 2157 a 1181 MCM)

Curva Masa Residual

Caudal Acumulado (MCM)

4000 3500 3000

682

2500 2000 1181

1500 1000 500 0 feb

NOTAS DE CLASE

abr

jun

ago

oct

dic

feb

abr

jun

ago

oct

dic

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

a.2 Método de la curva Masa Residual Demanda = 2/3 Qpromedio

Mes

Qin 3

2006

ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic

2007

Q promedio=

287 MMC

Qin

Capacidad del Reservorio

Qin-D Ac Qin-D

m /s

(MCM)

(MCM)

457,0 466,0 186,0 171,0 121,0 55,0 38,0 15,0 9,0 15,0 75,0 298,0 261,0 235,0 346,0 178,0 152,0 96,0 33,0 22,0 27,0 167,0 202,0 315,0

1200 1224 489 449 318 144 100 39 24 39 197 783 686 617 909 468 399 252 87 58 71 439 531 827

913 937 201 162 30 -143 -188 -248 -264 -248 -90 495 398 330 621 180 112 -35 -201 -230 -217 151 243 540

(MCM) 0 913 1849 2050 2212 2242 2099 1912 1664 1400 1152 1061 1557 1955 2285 2906 3086 3198 3162 2962 2732 2515 2667 2910 3450

(MCM)

Pico

Valle

1181

Pico

Valle

682

431

Simulación de Reservorios Cuando se simula el balance de agua de un reservorio, los componentes mas importantes son los caudales de ingreso y el caudal de demanda, como se usaron en los ejercicios previos. Si la capacidad del reservorio esta fijada, el reservorio puede vaciarse o llenarse y empezar a verter agua por el aliviadero. Tomando en cuenta estos aspectos, el balance de agua puede describirse como:

S1  S0  Q  Qinf  D  Sp  Sh t Donde: S0: S1: Q: Qinf: D: Sp: Sh: Δt:

3

Almacenamiento en el reservorio al inicio del intervalo de tiempo Δt (m ) 3 Almacenamiento en el reservorio al final del intervalo de tiempo Δt (m ) 3 Caudal de ingreso al reservorio durante el intervalo de tiempo Δt (m /tiempo) 3 Infiltraciones por debajo de la presa (m /tiempo) 3 Demanda descargada del reservorio durante el intervalo de tiempo Δt (m /tiempo) 3 Descarga sobre el vertedero durante el intervalo de tiempo Δt (m /tiempo) 3 Deficit durante el intervalo de tiempo Δt (m /tiempo) Intervalo de tiempo (tiempo)

La longitud del intervalo de tiempo puede variar de 1 hora a 1 mes, dependiendo del tamaño del reservorio y los propósitos de simulación. Para un estudio de control de problemas de inundación se requiere un pequeño intervalo de tiempo (1 hora o 1 día), pero para la simulación de operación de un reservorio, el tiempo mas apropiado es de semanas o meses. En general, cuanto mas grande sea el reservorio mayor será el intervalo de tiempo a emplear. Ver ejemplo adjunto. NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

Análisis de Selección de Alternativas El método del análisis de multicriterio. Se establecen los diferentes criterios con los que se desea realizar la evaluación de alternativas, se califica y luego estandariza en números, y por suma simple o ponderada de los valores se le asigna una puntuación. Ver ejemplo adjunto:

Calificación CRITERIOS 1. COSTO Alternativas

CH 180R-4 CH 200R-1 CH 230R-1 CH 230R-2 CH 290R-1 CH 290R-3 CH 300 R-1 CH 300 R-2 CHs 230-1 CHs 230 U-1 CHs 290 -1 CHs 290 -2 CHs 300 -1 CHs 320 -1 CHs 320 -2 CHs 320 -4 Valor mejor

2

3

4

Restricción SocioAccesibilidad Riesgo Existente Ambiental

VAN

TIR

C.P.I.

C.E.P.

US$

%

US$/Kw

US$/kWh

Clase

Orden

Clase

89 026 3 758 650 34 285 391 37 521 876 25 017 603 14 760 808 41 696 071 31 212 767 19 675 471 4 029 811 41 860 185 76 541 710 12 200 293 48 411 684 35 546 587 3 830 253 Mayor

12,00 12,00 14,00 14,00 13,00 12,00 14,00 13,00 13,00 12,00 14,00 14,00 12,00 14,00 13,00 12,00 Mayor

1 619 1 617 1 434 1 515 1 646 1 952 1 381 1 501 1 458 1 600 1 536 1 521 1 630 1 465 1 584 1 653 Menor

792 720 657 454 1 179 285 1 534 692 1 790 559 2 953 749 1 322 355 1 683 883 859 832 859 832 1 752 409 2 249 588 2 072 769 1 936 579 2 372 375 2 438 655 Menor

Buena Pobre Mediana Mediana Pobre Pobre Mediana Mediana Mediana Mediana Pobre Pobre Mediana Buena Buena Buena Buena

1,0 4,0 3,4 3,5 5,0 5,5 2,0 2,2 3,0 3,0 5,0 5,2 2,5 6,0 6,5 6,0 Menor

Bajo Mediano Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo

Estandarización Simple CRITERIOS 1. COSTO Alternativas

CH 180R-4 CH 200R-1 CH 230R-1 CH 230R-2 CH 290R-1 CH 290R-3 CH 300 R-1 CH 300 R-2 CHs 230-1 CHs 230 U-1 CHs 290 -1 CHs 290 -2 CHs 300 -1 CHs 320 -1 CHs 320 -2 CHs 320 -4

VAN

TIR

C.P.I.

C.E.P.

Accesibilidad

US$

%

US$/Kw

US$/kWh

Clase

3 Restricción SocioAmbiental Orden

0,00 0,05 0,45 0,49 0,33 0,19 0,54 0,41 0,26 0,05 0,55 1,00 0,16 0,63 0,46 0,05

0,86 0,86 1,00 1,00 0,93 0,86 1,00 0,93 0,93 0,86 1,00 1,00 0,86 1,00 0,93 0,86

0,85 0,85 0,96 0,91 0,84 0,71 1,00 0,92 0,95 0,86 0,90 0,91 0,85 0,94 0,87 0,84

0,83 1,00 0,56 0,43 0,37 0,22 0,50 0,39 0,76 0,76 0,38 0,29 0,32 0,34 0,28 0,27

1,00 0,10 0,50 0,50 0,10 0,10 0,50 0,50 0,50 0,50 0,10 0,10 0,50 1,00 1,00 1,00

1,00 0,25 0,29 0,29 0,20 0,18 0,50 0,45 0,33 0,33 0,20 0,19 0,40 0,17 0,15 0,17

NOTAS DE CLASE

2

4 Riesgo Existente

1,00 0,50 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

SUMA SIMPLE

Clase

5,54 3,61 4,76 4,62 3,76 3,26 5,04 4,60 4,73 4,37 4,12 4,49 4,08 5,08 4,70 4,18

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J

CONSIDERACIONES GENERALES EN PROGRAMACION DE OBRAS DE PROYECTOS HIDRAULICOS

Uno de los aspectos principales a considera en la programación de proyectos Hidráulicos son las condiciones climáticas y el ciclo hidrológico en la zona de implementación, ya que las obras que se construirán está siempre relacionadas al aprovechamiento de recursos hídricos y debe considerarse su estacionalidad marcada por periodos de avenidas y estiajes.

En general se espera los periodos de estiaje para iniciar las obras preliminares de movilización y accesos, seguidas de las obras de desvío de cursos de agua que pudieran presentarse para poder trabajar en condiciones adecuadas. A continuación se describen las obras típicas que conforma parte de cualquier proyecto hidráulico y las consideraciones a tomar en cuenta durante la programación de obras: - Obras de desvio. Conformadas por las obras que desviaran el flujo de una corriente o río que permitirá trabajar luego con las obras de captación. Están conformadas en primer lugar por ataguías o presas pequeñas, así como los elementos que conducirán el flujo por otra zona, ya sea un túnel o canal. Muchas de las obras son fusibles, otras formaran parte de la captación o derivación. - Obras de captación. Constituidas por las obras que permitirán captar las aguas que se aprovecharan en el proyecto. Por lo general se deben construir cuando las obras de desvío hayan concluido. - Obras de derivación y/o conducción. Obras que se encargaran de llevar el agua hasta una zona determinada para su uso o almacenamiento. Pueden empezar en paralelo con las anteriores y luego ser empalmadas. - Obras de almacenamiento. De ser un almacenamiento en el cauce de un curso, debe previamente haberse concluido con las obras de desvío. - Casa de Maquinas. Puede iniciarse independientemente de las obras anteriores, pero debe considerar La fase de montaje de equipos antes de su conclusión. Para el caso de una central hidroeléctrica, en la que se debe considerar el equipamiento de la casa de maquinas y los equipos hidromecánicos en general para otros tipos de proyectos, debe considerarse el proceso de adquisición de los mismos desde el inicio de obras, pues al ser equipos especiales y que deben ser fabricados a medida, el proceso de pedido, fabricación y traslado hasta obra puede llevar mucho tiempo, y deben ser importados de otros países, pudiendo ser este tiempo de 5 a 6 meses por ejemplo. A continuación se muestra el diagrama de baras de La programación de ejecución de una Presa.

NOTAS DE CLASE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingenieria Civil Departamento Académico de Hidráulica e Hidrologia

NOTAS DE CLASE

RECURSOS HIDRAULICOS HH-333 J