CEJM
Compañía eléctrica Jorge Meléndez e Hijos
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE “REACTIVACIÓN DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO VENECIA PRUSIA
ENERO 2011
TOMO i ELABORADO POR: Índice General
DOCUMENTO Nº 1. MEMORIA
Capítulo nº 1. Introducción y objeto del estudio
Capítulo nº 2. Localización y características principales
Capítulo nº 3. Análisis de estado actual
Capítulo nº 4. Estudio hidrológico
Capítulo nº 5. Estudio hidráulico
Capítulo nº 6. Estudios geológicos y geotécnicos
Capítulo nº 7. Propuesta de rehabilitación de las infraestructuras existentes
Capítulo nº 8. Descripción de las alternativas estudiadas
Capítulo nº 9. Estudio de producción eléctrica
Capítulo nº 10. Instalaciones eléctricas
Capítulo nº 11. Análisis económico y financiero
Capítulo nº 12. Análisis ambiental
DOCUMENTO Nº 2. PLANOS
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
DOCUMENTO Nº1
MEMORIA
CAPÍTULO Nº 1
INTRODUCCIÓN Y OBJETO DEL ESTUDIO Capítulo nº 1. Introducción y objeto del estudio
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN...... 1
2. OBJETO ...... 2
3. INFORMACIÓN CONSULTADA Y CARTOGRAFÍA ...... 3
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia” Página I
Capítulo nº 1. Introducción y objeto del estudio
1. INTRODUCCIÓN
El Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia data de la primera mitad del siglo XX, momento desde el cual se mantuvo operativo hasta los años 70.
En el año 1921, la empresa “Compañía Eléctrica Jorge Meléndez e Hijos” (CEJM) desarro- lló un proyecto hidroeléctrico sobre el río Acelhuate. Este río discurre por las fincas “Vene- cia” y “Prusia”, propiedad del CEJM y donde se desarrollaron dichas obras.
La CEJM era propietaria de una red de distribución de energía eléctrica para clientes indus- triales y residenciales; entre los que se puede destacar la Cervecería Polar, Industrias la Constancia, el Municipio de Soyapango, Ciudad Delgado (entonces conocida como San Sebastián) y parte de la ciudad de San Salvador.
La obra originalmente consistió en la construcción de una primera represa sobre el río Ace- lhuate y la instalación de dos turbinas con sus respectivos generadores, constituyendo la que podremos llamar en este estudio “estación 1”.
En el año 1925, la CEJM desarrolla una segunda fase del proyecto, la cual consistió en la construcción de una segunda presa, río arriba de la primera, y la instalación de una turbina y un generador de 300 Kw, siendo esta la que llamaremos “estación 2”.
Por diferentes razones la CEJM dejó de producir energía eléctrica durante los años 1970, tiempo en el cual la Compañía de Alumbrado Eléctrico de San Salvador retomó la distribu- ción eléctrica de dichas zonas.
La represa de la “estación 1” fue destruida hace varios años, dejando inutilizado el poten- cial hidroeléctrico de esta zona.
Actualmente la represa de la “estación 2” existe, no obstante con los desperfectos ocasiona- dos por los años. El mayor desperfecto que presenta esta presa es un agujero en el propio cuerpo de presa, pero que actualmente y en ocasiones durante el tiempo de invierno se tapa y la represa se llena temporalmente, aunque sin dar uso al potencial hidroeléctrico.
Así mismo, la calidad del agua que circula por el Acelhuate en ese punto es verdaderamente mala, dado que, no sólo recoge las aguas servidas de la población, sino que también trans- porta vertidos industriales e incuantificables toneladas de basuras, plásticos, llantas, y otros desechos orgánicos e inorgánicos que la gente que habita su margen arroja frecuentemente y sin preocupación.
Un factor adicional que puede influir en el estado de conservación de las infraestructuras actuales y en el diseño de las infraestructuras futuras es el tema geológico geotécnico, ma- terializado en la estabilidad de las laderas, que pueden resultar un factor decisivo para la viabilidad de algunas partes del proyecto.
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Capítulo nº 1. Introducción y objeto del estudio
2. OBJETO
Actualmente, CEJM quien sigue operando en varias actividades comerciales, tiene el obje- tivo de reactivar el proyecto hidroeléctrico Venecia Prusia. CEJM considera el estudio de las distintas alternativas para el mejor aprovechamiento del potencial hidroeléctrico del río Acelhuate.
Todos los factores expuestos motivan la necesidad de elaborar un estudio con el propósito de, por un lado, aprovechar el potencial hidroeléctrico que ofrece el río planteando una re- conversión del proyecto hidroeléctrico, y por otro lado reparar y/o renovar la infraestructura civil existente para una producción eficiente y fiable de la energía potencialmente disponi- ble, analizando la viabilidad técnica y económica de la instalación de equipos, la ubicación de la casa de máquinas, etc.
En el presente trabajo se estudiará el aprovechamiento hidroeléctrico enfocado a la obten- ción de unas conclusiones basadas en la siguiente metodología:
• Valoración de las instalaciones hidráulicas actuales y futuras. • Valoración de la maquinaria hidromecánica necesaria. • Determinación de la producción. • Evaluación de alternativas. • Viabilidad técnica del aprovechamiento conectado a red. • Rentabilidad económica.
La conclusión final del estudio debe llegar a establecer una serie de recomendaciones, en un nivel tal que los interesados en la adquisición dispongan de todos los elementos de deci- sión y puedan evaluar los beneficios y riesgos de la operación.
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Capítulo nº 1. Introducción y objeto del estudio
3. INFORMACIÓN CONSULTADA Y CARTOGRAFÍA
La recopilación y análisis de la documentación disponible y utilizable para el desarrollo del Estudio son las que se reseñan:
• Varias visitas a la ubicación del estudio para inspecciones hidráulicas, es- tructurales, geológico-geotécnicas, etc. • Series de datos actuales de aforos medios diarios de las estaciones existentes en la zona, suministradas por SNET. • Datos de aforos de las estaciones existentes en la zona, extraídas del PNODT (Plan nacional de ordenamiento y desarrollo territorial para El Sal- vador). • Estudio de regionalización de caudales máximos y medios en el territorio de El Salvador, elaborado por el SNET en 2004. • Levantamiento topográfico de puntos singulares suministrada por CEJM. • Planos originales de las minicentrales antiguas suministrados por CEJM.
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CAPÍTULO Nº 2
LOCALIZACIÓN Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Capítulo nº 2. Localización y características principales
ÍNDICE
1. LOCALIZACIÓN ...... 1
2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES...... 4
2.1 DATOS GENERALES ...... 4
2.2 OBRAS HIDRÁULICAS ...... 5
2.3 EQUIPO DE GENERACIÓN ...... 6
2.4 CASA DE MÁQUINAS...... 6
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Capítulo nº 2. Localización y características principales
1. LOCALIZACIÓN
La zona de ubicación del proyecto se encuentra en el río Acelhuate, en el entorno periurba- no de la ciudad de San Salvador. Particularmente a lo largo de las fincas “Venecia” y “Pru- sia”.
Las coordenadas exactas de su ubicación se corresponden con:
Latitud: 13º43’ 0,64’’N Longitud: 89º09’37,43’’W
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Capítulo nº 2. Localización y características principales
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Capítulo nº 2. Localización y características principales
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Capítulo nº 2. Localización y características principales
La cuenca hidrológica receptora es prácticamente el entorno urbano de la ciudad de San Salvador, alcanzando incluso parte del volcán de San Salvador, quedando representada en el plano incluido en el capítulo correspondiente al estudio hidrológico, sobre cartografía a escala 1:25.000.
Dicha cuenca vertiente se caracteriza por ser en gran parte urbana, luego la escorrentía se verá afectada frente al estado natural de los terrenos.
2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
2.1 DATOS GENERALES
La central prevista para el aprovechamiento hidroeléctrico Venecia Prusia es una central fluyente, por lo que el dique de derivación no tiene capacidad de almacenamiento de agua y por lo tanto, de regulación de caudales. El esquema general de la central se muestra en la siguiente figura:
En el pasado el aprovechamiento hidroeléctrico Venecia Prusia consistió en dos minicentra- les hidroeléctricas fluyentes, que aprovechan sendos saltos, consistente en diques existentes en el río Acelhuate, que datan de los primeros años del siglo XX, con los correspondientes circuitos de derivación, cámara de carga previa a la tubería forzada y las correspondientes tuberías forzadas que discurrían hasta el edificio de la central, a pie de río.
Actualmente la única infraestructura aprovechable para este estudio de alternativas es la presa perteneciente a la estación número 2 con su canaleta de derivación correspondiente. Todos los demás elementos necesarios para el correcto funcionamiento de una minicentral hidroeléctrica, serán objeto de estudio y diseño.
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Capítulo nº 2. Localización y características principales
Las características del río y su ubicación le hacen ser un sistema de transporte de basuras, residuos y desechos, que se acumulan en el dique y que obligan a paradas programadas para el desembalse por desagüe de fondo y retirada de todo el material retenido.
2.2 OBRAS HIDRÁULICAS
Presa
La presa es de concreto y mampostería tipo azud, quedando su cota de coronación ubicada a la 549 m.s.n.m aproximadamente según los planos topográficos facilitados por CEJM, y de 30 m de longitud desarrollada.
La función de la presa es desviar el flujo del agua de su cauce normal hacia los comparti- mentos de derivación. Debido a su pequeño tamaño, éste embalse solo permite suministrar agua a las turbinas para compensar cualquier variación brusca de carga, no así para almace- nar y poder turbinar con un caudal mayor al normal del río.
La presa está equipada con las aberturas de lo que en su día se correspondería con compuer- tas de control. Se utiliza para descargar el agua al cauce natural del río, en caso que se des- ee suspender la operación de conducción de agua en la derivación o para efectuar limpieza de arrastres y depósitos en el embalse.
Canaleta
La canaleta es de concreto y mampostería, haciendo su recorrido desde la represa hasta la casa de máquinas por la margen derecha del río y en una longitud aproximada de 160 me- tros.
La sección es ligeramente trapecial con 2,2 metros de base aproximadamente y en los pa- ramentos del canal se aprecia una leve inclinación. Se puede apreciar que la sección de la canaleta no siempre es la misma, presentando cambios en las dimensiones en algunos pun- tos de su recorrido.
La conexión de la canaleta con la represa se realiza mediante una toma directa en un estribo de la presa.
El final de la canaleta, en su llegada a la zona de la casa de máquinas, tiene un pequeño ensanchamiento que deberá de funcionar como cámara de carga hacia la tubería forzada.
Resto de obras hidráulicas
Todos los demás elementos hidráulicos necesarios para un correcto funcionamiento del aprovechamiento hidroeléctrico quedan completamente inutilizables.
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Capítulo nº 2. Localización y características principales
2.3 EQUIPO DE GENERACIÓN
Turbinas y generadores
En la obra originalmente se instalaron dos turbinas con sus respectivos generadores, consti- tuyendo la que podremos llamar en este estudio “estación 1”.
En el año 1925, la CEJM desarrolla una segunda fase del proyecto, con la instalación de una turbina y un generador de 300 Kw, río arriba de la primera, siendo esta la que llamare- mos “estación 2”.
2.4 CASA DE MÁQUINAS
Las casas de máquinas de ambas estaciones se encuentran completamente en desuso, de- jando una superficie libre de 135 m2 en la estación 1 y 160 m2 en la estación 2. Se ubican ambas a pie de río, donde se podrá efectúar la descarga directa de los caudales turbinados mediante sistema de galerías.
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CAPÍTULO Nº 3
ANÁLISIS DEL ESTADO ACTUAL Capítulo nº 3. Análisis del estado actual
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN...... 1
2. ESTADO DE LA PRESA...... 1
3. ESTADO DE LA CANALETA ...... 3
4. ESTADO LA CASA DE MÁQUINAS...... 5
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Capítulo nº 3. Análisis del estado actual
1. INTRODUCCIÓN
En este capítulo analizaremos el estado actual de las infraestructuras existentes que tras un proceso de reparación integral, podrán quedar en uso en la nueva configuración del aprove- chamiento hidroeléctrico objeto de este estudio.
Analizaremos el estado de la represa perteneciente a lo que hasta el momento llamamos estación 2, la canaleta asociada a esta misma estación, y la casa de máquinas correspon- diente con el mismo salto. El resto de infraestructuras necesarias se diseñarán de nueva construcción independientemente de su estado actual.
2. ESTADO DE LA PRESA
La presa existente en la estación 2 del aprovechamiento hidroeléctrico Venecia Prusia está construida en concreto y mampostería con una altura de alrededor de 15 metros y una lon- gitud de coronación de 30 metros aproximadamente.
Como se ha podido comprobar tras las visitas realizadas al sitio de Venecia Prusia, y como se puede apreciar en las fotos adjuntas, el estado de la represa es muy deficiente, necesitan- do de un proceso de reparación integral para poder entrar en funcionamiento en el nuevo diseño del aprovechamiento hidroeléctrico.
Como desperfecto principal deberemos destacar el hueco existente en el pie de presa pega- do a la margen derecha del río, por el cual actualmente pasan los caudales del río Acelhua- te.
- Agujero en cuerpo de presa.
- Permite el paso de caudales.
- Necesidad de reparación imprescindible.
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Capítulo nº 3. Análisis del estado actual
En pie de de presa en la margen izquierda existe un desconchón de material en el contacto con el cimiento que deberá ser objeto de la reparación.
- Desconchón en contacto cimiento presa.
- Perjudica la estabilidad de la presa.
- Necesidad de reparación imprescindible.
En el cuerpo de presa existen 4 orificios a diferentes alturas, que fueron utilizados como desagües cuando la presa se encontraba en funcionamiento. Dichos orificios carecen de compuerta o válvula de cierre,
-Desagües en cuerpo de presa
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Capítulo nº 3. Análisis del estado actual
Dichos huecos tienen unas di- mensiones de 1 metro por 1 metro aproximadamente.
A parte de los desperfectos puntuales ya destacados, el estado general de los paramentos es ligeramente deficiente presentando pérdidas del material y grietas generalizadas, debiendo ejecutarse un tratamiento de revestido y mejora de dichos paramentos.
3. ESTADO DE LA CANALETA
El estado general de la canaleta es aceptable, no obstante presenta desperfectos puntuales y acumulaciones de vegetación y de desprendimientos de la ladera.
- Acumulación de vegetación y todo tipo de sólidos a lo largo de todo el recorrido
- Obstruye el paso de los caudales.
- Necesidad de limpieza
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Capítulo nº 3. Análisis del estado actual
- Desprendimientos puntuales retenidos en la canaleta.
- Obstruye el paso de los caudales.
- Necesidad de limpieza
La toma del canal a la presa se realiza mediante una toma directa que permite el paso de caudales a través de una ventana creada en un estribo. Esta toma carece de elementos de separación de sólidos o retención de arenas. Se puede apreciar cierto estado de suciedad, aunque no obstante este punto del canal se encuentra en bastante buen estado.
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Capítulo nº 3. Análisis del estado actual
- Toma del canal de derivación.
- Carece de elementos de sepa- ración de sólidos y finos.
- Presenta suciedad ligera.
- Necesidad de limpieza
4. ESTADO LA CASA DE MÁQUINAS
El estado de la casa de máquinas de la estación 1 es muy deficiente, teniendo la necesidad de rehacer esta infraestructura por completo en el caso de ubicar la futura casa de máquinas en este emplazamiento.
En el caso de la casa de máquinas de la estación 2, se observa un estado también muy defi- ciente, pero que aún conserva los muros de la casa. No obstante la alternativa de ubicar en este emplazamiento la futura casa de máquinas tiene pocas posibilidades ya que el salto en este punto es menor que en la ubicación de la casa de máquinas de la estación 1.
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Capítulo nº 3. Análisis del estado actual
- Ubicación de la casa de máquinas de la estación 1 en la margen derecha del río Acelhuate.
No obstante, tanto la casa de máquinas de la estación 1 como de la estación 2 presentan un abandono completo, con la consiguiente aparición de vegetación en abundancia.
- Presencia de abundante vege- tación en las zonas de posible ubicación de la casa de máqui- nas.
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CAPÍTULO Nº 4
ESTUDIO HIDROLÓGICO Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN...... 3
2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ZONA DE ESTUDIO4
2.1 GEOGRAFÍA ...... 4
2.2 GEOLOGÍA...... 4
2.3 VEGETACIÓN Y USOS DEL SUELO...... 5
2.4 POBLACIÓN Y ÁMBITO SOCIO-ECONÓMICO ...... 6
3. RECOPILACIÓN DE DATOS ...... 6
4. ESTUDIO DE APORTACIONES ...... 7
4.1 METODOLOGÍA EMPLEADA ...... 7
4.2 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO...... 8 4.2.1 Cálculo del año medio para cada serie...... 8 4.2.2 Comparación de caudales medios de años representativos de ambas series y validación del método de regionalización de caudales del SNET.... 19 4.2.3 Adaptación de caudales medios en Guazapa a la ubicación de Venecia Prusia ...... 21 4.3 CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE CAUDALES CLASIFICADOS. 23
5. ESTUDIO DE AVENIDAS...... 35
5.1 ELECCIÓN DE LA METODOLOGÍA ...... 35
5.2 MÉTODOS ESTADÍSTICOS BASADOS EN DATOS DE CAUDALES . 37
5.3 ELECCIÓN DEL MODELO Y DE LAS LEYES DE PROBABILIDAD . 37
5.4 DISTRIBUCIÓN DE GUMBEL...... 38
5.5 MÉTODO DE ESTIMACIÓN DE CUANTILES...... 39 5.5.1 Datos locales...... 39 5.6 OBTENCIÓN DE CAUDALES PUNTA ...... 40
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
5.6.1 Adaptación de caudales máximos en Guazapa a la ubicación de Venecia Prusia ...... 42 5.7 HIDROGRAMAS DE AVENIDA ...... 44 5.7.1 Tiempo de concentración...... 45 5.7.2 Hidrograma de cálculo...... 45 5.7.3 Hidrogramas de avenida para los diferentes periodos de retorno...... 48
APÉNDICE Nº 1. CAUDALES MEDIOS DIARIOS SERIE 2003-2009 GUAZAPA
APÉNDICE Nº 2. REGIONALIZACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS Y MEDIOS EN EL SALVADOR
APÉNDICE Nº 3. CUENCA DE APORTACIÓN EN VENECIA PRUSIA
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
1. INTRODUCCIÓN
Es fundamental la elección de un caudal de diseño adecuado para definir el equipamiento a instalar, de forma que la energía producida sea la máxima posible en función de la hidrolo- gía. Por tanto, el conocimiento del régimen de caudales del río en la zona próxima a la toma de agua es imprescindible para la determinación del caudal de diseño del aprovechamiento.
En el caso que nos ocupa en nuestra zona de estudio, existe un factor adicional a considerar en éste diseño, consistente en un incremento notorio de los caudales medios que circulan por el río, debido a la presencia de vertidos de aguas servidas de la ciudad de San Salvador. Éste hecho se ha ido acentuando en los últimos años, debido al crecimiento demográfico que se ha desarrollado en la zona y el incremento de impermeabilización de la cuenca, ori- ginada también por el crecimiento de la ciudad y la aparición de nuevas infraestructuras de transporte.
Por los motivos expresados anteriormente, la simple y estricta aplicación de métodos hidro- lógicos en el cálculo del nuevo caudal de equipamiento no sería precisa, dado que el factor que representa el vertido de aguas negras ha cobrado gran importancia y no se tendría en cuenta con los mencionados métodos, por lo que se tendrá que recurrir a un compromiso entre métodos de medida directa y métodos hidrometeorológicos.
Es por ello que, si bien para el estudio de cualquier aprovechamiento hidroeléctrico el co- nocimiento de caudales aforados es verdaderamente necesario, para la determinación de los caudales fluyentes por la zona de estudio, esto resulta imprescindible. Además, según se ha comentado anteriormente, estas estaciones de aforo deben disponer de datos actualizados para caracterizar el régimen de caudales que discurren por el río Acelhuate, no resultando preciso el uso único de métodos estrictamente hidrometeorológicos.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ZONA DE ESTUDIO
Un estudio hidrológico comprende una recopilación completa de las diferentes característi- cas, especialmente las físicas, hidrológicas y socio-económicas de la zona de estudio.
2.1 GEOGRAFÍA
La cuenca del río Acelhuate comprende los siguientes municipios salvadoreños: Antiguo Cuscatlán, San Salvador, Nueva San Salvador, Mejicanos, Soyapango, Ciudad Delgado, Cuscatancingo, Ayutuxtepeque, Tonacatepeque, Guazapa, San Martín, Apopa, Nejapa, Aguilares, San Marcos, Suchitoto, San José Guayabal y Oratorio de Concepción.
La cuenca, cuya extensión aproximada es de 1,072.98 km², que constituye el 5.1% del área del país, cuenta 1,235,451 habitantes, correspondiendo al 24.1% del total del país.
El río Acelhuate, forma parte del sistema hidrográfico del río Lempa, y en su trayecto hacia la desembocadura, recibe el aporte de varios afluentes, entre ellos, la quebrada Montserrat, Arenal de Mejicanos, quebrada Tutunichapa -Tomayate, y los ríos Ilohuapa, Las Cañas, Guazapa y Tasajera. El área del río es de 733.0 km², o sea, 3.5% de la superficie total del país.
En nuestro punto de estudio, la cuenca de aportación comprende fundamentalmente el área metropolitana de San Salvador.
San Salvador está ubicado en la zona central del país. Su elevación se encuentra entre 600 y 1000 metros sobre el nivel del mar. Aunque San Salvador La Capital se encuentra a 650 msnm. Limita al norte con los municipios de Nejapa, Mejicanos, Cuscatancingo, y Ciudad Delgado, al este con Soyapango y San Marcos, al sur con Panchimalco y también con San Marcos, y al oeste con Antiguo Cuscatlán y Santa Tecla.
Entre las elevaciones que tiene el municipio están el Cerro El Picacho, Cerro San Jacinto y Cerro Chantecuán, y también se encuentran las lomas La Torre y de Candelaria. En la zona se encuentran tipos de suelos como regosoles, latosoles y andosoles, y rocas como lava an- desítica y lava basáltica.
2.2 GEOLOGÍA
Geológicamente hablando El Salvador es un país extremadamente joven. Una cuarta parte del territorio nacional es de edad pleistocénica y tres cuartas partes están cubiertas por rocas de edad terciaria, predominando la época pliocénica. Por eso, las capas de edad cretácica, que cubren aproximadamente un 5% del territorio salvadoreño no juegan un papel impor- tante para la constitución geológica total de la República. Solamente estas últimas capas son de origen sedimentario marino, todas las demás rocas, con pocas excepciones, están
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
originadas por fenómenos volcánicos. En otros lugares se conocen además rocas intrusivas que pertenecen a la época miocénica, es decir también son terciarias. Para poder formarse una mejor idea se anexa el Mapa Geológico General de El Salvador.
Una gran parte de El Salvador está cubierta por una serie volcánica que consiste en una sucesión que lleva de andesitas a basaltos hasta aglomerados de carácter andesítico; el es- pesor de esta sucesión es mayor de 1500 m.
Las hasta aquí descritas formaciones volcánicas siempre se presentan en forma de extensio- nes considerables, sin que hubiera sido posible reconocer los centros de actividad volcánica que produjeron estas series.
También existen en El Salvador formaciones volcánicas que se deben a volcanismo indivi- dual, donde es fácil localizar el centro de actividad. Se distinguen dos zonas volcánicas de este tipo: Una al Sur de las montañas norteñas con una faja de volcanes individuales que atraviesa toda la República. La otra zona de volcanes individuales existe más al Sur y corre paralela a la anterior; a esta faja pertenece el volcán de San Salvador. El carácter de las la- vas producidas es basáltico y la mayoría de los productos piroclásticos son de carácter dací- tico; existen también depresiones volcano-tectónicas, tales como los Lagos de Ilopango y Coatepeque.
En el perfil esquemático de la sucesión estratigráfica de El Salvador, desde la superficie hacia el fondo destacan los estratos de San Salvador (Holoceno hasta Pleistoceno). Se en- cuentran en la cadena volcánica joven que atraviesa la parte Sur del país y están compues- tos por productos extrusivos de los volcanes individuales. Estos productos son: corrientes de lava, cúpulas de lava, tobas fundidas, tobas, pómez, escoria y cenizas volcánicas, que se encuentran a veces con intercalaciones de sedimentos lacustres. También se encuentran suelos fósiles color café y negro.
2.3 VEGETACIÓN Y USOS DEL SUELO
La superficie que ocupa la cuenca drenante en el sitio de Venecia Prusia se corresponde casi en su totalidad con el área metropolitana de San Salvador, por lo tanto los usos del sue- lo de la misma son básicamente urbanos, con zonas construidas, viales, etc., siendo por esto que la escorrentía superficial en esta zona es muy elevada.
Las zonas próximas a la ciudad de San Salvador y cuyos suelos puedan formar parte de la cuenca drenante son básicamente zonas de cultivos de café, algodón, cereales, etc. En estas zonas la escorrentía superficial es menor ya que estos suelos absorben mayores cantidades de agua provenientes de las lluvias.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
2.4 POBLACIÓN Y ÁMBITO SOCIO-ECONÓMICO
San Salvador es la ciudad más poblada del país con 316,090 habitantes propios, y 1,566,629 habitantes en el Gran San Salvador o AMSS (Área Metropolitana de San Salva- dor). El centro de San Salvador se encuentra a una altura de 658 msnm20 y su densidad poblacional es 2,067 habitantes por Km2.21
La ciudad al ser la capital, cuenta con numerosos lugares de tipos de producción de alimen- tos, bebidas y artesanías. También materiales de construcción, industrias farmacéuticas y químicas. También negocios de mecánica automotriz, y electrodomésticos.
En el Área Metropolitana de San Salvador circulan alrededor de 200.000 vehículos diarios registrados. Alrededor de la ciudad hay vías primarias que la comunican con el interior del país. Por ser la ciudad paso obligado si se atraviesa el territorio, el gobierno ha construido, desde inicios del siglo, diversas vías para el descongestionamiento del tráfico vehicular. Entre estas carreteras están el trayecto Troncal del Norte a Soyapango.
3. RECOPILACIÓN DE DATOS
Tras un análisis y una serie de consultas al organismo estatal encargado de gestionar éstas estaciones de aforo (SNET) se ha averiguado que la estación de aforos más cercana al sitio de Venecia Prusia y que pueda caracterizar el caudal circulante por éste es la de Guazapa, localizada en el mismo río, aguas abajo. Además, ésta estación cuenta con registros muy actualizados, con caudales medios diarios desde el año 2004 hasta el 2009. Los registros de caudales inmediatamente anteriores a éste período datan del año 1984, quedando el período de 1984 hasta 2004 sin disponibilidad de datos debida a que la estación se mantuvo inope- rativa. Por lo tanto, para una caracterización fiable y adecuada del régimen de caudales cir- culantes por el río actualmente, únicamente se tomará para el estudio el registro de caudales asociado a la época actual, en la que se ha advertido en mencionado incremento en los cau- dales circulantes, del período 2004-2009. Las otras series antiguas disponibles no serán consideradas en el análisis ya que repercutirían negativamente en la tendencia actual de caudales.
Lógicamente, ésta estación se encuentra algo alejada del sitio de Venecia Prusia, por lo que los caudales disponibles para Guazapa deberán ser tratados, restándole los caudales medios asociados al aporte extra de cuenca drenante comprendida entre el sitio de Venecia Prusia y la estación aforadora de Guazapa.
Por lo tanto, las fuentes de datos empleadas en éste estudio de caudales son las siguientes:
• La medida directa de caudales más cercana a la zona de estudio se ubica en la esta- ción de aforos de Guazapa, para la cual se dispone de la medida de caudales medios mensuales desde el año 1961 hasta 1990, y que han sido extractados del PNODT (Plan Nacional de Ordenamiento y Desarrollo Territorial para El Salvador).
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
• Así mismo, tras consultar al SNET la disponibilidad de datos de aforos en esa esta- ción para fechas posteriores, se dispone de datos de caudales medios diarios para el período más reciente, en éste caso para el período 2004 hasta 2009.
• Los datos asociados al período comprendido entre 1984 y 2004 no se encuentran disponibles, dado que esa estación se mantuvo inoperativa, como se expuso ante- riormente.
Así mismo, se dispone además del estudio de Regionalización de Caudales máximos y me- dios en el territorio de El Salvador, elaborado por el SNET en 2004, el cual contrastaremos con los resultados extractados de la serie 1961-1990 (dado que no están influidos por los vertidos urbanos) y para corregir los datos de Guazapa y tratarlos para caracterizar los cau- dales nuestra zona de estudio.
En resumen, las fuentes de datos empleadas en éste estudio de caudales son las siguientes:
• Relación de caudales medios mensuales para la estación de GUAZAPA desde 1961 hasta 1990, procedente del PNODT.
• Relación de caudales medios diarios para la estación de GUAZAPA desde 2004 hasta 2009, procedentes del SNET.
• Estudio de Regionalización de Caudales máximos y medios en el territorio de El Salvador, elaborado por el SNET en 2004.
4. ESTUDIO DE APORTACIONES
Para la realización del estudio de aportaciones estudiaremos ambos períodos (1961-1990 y 2004-2009), analizándose por separado, obteniendo el año medio para cada uno de ellos, pudiendo contrastar y constatar así el incremento de caudales asociado a estos vertidos que se han potenciado fundamentalmente durante la primera década del siglo XXI.
Si bien la serie disponible del año 2004-2009 es corta, se ha podido constatar que el flujo base de aguas servidas representa el porcentaje mayor de éstas, siendo la pluviometría un factor secundario.
4.1 METODOLOGÍA EMPLEADA
El procedimiento a seguir se describe brevemente a continuación y será desarrollado más adelante.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
1. Inicialmente, y dados los condicionantes expuestos anteriormente, se analizarán las dos series de datos disponibles para la estación de Guazapa por separado y se ex- traerá el año medio de cada una de ellas empleándose una distribución probabilística Gumbel.
2. Una vez seleccionados los años medios para cada una de las series, éstas se compa- rarán para analizar el efecto del incremento de caudales producido por el vertido de las aguas negras. Previamente, se elaborará una prueba de contraste de los resulta- dos obtenidos para la serie más antigua con los que arroja el modelo de Regionali- zación de caudales del SNET, con el objeto de validar éste último método.
3. Posteriormente, y apoyándonos en la metodología del Estudio de Regionalización de Caudales máximos y medios en el territorio de El Salvador, obtendremos los da- tos de caudales medios mensuales (asociados a la pluviometría) en las localizacio- nes del proyecto hidroeléctrico Venecia Prusia y la estación de aforos de Guazapa, permitiéndonos de esa manera corregir los datos aforados en Guazapa en la serie más actual y obtener los caudales medios diarios en la ubicación de nuestro estudio, preparándose a continuación la curva de caudales clasificados que se empleará para la determinación del caudal de equipamiento.
4. Construcción de la curva de caudales clasificados.
4.2 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
4.2.1 Cálculo del año medio para cada serie
Se analizan en éste punto las dos series disponibles para la estación de Guazapa.
Si tomamos el caudal medio para cada uno de los años analizados, y los ordenamos proba- bilísticamente mediante un ajuste tipo gumbel similar al que se muestra en la figura si- guiente, podremos obtener para cada serie el año normal o medio, representativo para cada una de ellas.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Los datos disponibles para la serie de datos de 1961-1990 y el cálculo del año medio se muestran a continuación:
CUENCA LEMPA Latitud 13 53´ RIO ACELHUATE Longitud 89 12´ ESTACION GUAZAPA Elevac (cero hidro) 320.836 msnm Area drenaje 366.0 km2 Periodo registro 1967-1968 1974-1984
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
AÑO MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL ANUAL
HIDROL. Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s
1961-1962 3.90 5.44 10.88 8.47 16.22 7.95 5.06 4.06 3.08 3.09 2.73 3.27 6.18
1962-1963 4.28 8.24 11.37 13.82 11.04 11.18 4.18 3.03 2.74 3.51 3.25 3.17 6.65
1963-1964 6.60 8.44 10.92 9.80 11.65 6.68 4.90 3.24 2.84 3.01 2.78 3.63 6.21
1964-1965 4.20 10.92 10.58 11.63 10.03 7.32 3.90 3.00 2.77 3.11 2.77 2.96 6.10
1965-1966 5.13 8.33 9.48 9.14 12.10 6.42 3.63 2.86 2.79 3.09 2.82 2.98 5.73
1966-1967 4.91 8.77 10.91 9.87 11.03 6.90 3.75 2.90 2.83 3.05 2.86 3.71 5.96
1967-1968 3.19 5.15 6.87 7.98 10.66 12.00 3.54 3.03 2.72 2.49 2.63 2.70 5.21
1968-1969 5.13 5.16 6.74 10.41 12.82 13.00 3.72 2.78 2.56 2.52 2.32 2.92 5.84
1969-1970 4.43 5.06 6.59 8.64 12.39 12.27 3.76 2.95 2.61 2.55 2.48 2.53 5.52
1970-1971 4.53 4.94 10.96 11.50 15.92 13.23 4.48 3.26 3.43 3.07 2.96 2.61 6.74
1971-1972 4.11 7.66 9.93 12.47 10.75 11.88 4.54 3.23 2.81 3.03 2.76 3.34 6.38
1972-1973 4.57 5.94 6.97 8.61 11.27 8.08 4.31 3.20 2.81 3.03 2.73 3.23 5.40
1973-1974 4.07 7.49 9.73 10.93 7.90 7.38 3.98 3.10 2.89 3.06 3.44 3.47 5.62
1974-1975 3.90 7.93 6.46 9.35 19.92 5.91 2.96 2.76 3.00 2.83 2.90 2.97 5.91
1975-1976 2.50 2.69 3.87 6.49 10.41 11.25 3.40 2.31 2.05 1.98 2.07 2.16 4.26
1976-1977 3.50 8.70 7.15 5.70 10.90 3.85 3.61 3.49 3.33 3.13 3.18 4.27 5.07
1977-1978 4.71 8.32 5.73 9.73 6.63 4.64 3.86 3.34 2.91 2.77 2.42 2.32 4.78
1978-1979 3.10 5.35 10.16 9.99 13.19 10 4.20 3.86 3.27 2.96 3.08 3.96 6.09
1979-1980 4.10 8.69 7.09 8.17 11.74 8.24 3.40 3.29 4.05 2.58 2.91 3.08 5.61
1980-1981 8.2 12.86 11.78 12.76 13.42 10.83 5.32 3.62 3.19 3.16 3.81 3.13 7.67
1981-1982 3.33 6.28 10.13 6.5 12.8 9.9 4.09 2.69 3.19 3.77 2.84 3.7 5.77
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
AÑO MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL ANUAL
HIDROL. Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s
1982-1983 6.60 13.34 9.77 9.18 15.90 5.64 5.50 4.50 3.82 3.59 3.48 3.35 7.06
1983-1984 4.76 5.39 9.52 10.80 7.35 10.30 6.09 5.16 3.23 3.57 2.60 2.30 5.92
1984-1985 4.29 7.75 13.01 10.13 13.18 7.79 3.95 2.94 2.75 3.02 2.74 4.01 6.30
1985-1986 4.13 5.70 9.68 9.48 9.59 7.25 4.61 3.18 2.82 3.03 2.77 3.68 5.49
1986-1987 4.43 7.85 8.49 11.89 12.21 7.73 4.03 2.97 2.77 3.03 2.84 3.17 5.95
1987-1988 5.34 6.49 12.44 10.34 10.85 4.94 3.26 2.79 2.74 3.03 2.84 3.12 5.68
1988-1989 3.67 9.12 8.48 13.29 11.17 9.36 3.94 3.00 2.78 3.03 2.74 3.44 6.17
1989-1990 4.91 7.95 11.36 11.16 16.08 9.64 4.77 3.13 2.80 3.04 2.81 3.59 6.77
Caudales Generados Caudales Registrados
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
AJUSTE A UNA DISTRIBUCIÓN EXTREMAL TIPO GUMBEL
FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE GUMBEL PRUEBA DE KOLMOGOROV
−e(−α .( x−β )) F(x) = e Dn = max[Fn (x) − F(x)]
z = n.D m n Fn (x) =1− n +1 P(z) =1− k(z)
Estación: GUAZAPA Nº de datos (n): 29
Nº de dato Registro Frecuencia P. retorno Probabiidad Serie m x Fn(x) T P(x) 6.18 1 7.67 0.9667 30.00 0.0333 6.65 2 7.06 0.9333 15.00 0.0667 6.21 3 6.77 0.9000 10.00 0.1000 6.10 4 6.74 0.8667 7.50 0.1333 5.73 5 6.65 0.8333 6.00 0.1667 5.96 6 6.38 0.8000 5.00 0.2000 5.21 7 6.30 0.7667 4.29 0.2333 5.84 8 6.21 0.7333 3.75 0.2667 5.52 9 6.18 0.7000 3.33 0.3000 6.74 10 6.17 0.6667 3.00 0.3333 6.38 11 6.10 0.6333 2.73 0.3667 5.40 12 6.09 0.6000 2.50 0.4000 5.62 13 5.96 0.5667 2.31 0.4333 5.91 14 5.95 0.5333 2.14 0.4667 4.26 15 5.92 0.5000 2.00 0.5000 5.07 16 5.91 0.4667 1.88 0.5333 4.78 17 5.84 0.4333 1.76 0.5667 6.09 18 5.77 0.4000 1.67 0.6000 5.61 19 5.73 0.3667 1.58 0.6333 7.67 20 5.68 0.3333 1.50 0.6667 5.77 21 5.62 0.3000 1.43 0.7000 7.06 22 5.61 0.2667 1.36 0.7333 5.92 23 5.52 0.2333 1.30 0.7667 6.30 24 5.49 0.2000 1.25 0.8000
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Nº de dato Registro Frecuencia P. retorno Probabiidad Serie m x Fn(x) T P(x) 5.49 25 5.40 0.1667 1.20 0.8333 5.95 26 5.21 0.1333 1.15 0.8667 5.68 27 5.07 0.1000 1.11 0.9000 6.17 28 4.78 0.0667 1.07 0.9333 6.77 29 4.26 0.0333 1.03 0.9667
Parámetros de la serie Media D. Típica x s 5.93 0.67
CARACTERIZACION DEL AÑO NORMAL O MEDIO
9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 Caudal medio anual en m3/s en anual medio Caudal 0.00 0% 20% 40% 60% 80% 100% Frecuencia de aparición en la serie anual estudiada
A la vista de los resultados presentados, podemos extractar que el año normal o medio para ésta serie es el correspondiente a una media de caudales anuales de 5,92 m3/s, que corres- ponde al año 1983-1984.
Si ahora repetimos el proceso para la serie de datos 2004-2009 se obtienen los siguientes resultados:
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CUENCA LEMPA Latitud 13 53´ RIO ACELHUATE Longitud 89 12´ ESTACION GUAZAPA Elevac (cero hidro) 320.836 msnm Area drenaje 366.0 km2 Periodo registro 2004-2009
AÑO MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL ANUAL
HIDROL. Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s Qm³/s
2004-2005 9.35 12.74 29.43 14.36 19.62 10.67 6.27 5.63 5.42 5.18 5.31 5.40 10.78
2005-2006 11.20 13.14 11.10 11.05 15.97 22.37 6.32 6.65 6.27 5.94 8.07 9.01 10.59
2006-2007 14.89 10.19 23.55 11.49 15.70 8.54 5.02 4.50 4.33 4.14 4.25 4.32 9.24
2007-2008 9.32 9.57 20.61 15.60 11.84 14.91 5.85 5.14 5.11 5.17 4.96 5.51 9.47
2008-2009 8.30 17.32 18.83 13.69 17.43 17.68 6.15 5.69 5.85 5.20 5.79 7.22 10.76
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
AJUSTE A UNA DISTRIBUCIÓN EXTREMAL TIPO GUMBEL
FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE GUMBEL PRUEBA DE KOLMOGOROV
−e(−α .(x−β )) F(x) = e Dn = max[Fn (x) − F(x)]
z = n.D m n Fn (x) =1− n +1 P(z) =1− k(z)
Estación: GUAZAPA Nº de datos (n): 5
Nº de dato Registro Frecuencia P. retorno Probabilidad Serie m x Fn(x) T P(x) 10.78 1 10.78 0.8333 6.00 0.17 10.59 2 10.76 0.6667 3.00 0.33 9.24 3 10.59 0.5000 2.00 0.50 9.47 4 9.47 0.3333 1.50 0.67 10.76 5 9.24 0.1667 1.20 0.83
Nº de dato Registro Frecuencia P. retorno Probabiidad Serie m x Fn(x) T P(x) 10.78 1 10.78 0.8333 6.00 0.17 10.59 2 10.76 0.6667 3.00 0.33 9.24 3 10.59 0.5000 2.00 0.50 9.47 4 9.47 0.3333 1.50 0.67 10.76 5 9.24 0.1667 1.20 0.83
Parámetros de la serie Media D. Típica x s 10.17 0.67
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CARACTERIZACION DEL AÑO NORMAL O MEDIO
11.00 10.80 10.60 10.40 10.20 10.00 9.80 9.60 9.40
Caudal medio anual en m3/s en anual medio Caudal 9.20 9.00 0% 20% 40% 60% 80% 100% Frecuencia de aparición en la serie anual estudiada
A la vista de los resultados presentados, podemos extractar que el año normal o medio para ésta otra serie es el correspondiente a una media de caudales anuales de 10,59 m3/s, que corresponde al año 2005-2006 y que se muestra detallado en el listado siguiente.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CAUDALES DIARIOS EN LA ESTACIÓN DE GUAZAPA (m3/s) AÑO 2005-2006
MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL
1 7.03 8.31 15.81 7.53 8.46 16.62 4.44 6.95 6.60 6.44 6.25 10.34 2 7.03 7.05 11.10 7.86 11.48 20.39 3.78 7.06 6.93 6.31 6.53 20.04 3 24.38 8.63 17.91 9.56 13.54 104.54 3.69 6.83 7.29 6.50 7.42 5.90
4 22.53 7.91 10.21 7.82 19.40 85.36 3.91 5.64 7.58 6.54 7.05 5.87 5 6.16 7.16 6.88 9.37 13.21 98.00 4.30 4.51 7.23 6.12 7.92 5.00 6 6.07 13.67 5.20 8.20 15.98 41.20 8.39 6.27 6.49 6.25 7.94 5.52
7 5.65 40.96 9.34 12.61 14.49 34.46 4.37 6.50 5.92 6.44 8.09 5.88 8 19.96 24.61 9.43 8.16 9.72 36.97 4.30 6.61 5.76 6.00 8.40 5.96 9 6.80 8.43 16.73 8.31 9.14 37.55 6.18 6.60 6.15 6.07 8.25 5.44 10 16.08 5.09 8.63 12.65 8.67 27.34 7.53 6.68 6.28 6.07 8.27 5.81 11 7.03 15.60 8.11 9.01 10.37 24.53 7.29 6.31 6.29 5.89 8.49 5.70 12 6.00 5.82 17.91 14.66 8.56 19.74 7.33 6.64 6.05 5.72 8.30 5.00 13 5.50 8.60 18.61 9.52 8.96 17.83 6.61 6.74 6.26 5.22 8.47 4.42 14 5.45 8.61 8.79 14.72 11.87 14.90 6.12 6.80 6.13 5.57 8.80 4.51 15 4.99 6.18 13.04 9.59 14.43 13.69 6.88 6.84 6.23 6.05 8.47 4.56 16 6.23 7.59 7.54 8.89 17.81 7.51 7.36 6.71 6.11 6.09 8.38 4.90 17 8.31 7.90 9.91 26.16 11.31 7.16 6.93 6.61 6.33 6.04 8.41 5.45 18 6.44 18.10 6.56 18.95 10.23 6.66 6.95 6.53 6.17 5.52 8.30 5.67 19 32.28 8.96 11.14 15.69 9.07 6.47 7.13 7.01 5.94 5.56 7.80 5.42
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL
20 41.67 17.61 12.04 14.20 9.21 6.37 6.87 6.75 5.74 5.81 8.12 5.26 21 7.76 19.37 8.86 13.84 36.93 6.09 6.63 6.46 5.75 5.90 8.26 5.10
22 7.78 22.33 16.98 11.22 18.83 5.91 6.95 6.84 5.76 5.80 8.09 7.00 23 7.12 21.54 10.05 9.73 28.81 9.46 6.72 6.27 5.91 5.83 8.20 12.63 24 6.67 15.86 20.27 9.18 26.73 7.15 6.64 6.53 6.33 5.96 7.89 8.97
25 7.37 18.49 13.97 10.49 21.41 6.05 6.89 6.20 6.25 5.93 7.74 27.00 26 7.61 9.76 11.72 11.62 16.69 5.63 6.94 6.69 6.62 5.51 7.56 13.69 27 11.45 21.25 6.77 8.78 22.45 5.45 6.83 7.32 6.24 5.56 7.83 27.30
28 9.89 8.35 7.24 9.14 27.29 5.30 6.98 7.33 6.00 5.74 8.05 18.90 29 12.65 7.72 10.47 8.85 22.85 5.13 7.49 7.33 5.66 7.85 7.77 30 13.30 12.76 6.29 8.14 21.20 5.03 7.21 7.44 6.19 8.08 15.44
31 9.94 6.52 7.96 5.10 7.03 6.31 10.86
PROMEDIO: 11.20 13.14 11.10 11.05 15.97 22.37 6.32 6.65 6.27 5.94 8.07 9.01
CAUDAL MEDIO: 10.59 m3/s APORTACIÓN MEDIA: 0.92 Hm3/dia APORTACIÓN ANUAL: 334.00 Hm3/año
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
4.2.2 Comparación de caudales medios de años representativos de ambas series y validación del método de regionalización de caudales del SNET.
Si comparamos a continuación la media de caudales mensuales para la misma estación en los dos períodos considerados, podremos apreciar con facilidad el incremento real de los caudales disponibles en el río en los últimos años:
2005-2006 1982-1983 MAYO 11.20 6.60 JUNIO 13.14 13.34 JULIO 11.10 9.77 AGOSTO 11.05 9.18 SEPTIEMBRE 15.97 15.90 OCTUBRE 22.37 5.64 NOVIEMBRE 6.32 5.50 DICIEMBRE 6.65 4.50 ENERO 6.27 3.82 FEBRERO 5.94 3.59 MARZO 8.07 3.48 ABRIL 9.01 3.35 MEDIA 10.59 7.06
Para contrastar los caudales medios obtenidos para la serie más antigua de la estación, va- mos a emplear la publicación del SNET de regionalización de caudales para la estimación de los caudales medios mensuales.
Para ello, se debe identificar la zona geográfica donde se ubica la cuenca del río con una de las propuestas en el estudio. En éste caso, la zona geográfica que corresponde a la cuenca del Acelhuate es la número 6.
La fórmula para determinar el caudal tiene como variable el área de la cuenca drenante en el punto de estudio, siendo éste dato para la estación de Guazapa de 366 Km2.
La fórmula para la región nº 6 es la siguiente:
−6 2 Q = 2 ⋅10 ⋅ A + 0,0156 ⋅ A + 0,0944 Con un coeficiente de correlación R2 =0,9626
Y válido para un rango de áreas comprendido entre 35 y 845 Km2.
El caudal medio asociado por tanto a la estación de Guazapa es de 6,07 m3/s.
Así mismo, éste caudal medio se puede distribuir mensualmente aplicando los coeficientes siguientes, recogidos en el estudio:
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
MES %Qmedio MAYO 67,07 JUNIO 123,54 JULIO 151,70 AGOSTO 171,84 SEPTIEMBRE 218,65 OCTUBRE 153,68 NOVIEMBRE 70,02 DICIEMBRE 54,11 ENERO 49,55 FEBRERO 46,97 MARZO 44,99 ABRIL 47,87
Obteniéndose por tanto la siguiente distribución de caudales en m3/s:
GUAZAPA GUAZAPA (SNET) (PNODT 82-83)
MAYO 4.07 6.60
JUNIO 7.50 13.34
JULIO 9.21 9.77
AGOSTO 10.43 9.18
SEPTIEMBRE 13.28 15.90
OCTUBRE 9.33 5.64
NOVIEMBRE 4.25 5.50
DICIEMBRE 3.29 4.50
ENERO 3.01 3.82
FEBRERO 2.85 3.59
MARZO 2.73 3.48
ABRIL 2.91 3.35
MEDIA 6,07 7,06
Pudiéndose apreciar una similitud aceptable de resultados entre la metodología del SNET el cálculo con los datos de la estación de Guazapa, validándose por lo tanto el método del SNET.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
No obstante podemos apreciar un valor excesivo para el caudal medio del mes de octubre del año de estudio de 22,37 m3/s. Comparando este valor con el resto de años se detecta que está por encima de los valores medios habituales en esta época del año.
AÑO OCTUBRE
HIDROL. Qm³/s
2004-2005 10.67
2005-2006 22.37
2006-2007 8.54
2007-2008 14.91
2008-2009 17.68
Este fenómeno es debido a la presencia de un evento extraordinario de precipitaciones en el mes de octubre de 2005-2006. Este aspecto no debe influir en gran medida en el diseño de caudales, ya que se trata de un suceso puntual y el diseño se realiza en función de la serie completa del año. No obstante aún no influyendo en demasía intentaremos hacer las correc- ciones necesarias para tener el mínimo error posible, por ello sustituiremos el valor medio de la precipitación en octubre del 2005-2006 por la media del resto de valores de la serie.
AÑO OCTUBRE
HIDROL. Qm³/s
2004-2005 10.67
2006-2007 8.54
2007-2008 14.91
2008-2009 17.68
Media 12.95
4.2.3 Adaptación de caudales medios en Guazapa a la ubicación de Venecia Prusia
Una vez determinado el año de estudio que representará un año medio de caudales en la estación de Guazapa, procedemos a su adaptación al enclave del proyecto hidroeléctrico Venecia Prusia, calculándose los caudales a detraer de éste por aporte de lluvias.
El área de la cuenca drenante en el enclave de Venecia Prusia es de 87,97 Km2 (según pla- no adjunto) mientras que en Guazapa es de 366 Km2 (según SNET). La diferencia en el aporte entre una y otra vendrá delimitada por el caudal asociado a la diferencia de éstas áreas.
La diferencia entre áreas es de 278,03 Km2, para la cual calcularemos el aporte medio y lo detraeremos del cálculo de la segunda serie en Guazapa.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Procediendo de manera análoga al método anterior:
El caudal medio asociado por tanto a la diferencia en áreas de cuencas drenantes (278,03 Km2) es de 4,59 m3/s.
Así mismo, éste caudal medio se puede distribuir mensualmente aplicando los coeficientes expuestos anteriormente, resultando el siguiente caudal medio a detraer:
MES Qmedio MAYO 3.08 JUNIO 5.67 JULIO 6.96 AGOSTO 7.89 SEPTIEMBRE 10.04 OCTUBRE 7.05 NOVIEMBRE 3.21 DICIEMBRE 2.48 ENERO 2.27 FEBRERO 2.16 MARZO 2.07 ABRIL 2.20
Por lo tanto, los caudales medios mensuales a considerar para la determinación final del caudal será:
2005-2006 Q a detraer Q en Venecia Prusia MAYO 11.20 3.08 8.12 JUNIO 13.14 5.67 7.47 JULIO 11.10 6.96 4.14 AGOSTO 11.05 7.89 3.16 SEPTIEMBRE 15.97 10.04 5.93 OCTUBRE 12.95 7.05 5.90 NOVIEMBRE 6.32 3.21 3.11 DICIEMBRE 6.65 2.48 4.17 ENERO 6.27 2.27 4.00 FEBRERO 5.94 2.16 3.48
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
MARZO 8.07 2.07 6.00 ABRIL 9.01 2.20 6.81 MEDIA 10.59 4.59 5.98
4.3 CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE CAUDALES CLASIFICADOS
Dado que no se ha establecido un caudal mínimo ecológico para la operación de ésta mini- central, se considerará un 10% del caudal medio, que en éste caso corresponde a 0,598 m3/s.
A partir de estos caudales medios mensuales estimados, se ha preparado la curva de cauda- les clasificados, distribuyéndolos a lo largo de cada día de cada mes, empleando para ello unos coeficientes de distribución superior e inferior.
Ésta curva de caudales clasificados tendrá la apariencia que se muestra en la figura:
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Donde:
QM: Caudal máximo alcanzado en el año o caudal de crecida.
Qm: Caudal mínimo del año o estiaje.
Qsr: Caudal de servidumbre que es necesario dejar en el río por su cauce normal. Incluye el caudal ecológico y el necesario para otros usos, aunque en éste caso únicamente considera- remos el caudal ecológico. El caudal ecológico será asumido como el 10% del caudal me- dio interanual.
Qmt: Caudal mínimo técnico. Es aquel directamente proporcional al caudal de equipamien- to con un factor de proporcionalidad “K” que depende del tipo de turbina. Qmt = K * Qe
Para una primera aproximación, se tomarán los siguientes valores de “K”:
- para turbinas PELTON: k = 0,10 - para turbinas KAPLAN: k = 0,25 - para turbinas SEMIKAPLAN k = 0,40 - para turbinas FRANCIS k = 0,40
En éste caso, dada la configuración del salto y el caudal aproximado de equipamiento, se considerará la disposición de turbinas tipo Francis o Flujo cruzado.
DATOS INICIALES MES Qm³/s Variab Mens.% Número de días MAYO 8,12 25 31 JUNIO 7,47 25 30 JULIO 4,14 15 31 AGOSTO 3,16 15 31 SEPTIEMBRE 5,93 15 30 OCTUBRE 5.9 35 31 NOVIEMBRE 3,11 20 30 DICIEMBRE 4,17 22 31 ENERO 4 24 31 FEBRERO 3,48 25 28 MARZO 6 25 31 ABRIL 6,81 25 30
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
DATOS ORDENADOS PARA Q MEDIOS DIARIOS MES Qm³/s Variab Mens.% Número de días MAYO 8.12 25 31 JUNIO 7.47 25 30 ABRIL 6.81 25 30 MARZO 6.00 25 31 SEPTIEMBRE 5.93 15 30 OCTUBRE 5.90 35 31 DICIEMBRE 4.17 22 31 JULIO 4.14 15 31 ENERO 4.00 24 31 FEBRERO 3.48 25 28 AGOSTO 3.16 15 31 NOVIEMBRE 3.11 20 30
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Nota: La numeración "Nº1" y siguientes empleada en la siguiente tabla no responden a ningún mes en particular, únicamente se emplean para poder ordenar los datos de caudales medios diarios de menor a mayor probabilidad de excedencia.
CAUDALES MEDIOS DIARIOS ORDENADOS DÍA Nº1 Nº2 Nº3 Nº4 Nº5 Nº6 Nº7 Nº8 Nº9 Nº10 Nº11 Nº12 1 10.15 8.06 7.21 6.58 6.05 5.43 4.79 4.40 4.04 3.64 3.32 2.94 2 10.02 8.05 7.17 6.58 6.02 5.40 4.77 4.37 4.04 3.63 3.30 2.93 3 9.89 7.97 7.15 6.53 5.99 5.37 4.77 4.37 4.03 3.61 3.29 2.92 4 9.76 7.97 7.14 6.52 5.98 5.34 4.77 4.36 4.01 3.60 3.29 2.90 5 9.63 7.95 7.11 6.50 5.97 5.33 4.76 4.35 4.00 3.60 3.28 2.90 6 9.50 7.92 7.10 6.48 5.95 5.30 4.73 4.34 3.98 3.60 3.27 2.87 7 9.36 7.84 7.04 6.47 5.93 5.28 4.72 4.33 3.97 3.60 3.24 2.86 8 9.34 7.83 7.03 6.47 5.90 5.27 4.71 4.32 3.97 3.57 3.23 2.86 9 9.23 7.83 7.02 6.46 5.87 5.22 4.69 4.29 3.96 3.57 3.23 2.84 10 9.21 7.79 7.01 6.44 5.85 5.22 4.69 4.29 3.93 3.56 3.23 2.82 11 9.10 7.72 6.97 6.40 5.85 5.18 4.68 4.28 3.92 3.54 3.21 2.81 12 9.09 7.72 6.92 6.37 5.83 5.17 4.65 4.28 3.92 3.54 3.19 2.80 13 8.97 7.70 6.92 6.36 5.81 5.16 4.65 4.25 3.91 3.54 3.18 2.78 14 8.96 7.66 6.90 6.35 5.79 5.10 4.64 4.24 3.89 3.52 3.17 2.78 15 8.84 7.60 6.88 6.35 5.76 5.09 4.63 4.23 3.88 3.51 3.16 2.75 16 8.84 7.59 6.85 6.35 5.75 5.08 4.61 4.23 3.85 3.48 3.15 2.74 17 8.72 7.57 6.82 6.34 5.73 5.05 4.60 4.22 3.85 3.48 3.14 2.73 18 8.71 7.53 6.82 6.29 5.70 5.04 4.59 4.21 3.84 3.48 3.11 2.72 19 8.59 7.50 6.81 6.24 5.69 5.03 4.57 4.20 3.80 3.47 3.11 2.70
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Nota: La numeración "Nº1" y siguientes empleada en la siguiente tabla no responden a ningún mes en particular, únicamente se emplean para poder ordenar los datos de caudales medios diarios de menor a mayor probabilidad de excedencia.
CAUDALES MEDIOS DIARIOS ORDENADOS DÍA Nº1 Nº2 Nº3 Nº4 Nº5 Nº6 Nº7 Nº8 Nº9 Nº10 Nº11 Nº12 20 8.58 7.49 6.77 6.24 5.68 5.01 4.56 4.17 3.79 3.45 3.11 2.67 21 8.51 7.47 6.76 6.23 5.66 4.98 4.53 4.16 3.78 3.44 3.10 2.65 22 8.47 7.43 6.74 6.23 5.63 4.97 4.53 4.16 3.76 3.42 3.08 2.61 23 8.45 7.40 6.73 6.23 5.60 4.96 4.52 4.15 3.73 3.42 3.07 2.57 24 8.40 7.40 6.72 6.22 5.57 4.93 4.50 4.13 3.73 3.41 3.05 2.53 25 8.34 7.38 6.70 6.17 5.57 4.90 4.49 4.12 3.72 3.40 3.05 26 8.32 7.35 6.70 6.15 5.56 4.90 4.48 4.10 3.72 3.39 3.03 27 8.29 7.31 6.64 6.13 5.56 4.89 4.46 4.10 3.69 3.36 3.02 28 8.22 7.30 6.63 6.11 5.51 4.89 4.45 4.09 3.68 3.36 2.99 29 8.19 7.27 6.63 6.10 5.47 4.85 4.44 4.09 3.67 3.36 2.99 30 8.17 7.26 6.61 6.10 5.46 4.84 4.41 4.08 3.66 3.35 2.98 31 8.09 7.22 6.60 6.05 5.45 4.81 4.40 4.05 3.65 3.33 2.96
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CAUDALES CLASIFICADOS
Caudales medios diarios 12 Caudales medios mensuales Caudal Ecológico
10
8
6
Caudales (m3/s) 4
2
0 0 50 100 150 200 250 300 350 Nº de días que se supera el caudal
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Para una turbina tipo Francis, los volúmenes turbinados en función del caudal de equipamiento serían los que se muestran a continua- ción, advirtiéndose un máximo de 3660,87 hm3 para un caudal turbinado de 6,34 m3/s.
VOLÚMENES TURBINADOS (Hm3) DIA Nº1 Nº2 Nº3 Nº4 Nº5 Nº6 Nº7 Nº8 Nº9 Nº10 Nº11 Nº12 1 830.85 2190.98 2998.66 3522.03 3588.03 3511.92 3377.88 3166.61 2846.45 2382.79 1741.15 876.75 2 884.45 2194.58 3040.11 3521.86 3586.11 3508.39 3372.41 3157.76 2834.18 2365.23 1716.75 844.63 3 941.68 2274.15 3054.14 3555.87 3584.23 3504.96 3367.01 3149.38 2821.59 2346.97 1692.54 812.34 4 1002.72 2276.90 3065.88 3561.40 3582.45 3501.35 3361.62 3140.80 2808.48 2329.09 1668.06 779.52 5 1067.75 2295.46 3088.85 3576.21 3580.67 3498.11 3356.07 3132.03 2795.65 2311.07 1643.17 746.88 6 1136.94 2315.45 3103.85 3586.22 3578.79 3494.37 3349.95 3123.15 2782.29 2292.78 1618.13 713.11 7 1210.45 2390.72 3158.36 3591.13 3576.79 3490.73 3344.22 3114.06 2769.10 2274.36 1592.26 679.73 8 1225.96 2401.79 3162.27 3593.18 3574.68 3487.29 3338.35 3105.02 2755.85 2255.18 1566.93 646.24 9 1288.39 2402.00 3176.80 3596.01 3572.49 3483.08 3332.23 3095.33 2742.40 2236.25 1541.34 611.93 10 1300.82 2438.95 3184.99 3612.58 3570.43 3479.53 3326.21 3086.12 2728.16 2217.11 1515.43 577.36 11 1370.88 2509.31 3215.94 3630.18 3568.47 3475.36 3320.12 3076.72 2714.39 2197.53 1488.88 542.72 12 1379.81 2510.21 3258.58 3650.89 3566.29 3471.57 3313.52 3067.27 2700.49 2178.16 1462.29 507.77 13 1458.02 2528.85 3261.89 3655.59 3564.03 3467.74 3307.28 3057.08 2686.36 2158.44 1435.31 472.34 14 1463.00 2564.39 3279.13 3656.83 3561.71 3463.09 3300.91 3047.30 2671.75 2138.40 1408.41 437.15 15 1549.83 2619.55 3298.98 3657.16 3559.25 3459.06 3294.43 3037.39 2657.34 2118.11 1381.28 400.73 16 1550.41 2629.16 3322.78 3658.51 3557.03 3455.04 3287.49 3027.29 2642.29 2097.21 1353.70 364.64 17 1642.06 2657.37 3343.41 3660.87 3554.54 3450.56 3280.83 3017.06 2627.50 2076.78 1326.03 328.48 18 1646.31 2690.95 3345.58 3608.65 3551.98 3446.40 3273.96 3006.67 2612.60 2056.17 1297.43 291.55 19 1737.88 2720.61 3353.10 3607.14 3549.60 3442.18 3266.82 2996.24 2596.73 2035.21 1269.32 254.21 20 1747.42 2729.25 3388.87 3606.01 3547.05 3437.57 3259.87 2985.10 2581.41 2013.62 1241.00 216.49
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
VOLÚMENES TURBINADOS (Hm3) DIA Nº1 Nº2 Nº3 Nº4 Nº5 Nº6 Nº7 Nº8 Nº9 Nº10 Nº11 Nº12 21 1800.00 2749.54 3393.10 3604.77 3544.50 3432.95 3252.31 2974.48 2565.95 1992.17 1212.35 178.62 22 1837.78 2786.22 3405.01 3603.52 3541.72 3428.35 3245.25 2963.70 2549.94 1970.18 1183.06 139.70 23 1853.03 2814.09 3419.69 3602.29 3538.85 3423.82 3237.99 2952.74 2533.67 1948.48 1153.60 100.47 24 1893.18 2817.40 3421.42 3601.00 3535.95 3418.81 3230.38 2941.16 2517.78 1926.46 1123.87 60.91 25 1941.61 2838.74 3438.25 3599.18 3533.28 3413.83 3222.75 2929.92 2501.63 1904.09 1094.09 26 1962.96 2869.53 3441.14 3597.64 3530.61 3409.14 3215.17 2918.28 2485.43 1881.51 1063.75 27 1989.53 2907.01 3482.39 3596.13 3527.88 3404.25 3207.31 2906.88 2468.41 1858.19 1033.53 28 2049.16 2914.14 3488.41 3594.53 3524.53 3399.44 3199.29 2895.16 2451.63 1835.45 1002.29 29 2076.94 2942.91 3490.56 3593.04 3521.11 3393.93 3191.39 2883.33 2434.63 1812.41 971.48 30 2088.87 2947.25 3501.08 3591.58 3518.09 3388.79 3182.85 2871.39 2417.58 1789.06 940.51 31 2160.13 2988.10 3511.60 3589.55 3515.08 3383.28 3174.77 2858.69 2400.27 1765.08 908.70 MÁXIMO: 3660.87
Q 80 dias 6.22 m3/s (Q diario-Q ecológico) Q 100 dias 5.88 m3/s (Q diario-Q ecológico) Q Máx. vol. Turb. 5.74 m3/s (Q diario-Q ecológico)
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Si representamos el volumen turbinable para cada caudal de equipamiento obtenemos la siguiente gráfica para una turbina tipo Francis.
CA UDA L A SOCIA DO A L MÁ XIMO V OLUMEN DE TURBINA CIÓN
4000.000 3500.000 3000.000 2500.000 2000.000 1500.000 1000.000
Vol. Turbinado (Hm3/año) Turbinado Vol. 500.000 0.000 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 Caudal (m3/s)
Si repetimos el proceso para una turbina tipo Flujo Cruzado, dado que su factor k=0,1, los volúmenes turbinados varían considerablemente, obteniéndose un volumen máximo turbi- nable de 159,59 Hm3 asociado a un caudal de equipamiento de 14,55 m3/s, según se apre- cia en las tablas y gráfico siguiente:
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
VOLÚMENES TURBINADOS (Hm3) DIA Nº1 Nº2 Nº3 Nº4 Nº5 Nº6 Nº7 Nº8 Nº9 Nº10 Nº11 Nº12
1 3651.18 3648.59 3642.35 3625.84 3588.03 3511.92 3377.88 3166.61 2846.45 2382.79 1741.15 876.75 2 3651.18 3648.55 3641.91 3625.17 3586.11 3508.39 3372.41 3157.76 2834.18 2365.23 1716.75 844.63 3 3651.17 3648.27 3641.61 3624.07 3584.23 3504.96 3367.01 3149.38 2821.59 2346.97 1692.54 812.34 4 3651.13 3648.23 3641.32 3623.28 3582.45 3501.35 3361.62 3140.80 2808.48 2329.09 1668.06 779.52 5 3651.08 3648.13 3640.95 3622.35 3580.67 3498.11 3356.07 3132.03 2795.65 2311.07 1643.17 746.88 6 3651.02 3648.03 3640.61 3621.45 3578.79 3494.37 3349.95 3123.15 2782.29 2292.78 1618.13 713.11 7 3650.94 3647.73 3640.00 3620.60 3576.79 3490.73 3344.22 3114.06 2769.10 2274.36 1592.26 679.73 8 3650.92 3647.65 3639.71 3619.76 3574.68 3487.29 3338.35 3105.02 2755.85 2255.18 1566.93 646.24 9 3650.83 3647.60 3639.33 3618.88 3572.49 3483.08 3332.23 3095.33 2742.40 2236.25 1541.34 611.93 10 3650.81 3647.42 3638.99 3617.78 3570.43 3479.53 3326.21 3086.12 2728.16 2217.11 1515.43 577.36 11 3650.71 3647.10 3638.47 3616.63 3568.47 3475.36 3320.12 3076.72 2714.39 2197.53 1488.88 542.72 12 3650.69 3647.04 3637.85 3615.38 3566.29 3471.57 3313.52 3067.27 2700.49 2178.16 1462.29 507.77 13 3650.56 3646.90 3637.49 3614.36 3564.03 3467.74 3307.28 3057.08 2686.36 2158.44 1435.31 472.34 14 3650.54 3646.69 3637.02 3613.37 3561.71 3463.09 3300.91 3047.30 2671.75 2138.40 1408.41 437.15 15 3650.38 3646.40 3636.51 3612.36 3559.25 3459.06 3294.43 3037.39 2657.34 2118.11 1381.28 400.73 16 3650.38 3646.28 3635.95 3611.31 3557.03 3455.04 3287.49 3027.29 2642.29 2097.21 1353.70 364.64 17 3650.19 3646.08 3635.39 3610.22 3554.54 3450.56 3280.83 3017.06 2627.50 2076.78 1326.03 328.48 18 3650.17 3645.84 3634.97 3608.65 3551.98 3446.40 3273.96 3006.67 2612.60 2056.17 1297.43 291.55 19 3649.97 3645.62 3634.49 3607.14 3549.60 3442.18 3266.82 2996.24 2596.73 2035.21 1269.32 254.21 20 3649.94 3645.48 3633.75 3606.01 3547.05 3437.57 3259.87 2985.10 2581.41 2013.62 1241.00 216.49 21 3649.81 3645.28 3633.26 3604.77 3544.50 3432.95 3252.31 2974.48 2565.95 1992.17 1212.35 178.62 22 3649.72 3645.00 3632.69 3603.52 3541.72 3428.35 3245.25 2963.70 2549.94 1970.18 1183.06 139.70
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VOLÚMENES TURBINADOS (Hm3) DIA Nº1 Nº2 Nº3 Nº4 Nº5 Nº6 Nº7 Nº8 Nº9 Nº10 Nº11 Nº12
23 3649.67 3644.74 3632.07 3602.29 3538.85 3423.82 3237.99 2952.74 2533.67 1948.48 1153.60 100.47 24 3649.56 3644.60 3631.55 3601.00 3535.95 3418.81 3230.38 2941.16 2517.78 1926.46 1123.87 60.91 25 3649.42 3644.36 3630.88 3599.18 3533.28 3413.83 3222.75 2929.92 2501.63 1904.09 1094.09 26 3649.35 3644.07 3630.31 3597.64 3530.61 3409.14 3215.17 2918.28 2485.43 1881.51 1063.75 27 3649.27 3643.72 3629.34 3596.13 3527.88 3404.25 3207.31 2906.88 2468.41 1858.19 1033.53 28 3649.09 3643.53 3628.71 3594.53 3524.53 3399.44 3199.29 2895.16 2451.63 1835.45 1002.29 29 3648.99 3643.21 3628.09 3593.04 3521.11 3393.93 3191.39 2883.33 2434.63 1812.41 971.48 30 3648.94 3643.01 3627.36 3591.58 3518.09 3388.79 3182.85 2871.39 2417.58 1789.06 940.51 31 3648.71 3642.60 3626.61 3589.55 3515.08 3383.28 3174.77 2858.69 2400.27 1765.08 908.70 MÁXIMO: 3651.18
Q 80 dias 6.22 m3/s (Q diario-Q ecológico) Q 100 dias 5.88 m3/s (Q diario-Q ecológico) Q Máx. vol. Turb. 9.55 m3/s (Q diario-Q ecológico)
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CA UDA L A SOCIA DO A L MÁ XIMO V OLUMEN DE TURBINA CIÓN
4000.000 3500.000 3000.000 2500.000 2000.000 1500.000 1000.000 500.000 Vol. Turbinado(Hm3/año) 0.000 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 Caudal (m3/s)
Puesto que, según las recomendaciones habituales para el diseño de minicentrales y la ex- periencia acumulada, el caudal de equipamiento se suele seleccionar entre la horquilla aproximada del caudal superado entre 80 y 100 días al año. Por ello, éste caudal de equi- pamiento resulta desproporcionado frente a los 6,22 –5,88 m3/s asociados a la mencionada horquilla, por lo que será desechado al suponer además un incremento notorio en la inver- sión de la infraestructura necesaria para transportar dicho caudal.
Además, a la vista de la curva de volúmenes turbinados en función del caudal para éste tipo de turbinas, se aprecia que ésta es bastante plana, lo cual implica que grandes incrementos en el caudal de equipamiento ofrecen muy poco incremento en el volumen turbinado, resul- tando más interesante, lógicamente, tomar el caudal más bajo de ésta zona, que ofrecerá prácticamente el máximo volumen turbinado y requiriendo una inversión en infraestructura mucho menor.
Por último, es conveniente destacar que, en un capítulo más avanzado de éste estudio, en el análisis económico y financiero, quedará justificada la máxima producción energética con un caudal comprendido en la ya citada horquilla, quedando por lo tanto excluido éste cau- dal, justificado fundamentalmente por el bajo rendimiento de las turbinas de flujo cruzado para caudales más bajos, que se turbinarían durante un número elevado de días al año.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
5. ESTUDIO DE AVENIDAS
Existen en la actualidad dos grandes grupos de métodos de estimación de avenidas: los de tipo determinístico y los de tipo probabilístico. En los métodos determinísticos se calculan de forma unívoca los caudales de la máxima avenida en base a datos fundamentalmente hidrometeorológicos. En los métodos de tipo probabilístico se realiza un estudio en base a los datos disponibles (lluvias y/o caudales). Se ajustan diversas leyes de extremos para de- terminar, por extrapolación estadística, los caudales punta y los hidrogramas de avenidas para diferentes periodos de retorno.
5.1 ELECCIÓN DE LA METODOLOGÍA
En general, en la selección y aplicación racional de un método de evaluación y determina- ción de las avenidas en presas, se recomienda que se tengan en cuenta los siguientes facto- res.
A) Factores que inciden en los mecanismos de formación y propagación de avenidas (factores hidrológicos):
a) Climatología de la región y de la cuenca. Tipología de las lluvias, distribu- ción espacial y temporal, variabilidad. Estacionalidad de los episodios y aná- lisis meteorológico de las situaciones típicas que produce lluvias extremas.
b) Características de las cuencas. Situación, orientación respecto a los vientos dominantes en situación de avenidas, tamaño, topografía, elevación, pen- dientes, forma, geología, suelos, vegetación, características físicas de la red de desagüe y, en general, todas aquellas que tienen incidencia en las caracte- rísticas hidrológicas de la cuenca.
c) Régimen hidrológico general. Tipología nival, pluvio nival, o pluvial. Esta- cionalidad. Mecanismos de formación y propagación de las avenidas. Regí- menes hidrológicos en situación de avenidas. Variabilidad y situaciones ex- tremas. Naturaleza de los caudales punta, hidrogramas, volúmenes de aveni- da, tiempos de respuesta, etc.
B) Datos básicos. Es esencial, para la fiabilidad de los resultados obtenidos mediante la aplicación de los diversos métodos, disponer de suficientes datos en cantidad y con calidad adecuadas. Estos datos se someterán a los test estadísticos adecuados para el análisis de su fiabilidad:
a) Tipología de los datos (lluvias, nieves, caudales, niveles de lagos, niveles y volumen de embalses, explotación de embalses, etc.)
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
b) Cantidad (densidad de redes meteorológicas y foronómicas, series de datos, calibraciones). Es deseable disponer y trabajar con series de datos superiores a los 30 años y al menos con eventos de avenidas importantes entre 5 y 10 sucesos.
c) Frecuencia (histogramas, limnigramas, hidrogramas, datos instantáneos, horarios, diarios, mensuales, anuales).
d) Fiabilidad (datos de avenidas extraordinarias, curvas de tarado de estaciones, cambios de escala, detección deerrores, correlaciones, etc.).
e) Históricos (evaluación de avenidas históricas, información complementaria, ampliación de series de datos).
C) Otros factores técnicos, legales y sociales:
a) Existencia de normas legales y recomendaciones técnicas.
b) Experiencias en avenidas y roturas de presas.
c) Importancia de la presa y de los daños potenciales aguas abajo.
En función de los datos disponibles y de su cantidad y calidad, así como de las característi- cas climatológicas e hidrológicas de la cuenca, y de la tradición y experiencia hidrológica de la región, se elegirá un método o grupo de métodos para la evaluación de las avenidas a considerar en el proyecto.
En general, se recomienda el empleo combinado y complementario de métodos estadísticos basados en datos de caudales y métodos y modelos hidrometeorológicos, con lo que se dis- pondrá de dos grupos de valores que permitirán tener un mejor conocimiento del fenómeno de las avenidas y de su evaluación.
En los casos en que los datos disponibles solo alcancen una serie corta de años o sean poco fiables y, cuando los caudales de avenida muestren grandes variaciones o sea necesario efectuar evaluaciones para periodos de retorno superiores a los 1.000 años, la extrapolación estadística se realizará con gran precaución y de manera conservadora.
La evaluación de los caudales de avenidas no es una ciencia exacta, y menos en el caso de la determinación de las avenidas de alto periodo de retorno, por lo que siempre existen cier- tas incertidumbres.
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5.2 MÉTODOS ESTADÍSTICOS BASADOS EN DATOS DE CAUDALES
En los métodos estadísticos o probabilísticos se considera que el caudal es una variable aleatoria que está sujeta al análisis frecuencial y que por lo tanto puede ser estudiada me- diante diversas leyes estadísticas de fenómenos extremos. Para ello la población debe ser homogénea y estacionaria.
El valor de la variable aleatoria que corresponde a un periodo de retorno de T años viene dado por la probabilidad de ser superada en un año, según:
P(Q>Qt)= 1/T
La probabilidad de que esa magnitud sea superada en t años será:
P(Q>Qt)=1-(1-1/T) t
Hay que tener en cuenta, antes de iniciar el tratamiento de los datos que pueden estar afec- tados de errores, tanto instrumentales como humanos y ambientales. Estos errores deben de corregirse adecuadamente y pueden clasificarse en dos grupos:
1. Errores accidentales. Habitualmente son debidos al observador y a veces a la incer- tidumbre del instrumento de medida y a las condiciones ambientales. Se caracteri- zan por su carácter arbitrario. 2. Errores sistemáticos. No presentan carácter totalmente arbitrario, sino que pueden ser consecuencia de una causa que origine cierta tendencia de los datos, o variar de alguna manera regular, produciendo incluso periodicidades.
La mayoría de los estudios de frecuencias tienen por objetivo definir la variable caudal ex- tremo, sin embargo, en muchos casos las variables volumen y duración de la avenida son igualmente necesarias, aunque en la mayoría de las ocasiones esta no es posible debido a la inexistencia de datos básicos.
5.3 ELECCIÓN DEL MODELO Y DE LAS LEYES DE PROBABILIDAD
Las series de duración completa (SDC) consideran todos los datos asequibles y de ellas se seleccionan aquellos valores que tienen mayor utilidad en la determinación de valor de di- seño.
En general se utilizan dos criterios de selección:
Las series de duración parcial (SDP) consisten en la agrupación de todos los valores superiores a un umbral.
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Las series de valores extremos (SVE) incluyen los valores máximos que se produ- cen durante el intervalo de tiempo prefijado, normalmente se utiliza el intervalo de tiempo anual, obteniéndose las series de caudales máximos anuales, que son los que se van a desarrollar en este capítulo.
Para la estimación de avenidas para diferentes periodos de retorno, se pueden utilizar dife- rentes métodos, que dependen de diferentes parámetros y tienen distintas funciones de den- sidad o de distribución.
En nuestro caso estudiaremos la distribución de Gumbel.
5.4 DISTRIBUCIÓN DE GUMBEL
La función de distribución de Gumbel o de valor extremo tipo I, surge al razonar que la precipitación diaria máxima anual, o en este caso el caudal máximo anual, corresponden a una distribución límite del máximo de “n” valores de una variable aleatoria “P” ó “Q”, cuando “n” alcanza valores elevados, pues representa el máximo de un gran número de caudales en un año. Así se deducen las siguientes funciones de densidad y de distribución:
Q − u F(Q) = exp(−exp(− )) donde a>0 a
1 Q − u Q − u f (Q) = ⋅exp(− − exp(− )) donde − ∞ < Q < ∞ a a a
Los parámetros “a” y “u” se estiman a partir de los valores de la variable “Q”. Se demuestra que “u” es la moda de la serie de observaciones y que “a” es una medida de la dispersión, llegándose a las siguientes aproximaciones:
Qm ≈ u + γ ⋅ a Media
π ⋅a Q ≈ ≈1,282⋅a Desviación típica s 6
Cs ≈1,1396 > 0 Coeficiente de asimetría
Donde γ es la constante de Euler (γ ≈ 0,5772).
De las expresiones anteriores se obtienen los parámetros “a” y “u” en función de los mo- mentos de primer y segundo orden:
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Q a ≈ 6 ⋅ s ≈ 0,7797⋅Q ; u ≈ Q − 0,450⋅Q π s m s
YT −Yn QT ≈ u + a ⋅YT ; QT ≈ Qm + Qs ⋅( ) Sn
Y = ln(ln(T )) T (T −1) Variable reducida
Yn ≈ 0,5771 Media de la variable reducida para una serie de “n” años (oscila entre 0,49 y 0,58, mayor cuanto mayor es “n”).
Sn ≈ 1,2825 Desviación típica de la variable reducida para una serie de “n” años (oscila entre 0,95 y 1,29 mayor cuanto mayor es “n”).
5.5 MÉTODO DE ESTIMACIÓN DE CUANTILES
5.5.1 Datos locales
Se refieren a los datos sistemáticos registrados en una estación de medida. Las series máximos anuales son consideradas como una muestra aleatoria de una población de valores de caudales extremos con una función de probabilidad que depende de unos pocos paráme- tros.
La estimación de los parámetros puede realizarse por varios métodos, entre los que cabe citar los siguientes:
Método de los momentos (MOM). Los parámetros estadísticos se calculan mediante un sistema de ecuaciones que resulta de igualar la estimación de los momentos muestrales y los momentos de la población.
Método de la máxima verosimilitud (ML). Se determinan los parámetros que hacen máxima la probabilidad de obtener la muestra observada.
Método de los mínimos cuadrados (MQ). Se calcula la curva de regresión y se ob- tienen los parámetros por mínimos cuadrados.
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5.6 OBTENCIÓN DE CAUDALES PUNTA
Para la obtención de los caudales punta para los distintos periodos de retorno aplicaremos la distribución Gumbel con los máximos anuales procedentes de los datos facilitados por el SNET, para la serie de datos del 2004-2009.
Tratando los datos de las series en la estación de aforos de Guazapa tenemos los máximos mensuales en los diferentes años:
2004-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009 MAYO 20.56 41.67 37.51 30.11 30.73 JUNIO 26.35 40.96 21.08 20.43 71.46 JULIO 80.78 20.27 64.62 49.43 54.30 AGOSTO 44.97 26.16 35.98 36.72 28.93 SEPTIEMBRE 70.64 36.93 56.51 28.71 38.62 OCTUBRE 20.02 104.54 16.02 52.56 58.58 NOVIEMBRE 7.08 8.39 5.66 9.50 7.66 DICIEMBRE 6.25 7.44 5.00 5.37 5.99 ENERO 5.87 7.58 4.69 5.30 6.52 FEBRERO 5.39 6.54 4.31 6.68 5.97 MARZO 5.64 10.86 4.51 5.24 6.24 ABRIL 7.30 27.30 5.84 9.35 28.36
El máximo anual para cada año es:
2004-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009 MÁXIMO 80.78 104.54 64.62 52.56 71.46
A partir de estos datos realizaremos una distribución estadística tipo Gumbel para obtener los caudales punta para los distintos periodos de retorno.
FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE GUMBEL PRUEBA DE KOLMOGOROV
−e(−α .(x−β )) F(x) = e Dn = max[]Fn (x) − F(x)
m F (x) =1− z = n.Dn n n +1 P(z) =1− k(z) AJUSTE 1. Método de los momentos AJUSTE 2. Método de la máxima verosimilitud AJUSTE 3. Método de los mínimos cuadrados según una recta de pendiente contraria AJUSTE 4. Método de los mínimos cuadrados según la normal
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Estación nº: Guazapa Nº de datos (n): 5
Nº de dato Registro Frecuencia P. retorno Probabilidad Serie m x Fn(x) T P(x) 80.78 1 104.54 0.8333 6.00 0.17 104.54 2 80.78 0.6667 3.00 0.33 64.62 3 71.46 0.5000 2.00 0.50 52.56 4 64.62 0.3333 1.50 0.67 71.46 5 52.56 0.1667 1.20 0.83
Parámetros de la serie Media D. Típica x s 74.79 17.49
Parámetros del ajuste Prueba de Kolmogorov Ajuste Alfa Beta Dmax z P(z) 1 0.07333 66.92054 0.10979 0.24551 1.00000 2 0.07122 66.57784 0.10188 0.22782 1.00000 3 0.04533 64.67020 0.04900 0.10957 1.00000 4 0.04494 64.58304 0.04969 0.11111 1.00000
P. retorno Frecuencia Ajuste 1 Ajuste 2 Ajuste 3 Ajuste 4 T F(x) x x x x 2.00 0.5000 71.919 71.724 72.756 72.739 5.00 0.8000 87.375 87.639 97.762 97.959 10.00 0.9000 97.609 98.177 114.318 114.658 25.00 0.9600 110.539 111.491 135.236 135.756 50.00 0.9800 120.131 121.367 150.754 151.408 100.00 0.9900 129.653 131.171 166.158 166.945 250.00 0.9960 142.190 144.080 186.440 187.401 300.00 0.9967 144.681 146.645 190.469 191.466 500.00 0.9980 151.656 153.827 201.754 202.847 1000.00 0.9990 161.115 163.567 217.057 218.282 5000.00 0.9998 183.069 186.172 252.573 254.104 10000.00 0.9999 192.522 195.905 267.866 269.529
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Ajuste estadístico a la distribución de Gumbel Estación Guazapa
300.00
250.00
200.00
150.00 Caudal (m3/s) Caudal
100.00
50.00
0.00 1 10 100 1000 10000 Probabilidad Registro Ajuste 1 Ajuste 2 Ajuste 3 Ajuste 4
5.6.1 Adaptación de caudales máximos en Guazapa a la ubicación de Venecia Prusia
De igual manera que se realizó con los caudales medios, se deberán adaptar los caudales máximos obtenidos en guazapa a los caudales esperables en el sitio de Venecia Prusia.
En primer lugar, y debido a la escasez de datos (tan solo una serie de 5 años), comprobare- mos la bondad de los caudales obtenidos con la regionalización de caudales desarrollada por el Servicio Nacional de Estudios Territoriales (SNET).
Para ello utilizaremos la regionalización de caudales máximos y desarrollaremos los pasos necesarios para obtener los distintos caudales para los diferentes periodos de retorno.
Primero identificaremos nuestra región dentro de las regiones hidrológicamente homogé- neas que se identifican en el estudio. En base a esto podemos comprobar que nos encontra- mos en la llamada región 6, que se corresponde con las cuencas de los ríos Sucio, Suquiapa y Acelhuate.
Los factores de ajuste para el cálculo de caudales máximos en nuestra región son:
T (años) 5 10 15 20 25 50 100 Coeficiente 1.42 1.79 2.01 2.17 2.3 2.71 3.14
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
A continuación, obtendremos el valor medio de los caudales máximos mediante la ecuación que relaciona dicho caudal con el área de la cuenca, y que es distinta para cada región hidrológicamente homogénea.
En nuestro caso la cita ecuación es:
Q2,33 = 0,3519⋅ A + 53,544
El rango de áreas para el cual dicha ecuación es aplicable es: 45-845 Km2
En la estación de aforos de Guazapa se tiene una cuenca de aportación de 366 Km2 , por lo 3 que Q = 0,3519⋅366 + 53,544 =182,34 m 2,33 s
Aplicando los coeficientes de ajuste para los distintos periodos de retorno obtendremos:
T (años) Coeficiente Q Guazapa (m3/s) 5 1.42 258.92 10 1.79 326.39 15 2.01 366.50 20 2.17 395.68 25 2.3 419.38 50 2.71 494.14 100 3.14 572.55
Comparando los resultados obtenidos mediante la distribución estadística y la regionaliza- ción de caudales, podemos observar que existe una gran diferencia, por lo que podemos concluir que la serie disponible en el sitio de guazapa no es suficientemente larga y obtiene resultados que no se pueden dar por válidos.
Por consiguiente, para la determinación de caudales máximos para los diferentes periodos de retorno en la zona de estudio de Venecia Prusia, utilizaremos la metodología empleada en la regionalización de caudales desarrollada por el SNET.
La superficie de la cuenca drenante correspondiente con el punto de estudio de Venecia Prusia es de 87,97 Km2 . A partir de este dato podemos entrar en la ecuación que relaciona dicho área con el caudal:
3 Q = 0,3519⋅ A + 53,544 = 0,3519⋅87,97 + 53,544 = 84,50 m 2,33 s
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Aplicando los coeficientes de ajuste para los distintos periodos de retorno obtendremos:
T (años) Coeficiente Q Venecia Prusia (m3/s) 5 1.42 119.99 10 1.79 151.26 15 2.01 169.85 20 2.17 183.37 25 2.3 194.35 50 2.71 229.00 100 3.14 265.33
A partir de este momento asumimos estos caudales como caudales de cálculo en el sitio de Venecia Prusia y a partir de los cuales se obtendrán los hidrogramas de avenida correspon- dientes.
5.7 HIDROGRAMAS DE AVENIDA
El hidrograma de una cuenca en un punto es el registro de caudales circulantes en función del tiempo.
En un hidrograma se distinguen varias partes bien diferenciadas:
a) Caudal de base, corresponde al caudal circulante por el río antes de iniciarse la lluvia y después de que los efectos de la lluvia han desaparecido.
b) Curva de concentración, es la rama ascendente del hidrograma, es función de la intensidad y distribución de la lluvia así como de las características de la cuenca. Las condiciones iniciales de la cuenca (humedad del suelo, vegeta- ción, etc.) influyen decisivamente en la curva de concentración.
c) Punta del hidrograma, es el punto de caudal máximo.
d) Curva de bajada, es la primera parte de la rama descendente del hidrograma, y en la que se superponen los caudales correspondientes a la escorrentía su- perficial con los caudales subterráneos así como los hipodérmicos.
e) Curva de agotamiento, corresponde con la parte final de la curva de bajada del hidrograma y contiene los caudales subterráneos que corresponden a me- nores velocidades de circulación del agua.
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
f) Tiempo de punta, es el tiempo transcurrido desde que se inicia la curva de concentración hasta el momento de producirse la punta del hidrograma.
g) El tiempo de base es el tiempo transcurrido entre el inicio de la curva de con- centración y el punto de inflexión que identifica el final de la curva de baja- da.
h) El tiempo de concentración es el tiempo transcurrido desde el final de la llu- via neta hasta el momento en que acaba la curva de bajada, es decir el final de la escorrentía superficial.
5.7.1 Tiempo de concentración
Para el cálculo del tiempo de concentración utilizaremos la fórmula empírica de Temez, que relaciona dicho tiempo con la longitud del cauce principal de la cuenca y su pendiente.
0,76 ⎛ L ⎞ tc = 0,3⎜ ⎟ ; ⎝ S 0,25 ⎠ Siendo:
tc = tiempo de concentración en horas L= longitud en Km del cauce S= pendiente (adimensional)
1820m − 534m S = = 0,0706 ; L = 18,21Km 18210m
0,76 ⎛ 18,21 ⎞ tc = 0,3⎜ 0,25 ⎟ = 4,5 Horas ⎝ 0,0706 ⎠ 5.7.2 Hidrograma de cálculo
Debido a que no se disponen de datos suficientes para el cálculo de un hidrograma unitario, deberemos utilizar un modelo de respuesta genérico denominado hidrograma unitario sinté- tico, que proviene del análisis de las características de los hidrogramas unitarios en cuencas en las que se pueden ajustar.
En nuestro caso utilizaremos el hidrograma unitario sintético desarrollado por el U.S. De- partment of Agriculture, Soil Conservation Service (U.S.S.C.S.). Se trata de un hidrograma
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Q unitario poligonal por puntos en función de y t , siendo tp el tiempo de punta y Qp t p Qp el caudal de punta.
Hidrograma adimensional del S.C.S.
Valores numéricos del Hidrograma del S.C.S.
Como caudal punta disponemos de los caudales punta obtenidos para los diferentes perio- dos de retorno mediante la regionalización de caudales máximos del SNET, y el tiempo de punta lo obtendremos mediante las siguientes expresiones:
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
t = D + t y D = 0,133t p 2 1 c Siendo:
t p = tiempo de punta en horas D= duración de la lluvia en horas
t1 = tiempo de retardo (t1 ≈ 0,6tc )
tc = tiempo de concentración.
D = 0,133tc = 0,133⋅ 4,5 = 0,5985 ; t1 ≈ 0,6tc = 0,6⋅ 4,5 = 2,7 ⇒ t = 0,5985 + 2,7 = 3,0 p 2 horas. m3 Para el caso del periodo de retorno de 5 años el caudal punta es de 119,99 s , luego el hidrograma resulta:
T (horas) Q (m3/s) T (horas) Q (m3/s) 0 0.00 6 33.60 0.6 12.00 6.6 24.84 1.2 37.20 7.2 17.64 1.8 79.19 7.8 12.84 2.4 111.59 8.4 9.24 3 119.99 9 6.60 3.6 111.59 10.5 3.00 4.2 93.59 12 1.32 4.8 67.19 13.5 0.60 5.4 46.80 15 0.00
Hidrograma T=5 años 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 Caudal (m3/s) 20.00 0.00 0246810121416 Tiempo (horas)
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
5.7.3 Hidrogramas de avenida para los diferentes periodos de retorno
T=5 años T=10 años T=15 años T=20 años T=25 años T=50 años T=100 años T (horas) \ Qp (m3/s) 119.99 151.26 169.85 183.37 194.35 229 265.33 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.6 12.00 15.13 16.99 18.34 19.44 22.90 26.53 1.2 37.20 46.89 52.65 56.84 60.25 70.99 82.25 1.8 79.19 99.83 112.10 121.02 128.27 151.14 175.12 2.4 111.59 140.67 157.96 170.53 180.75 212.97 246.76 3 119.99 151.26 169.85 183.37 194.35 229.00 265.33 3.6 111.59 140.67 157.96 170.53 180.75 212.97 246.76 4.2 93.59 117.98 132.48 143.03 151.59 178.62 206.96 4.8 67.19 84.71 95.12 102.69 108.84 128.24 148.58 5.4 46.80 58.99 66.24 71.51 75.80 89.31 103.48 6 33.60 42.35 47.56 51.34 54.42 64.12 74.29 6.6 24.84 31.31 35.16 37.96 40.23 47.40 54.92 7.2 17.64 22.24 24.97 26.96 28.57 33.66 39.00 7.8 12.84 16.18 18.17 19.62 20.80 24.50 28.39 8.4 9.24 11.65 13.08 14.12 14.96 17.63 20.43 9 6.60 8.32 9.34 10.09 10.69 12.60 14.59 10.5 3.00 3.78 4.25 4.58 4.86 5.73 6.63 12 1.32 1.66 1.87 2.02 2.14 2.52 2.92 13.5 0.60 0.76 0.85 0.92 0.97 1.15 1.33 15 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
Hidrogramas de avenida
300.00
250.00 T=5 años T=10 años 200.00 T=15 años T=20 años 150.00 T=25 años T=50 años
Caudal (m3/s) 100.00 T=100 años
50.00
0.00 0246810121416 Tiempo (horas)
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
APÉNDICE Nº 1. CAUDALES MEDIOS DIARIOS
SERIE 2003-2009 GUAZAPA
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00 Caudal (m3/s)
20.00
0.00 10/12/2002 28/06/2003 14/01/2004 01/08/2004 17/02/2005 05/09/2005 24/03/2006 10/10/2006 28/04/2007 14/11/2007 01/06/2008 18/12/2008 06/07/2009 22/01/2010 Dia
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CAUDALES DIARIOS EN LA ESTACIÓN DE GUAZAPA (m3/s) AÑO 2003-2004
MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL 1- - - - 21.1113.887.296.506.926.115.577.31 2 - - - - 15.62 7.72 7.37 6.81 7.20 6.52 6.54 7.40 3- - - - 9.075.937.566.687.296.736.867.19 4- - - - 6.647.607.166.926.516.646.838.47 5- - - - 5.306.747.136.706.816.296.547.23 6 - - - - 5.05 10.21 6.92 5.73 6.10 6.38 6.69 7.44 7- - - - 15.4810.656.985.686.026.286.667.23 8 - - - - 16.73 9.11 6.96 5.96 6.05 5.79 6.43 6.46 9- - - - 7.594.646.796.376.006.096.306.10 10 - - - - 18.43 1.47 6.67 6.26 5.85 6.35 6.56 5.90 11 - - - - 15.40 0.74 6.96 6.18 5.78 6.52 6.85 5.53 12 - - - - 21.18 1.67 7.00 5.96 5.96 6.29 5.75 5.77 13 - - - - 13.72 1.86 7.13 5.92 6.15 5.97 6.00 6.20 14 - - - - 18.28 6.27 6.72 5.77 6.12 6.10 6.37 7.33 15 - - - - 16.94 2.67 6.23 5.94 5.83 5.66 5.85 6.59 16 - - - - 20.86 6.40 6.27 6.32 6.22 5.92 6.30 6.41 17 - - - - 21.31 6.01 6.52 6.35 6.18 5.99 6.32 6.35 18 - - - - 15.86 5.57 6.82 5.96 5.94 5.71 6.53 6.34 19 - - - - 18.51 5.25 6.49 6.09 6.03 5.68 6.44 5.88 20 - - - - 19.94 5.27 6.40 5.86 6.10 5.92 6.57 5.89 21 - - - - 18.74 5.10 6.37 5.96 6.05 6.24 6.35 5.91 22 - - - - 17.13 4.90 6.33 6.24 6.28 5.45 5.94 6.22 23 - - - - 14.60 4.92 6.05 6.44 6.58 6.43 6.06 6.13 24 - - - - 10.18 4.85 6.20 6.12 6.02 5.85 6.54 6.08 25 - - - - 19.07 4.85 5.94 5.40 5.79 5.72 6.37 5.99 26 - - - - 13.11 4.71 5.78 5.72 5.75 5.95 6.42 5.80 27 - - - - 10.48 4.85 5.88 6.01 6.29 5.56 6.44 10.08 28 - - - - 11.82 5.38 5.72 5.75 6.33 5.69 6.09 51.70 29 - - - - 11.26 4.84 5.77 15.58 6.46 6.04 51.70 30 - - - - 11.19 4.55 5.77 8.78 6.32 15.77 51.70 31 - - - - 7.33 7.91 6.15 11.83
PROMEDIO: #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! #¡DIV/0! 14.69 5.68 6.57 6.58 6.23 6.07 6.83 11.15 CAUDAL MEDIO: 7.97 m3/s APORTACIÓN MEDIA: 0.69 Hm3/dia APORTACIÓN ANUAL: 251.43 Hm3/año
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Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CAUDALES DIARIOS EN LA ESTACIÓN DE GUAZAPA (m3/s) AÑO 2004-2005
MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL 1 12.47 8.94 0.88 15.37 31.82 18.91 5.96 6.25 5.09 5.23 5.31 5.31 2 10.59 13.97 3.29 11.64 29.37 12.61 6.41 6.18 5.14 5.20 5.41 5.31 3 2.54 26.35 8.12 24.22 28.76 10.42 6.41 6.12 5.24 5.21 5.64 4.99 4 6.93 21.18 24.69 9.80 67.55 9.81 6.41 6.08 5.53 5.14 5.53 4.73 5 6.81 11.55 26.89 8.98 56.06 15.27 6.41 5.87 5.38 5.13 5.41 5.28 6 6.98 11.13 37.96 7.68 39.20 16.99 6.41 6.03 5.44 5.06 5.15 5.23 7 6.63 22.30 29.93 7.36 9.76 12.84 6.41 6.13 5.47 5.14 5.05 5.27 8 6.40 13.14 51.46 7.14 44.93 9.80 6.41 5.90 5.49 5.21 5.35 5.26 9 6.64 12.63 55.99 8.13 11.04 8.53 6.41 5.78 5.32 5.29 5.42 5.36 10 6.60 12.60 60.35 8.02 22.18 7.64 6.41 5.70 5.43 5.26 5.45 5.06 11 10.06 12.26 32.26 7.33 13.84 7.28 6.45 5.52 5.52 5.20 5.43 5.30 12 11.70 12.19 24.65 7.06 15.18 8.74 6.41 5.32 5.48 4.56 5.32 5.45 13 10.36 11.95 38.49 5.96 15.52 20.02 6.30 5.43 5.42 4.77 5.20 5.27 14 17.53 12.27 30.49 14.35 23.30 11.29 6.02 5.55 5.28 5.09 5.31 5.36 15 1.61 11.68 18.48 29.10 3.12 10.40 6.03 5.52 5.31 5.25 5.54 5.31 16 11.59 14.78 12.74 6.55 2.42 13.48 6.10 5.55 5.38 5.34 5.23 5.21 17 10.78 21.56 26.05 3.80 1.12 9.85 6.10 5.63 5.44 5.32 5.55 5.11 18 8.23 9.80 4.40 3.55 2.60 14.97 6.20 5.61 5.47 5.26 5.30 4.83 19 8.34 9.18 40.20 13.45 2.02 8.68 6.03 5.36 5.49 5.24 5.63 5.18 20 10.13 8.20 45.10 5.81 4.17 8.85 6.11 5.31 5.32 5.39 5.57 5.29 21 8.62 14.99 54.20 11.13 6.44 13.81 5.70 5.65 5.43 5.24 5.22 5.24 22 20.56 13.68 80.78 16.67 6.50 9.83 6.28 5.65 5.52 5.25 5.24 6.85 23 10.54 9.46 13.16 14.50 6.70 15.53 6.28 5.63 5.48 5.29 5.17 7.30 24 7.94 10.03 14.65 13.15 6.56 8.75 6.24 5.55 5.42 5.30 5.03 4.30 25 8.38 12.36 53.38 19.16 10.89 7.83 6.18 5.28 5.28 5.24 5.00 5.43 269.078.646.1212.180.927.167.085.155.485.244.895.29 27 4.05 8.54 39.83 12.06 6.70 6.74 6.37 5.37 5.44 4.99 4.97 5.69 28 16.66 9.61 20.54 15.83 8.02 6.56 6.04 5.34 5.44 5.11 5.26 6.08 29 14.11 8.29 21.93 40.50 70.64 6.20 6.24 5.37 5.47 5.35 6.14 30 8.50 8.83 13.64 39.84 41.39 6.12 6.27 5.34 5.52 5.37 5.46 31 8.43 21.72 44.97 5.97 5.29 5.87 5.33
PROMEDIO: 9.35 12.74 29.43 14.36 19.62 10.67 6.27 5.63 5.42 5.18 5.31 5.40 CAUDAL MEDIO: 10.78 m3/s APORTACIÓN MEDIA: 0.93 Hm3/dia APORTACIÓN ANUAL: 340.01 Hm3/año
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CAUDALES DIARIOS EN LA ESTACIÓN DE GUAZAPA (m3/s) AÑO 2005-2006
MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL 1 7.03 8.31 15.81 7.53 8.46 16.62 4.44 6.95 6.60 6.44 6.25 10.34 2 7.03 7.05 11.10 7.86 11.48 20.39 3.78 7.06 6.93 6.31 6.53 20.04 3 24.38 8.63 17.91 9.56 13.54 104.54 3.69 6.83 7.29 6.50 7.42 5.90 4 22.53 7.91 10.21 7.82 19.40 85.36 3.91 5.64 7.58 6.54 7.05 5.87 5 6.16 7.16 6.88 9.37 13.21 98.00 4.30 4.51 7.23 6.12 7.92 5.00 6 6.07 13.67 5.20 8.20 15.98 41.20 8.39 6.27 6.49 6.25 7.94 5.52 7 5.65 40.96 9.34 12.61 14.49 34.46 4.37 6.50 5.92 6.44 8.09 5.88 8 19.96 24.61 9.43 8.16 9.72 36.97 4.30 6.61 5.76 6.00 8.40 5.96 9 6.80 8.43 16.73 8.31 9.14 37.55 6.18 6.60 6.15 6.07 8.25 5.44 10 16.08 5.09 8.63 12.65 8.67 27.34 7.53 6.68 6.28 6.07 8.27 5.81 11 7.03 15.60 8.11 9.01 10.37 24.53 7.29 6.31 6.29 5.89 8.49 5.70 12 6.00 5.82 17.91 14.66 8.56 19.74 7.33 6.64 6.05 5.72 8.30 5.00 13 5.50 8.60 18.61 9.52 8.96 17.83 6.61 6.74 6.26 5.22 8.47 4.42 14 5.45 8.61 8.79 14.72 11.87 14.90 6.12 6.80 6.13 5.57 8.80 4.51 15 4.99 6.18 13.04 9.59 14.43 13.69 6.88 6.84 6.23 6.05 8.47 4.56 166.237.597.548.8917.817.517.366.716.116.098.384.90 17 8.31 7.90 9.91 26.16 11.31 7.16 6.93 6.61 6.33 6.04 8.41 5.45 18 6.44 18.10 6.56 18.95 10.23 6.66 6.95 6.53 6.17 5.52 8.30 5.67 19 32.28 8.96 11.14 15.69 9.07 6.47 7.13 7.01 5.94 5.56 7.80 5.42 20 41.67 17.61 12.04 14.20 9.21 6.37 6.87 6.75 5.74 5.81 8.12 5.26 21 7.76 19.37 8.86 13.84 36.93 6.09 6.63 6.46 5.75 5.90 8.26 5.10 22 7.78 22.33 16.98 11.22 18.83 5.91 6.95 6.84 5.76 5.80 8.09 7.00 23 7.12 21.54 10.05 9.73 28.81 9.46 6.72 6.27 5.91 5.83 8.20 12.63 24 6.67 15.86 20.27 9.18 26.73 7.15 6.64 6.53 6.33 5.96 7.89 8.97 25 7.37 18.49 13.97 10.49 21.41 6.05 6.89 6.20 6.25 5.93 7.74 27.00 26 7.61 9.76 11.72 11.62 16.69 5.63 6.94 6.69 6.62 5.51 7.56 13.69 27 11.45 21.25 6.77 8.78 22.45 5.45 6.83 7.32 6.24 5.56 7.83 27.30 28 9.89 8.35 7.24 9.14 27.29 5.30 6.98 7.33 6.00 5.74 8.05 18.90 29 12.65 7.72 10.47 8.85 22.85 5.13 7.49 7.33 5.66 7.85 7.77 30 13.30 12.76 6.29 8.14 21.20 5.03 7.21 7.44 6.19 8.08 15.44 31 9.94 6.52 7.96 5.10 7.03 6.31 10.86
PROMEDIO: 11.20 13.14 11.10 11.05 15.97 22.37 6.32 6.65 6.27 5.94 8.07 9.01 CAUDAL MEDIO: 10.59 m3/s APORTACIÓN MEDIA: 0.92 Hm3/dia APORTACIÓN ANUAL: 334.00 Hm3/año
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CAUDALES DIARIOS EN LA ESTACIÓN DE GUAZAPA (m3/s) AÑO 2006-2007
MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL 1 10.54 7.15 0.71 12.30 25.46 15.13 4.77 5.00 4.07 4.18 4.25 4.25 2 10.54 11.17 2.64 9.31 23.50 10.09 5.13 4.95 4.11 4.16 4.33 4.24 3 24.38 21.08 6.50 19.37 23.01 8.34 5.13 4.90 4.19 4.17 4.51 3.99 4 24.78 16.94 19.76 7.84 54.04 7.85 5.13 4.87 4.42 4.11 4.42 3.78 5 9.24 9.24 21.51 7.19 44.85 12.22 5.13 4.70 4.30 4.11 4.33 4.22 6 9.10 8.91 30.37 6.14 31.36 13.59 5.13 4.82 4.35 4.05 4.12 4.18 7 8.47 17.84 23.94 5.89 7.81 10.27 5.13 4.90 4.37 4.11 4.04 4.22 8 29.94 10.51 41.16 5.71 35.94 7.84 5.13 4.72 4.39 4.17 4.28 4.21 9 10.20 10.10 44.80 6.50 8.84 6.83 5.13 4.63 4.26 4.23 4.34 4.29 10 24.12 10.08 48.28 6.42 17.74 6.11 5.13 4.56 4.34 4.21 4.36 4.05 11 10.55 9.81 25.80 5.86 11.08 5.82 5.16 4.42 4.42 4.16 4.34 4.24 12 9.00 9.75 19.72 5.64 12.14 6.99 5.13 4.26 4.38 3.65 4.25 4.36 13 8.25 9.56 30.79 4.77 12.42 16.02 5.04 4.35 4.33 3.82 4.16 4.22 14 8.18 9.82 24.39 11.48 18.64 9.03 4.82 4.44 4.23 4.07 4.25 4.29 15 7.48 9.34 14.78 23.28 2.50 8.32 4.83 4.42 4.25 4.20 4.43 4.25 16 9.35 11.83 10.19 5.24 1.94 10.78 4.88 4.44 4.30 4.27 4.19 4.17 17 12.46 17.25 20.84 3.04 0.90 7.88 4.88 4.51 4.35 4.26 4.44 4.09 18 9.67 7.84 3.52 2.84 2.08 11.98 4.96 4.49 4.37 4.21 4.24 3.86 19 35.50 7.35 32.16 10.76 1.61 6.94 4.83 4.28 4.39 4.19 4.50 4.15 20 37.51 6.56 36.08 4.65 3.33 7.08 4.89 4.25 4.26 4.31 4.46 4.23 21 11.64 11.99 43.36 8.90 5.15 11.05 4.56 4.52 4.34 4.19 4.17 4.19 22 11.66 10.94 64.62 13.33 5.20 7.87 5.03 4.52 4.42 4.20 4.19 5.48 23 10.68 7.56 10.53 11.60 5.36 12.43 5.02 4.50 4.38 4.23 4.14 5.84 24 10.00 8.02 11.72 10.52 5.25 7.00 5.00 4.44 4.33 4.24 4.02 3.44 25 11.06 9.88 42.70 15.33 8.71 6.27 4.94 4.22 4.23 4.19 4.00 4.34 2611.426.914.899.750.735.735.664.124.384.193.914.23 27 17.17 6.83 31.87 9.65 5.36 5.39 5.10 4.30 4.35 3.99 3.97 4.55 28 14.84 7.69 16.44 12.66 6.42 5.25 4.83 4.27 4.35 4.09 4.21 4.87 29 18.98 6.63 17.55 32.40 56.51 4.96 4.99 4.29 4.38 4.28 4.91 30 19.95 7.07 10.91 31.88 33.11 4.90 5.02 4.28 4.41 4.30 4.37 31 14.91 17.38 35.98 4.78 4.24 4.69 4.26
PROMEDIO: 14.89 10.19 23.55 11.49 15.70 8.54 5.02 4.50 4.33 4.14 4.25 4.32 CAUDAL MEDIO: 9.24 m3/s APORTACIÓN MEDIA: 0.80 Hm3/dia APORTACIÓN ANUAL: 291.49 Hm3/año
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CAUDALES DIARIOS EN LA ESTACIÓN DE GUAZAPA (m3/s) AÑO 2007-2008
MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL 1 7.07 7.04 17.22 11.38 8.71 8.63 7.30 5.37 5.09 5.26 4.96 5.05 2 10.14 12.39 9.51 14.65 10.45 15.22 6.99 5.33 5.08 5.22 4.94 5.05 3 5.81 6.90 12.47 21.15 16.05 12.84 6.55 5.33 5.09 5.14 4.88 5.73 4 6.24 7.06 6.68 14.90 11.04 13.20 6.31 5.29 5.08 5.11 4.93 5.77 5 9.49 9.56 6.34 30.47 28.71 8.79 6.33 5.31 5.07 5.13 4.93 5.10 6 5.86 7.34 11.33 9.27 25.19 9.62 6.53 5.26 5.05 5.01 4.93 5.07 7 6.24 7.73 10.83 8.67 7.79 18.63 6.21 5.28 5.06 5.12 4.95 5.01 8 8.57 7.33 13.48 19.56 6.73 10.32 5.42 5.27 5.10 5.13 4.94 5.01 9 5.81 18.70 41.49 21.99 8.98 26.98 5.38 5.07 5.09 5.06 4.88 5.57 10 5.77 12.93 40.22 17.82 10.13 22.78 5.35 4.87 5.06 5.99 4.80 5.97 11 5.66 6.47 35.37 13.11 6.97 17.48 5.24 5.12 5.06 6.68 4.85 5.08 12 5.70 8.59 38.12 33.97 9.68 37.71 5.18 5.13 5.08 5.20 5.00 5.10 13 5.49 8.82 29.32 22.33 25.77 16.41 5.30 5.06 5.06 5.09 5.13 5.58 14 6.07 7.07 49.43 19.82 28.71 17.23 5.28 5.10 5.05 5.10 5.20 7.93 15 5.17 8.32 24.56 7.73 6.28 22.55 5.26 5.07 5.06 5.08 4.94 5.18 16 5.48 6.33 10.27 8.43 3.97 10.80 5.19 5.04 5.11 5.01 4.91 5.10 17 5.47 6.66 16.28 14.63 3.81 10.32 5.19 5.06 5.10 5.00 4.90 5.00 18 5.45 6.99 47.32 36.72 5.04 7.10 5.15 5.09 5.08 4.97 4.90 5.02 19 5.49 9.15 13.53 13.47 5.04 6.34 5.16 5.12 5.09 5.00 4.92 5.05 20 5.33 18.53 10.81 7.47 7.45 7.30 5.17 5.11 5.11 5.69 4.92 5.37 21 5.16 20.43 14.13 6.14 16.29 52.56 5.13 5.13 5.11 5.04 5.24 5.81 22 15.75 11.30 17.57 12.12 15.98 23.61 5.18 5.11 5.13 5.01 4.79 5.44 23 15.00 13.00 28.61 13.99 8.27 14.57 6.52 5.06 5.09 4.97 4.79 5.52 24 5.76 10.25 32.69 7.37 5.34 11.24 9.50 5.09 5.15 4.95 4.84 6.28 25 5.59 6.29 18.19 12.80 3.72 10.26 6.21 5.06 5.13 4.98 5.01 9.35 265.515.808.5715.713.249.356.545.075.104.994.995.06 27 16.91 6.28 14.06 16.39 7.31 8.72 5.54 5.10 5.11 5.04 4.98 5.08 28 26.16 16.45 26.72 14.15 19.89 8.24 5.49 5.12 5.17 4.99 5.06 4.99 29 15.62 8.22 12.07 20.65 22.41 7.99 5.46 5.13 5.23 4.98 5.01 30 21.15 5.33 9.53 9.31 16.33 7.75 5.41 5.06 5.27 5.06 5.01 31 30.11 12.24 7.36 7.85 5.07 5.30 5.06
PROMEDIO: 9.32 9.57 20.61 15.60 11.84 14.91 5.85 5.14 5.11 5.18 4.96 5.51 CAUDAL MEDIO: 9.47 m3/s APORTACIÓN MEDIA: 0.82 Hm3/dia APORTACIÓN ANUAL: 298.55 Hm3/año
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
CAUDALES DIARIOS EN LA ESTACIÓN DE GUAZAPA (m3/s) AÑO 2008-2009
MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL 1 6.27 34.97 21.88 18.82 10.10 17.13 7.66 5.67 5.63 5.71 5.59 5.84 2 6.30 71.46 37.57 24.38 12.12 11.56 7.34 5.63 5.72 5.78 5.44 5.50 3 6.44 48.47 54.30 23.94 18.62 26.90 6.87 5.62 5.89 5.79 5.47 5.61 4 8.52 10.29 35.62 25.38 12.81 41.35 6.62 5.63 5.80 5.07 5.59 5.56 5 30.73 13.47 12.48 21.57 33.31 29.61 6.65 5.69 5.91 4.98 5.66 5.53 6 6.33 6.81 19.51 8.60 29.22 17.40 6.86 5.58 6.00 5.05 5.73 5.51 7 5.88 19.09 17.18 28.93 9.04 21.47 6.52 5.56 5.93 4.79 5.80 5.68 8 5.09 26.16 18.63 19.54 7.81 58.58 5.69 5.65 6.42 4.80 5.75 5.63 9 4.95 9.76 12.89 7.16 10.42 18.89 5.65 5.66 6.52 5.06 5.73 5.24 10 5.29 6.85 11.92 6.65 7.87 12.46 5.62 5.78 5.75 5.19 6.01 5.13 11 4.86 6.62 15.61 7.17 7.40 11.48 6.64 5.75 5.67 5.12 6.07 5.14 12 5.20 6.10 31.02 8.07 8.99 13.04 6.38 5.91 5.79 5.13 6.04 5.27 13 5.05 5.94 24.85 18.69 9.20 12.14 6.32 5.78 5.88 5.14 6.16 5.61 14 5.02 7.41 25.27 7.57 6.84 18.09 6.29 5.28 5.83 5.02 5.87 5.66 15 4.96 13.54 17.94 6.60 15.73 23.68 6.15 5.02 5.78 5.28 5.60 5.99 16 4.87 23.08 9.87 6.32 19.79 11.34 5.87 5.85 5.77 5.38 5.95 6.15 17 5.66 10.32 8.87 8.15 31.60 10.83 5.85 5.93 5.72 4.99 6.24 5.91 18 6.06 6.89 18.79 7.21 38.62 7.46 5.93 5.99 5.71 4.97 6.02 5.71 19 4.58 11.66 31.24 7.84 16.30 6.66 6.01 5.60 6.00 5.06 5.82 5.47 20 4.81 14.32 10.08 8.60 20.25 7.67 5.91 5.69 5.72 5.13 5.66 5.53 21 6.38 7.12 11.75 7.21 17.89 55.19 5.90 5.65 5.72 5.08 5.41 5.71 22 6.06 21.19 12.29 6.39 20.13 24.79 5.85 5.82 5.74 4.99 5.38 5.72 23 5.13 8.63 21.80 19.23 27.35 15.30 5.72 5.83 5.83 4.99 5.58 7.54 24 4.91 6.73 14.54 8.54 29.51 11.81 5.81 5.81 5.70 4.99 5.93 6.81 25 14.42 17.56 8.78 14.85 11.23 10.77 5.75 5.59 5.64 5.09 5.95 9.28 26 19.48 31.95 7.80 18.22 13.92 9.81 5.82 5.69 5.88 5.32 6.10 5.92 27 11.65 11.92 7.32 19.01 14.75 9.15 5.77 5.68 5.96 5.67 5.91 5.91 28 16.19 7.02 12.88 16.41 17.87 8.65 5.74 5.65 5.92 5.97 5.41 5.89 29 12.30 29.54 16.65 23.95 14.89 8.39 5.72 5.81 5.86 5.44 23.76 30 14.40 24.76 13.88 10.80 29.43 8.13 5.61 5.85 5.92 6.09 28.36 31 9.64 20.50 8.54 8.24 5.84 5.71 5.98
PROMEDIO: 8.30 17.32 18.83 13.69 17.43 17.68 6.15 5.69 5.85 5.20 5.79 7.22 CAUDAL MEDIO: 10.76 m3/s APORTACIÓN MEDIA: 0.93 Hm3/dia APORTACIÓN ANUAL: 339.41 Hm3/año
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
APÉNDICE Nº 2. REGIONALIZACIÓN DE CAUDALES MÁXIMOS Y MEDIOS
EN EL SALVADOR
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”
SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN
2. ESTACIONES HIDROMÉTRICAS ANALIZADAS
3. REGIONALIZACION DE CAUDALES MÁXIMOS
3.1 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
3.1.1 ANALISIS DE DATOS DUDOSOS (OUTLIERS)
3.1.2 RELACION AREA – CAUDAL MÁXIMO
3.2 DELIMITACION DE REGIONES HIDROLÓGICAMENTE HOMOGÉNEAS
3.2.1 TEST DE HOMOGENEIDAD DE GUMBEL
3.3 FUNCION DE DISTRIBUCION DE MEJOR AJUSTE A LOS DATOS HIDROLÓGICOS DE CAUDALES MAXIMOS
3.4 RELACION ENTRE EL VALOR MEDIO DE LOS CAUDALES MÁXIMOS Y LAS CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS DE LAS CUENCAS
3.5 APLICACION DE LA REGIONALIZACION DE CAUDALES MÁXIMOS - METODO REGIONAL DE INDICE DE CRECIENTE
4. REGIONALIZACION DE CAUDALES MEDIOS
4.1 RELACION ENTRE EL CAUDAL MEDIO Y LAS CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS DE LAS CUENCAS
4.2 DISTRIBUCION MENSUAL DE LOS CAUDALES MEDIOS ANUALES
4.3 APLICACION DE LA REGIONALIZACION DE CAUDALES MEDIOS SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
REGIONALIZACION DE CAUDALES MÁXIMOS Y MEDIOS EN EL SALVADOR
1. INTRODUCCIÓN
Las estaciones hidrométricas registran los caudales mínimos, medios y máximos que fluyen por un punto determinado de una cuenca. Esta información hidrológica medida, permite cuantificar la oferta hídrica de la cuenca, y estimar los caudales máximos para diferentes periodos de retorno para el diseño de obras hidráulicas. La estimación de estos valores de caudal en cuencas que no poseen medición directa a través de una estación hidrométrica, puede realizarse a través de metodologías estadísticas, hidrometeorológicas o de regionalización.
En este documento, se presenta la metodología y los resultados de la regionalización de caudales máximos y medios en el país, llevada a cabo con base en los datos registrados en las estaciones hidrométricas históricas.
La regionalización de caudales máximos desarrollada, permite la estimación de los caudales en cualquier parte del país para los periodos de retorno de 5, 10, 15, 20, 25, 50 y 100 años y la regionalización de caudales medios permite la estimación de los caudales medios anuales y mensuales igualmente para cualquier cuenca. Estas regionalizaciones consisten en una serie de ecuaciones y factores de ajuste, que de una forma sencilla permiten estimar los caudales tanto máximos como medios.
Para establecer las ecuaciones y factores de ajuste en la regionalización de caudales máximos, en primer lugar se evaluó la confiabilidad de la información de caudales máximos, a través de la prueba de datos dudosos OUTLIERS y de la relación área – caudal máximo. Posteriormente, se determinaron regiones hidrológicamente homogéneas, a partir de información de tipos de suelos, geología e Isolíneas de asimetría de caudales, tomando como base preliminar las regiones hidrográficas definidas para el país. Una vez definidas las regiones hidrológicamente homogéneas, estas fueron evaluadas a través del Test de Homogeneidad de Gumbel para verificar su homogeneidad. Las series hidrológicas de caudales máximos adimensionales constituidas para cada región hidrológicamente homogénea fueron ajustadas a las funciones de distribución Gumbel, Log Pearson III, Log Normal II y Log Normal III, y evaluadas con las pruebas de Chi2 y de Smirnov Kolmogorov y ajuste gráfico, para determinar la función de mejor ajuste a las series. Posteriormente, se determinó el factor de ajuste para cada periodo de retorno en cada región hidrológicamente homogénea y por ultimo se evaluó la relación entre las características fisiográficas de las cuencas y los caudales máximos promedios. SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
Para la regionalización de caudales medios, igualmente se determinó la relación entre los caudales medios anuales y las características fisiográficas de las cuencas, y la distribución mensual de los caudales anuales en cada región hidrológicamente homogénea. 2. ESTACIONES HIDROMÉTRICAS ANALIZADAS
En la Tabla 1 se presentan las estaciones hidrométricas históricas cuya información fue utilizada para la regionalización de caudales máximos y medios. N Cuenca Nombre de Estación Río Longitud Latitud Altitud Area o 1 Paz Hachadura Paz 90° 13° 30.159 1991 05'17,1" 51'34,3" 2 Paz San Lorenzo Pampe 89°47' 14°02' 502.64 351 3 Sunza Puente Litoral Sunza 89°51' 13°38' 114.22 4 San Pedro Atalaya San Pedro 89°50' 13°37' 3.2 102.2 5 Gde.Sonsonate Sensunapan Gde.Sonsonate 89°50' 13°36' 1.77 219 6 Bandera Santa Beatriz Bandera 89°44' 13°36' 24.03 422 7 Bandera Conacaste Herrado Ceniza 89°44' 13°40' 148.87 167.7 8 Chilama La Libertad Chilama 89°20' 13°29' 7.78 76.5 9 Huiza Puente Litoral Huiza 89°13' 13°29' 8.46 133 10 Comalapa San Luis Talpa Comalapa 89°05' 13°28' 27.25 65.4 11 Jiboa Montecristo Jiboa 88°59.3' 13°31.6' 86.508 429.1 12 Jiboa San Ramon Jiboa 88°54.9' 13°40' 468.33 54.4 13 Jiboa Santa Cruz Jiboa 88°59.3' 13°34.3' 150.86 392.7 Chacastal 14 Jalponga La Ceiba Jalponga 88°57' 13°31' 98.343 58 15 La Bolsa Los Thihuilotes La Bolsa 88°44' 13°27' 15.358 109.6 16 Lempa San Marcos Lempa 88°42' 13°26' 4.882 18176.3 17 Lempa Colima Lempa 89°08' 14°04' 218.58 7342.9 18 Lempa Cuscatlan Lempa 88°34' 13°37' 15.456 17529.6 19 Lempa El Silencio Lempa 88°56' 13°56' 183.03 8584.5 20 Lempa Paso del oso Lempa 89°25' 14°05.5' 294.594 4531.4 21 Lempa EL Zapotillo Lempa 89°24.9' 14°10.7' 328.78 3246 22 Lempa Citala Lempa 89°12.9' 14°22.1' 701.636 914 23 Lempa San Andres Sucio 89°24' 13°48' 1440.05 379.2 5 24 Lempa Ateos Talnique 89°26' 13°45' 108.93 25 Lempa Desembocadura Sucio 89°16' 14°02' 686.35 843 26 Lempa San Andres,ENA Agua Caliente 89°24' 13°49' 445.017 112.6 27 Lempa El Jocote Sucio 89°18' 13°55' 324.734 724 28 Lempa Sitio del Niño Sucio 89°22' 13°48' 438.132 499 29 Lempa Armenia Copapayo 89°28.5' 13°45.3' 480 48.3 30 Lempa Angue Los Puentes 89°33' 14°20' 427.207 587.4 31 Lempa Tacachico Suquiapa 89°20' 13°59' 288.238 308 32 Lempa Las Pavas Suquiapa 89°18' 14°02' 264.574 435 33 Lempa San Francisco Guajoyo 89°30' 14°02' 393.879 199.7 34 Lempa Singuil Guajoyo 89°36' 14°07' 615.365 114.5 35 Lempa Guajoyo Laguna Guija 89°29' 14°15' 415.94 44 36 Lempa Puent.Mocho,Desem. Acelhuate 89°09' 14°03' 224.26 713 37 Lempa Desem.,San Diego Acelhuate 89°09' 13°59' 247.28 583.2 38 Lempa Guazapa Acelhuate 89°12' 13°53' 320.836 366 39 Lempa Arenales Tomayate 89°10' 13°44' 549.977 35.2 40 Lempa Osicala Torola 88°09' 13°50' 277.395 908 41 Lempa El Pedregal,obrajuelo Acahuapa 88°39.7' 13°37.2' 225 42 Lempa Obrajuelo Acahuapa 88°39.7' 13°37.2' 21.661 225 43 Lempa Santa María Ismataco 88°45.1' 13°41' 495.979 13.1 44 Lempa Metapan San Jose 89°27' 14°20' 476.506 26.9 45 Lempa Vado Garcia Titihuapa 88°33' 13°45' 41.018 559 46 Lempa Metayate Metayate 89°12' 14°06' 250.78 185.2 47 Lempa Miralempa Jiotique 88°28' 13°41.6' 28.117 561 SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
48 Lempa Las Flores Sumpul 88°48.5' 14°02.7' 174.331 980 49 Lempa Suchitoto Quezalapa 89°00' 13°56' 198.92 406.8 50 Lempa Nueva Concepción Mojaflores 89°18' 14°05.5' 281.92 47 51 Lempa El Paraiso Gde 89°04.7' 14°05' 227.68 116 Chalatenango 52 Lempa El Guayabo Copinolapa 88°48.5' 13°58.7' 131.515 298 53 Lempa La Sierpe Tamulasco 88°56.5' 14°01.7' 344.182 74 54 Lempa El Rosario Tahuilapa 89°23.7' 14°15.8' 0 126.8 55 Gde San Moscoso Gde San Miguel 88°09' 13°26' 76.017 1074 Miguel 56 Gde San Vado Marin Gde San Miguel 88°17' 13°18' 19.782 1900 Miguel 57 Gde San El Delirio,La Canoa Gde San Miguel 88°09' 13°20' 0 1637 Miguel 58 Gde San Las Conchas Gde San Miguel 88°25' 13°17' 7.465 2238 Miguel 59 Gde San Villerias Gde San Miguel 88°11' 13°31' 87.427 910 Miguel 60 Gde San Hato Nuevo Taisihuat 88°09' 13°29' 96.06 102 Miguel 61 Sirama Siramita Sirama 87°52' 13°29' 3.904 328.7 62 Goascoran El Amatillo Goascoran 87°46' 13°36' 63 Goascoran Pasaquina Pasquina 87°50' 13°35' 34.67 243 64 Goascoran El Sauce El Sauce 87°48' 13°40' 71.797 319.5
3. REGIONALIZACION DE CAUDALES MÁXIMOS
La estimación de caudales máximos para diferentes periodos de retorno, es uno de los principales procedimientos en Hidrología, que tiene como fin la determinación del caudal de diseño para una determinada estructura hidráulica o para el trazado de mapas de inundación.
La metodología más común para la determinación de estos caudales máximos, es la metodología estadística, la cual ajusta los datos registrados en una estación hidrométrica a una función de distribución y determina los valores para diferentes periodos de retorno. Uno de los inconvenientes de esta metodología es que se basa en la serie de caudales de una estación en particular, la cual es generalmente corta, lo cual crea una gran incertidumbre para el cálculo de caudales con periodo de retorno alto. Otro inconveniente que presenta esta metodología, es que solo permite calcular los caudales máximos para diferentes periodos de retorno en el sitio de ubicación de la estación hidrométrica, lo cual limita el alcance de los caudales calculados. Otra metodología utilizada para el cálculo de caudales máximos, es la hidrometeorológica, la cual permite generar caudales máximos a partir de información de precipitación, a través de fórmulas empíricas o hidrogramas unitarios de las cuencas; Esta metodología es mas compleja que la anterior y tiene limitantes de áreas para las cuencas, dependiendo del método hidrometeorológico a utilizar.
La metodología de regionalización de caudales máximos permite superar estos inconvenientes, ya que se basa en el uso simultáneo de los datos registrados en todas SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
las estaciones hidrométricas ubicadas dentro de una zona considerada hidrológicamente homogénea, con lo que la serie resultante es mucho más larga que la de una estación en particular, además de que permite el cálculo de caudales máximos en cualquier cuenca que no tenga estación hidrométrica, ya que establece relaciones entre las características fisiográficas de las cuencas y los caudales máximos.
La regionalización de caudales máximos que se llevó a cabo en El Salvador, fue a través del método de índice de creciente (Flood Index) el cual supone que los máximos anuales dentro de la región hidrológicamente homogénea siguen una misma función de distribución y lo que varía es un factor de escala de acuerdo a las cuencas ubicada en dicha región.
La regionalización de caudales máximos se realizó para los periodos de retorno de 5, 10, 15, 20, 25, 50 y 100 años. Los pasos que se llevaron a cabo fueron los siguientes: a. Análisis de Información, para establecer la confiabilidad de la información de caudales máximos registrados en las estaciones hidrométricas analizadas b. Delimitación de regiones hidrológicamente homogéneas, las cuales se establecieron con base en los mapas de uso de suelo, geología, y respuesta hídrica de las cuencas. c. Función de distribución de mejor ajuste a la serie de caudales máximos adimensionales de cada región homogénea y determinación de factores para el cálculo de caudales para cada periodo de retorno d. Determinación de relaciones entre características fisiográficas de las cuencas y caudales máximos.
A continuación se detalla cada uno de los pasos seguidos para la regionalización de caudales máximos.
3.1 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
La información de caudales máximos registrados en las estaciones hidrométricas del país, fue analizada para evaluar su confiabilidad; esta evaluación se llevó a cabo a través de análisis de datos dudosos (outliers) y por medio de la relación entre área de la cuenca y el promedio de los caudales máximos.
3.1.1 ANALISIS DE DATOS DUDOSOS (OUTLIERS)
Los outliers son datos que se alejan significativamente de la tendencia de la información y que afectan de una manera considerable la magnitud de los parámetros SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
estadísticos de la serie, especialmente en muestras pequeñas. Para detectar los datos dudosos, se calcularon umbrales superiores e inferiores para cada serie de datos de caudales máximos de las estaciones analizadas, de acuerdo a las siguientes ecuaciones de frecuencia, recomendadas por Ven Te Chow:
YH = y + Kn * Sy YL = y – Kn * Sy
En donde:
YH umbral superior para datos dudosos en unidades logarítmicas YL umbral inferior para datos dudosos en unidades logarítmicas. y media de los logaritmos de los caudales Sy desviación estándar de los logaritmos de los caudales Kn valor tabulado para una muestra de tamaño n (tomado del libro de Hidrología Aplicada de Ven Te Chow) (Tabla 2)
Tabla 2. VALORES DE Kn PARA PRUEBA DE DATOS DUDOSOS (REF. Hidrología Aplicada VEN TE CHOW)
Tamaño Kn Tamaño Kn Tamaño Kn Tamaño Kn muestra n muestra n muestra n muestra n 10 2.036 18 2.335 26 2.502 34 2.616 11 2.088 19 2.361 27 2.519 35 2.628 12 2.134 20 2.385 28 2.534 36 2.639 13 2.175 21 2.408 29 2.549 37 2.650 14 2.213 22 2.429 30 2.563 38 2.661 15 2.247 23 2.448 31 2.577 39 2.671 16 2.279 24 2.467 32 2.591 40 2.682 17 2.309 25 2.486 33 2.604
Con esta metodología solo se pueden determinar los outlier en estaciones que tienen mas de 10 registros, por lo que no se pudieron analizar todas las estaciones con las que se contaba para la regionalización, ya que varias de ellas tenían menos de 10 datos.
Para las estaciones que contaban con mas de 10 datos de registro, los valores que se encontraron fuera de los umbrales, fueron analizados, para verificar si en la fecha de registro existió algún evento meteorológico que pudiera haber afectado la respuesta SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
hídrica de la cuenca, tal como huracán, tormenta particular, o en caso contrario, años Niño, que pudieran dar una explicación del porque el dato se encontraba fuera del rango de los umbrales. En caso de encontrar explicación lógica, el dato fue considerado como válido, y en caso contrario el dato era descartado. En la Tabla 3 se presentan los resultados de los umbrales y los outliers registrados para las estaciones analizadas, así como el comentario explicativo de cada situación particular.
Como puede observarse en la Tabla 3, en algunas estaciones existen datos fuera del rango de los umbrales, sin embargo en la mayoría existe una explicación del porque esos datos están fuera del rango, excepto en la estación Amates Montecristo, con el dato de 2406 m3/s, el cual fue descartado.
Tabla 3 Outliers en series históricas de caudales máximos ESTACION UMBRAL UMBRAL DATO FECHA OBSERVACION INFERIOR SUPERIOR OUTLIER SAN ANDRES / E.N.A. 12.46 54.29 LOS PUENTES ANGUE 35.08 1045.52 34.62 16 Aunque no fue un año Sept. niño, las lluvias de la 1959 cuenca estuvieron 30% por debajo del promedio normal, por lo que es el dato de 34.62 es válido. SANTA BEATRIZ 69.39 1142.74 1222 14 Oct. Para esta fecha, se 1970 presentaron lluvias fuertes en la zona (59.2 mm en Fca el Sunza), por lo que se considera válido el dato. CONACASTE HERRADO 29.27 311.20 325 14 Oct. Para esta fecha, se 1970 presentaron lluvias fuertes en la zona (59.2 mm en Fca el Sunza), por lo que se considera válido el dato. LA LIBERTAD / LA 12.88 409.51 PRESA CHILAMA DESAGUE DE 1.46 8.55 ILOPANGO MOSCOSO 180.43 2399.36 2784.88 4 Sept. Huracán Francelia, 1969 dato válido. SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
VILLERIAS 293.71 1504.73 289.03 26 Año Niño, dato válido. Sept. 1976 VADO MARIN 32.17 968.69 1599.33 2 Nov. Huracán Mitch, dato 1998 válido. SENSUNAPAN 30.29 1214.17 SAN FRANCISCO 51.87 515.50 GUAJOYO SINGUIL 45.44 401.65 AMATES/MONTECRISTO 50.85 1040.31 2406 10 Dato dudoso, Sept. descartado 1967 COLIMA 484.27 6170.19 SAN MARCOS 724.52 14515.22 PASO DEL OSO 305.28 2760.80 NUEVA CONCEPCION 5.63 516.91 MOJAFLORES SAN LORENZO 12.52 2380.32 PASAQUINA 217.62 621.33 HACHADURA 103.69 9485.36 LA ATALAYA 44.22 596.07 SAN RAMON 15.42 113.39 14.6 05-Jul- Año Niño, dato válido. 73 DELIRIO/LA CANOA 69.17 919.53 EL SAUCE 291.29 2181.91 SIRAMITA 34.79 11530.33 CITALA 206.09 1459.28 DESEMBOCADURA 121.38 546.00 SUCIO EL JOCOTE 64.42 299.18 SITIO DEL NIÑO 45.77 631.89 SAN ANDRES 25.28 481.72 577 18 Oct. Lluvias fuertes en la 1968 zona: Estación San Andres: 55.8 mm y 45.2 mm los días 17 y 18 de Oct. Dato válido. TACACHICO 44.31 577.27 LAS PAVAS 117.09 890.58 LA SIERPE 57.35 268.71 VADO GARCIA 201.21 1443.68 1850 4 Sept. Huracán Francelia, 1969 dato válido. OSICALA 527.88 4651.78
3.1.2 RELACION AREA – CAUDAL MÁXIMO
La segunda metodología usada para determinar la confiabilidad de los datos de caudales máximos, fue a través de la relación área – caudal máximo. Con base en los datos de caudales máximos de las estaciones analizadas, se determinó para cada estación el SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
promedio de dichos caudales, y este valor se relacionó con el área de la cuenca; estos valores se presentan en la Figura 1.
OSICALA
SIRAMITA
EL SAUCE
EL GUAYABO METAYATE
JALPONGA
ARENALES EL JOCOTE SAN ANDRES/ ENA
Figura 1. Relación entre Caudal Máximos y Area de la Cuenca
La tendencia en general de la relación es la de una función logarítmica, sin embargo, existen algunas estaciones que se salen notoriamente de este comportamiento y que dada su gran dispersión, crean duda de sus registros, estas estaciones se presentan en color rojo en la Figura 1 y corresponden a las siguientes estaciones: Siramita, Osicala, El Sauce, El Guayabo, Metayate, Jalponga, Arenales, San Andrés Ena y El Jocote. Para estas estaciones, se analizaron los datos de aforos y se determinó si los caudales máximos calculados a partir de las curvas de descargas eran posibles con los aforos existentes.
En la estación Siramita, existe un nivel medido de 7.30 metros en 1970 con un caudal calculado de acuerdo a la curva de descarga de 1728 m3/s; para el año 1971 existe un aforo con nivel de 7.67 metros y un caudal de 217.96 m3/s, por lo que el caudal calculado de 1728 m3/s no seria posible. Para las otras estaciones no existen datos de aforos tan altos como los registrados en los caudales máximos, por lo que no se pudo establecer una comparación directa como en el caso de la estación Siramita, sin embargo con los niveles de los aforos existentes se puede estimar que los caudales máximos calculados están sobreestimados en el caso de las estaciones Sauce, Guayabo, Jalponga, Metayate y Arenales, y pueden estar subestimados en El Jocote y San Andrés ENA, por lo que se recomienda la revisión de las curvas de descarga de estas estaciones en especial. En el SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
Anexo 1 se presentan los caudales máximos para estas estaciones y los valores de aforos máximos con lo que se verificó lo anterior. Debido al anterior análisis, las estaciones mencionadas no fueron tenidas en cuenta para la regionalización.
3.2 DELIMITACION DE REGIONES HIDROLÓGICAMENTE HOMOGENEAS
La delimitación preliminar de las regiones hidrológicamente homogéneas, se realizó a partir del análisis de los mapas de Clasificación General de Suelos, Mapa Geológico de El Salvador e Isolíneas de Asimetría de caudales máximos, los cuales se presentan en el Anexo 2, tomando como base las regiones hidrográficas definidas para el país. La homogeneidad de las regiones hidrológicas delimitadas fue evaluada por medio del Test de homogeneidad de Gumbel.
3.2.1 TEST DE HOMOGENEIDAD DE GUMBEL
El test de homogeneidad de Gumbel evalúa si la curva de frecuencia puntual (en cada estación) no se aleja de la curva de frecuencia regional compuesta por m estaciones existentes en la región propuesta. El test es evaluado para un periodo de retorno de 10 años y para su desarrollo se siguen los siguientes pasos:
1. Determinar los limites de confianza: En la distribución Gumbel los limites del intervalo de confianza para la variable reducida Yt se expresan como:
Yt Yi = Yt - t e / N (T-1)
Yt Ys = Yt + t e / N (T-1)
y los limites del intervalo de confianza para T son:
-Yi –e Ti = 1 / 1- e
-Ys –e Ts = 1 / 1- e
Donde:
Yt = - ln -ln 1-(1/T)
t Valor de la variable aleatoria con una distribución normal estándar. SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
Nivel de confianza del intervalo N Numero de años de registro T Periodo de retorno
Debido a que el test de homogeneidad esta basado en la consideración de un periodo de retorno de 10 años y teniendo en cuenta un nivel de significancia de 95% ( = 0.95), para el cual t = 1.96, los limites del intervalo de confianza son:
Yi = 2.25 - 6.199 / N
Ys = 2.25 + 6.199 / N
2. Establecer la curva de frecuencia puntual para cada estación, ajustando los datos muestrales a la distribución Gumbel.
3. Evaluar los valores de Q2.33 y Q10 (caudales para periodo de retorno de 2.33 años y 10 años respectivamente) de la curva de frecuencia puntual para cada estación y calcular un factor de uniformidad para la región, definido como:
m
K = (1/m) * (Q10 / Q2.33) 1
4. Determinar caudales uniformes:
QK = K * Q2.33
5. Para cada estación se determina el valor del periodo de retorno Tr, correspondiente a QK, a partir de su curva de frecuencia.
6. Dibujar sobre un grafico de probabilidades donde previamente se han trazado los limites de confianza, los pares de valores (Tr, N), donde N es la longitud de registro de la estación.
7. Determinar si la región propuesta es homogénea: sí los puntos graficados se ubican dentro de los limites de confianza, la región es aceptada como homogénea, en caso contrario se replantean las regiones y se repite el proceso. SERVICIO NACIONAL DE ESTUDIOS TERRITORIALES
Siguiendo la metodología expuesta, se evaluó la homogeneidad de las regiones planteadas preliminarmente, dando como resultado las regiones hidrológicamente homogéneas que se presentan en la Tabla 4.
En el Anexo 3 se presentan los resultados gráficos del Test de homogeneidad de Gumbel para cada una de las regiones hidrológicamente homogéneas.
Tabla 4. REGIONES HIDROLÓGICAMENTE HOMOGÉNEAS DELIMITADAS.
Región Región Hidrográfica o Cuencas Hidrológicamente Homogénea 1 Cuenca río Paz, Región Hidrográfica Cara Sucia – San Pedro, Región Hidrográfica Sonsonate – San Pedro 2 Región Hidrográfica Comalapa – Mandinga, Región Hidrográfica Jiboa 2b Canal Principal del río Jiboa 3 Río Grande de San Miguel, Goascorán, Sirama 3b Canal principal del río Grande de San Miguel aguas abajo de la Laguna de Olomega 4 Cuencas de Metapán, Angue, Guajoyo 5 Cuencas de Mojaflores, Metayate, Tamulasco, Grande de Chalatenango, Sumpul, Torola 6 Cuencas de los ríos Sucio, Suquiapa y Acelhuate 7 Cuencas de los ríos Quezalapa, Copinolapa, Titihuapa, Acahuapa, Jiotique 8 Canal principal del río Lempa
Es de destacar que los caudales máximos de los ríos Jiboa y Grande de San Miguel se ven afectados por el amortiguamiento que ejercen el Lago de Ilopango y la Laguna de Olomega respectivamente, por lo que los caudales en el cauce aguas abajo de dichos cuerpos de agua, presentan un comportamiento particular dentro de cada región homogénea.
En el mapa Anexo se presentan las regiones hidrológicamente homogéneas definidas:
3.3 FUNCION DE DISTRIBUCION DE MEJOR AJUSTE A LOS DATOS HIDROLÓGICOS DE CAUDALES MAXIMOS
El método de regionalización de Índice de Creciente, con la hipótesis “estación – año”, asume una única muestra hidrológica por región, para lo cual los datos de caudal máximos de cada estación dentro de la región son divididos por su valor de caudal medio (el promedio de los caudales máximos), y se juntan todo los datos de las estaciones de la región como la muestra hidrológica.
Una vez determinadas las muestras hidrológicas de cada región, estas fueron ajustadas a las funciones de distribución Gumbel, Log Pearson III, Log Normal II y Log Normal III, para determinar la función de mejor ajuste a las series, para lo cual se realizaron pruebas de Chi 2 y de Smirnov Kolmogorov y ajuste gráfico. De las funciones que eran ACEPTADAS una vez pasadas las pruebas, se escogió la de mejor ajuste como aquella que presentara menor valor calculado en las dos pruebas estadísticas.
En el Anexo 4, se presentan los resultados del ajuste a las funciones de distribución y las pruebas estadísticas y grafica. En la Tabla 5 se presenta el resumen de los resultados, los cuales representan el factor de ajuste para el cálculo de caudales máximos para diferentes periodos de retorno.
Es importante mencionar, que la función de distribución que mejor se ajustó a los datos analizados de caudal máximo, fue la distribución Log Normal, en su mayoría la de II parámetros y en dos casos (regiones 3b y 6) la de III parámetros.
Tabla 5. FACTOR DE AJUSTE PARA EL CALCULO DE CAUDALES MAXIMOS
PERIODO REGION DE RETORNO 1 2 2b 3 3b 4 5 6 7 8 5 1.64 1.50 1.39 1.40 1.54 1.50 1.51 1.42 1.38 1.40 10 2.28 1.96 1.73 1.74 2.05 1.96 1.99 1.79 1.71 1.75 15 2.68 2.24 1.93 1.94 2.36 2.24 2.28 2.01 1.90 1.96 20 2.98 2.45 2.07 2.09 2.60 2.44 2.49 2.17 2.04 2.11 25 3.23 2.61 2.18 2.20 2.79 2.61 2.66 2.30 2.15 2.22 50 4.05 3.14 2.54 2.57 3.41 3.13 3.22 2.71 2.49 2.59 100 4.96 3.71 2.90 2.94 4.08 3.70 3.81 3.14 2.84 2.98 3.4 RELACION ENTRE EL VALOR MEDIO DE LOS CAUDALES MÁXIMOS Y LAS CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS DE LAS CUENCAS
Para determinar las relaciones existentes entre el valor promedio de los caudales máximos (Q2.33) y las características fisiográficas de área, longitud y pendiente del cauce, se realizaron correlaciones múltiples con el programa estadístico SPSS, dando como resultado que la característica que mejor se relaciona con los caudales máximos es el área de la cuenca. Para cada región se determinó la línea de mejor tendencia al ajuste su ecuación, las cuales se presentan en la Tabla 6, en la cual se indica el rango de área de las cuencas en que estas ecuaciones fueron establecidas.
En el Anexo 5 se presentan los resultados gráficos de las relaciones entre el valor promedio de los caudales máximos (Q 2.33) y las áreas de las cuencas.
Tabla 6. ECUACIONES DE RELACION ENTRE EL VALOR MEDIO DE LOS CAUDALES MÁXIMOS Q2.33 Y EL AREA DE LA CUENCA
2 2 REGION ECUACION R RANGO DE AREA (Km ) 1 Q 2.33 = 0.6839 * A + 72.986 0.9925 100 - 1991 2 Q 2.33 = 2.1408 * A - 71.75 0.9946 55 - 110 2b Q 2.33 = 0.9257 * A - 172.78 0.9275 187 - 430 3 Q 2.33 =0.5871 * A + 198.91 0.9931 100 - 1930 3b Q 2.33 = 0.0701 * A + 122.32 0.7167 1640 - 2240 4 Q 2.33 = 0.6758 * A + 53.357 0.9197 25 - 200 5 Q 2.33 = -0.0008 * A 2 + 1.6108 * A + 4.2165 0.991 45 - 120 6 Q 2.33 = 0.3519 * A + 53.544 0.6362 45 - 845 7 Q 2.33 = 0.4868 * A 1.107 0.9882 13 - 560 8 Q 2.33 = -5E-06 * A 2 + 0.3154 * A + 205.28 0.9702 915 - 18200
3.5 APLICACION DE LA REGIONALIZACION DE CAUDALES MÁXIMOS - METODO REGIONAL DE INDICE DE CRECIENTE.
Para aplicar el método regional de Índice de Creciente, para la estimación de caudales máximos en cualquier punto del país, se sigue la siguiente metodología:
1. Se ubica la región hidrológicamente homogénea a la cual pertenece la cuenca a la que se le van a estimar los caudales máximos para diferentes periodos de retorno (Mapa de regiones hidrológicamente homogéneas). 2. Se determina el caudal correspondiente al promedio de los caudales máximos (Q2.33) con base en el área de la cuenca y a la región hidrológicamente homogénea a la que pertenece (Tabla 6). 3. El Q2.33 se multiplica por los factores de ajuste para los diferentes periodos de retorno (Tabla 5) Ejemplo de aplicación:
Calcular los caudales para los periodos de retorno de 5, 10, 20, 25, 50 y 100 años en una cuenca ubicada en la parte alta del río Grande de San Miguel con un área de 350 Km2.
Solución:
1. La región hidrológicamente homogénea a la que pertenece es la región 3 (Ver mapa de regiones hidrológicamente homogéneas).
2. De la Tabla 6, con el área de 350 Km2, se calcula el Q2.33:
Q2.33 = 0.5871 * (350) + 198.91 = 404.40 m3/s
3. Con los factores de ajuste de la Tabla 5, para la región 3, se calculan los caudales para los diferentes periodos de retorno:
Tabla 7. CÁLCULO DE CAUDALES MÁXIMOS PARA CUENCA UBICADA EN LA PARTE ALTA DEL RÍO GRANDE DE SAN MIGUEL.
Periodo de Factor de Ajuste Caudal Máximo Retorno (años) estimado (m3/s) 5 1.40 566.16 10 1.74 703.65 15 1.94 794.54 20 2.09 845.20 25 2.20 889.68 50 2.57 1039.31 100 2.94 1188.94 4. REGIONALIZACION DE CAUDALES MEDIOS
A parir de las regiones hidrológicamente homogéneas determinadas para la Regionalización de Caudales Máximos, se regionalizaron los caudales medios, igualmente con el fin de poder estimar en cualquier punto del país el caudal medio, aunque no existan registros hidrométricos.
El proceso fue similar al desarrollado para la regionalización de caudales máximos, pues consistió en determinar las relaciones entre el área de las cuencas que tenían registro y sus caudales medios anuales, y la distribución de los caudales medios anuales en mensuales para cada región.
4.1 RELACION ENTRE EL CAUDAL MEDIO Y LAS CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS DE LAS CUENCAS
Se analizó gráficamente la relación entre el área de las cuencas y sus caudales medios anuales registrados en las estaciones hidrométricas, para cada región hidrológicamente homogénea y se trazó la línea de tendencia de mejor ajuste, a partir de la cual se determinó la ecuación que relaciona las dos variables para cada una de las regiones hidrológicamente homogéneas. En la Tabla 8 se presentan las ecuaciones y los rangos de área en que estas ecuaciones fueron establecidas para la estimación del caudal medio anual.
Es importante mencionar que las regiones hidrológicamente homogéneas fueron las mismas que para la regionalización de caudales máximos, excepto que en la regionalización de caudales medios, no existen las regiones 2b y 3b, que correspondían al cauce principal de los ríos Jiboa y Grande de San Miguel aguas abajo de los cuerpos de agua del Lago de Ilopango y Laguna de Olomega respectivamente, que dado el amortiguamiento que producían en la creciente generaban relaciones distintas al resto de la cuenca para los caudales máximos, lo cual no ocurre para los caudales medios.
Tabla 8. ECUACIONES DE RELACION ENTRE CAUDALES MEDIOS ANUALES Y EL AREA DE LA CUENCA
2 2 REGION ECUACION R RANGO DE AREA (Km ) 1 Q = 0.0127 * A + 1.4954 0.9842 100 - 1991 2 Q = 0.0103 * A + 0.4433 0.9055 55 - 430 3 Q =0.0151 * A + 0.4752 0.964 100 - 2240 4 Q = 0.0109 * A + 0.545 0.9647 25 - 587 5 Q = 0.0304 * A - 0.3231 0.8621 45 - 185 6 Q = 2E-06 * A 2 + 0.0156 * A + 0.0944 0.9626 35 - 845 7 Q = -1E-05 * A 2 + 0.0214 * A - 0.2529 0.8932 13 - 560 8 Q = 0.0176 * A - 10.123 0.9465 915 - 18200 En el Anexo 6 se presentan los resultados gráficos de las relaciones entre los caudales medios y las áreas de las cuencas. 4.2 DISTRIBUCION MENSUAL DE LOS CAUDALES MEDIOS ANUALES
Para cada región hidrológicamente homogénea se distribuyó el caudal medio anual en caudales mensuales, determinando el porcentaje correspondiente de cada mes con respecto al anual, como promedio de las estaciones hidrométricas existentes en cada región. Esta distribución se presenta en la Tabla 9, y en el Anexo 6.
Tabla 9. DISTRIBUCIÓN MENSUAL DE LOS CAUDALES MEDIOS ANUALES (%)
REGION ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPT OCTUBRE NOV DIC 1 39.70 36.07 35.19 41.08 70.13 143.57 134.66 160.26 235.02 189.34 72.12 42.86 2 27.83 21.63 19.70 19.57 36.30 103.05 117.51 189.77 298.52 244.10 78.82 38.88 3 15.60 11.72 10.37 13.04 51.07 165.84 105.23 131.49 308.94 298.19 65.10 23.43 4 12.71 12.05 11.62 12.93 37.37 187.87 167.96 196.26 295.08 209.56 37.34 19.24 5 11.33 8.41 7.91 11.48 39.99 187.45 151.65 181.47 323.98 210.04 44.41 16.62 6 49.55 46.97 44.99 47.87 67.07 123.54 151.70 171.84 218.65 153.68 70.02 54.11 7 27.35 23.68 22.55 25.14 42.06 147.12 130.26 164.56 297.01 220.13 67.01 33.14 8 38.13 33.35 31.15 29.11 42.93 141.82 154.92 161.50 248.26 212.05 60.13 46.64
En la figura 2 se presenta la distribución porcentual por región hidrológicamente homogénea, en la cual se pude observar la diferencia pronunciada que existe entre los caudales mensuales de la época lluviosa y la época seca en la zona norte del país regiones 4 y 5 (cuencas de los ríos Metapán, Angue, Guajoyo, Mojaflores, Metayate, Tamulasco, Grande de Chalatenango, Sumpul y Torola), en comparación con las demás cuencas. DISTRIBUCION PORCENTUAL DE CAUDALES MEDIOS
350.00
300.00
ENERO 250.00 FEBRERO MARZO ABRIL 200.00 MAYO JUNIO JULIO 150.00 AGOSTO SEPT OCTUBRE 100.00 NOV DIC DISTRIBUCION PORCENTUAL DE CAUDALES MEDIOS 50.00
0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 REGION HIDROLOGICAMENTE HOMOGENEA 4.3 APLICACION DE LA REGIONALIZACION DE CAUDALES MEDIOS
Para estimar los caudales medios mensuales en cualquier punto del país, a través de la regionalización, se sigue la siguiente metodología:
1. Se ubica la región hidrológicamente homogénea a la cual pertenece la cuenca a la cual se le va a estimar los caudales medios (Mapa de regiones hidrológicamente homogéneas). 2. Se determina el caudal medio anual con base en el área de la cuenca y a la región hidrológicamente homogénea a la que pertenece (Tabla 8). 3. Se determinan los caudales mensuales a partir del caudal medio anual y de la distribución mensual presentada en la Tabla 9.
Ejemplo de aplicación:
Calcular el caudal medio anual y mensual en una cuenca de 350 Km2 ubicada en la parte alta del río Grande de San Miguel.
Solución: 1. La región hidrológicamente homogénea a la que pertenece es la región 3.
2. De la Tabla 8, con el área de 350 Km2, el caudal medio anual es:
Q = 0.0151 * (350) + 0.4752 = 5.76 m3/s
3. Con los porcentajes de distribución del caudal mensual con respecto del anual de la Tabla 9, para la región 3, se calculan los caudales mensuales:
Tabla 10. CÁLCULO DE CAUDALES MEDIOS MENSUALES PARA CUENCA UBICADA EN LA PARTE ALTA DEL RÍO GRANDE DE SAN MIGUEL.
mes Distribución Caudal Medio Porcentual Mensual estimado mensual (m3/s) ENERO 15.60 0.90 FEBRERO 11.72 0.68 MARZO 10.37 0.60 ABRIL 13.04 0.75 MAYO 51.07 2.94 JUNIO 165.84 9.55 JULIO 105.23 6.06 AGOSTO 131.49 7.57 SEPTIEMBRE 308.94 17.79 OCTUBRE 298.19 17.18 NOVIEMBRE 65.10 3.75 DICIEMBRE 23.43 1.35 Capítulo nº 4. Estudio Hidrológico
APÉNDICE Nº 3. CUENCA DE APORTACIÓN EN VENECIA PRUSIA
Estudio de factibilidad de “Reactivación del Proyecto Hidroeléctrico Venecia Prusia”