TRANSPORTE DE AVENIDAS EN EMBALSES

TRANSPORTE DE AVENIDAS EN ENBALSES

En un sentido más amplio, el tránsito de caudales puede considerarse como un análisis para seguir el caudal a través de un sistema hidrológico, dada una entrada.

para determinar

El tránsito de

avenidasEs un

Procedimiento Matemático

El TIEMPO y la Magnitud Del Caudal (es decir, el Hidrograma del caudal)

En un punto de un CURSO DE

AGUA

utilizando Hidrogramas conocidos o supuestos en uno o más puntos aguas arriba.

1) Transito de Sistemas Agregados o TRÁNSITO

HIDROLÓGICO.

Se definen dos sistemas

2)Transito Sistemas Distribuidos o TRÁNSITO HIDRAULICO

*En el presente trabajo analizaremos el tránsito de sistemas agregados o transito hidrológico, y está comprendido por los siguientes métodos.

El flujo se calcula como una función del tiempo únicamente en un lugar particular

El flujo se calcula como una función del espacio y el tiempo a través del sistema.

TRANSITO DE AVENIDAS A TRAVÉS DE EMBALSES:

UTILIZANDO EL MÉTODO DE PISCINA NIVELADA

UTILIZANDO EL MÉTODO DE RUNGE-KUTTA

MÉTODO DE LA PISCINA NIVELADA

Es un procedimiento que permite determinar el Hidrograma de flujo de salida de un embalse asumiendo que la superficie del agua es horizontal, teniendo como datos el Hidrograma de entrada y las características del almacenamiento y caudal de salida del agua.

Ecuación de continuidad:

I (t) = Hidrograma de crecida a la entrada de un embalseQ (t) = Hidrograma de crecida a la salida de un embalsedS = cambio de volumen de almacenamientodt = intervalo de tiempo

- El Hidrograma de salida como la variación del almacenamiento en el tiempo son desconocidos.

El tiempo Es tomado en intervalos de duración ∆ (t), indexados con j, de forma que: t = 0, ∆t, 2∆t,… j∆t, (j+1) ∆t.

- El Hidrograma de entrada se puede obtener por registros de aforos directos o por evaluaciones de tipo hidrológico.

Para resolver la ecuación (1) se requiere de una segunda ecuación que está representada por las características del almacenamiento.

SE INTEGRA OBTENIENDO:

Luego asumiendo la variación de los caudales de entrada y salida a lo largo del intervalo de tiempo aproximadamente lineal :

Multiplicando y reordenando se llega a:

→LA RELACIÓN DE ELEVACIÓN – VOLUMEN DE AGUA ALMACENADA SE OBTIENE A PARTIR PLANIMETRÍA DE MAPAS TOPOGRÁFICOS. →LA RELACIÓN ENTRE ELEVACIÓN DEL AGUA Y CAUDAL DE SALIDA SE OBTIENE DE LAS ECUACIONES DE PATRONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DE DESCARGA QUE RELACIONAN CARGA DE AGUA Y CAUDAL (VER TABLA 1).

APLICACIÓN:

Un embalse, para la detención de flujo de crecientes, tiene un área horizontal de un acre, lados verticales y un tubo de concreto reforzado de 5pies de diámetro como su estructura de salida. La relación entre nivel de agua aguas arriba y caudal de salida para el tubo esta dado en las columnas 1 y 2 de la tablaNº01. Utilice el método del tránsito del embalse horizontal para calcular los caudales de salida del embalse utilizando el Hidrograma de entrada dado en las columnas 2 y 3 de la tablaNº02. Suponga que el embalse esta inicialmente vacío.

Solución:El Hidrograma de entrada se especifica en intervalos de tiempo de 10 min, luego Para todas las elevaciones, el área horizontal de la superficie de agua en el embalse es 1 acre = 43.560 pies2, y el almacenamiento se calcula como 43.560 x (profundidad del agua).

Tabla Nº01Desarrollo de la función almacenamiento – caudal de salida para un embalse de detención.

Tabla Nº02Transito de caudal a través de un embalse de detención utilizando el método de piscina nivelada.

Fig. Función Almacenamiento -Caudal de Salida para un embalse de detención

Fig. TRANSITO DE CAUDAL A TRAVÉS DE UN EMBALSE DE DETENCIÓN

MÉTODO DE RUNGE – KUTTA

El método de Runge Kutta es más complicado que el método

descrito en la sección previa

No requiere del cálculo de la función especial de

almacenamiento – caudal de salida

Está relacionado en una forma mas cercana con la hidráulica

de flujo a través del embalse.

Aquí se describe un esquema de tercer orden, este parte

cada intervalo de tiempo en tres incrementos y calcula valores

sucesivos de la elevación de la superficie del agua y el caudal

de salida del embalse para cada incremento.

La ecuación de continuidad se expresa como:

Donde:

• S = Volumen de agua almacenado en el embalse

•I(t) = Flujo de entrada al embalse como funcion del tiempo

•Q(H) = Flujo de salidaal embalse que se determina mediante

la elevacion H en el embalse

Luego:

Donde:

• A(H) = Area de la superficie de agua correspondiente a la altura H

Entonces:

APLICACIÓN

Utilice el método de Runge-Kutta de tercer orden para llevar a cabo el transito a través de un embalse de detención de un acre con paredes verticales, tal como se escribió en el ejemplo anterior. La relación elevación –caudal está dada en las columnas 1 y 2 de la tabla Nº01 y el hidrograma de entrada en las columnas 1 y 2 de la tabla Nº02.

Tabla Nº03Transito de un hidrograma de caudal de entrada a través de un embalse de detención por el método de Runge-Kutta

IMPORTANCIA DE LOS EMBALSES

El único modo de abastecer y dar satisfacción a las demandas de agua en una situación de desfasaje entre la necesidad y la disponibilidad es acumulando agua en épocas de abundancia y sobrantes para transferirla hacia las épocas de mayor consumo y baja disponibilidad. Ello se logra con los embalses y el proceso de acumulación y transferencia se denomina “regulación”. Surge de allí la importancia de contar con embalses en un sistema económico-social que requiere del agua como factor determinante de la producción y el sostenimiento de la actividad humana.

Se aprecia también la importancia y utilidad de los embalses en una economía con fuerte dependencia del agua. Ello resalta en especial cuando la demandante es la actividad agrícola (riego). A nivel mundial el uso de agua para fines de regadío toma alrededor de las 2/3 partes del total de agua consumida.

En síntesis, los embalses tienen entonces como objeto y utilidad el regular el recurso hídrico permitiendo transferir agua hacia las épocas de mayor demanda, aprovechar un porcentaje mayor de la oferta natural anual y al mismo tiempo brindar una mayor garantía de servicio.

APLICACIONES EN EL PERU

Regular el caudal de un río o arroyo, almacenando el agua de los períodos húmedos para utilizarlos durante los períodos más secos para el riego, para el abastecimiento de agua potable, para la generación de energía eléctrica, para permitir la navegación o para diluir poluentes. Cuando un embalse tiene más de un fin, se le llama de usos múltiples;

contener los caudales extremos de las avenidas o crecidas. Laminación de avenidas;

crear una diferencia de nivel para generar energía eléctrica, mediante una central hidroléctrica;

crear espacios para esparcimiento y deportes acuáticos

EMBALSES EN EL PERU

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