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Sedimentación en Embalses

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by

Tonacutli Rodríguez

on 19 June 2014

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Transcript of Sedimentación en Embalses

Sedimentación en Embalses
Principal problema en embalses: pérdida de capacidad debido al depósito de sedimento en su interior.

Descripción del fenómeno
Al interponer el obstáculo a un río (Presa), se da origen a un estancamiento, el sedimento transportado.
El material grueso se depositará según la disminución de la velocidad del agua, formando en la “cola” del vaso una acumulación de sedimento grueso “delta”.

Mientras que el sedimento más fino continuará hacia adentro del vaso como una corriente de densidad, para posteriormente al detenerse, depositarse en el fondo del mismo
.

En realidad es más complejo ya que depende de muchos otros factores (estratificación de temperaturas, forma, dimensiones y características especiales del embalse, operación, características fisicoquímicas del sedimento y las características de la avenida del ingreso).

La penetración del material grueso llega a ser tan acentuada que pone en peligro las instalaciones en la cortina.

El fondo estará sujeto a una compactación al transcurrir el tiempo, induciendo al cambio de volumen del embalse y la dificultad de remover material altamente compactado.

Corrientes de densidad: un fenómeno fácil de generar en laboratorio, pero con gran dificultad de detectar en campo. Por esta razón no ha sido posible generar una clara relación entre los trabajos teóricos y el fenómeno real.
Cuando la corriente de densidad no llega a formarse, fenómeno de turbidez mismo que afecta a la calidad del agua.

Cálculo del aporte de sedimentos.
Procedimientos:
La medición directa dentro del embalse.
Aforo del transporte de sedimento en la corriente de entrada
El empleo de criterios de protección

Metodología general para estudiar el problema de sedimentación en embalses
1) Determinación del aporte de sedimento en el embalse. Permitiendo tener una primera aproximación de la magnitud del problema, indicando la capacidad de azolve a reservar en el vaso.
2) Determinación de eficiencia de atrape: obtener la cantidad de sedimento que quedará atrapado realmente, corrigiendo la capacidad de azolve en el inciso anterior.
3) Análisis del material que entra al embalse: conocer las características físico-químicas del material, con la posibilidad de definir cuál de los 2 materiales ocasiona el mayor problema, el material grueso o el fino.


4) Determinación del delta: se emplean los métodos empíricos. Si el principal problema es ocasionado por el material grueso, será necesario emplear algún método analítico (simulación), para determinar su evolución en el vaso.
5) Ubicación del sedimento dentro del vaso: para ubicar las zonas de depósito, si se trata de material grueso el modelo de simulación será el más conveniente. De no ser posible, se emplearán los métodos empíricos generales (p.e. área incremento).
6) Determinación de la corriente de densidad: si el material fino por cantidad es el más importante, conviene realizar un análisis de la posible ocurrencia de las corrientes de densidad.
7) Ajuste de métodos empíricos: Según lo obtenido en el inciso anterior, se revisarán los resultados en cuanto a la ubicación del sedimento obtenido.
8) Compactación del material dentro del embalse: se determinará el grado de compactación del material que se depositará, . Será necesario saber: volumen depositado, zonas de depósito y características del sedimento, operación del vaso.
9) Técnicas de desazolve: Las técnicas de extracción dependerán de las características del material depositado, En esta etapa es de utilidad los modelos físicos de simulación, ya que determinan la eficiencia de las estructuras de descarga de sedimento.

10) Evaluación económica: En cada problema de sedimentación en embalses, habrá diferentes soluciones técnicamente: a) Realización de obras en la cuenca para controlar el aporte de sedimento, b) Dragado del sedimento dentro del vaso, c) Construcción de represas aguas arriba del embalse, d) Prever una gran cantidad de azolve en la presa.
11) Medición en embalses: programas de observación en los embalses en cuanto al problema de sedimentación.
12) Estudios adicionales: Se deberá tener en mente que el problema de la sedimentación de embalses, no solo está asociado a la pérdida de capacidad, incluye otros problemas como: alteración de la calidad del agua potable, afectaciones a la fauna del vaso, afectaciones aguas abajo.

Corrientes de densidad
El cálculo de la corriente de densidad es aún un tema de estudio, mientras que en laboratorio son fáciles de simular, al usarse agua salada o caliente para simular la corriente de densidad, pero no material similar al sedimento.
Se presenta un procedimiento de cálculo simplificado. Basado en resultados experimentales, donde se emplearon sedimentos de laboratorio y de un prototipo (río Balsas) para realizar las pruebas.
Se supone que el fenómeno es bidimensional, el vaso es alargado y predomina la dimensión longitudinal sobre la transversal. En las secciones transversales del cauce original predomina el ancho sobre el tirante, asemejándolo a una sección rectangular.


Fase II: flujo de sedimento por la parte baja, formándose una corriente de densidad, que viajará por el fondo del embalse.
Fase III: la corriente se frenará paulatinamente, hasta detenerse o llegar a la cortina.


Fase I: zona de inmersión o de estancamiento (al penetrar el río en el embalse).
Fase II: flujo de sedimento por la parte baja, formándose una corriente de densidad, que viajará por el fondo del embalse.
Fase III: la corriente se frenará paulatinamente, hasta detenerse o llegar a la cortina.
Distribución de sedimento dentro de un embalse
Problemas:
Ubicación dentro del embalse.
Determinar su evolución a través del tiempo.
Soluciones:
Predecir las posibles localizaciones dentro del vaso.
Determinar los efectos o repercusiones de dicho
material para su cálculo.

Tipo de material depositado.
Grueso o finos.
Características del vaso.
Curvas de elevaciones, áreas y volúmenes.
Operación del embalse.
Llenas, parciales o vacías.
Características de las avenidas.
Duración y concentración.

Variables
Métodos empíricos.
ÁREA REDUCCIÓN.
W.M. Borland y C.R. Miller.
De la curva de áreas-elevaciones y volúmenes-elevaciones se calcula el aporte de sedimentos hasta que la suma de estos sea igual al cálculo inicial

ÁREA INCREMENTO.
E.A. Cristofano
Simulación de pérdidas de áreas y consecuentemente, capacidades según la elevación de los niveles de agua de tal forma que el volumen perdido sea igual al volumen de sedimentos.
Trigonométrico.
Se reparte el sedimento proporcionalmente graficando rayos y obteniendo su relación, la cual será constante para los demás.

Borland, Dembertor y Harrison.
Tamaño y cantidad de sedimentos.
Operación del embalse.
Condiciones hidráulicas del tramo de llegada al vaso
Creación de deltas.
Eficiencia de Atrape
Es la habilidad de un embalse para atrapar y retener sedimentos.

Se determina con la relación de la cantidad de sedimentos depositados entre la cantidad total de material que llega al embalse.
Factores a considerar:

• Características del sedimento
• Tiempo de permanencia de los escurrimientos dentro del vaso
• Tipos de obras de toma
• La forma del vaso
• La política de operación del embalse

Método de Brown
En función de: área de la cuenca, la capacidad total del embalse y las características del escurrimiento y del tipo de sedimento.

Método de Brune
Es la relación entre la eficiencia de retención y la relación que existe entre la capacidad total y el escurrimiento medio anual.

Compactación
La compactación del sedimento depositado hace disminuir el volumen depositado después de cierto tiempo.

Criterio de Miller
Utiliza el peso promedio de los sedimentos en diferentes embalses después de varios años de operación.

Criterio de Lane y Koelzer
Determina la compactación de sedimentos en cierto periodo.


Control de Azolves en Vasos
Soluciones Indirectas
• Prevención de la erosión de los suelos de las cuencas

Soluciones de Diseño
• Selección adecuada del sitio para ubicar al embalse
• Determinar adecuadamente la capacidad reservada para azolves
• Reducir la capacidad de retención de azolve
• Intercepción del sedimento antes del embalse

Soluciones Directas
• Dragado: es un sistema de hidrosucción para remover sedimentos, consiste en utilizar la diferencia de nivel de agua entre el embalse y la tubería de salida para bombear agua y sedimento, con el fin de aumentar la capacidad de transporte de agua.

• Lavado: Este procedimiento consiste en arrastrar el material depositado en el embalse, haciendo descender el nivel del agua hasta vaciarlo, con ello se produce el arrastre del material.
Como medidas preventivas complementarias, se puede pensar en dejar mínimamente operativos los túneles de desvío de la construcción con el objeto de poderlos acondicionar como elementos adicionales de desagüe. También pueden preverse aliviaderos o compuertas adicionales.
Distribución esquemática del sedimento en un embalse


GRACIAS
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