hidrologia huacata

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Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L.. CONTENIDO 1. INTRODUCCION.............................................4 1.1 OBJETIVOS................................................5 2. PRECIPITACION............................................5 2.1 DISPONIBILIDAD DE DATOS..................................5 2.2 ANÁLISIS DE CONSISTENCIA DE LOS DATOS PLUVIOMÉTRICOS.....7 2.3 ANÁLISIS DEL REGISTRO CORTO DE PRECIPITACIONES OBSERVADAS EN HUACATA...............................................9 2.4 ANÁLISIS DE LA VARIACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PRECIPITACIÓN.11 2.5 REGIONALIZACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN EN LA ZONA DE ESTUDIO12 2.6 PRECIPITACIÓN MENSUAL DE LA CUENCA......................16 3. OTRAS VARIABLES CLIMATOLÓGICAS..........................17 3.1 EVAPORACIÓN.............................................17 3.2 TEMPERATURA.............................................18 4. ESCURRIMIENTO...........................................18 4.1 CURVA DE DESCARGA – ESTACIÓN DE AFOROS HUACATA..........19 4.2 MODELO PRECIPITACIÓN - ESCORRENTÍA......................20 4.3 DETERMINACIÓN DE CAUDALES...............................22 4.4 SERIES DE CAUDAL EN LOS SITIOS DE APROVECHAMIENTO.......24 5.1 CURVAS DE INTENSIDAD - DURACIÓN - FRECUENCIA (I.D.F.)...32 6. CRECIDAS................................................34 6.1 MODELO DE EVENTOS HEC - 1...............................34 6.2 DATOS DE ENTRADA Y OPCIONES DEL MODELO UTILIZADOS.......34 6.3 RESULTADO DEL CÁLCULO DE CRECIDAS - QUEBRADA NEGRA (SITIO DE TOMA) Y SITIO DE PRESA QUEBRADA NEGRA (CASA CANCHA)..37 7.1 RELACIÓN ENTRE CAUDALES CAPTADOS Y CAUDALES NATURALES...43 9. SIMULACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE QUEBRADA NEGRA...50 9.1 DATOS DE ENTRADA UTILIZADOS.............................51 9.1.1 Caudales............................51 9.1.2 Curva Altura – Volumen del embalse. .54 9.1.3 Demanda de agua.....................54 9.2 RESULTADOS DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE..................55 9.2.1 Erogación durante los meses del OFICINA TÉCNICA NACIONAL DE LOS RÍOS PILCOMAYO Y BERMEJO Página - 1

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Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L..

CONTENIDO

1. INTRODUCCION...................................................................................41.1 OBJETIVOS.........................................................................................5

2. PRECIPITACION...................................................................................52.1 DISPONIBILIDAD DE DATOS...............................................................52.2 ANÁLISIS DE CONSISTENCIA DE LOS DATOS PLUVIOMÉTRICOS.........72.3 ANÁLISIS DEL REGISTRO CORTO DE PRECIPITACIONES OBSERVADAS

EN HUACATA......................................................................................92.4 ANÁLISIS DE LA VARIACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PRECIPITACIÓN.....112.5 REGIONALIZACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN EN LA ZONA DE ESTUDIO122.6 PRECIPITACIÓN MENSUAL DE LA CUENCA........................................16

3. OTRAS VARIABLES CLIMATOLÓGICAS...............................................173.1 EVAPORACIÓN.................................................................................173.2 TEMPERATURA.................................................................................18

4. ESCURRIMIENTO...............................................................................184.1 CURVA DE DESCARGA – ESTACIÓN DE AFOROS HUACATA...............194.2 MODELO PRECIPITACIÓN - ESCORRENTÍA........................................204.3 DETERMINACIÓN DE CAUDALES.......................................................224.4 SERIES DE CAUDAL EN LOS SITIOS DE APROVECHAMIENTO............245.1 CURVAS DE INTENSIDAD - DURACIÓN - FRECUENCIA (I.D.F.)...........32

6. CRECIDAS.........................................................................................346.1 MODELO DE EVENTOS HEC - 1.........................................................346.2 DATOS DE ENTRADA Y OPCIONES DEL MODELO UTILIZADOS..........346.3 RESULTADO DEL CÁLCULO DE CRECIDAS - QUEBRADA NEGRA (SITIO

DE TOMA) Y SITIO DE PRESA QUEBRADA NEGRA (CASA CANCHA)...377.1 RELACIÓN ENTRE CAUDALES CAPTADOS Y CAUDALES NATURALES.43

9. SIMULACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE QUEBRADA NEGRA..509.1 DATOS DE ENTRADA UTILIZADOS....................................................51

9.1.1 Caudales.................................519.1.2 Curva Altura – Volumen del embalse..........549.1.3 Demanda de agua.........................54

9.2 RESULTADOS DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE...............................559.2.1 Erogación durante los meses del estiaje........55

10. SIMULACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE CON ALTURA DE PRESA ADOPTADA Y RESPETANDO EL CAUDAL ECOLÓGICO.............61

OFICINA TÉCNICA NACIONAL DE LOS RÍOS PILCOMAYO Y BERMEJO Página - 1

Page 2: Hidrologia Huacata

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FIGURAS

Figura Nº 2.1 Curvas doble acumuladas 8Figura Nº 2.2 Curvas doble acumuladas (cont.) 9Figura Nº 2.3 Comparación de precipitación y caudal registrados 11Figura Nº 2.4 Variación de la precipitación con las coordenadas y elevación 14Figura Nº 2.5 Variación de la precipitación con las coordenadas y elevación (cont.) 15Figura Nº 3.1 Evaporación observada en la zona 18Figura Nº 4.1 Curva de Descarga sitio de aforos Huacata 21Figura Nº 4.2 Comparación entre Caudal Observado y Calculado por el modelo 22Figura Nº 5.1 Precipitaciones Máximas Diarias en la región 29Figura Nº 5.2 Ajuste de probabilidades Valores Extremos

Tipo I Estación Pluviométrica Tucumillas 30Figura Nº 5.3 Estación Pluviométrica Tucumillas Curvas de

Intensidad – Duración y Frecuencia 32Figura Nº 6.1 Caudales de crecida en los sitios de interés (m3/s) 39Figura Nº 7.1 Curva de Duración – Río Huacata – Año 2002 a 2003 40Figura Nº 7.2 Curva de Duración de Caudales en una Toma de Pasada 41Figura Nº 7.3 Caudales captados en función de los caudales naturales 42Figura Nº 7.4 Caudal captado en función del valor de diseño de la obra de toma

– Río Huacata a la altura de la obra de toma (Alternativa Quebrada Negra) 43

Figura Nº 9.1 Curva Altura – Volumen del embalse Quebrada Negra 51Figura Nº 9.2 Curvas de Garantía de suministro – Embalse Quebrada Negra 54

CUADROS

2.1 Estaciones pluviométricas

7

2.2 Precipitaciones y caudales observados en la estación Huacata

10

2.3 Cuenca río Huacata – Precipitación media espacial

17

3.1 Evaporación observada en la zona

18

3.2 Evaporación observada en otras estaciones

19

3.3 Temperatura media observada

19

4.1 Parámetros adoptados del modelo P – Q

22

4.2 Caudales generados – Río Huacata en sitio de aforo

24

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Page 3: Hidrologia Huacata

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4.3 Resumen de caudales naturales en los sitios de aprovechamiento

25

4.4 Caudales naturales – Alternativa Quebrada Negra (48,8 km2)

26

4.5 Caudales naturales – Alternativa Quebrada Negra (13,08 km2)

27

5.1 Resumen de parámetros de precipitación máxima diaria (mm)

28

5.2 Resultados del test de homogeneidad

29

5.3 Probabilidad de precipitaciones máximas diarias

30

6.1 Parámetros fisiográficos de las cuencas Quebrada Negra

34

(sitio de toma) y Sitio de presa Quebrada Negra (Casa Cancha).

6.2 Comparación de valores de lluvias de corta duración 35

6.3 Comparación de caudales de crecida en los sitios de interés (m3/s) 37

6.4 Caudales de crecida adoptados en Quebrada Negra (Sitio de toma) y

Sitio de Presa Quebrada Negra (Casa Cancha) 38

7.1 Río Huacata en sitio de toma (Alt. Quebrada Negra) – Caudales

captados para valor de diseño 800 l/s 44

8.1 Deposición de sedimentos en el embalse Quebrada Negra (Casa Cancha)

46

9.1 Caudales naturales Alternativa Quebrada Negra (13,08 km2). Río Casa Cancha

49

9.2 Alternativa Quebrada Negra. Caudal de aporte total al embalse Quebrada

Negra 50

9.3 Demanda de agua 52

9.4.a Resumen de resultados de la operación del embalse Quebrada Negra 55

9.4.b Resumen de resultados de la operación del embalse Quebrada Negra 56

9.4.c Resumen de resultados de la operación del embalse Quebrada Negra 57

10.1 Alternativa Quebrada Negra – Caudal de Aporte Total al

Embalse Quebrada Negra respetando caudal ecológico 59

10.2 Resumen de resultados de la operación del embalse

Quebrada Negra respetando caudal ecológico 61

ANEXOS

ANEXO 1: PRECIPITACIONES OBSERVADAS EN LA REGIÓNANEXO 2: COMPARACIÓN DE VARIABLES OBSERVADASANEXO 3: RESUMEN DE AFOROSANEXO 4: MODELO DE BALANCE HÍDRICO

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Page 4: Hidrologia Huacata

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ANEXO 5: COMPARACIÓN ENTRE CAUDALES OBSERVADOS Y NATURALESPARA UNA OBRA DE TOMA DE PASADA

ANEXO 6: SIMULACIÓN DE CRECIDAS QUEBRADA CASA CANCHA HEC - 1ANEXO 7: SIMULACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE QUEBRADA NEGRAANEXO 8: CRECIDAS DE DISEÑO SITIO DE PRESA QUEBRADA NEGRA

EVALUACION DEL RECURSO HIDRICO DISPONIBLE

1. INTRODUCCION

El presente trabajo forma parte del informe de Diseño Final y proporciona el estudio realizado sobre la evaluación del recurso hídrico que puede obtenerse de las cuencas de los ríos Huacata, Casa Cancha, Quebrada Negra, en la zona del aprovechamiento, y de la cuenca del río Corana en el Valle Central de Tarija, que será donde se utilizará el recurso hídrico, tanto en generación de energía eléctrica como en el consumo como agua de riego y agua potable. El estudio aquí presentado es el resultado de la evaluación efectuada durante la fase de Factibilidad, la cual consideró algunas alternativas, complementada con investigaciones adicionales a nivel de Diseño Final. A continuación se describe la alternativa adoptada correspondiente a Huacata Quebrada Negra.

La alternativa Huacata Quebrada Negra consiste en la captación del río Huacata aguas abajo de su confluencia con el río Canal mediante una toma tipo tirolesa ubicada en el lecho del río (área de drenaje 48,8 km2) desde donde el agua será transportada al embalse Quebrada Negra a través de un canal de aducción. El agua captada del río Huacata adicionada del agua de la cuenca propia de Quebrada Negra (área de drenaje 13,08 Km2) será regulada por la presa a construir en el valle del río Quebrada Casa Cancha, aguas abajo de la confluencia con Quebrada Negra. El trasvase de aguas de este embalse a la cuenca del río Guadalquivir se realizará por medio de un túnel de 902 m de longitud que atravesará la serranía de Recaída de Corana Lomas. Una vez que el trasvase del agua de la cuenca alta se aprovecha para la generación de energía eléctrica en la central hidroeléctrica, el recurso se une y complementa con los aportes naturales del río Corana para ser utilizados en el consumo humano como agua potable y como agua de riego en las zonas de Corana, Carchimayo y Canasmoro.

Este proyecto fue identificado por la Oficina Técnica Nacional de los Ríos Pilcomayo y Bermejo dentro el marco de su programa de aprovechamiento de aguas destinado a la reducción del déficit hídrico del Valle de Tarija.

La ubicación geográfica de la zona del proyecto se encuentra a los 21º 11´ y 21º 15´ de Latitud Sur, 65º 45´ y 65º 50´ Longitud Oeste a una altura promedio de 2.790 m.s.n.m. de acuerdo a carta del IGM No. 6630 III – Tomatas Grande en escala 1:50.000. El área de proyecto es accesible por camino desde Tarija (a una distancia de 47 Km. de la ciudad) pasando por San Lorenzo y Cruz Chiquita.

El presente estudio hidrológico ha sido realizado en estrecha vinculación con el estudio de diseño de obras a fin de compatibilizar criterios relativos a la ubicación de tomas, tamaño del caudal de diseño de las mismas, altura de presas y otros aspectos.

Debido a que no se cuenta con datos hidro-pluviométricos observados en la cuenca del río

Huacata, se ha dedicado especial esfuerzo a la determinación de la precipitación

representativa de la zona y su consiguiente transformación en escurrimiento, puesto que

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ello constituye la base para el análisis del beneficio que representará la construcción de

las obras.

1.1 OBJETIVOS

El presente estudio hidrológico se refiere básicamente a la consecución de los siguientes

resultados que sirvan de base para el diseño de obras hidráulicas del proyecto Huacata:

En base a la actualización de la información pluviométrica y climatológica

recopilada durante el estudio de Factibilidad, determinar la precipitación espacial

representativa de las cuencas a captar y su variación mensual.

Determinación de una estadística suficientemente larga de caudales mensuales en

los sitios de construcción de obras de toma.

Para la alternativa adoptada, transformación de la serie de caudales naturales en

series de caudales efectivamente captados para diferentes valores comparativos

de caudal de diseño de la obra de toma. De esta comparación se adoptará el valor

óptimo del caudal de diseño de la toma de fondo a construirse en el río Huacata.

Cálculo de las curvas de Intensidad - Duración - Frecuencia representativas de la

región de estudio.

Estimación de crecidas de diseño para las obras de toma, relativas a diferentes

períodos de retorno.

Simulación de la operación del embalse para suministro de agua.

Elaboración de curvas de confiabilidad de entrega de agua.

2. PRECIPITACION

2.1 DISPONIBILIDAD DE DATOS

La región de estudio cuenta con estaciones pluviométricas ubicadas al Sur de la cuenca

del río Huacata (Trancas, El Molino, Canasmoro y otras). Una estación se ubica al Este:

León Cancha a 16 Km. y otra al Oeste: Tomayapo a unos 15 Km. No se tienen estaciones

ubicadas al interior de la cuenca ni al Norte de ésta.

En fecha 25/Oct/2001 empezó a funcionar un pluviómetro instalado en la comunidad de

Huacata totalizando 42 meses de registros hasta la fecha del presente estudio (Jun/05).

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La siguiente tabla muestra la disponibilidad de estaciones pluviométricas en la región de

estudio.

Cuadro Nº 2.1

Estaciones pluviométricas

Pluviómetros Coordenadas H P Periodo  Lat. S Long. O (m.s.n.m.) (mm) observadoHuacata 21º 14´ 64º 51´ 2850 641 42 mesesTrancas 21º 18´ 64º 49´ 2200 802 1984-02L. Cancha 21º 11´ 64º 43´ 2600 520 1977-02Canasmoro 21º 32´ 64º 45´ 2080 582 1974-02Tomayapo 21º 16´ 65º 01´ 2720 235 1981-02El Molino 21º 22´ 64º 57´ 3200 468 1981-02Tucumillas 21º 28´ 64º 50´ 2563 793 1978-02Sama Cumbre 21º 29´ 64º 50´ 3820 748 1981-98Campanario 21º 38´ 64º 59´ 3400 354 1989-02Aeropuerto 21º 32´ 64º 43´ 1855 603 1955-02El Tejar (Univ.) 21º 32´ 64º 44´ 1859 620 1970-02Yesera N. 21º 22´ 64º 34´ 2200 655 1977-02Gamoneda 21º 29´ 64º 38´ 2150 498 1980-02Junacas 21º 26´ 64º 28´ 2300 525 1978-02Santa Ana 21º 32´ 64º 35´ 1950 434 1978-92Narváez 21º 24´ 64º 17´ 1800 1166 1979-00Sella Qda. 21º 22´ 64º 39´ 2160 618 1987-01

Fuente: elaboración propia en base a datos del SENAMHI y la OTN

Como se ve en este cuadro, fue necesario recurrir a la consideración de estadísticas

pluviométricas de estaciones ubicadas más lejos. Los valores de precipitación se refieren

a la media de los períodos observados en cada estación y H es su elevación topográfica.

Las coordenadas han sido extractadas de las diferentes referencias mencionadas en este

estudio y controladas con planos del IGM.

Los registros fueron obtenidos de la oficina regional del SENAMHI -Tarija y de la Oficina

Técnica Nacional de los ríos Pilcomayo y Bermejo (OTN). Lamentablemente algunas

estaciones han sido discontinuadas y otras presentan algunos meses faltantes.

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Figura Nº 2.1

Curvas Doble Acumuladas

Fuente: elaboración propia

El Plano Nº 1 en escala 1:250,000 presenta la ubicación relativa de las estaciones

hidrometeorológicas indicadas.

2.2 ANÁLISIS DE CONSISTENCIA DE LOS DATOS PLUVIOMÉTRICOS

Debido a la longitud corta de datos de algunas de las estaciones y también debido a que

existen períodos no concurrentes, el análisis de consistencia de las series ha sido

realizado con cierta dificultad. Sin embargo, se han graficado curvas doble acumuladas

conformando grupos de series en función de la simultaneidad de sus observaciones.

Figura Nº 2.2

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Curvas Doble Acumuladas (Cont.)

Fuente: elaboración propia

Todas las curvas doble acumuladas han sido graficadas en función de la media de las

estaciones consideradas en cada grupo. Cuando se presentaba algún año faltante en

alguna de las series, lógicamente éste no fue considerado para todas las series.

Las Figuras Nos. 2.1 y 2.2 presentan estas curvas para cuatro grupos de registros de

precipitación anual, cada uno conteniendo entre cuatro y seis estaciones. Los períodos

graficados necesariamente se adaptan a la existencia de registros concurrentes de todas

las estaciones en un mismo grupo. Por ejemplo, el primer gráfico ha sido trazado para el

periodo 86/87 a 01/02 con las estaciones: Canasmoro, Trancas, Tomayapo, León Cancha,

El Molino y El Tejar (Universidad). Se observa la ausencia de quiebres importantes por lo

que la estadística ha sido tomada sin correcciones. En algunos registros de las otras

estaciones cuando se observaron ligeros quiebres se recurrió a un análisis más detallado

de la serie sin haber encontrado anomalías importantes.

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Page 9: Hidrologia Huacata

Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L..

Del análisis visual de las curvas doble acumuladas se desprende en términos generales

que no hay necesidad de proceder a la corrección de las estadísticas.

2.3 ANÁLISIS DEL REGISTRO CORTO DE PRECIPITACIONES OBSERVADAS EN HUACATA

En fecha 25/Oct/2001 se instaló un pluviómetro en la comunidad de Huacata totalizando 27 meses de registros hasta Diciembre de 2003. Los registros incluyen los años hidrológicos (Octubre a Septiembre) 2001/02 (parcialmente) y 2002/03 y han sido contrastados con los caudales medios diarios observados en la estación hidrométrica de Huacata que empezó a funcionar en Ene/2002. También se tienen aforos muy esporádicos desde Mayo/2001. La siguiente tabla muestra esta comparación:

Cuadro Nº 2.2

Precipitaciones y Caudales observados en la estación HuacataPrecipitación registrada (mm)

Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Total01/02 58 190 125 344 58 26 4 0 0 0 002/03 87 101 43 149 65 204 3 4 0 0 0 0 65603/04 54 17 191 250 141 136 17 18 0 0 0 23 84704/05 19 51 138 142 297 61 31 0 0 0 0 4 743Med. 53 57 140 167 212 115 19 6 0 0 0 7 777

Oct/01 mes incompleto. Inicio de funcionamiento del pluviómetro.

Caudales medidos (l/s)Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Med

01/02 >18 >48 >63 283 1.767 184 241 43 42 37 26 3102/03 65 84 91 2.458 204 2.205 564 99 41 35 59 27 49403/04 39 162 829                  

Nota: Oct, Nov y Dic de 2001 son valores de aforos puntuales

El resto proviene del cálculo de caudales diarios en base a 3 lecturas de es-

cala con su correspondiente curva de descarga (ver párrafo de escurrimiento)

Los valores de Octubre, Noviembre y Diciembre/01 corresponden a aforos puntuales, lo

que significa que los caudales medios mensuales reales de estos tres meses son

seguramente más grandes (los aforos son realizados por lo general en aguas bajas, no

durante crecidas).

Sobre la base de estas observaciones no se ha evidenciado una correlación directa entre

caudales y precipitaciones (a nivel diario ni mensual), tampoco si se toma solamente los

meses del período lluvioso. La razón de ello es posiblemente la ocurrencia heterogénea

de precipitaciones espaciales al interior de la cuenca y la existencia de caudal base

relativamente importante durante el estiaje. En la Figura Nº 2.3 se grafica los valores de

precipitación y caudal mensual ambos expresados en mm. La estación Trancas ha sido

OFICINA TÉCNICA NACIONAL DE LOS RÍOS PILCOMAYO Y BERMEJO Página - 9

Page 10: Hidrologia Huacata

Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L..

incluida por encontrarse cerca a la cuenca (Q Huacata ha sido ampliada cinco veces para

mejor visualización).

Figura Nº 2.3

Comparación de Precipitación y Caudal registrados

en las estaciones que se muestran

Los valores de caudal aquí mostrados han sido calculados sobre la base de aforos y

lecturas de escala (ver más adelante el párrafo correspondiente).

Comparación de la precipitación 2001/02 –versus- media histórica:

Sobre la base de seis estaciones con registros para el año hidrológico 2001/02 ubicadas

próximas a la cuenca se tiene los siguientes valores:

Estación P 2001/01 (mm) P media histórica (mm)

Canasmoro 542 582

El Molino 288 465

León Cancha 390 520

Trancas 633 802

Tucumillas 939 793

Tomayapo 131 235

Mientras que la estación nueva registró lo siguiente:

Huacata (02/03) 657

Huacata (03/04) 847

OFICINA TÉCNICA NACIONAL DE LOS RÍOS PILCOMAYO Y BERMEJO Página - 10

Page 11: Hidrologia Huacata

Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L..

Huacata (04/05) 743

Huacata (Promedio) 777

Tan sólo en una estación (Tucumillas) llovió durante 2001/02 más que su promedio

histórico. Esto podría significar que la precipitación media histórica del pluviómetro de

Huacata debería ser mayor a 777 mm. y la precipitación espacial de la cuenca menor

según la tendencia indicada en la figura Precipitación –vs- Elevación discutida más

adelante. Posteriormente, en Feb/04 se obtuvo datos de precipitación de la estación de

Huacata hasta Dic/03, resultando 658 mm durante el año 2002/03, lo que corrobora lo

anotado previamente, i.e. la precipitación promedio histórica en Huacata podría ser mayor

que unos 650 mm y que el valor registrado durante 2002/03 corresponde a un año seco.

Si bien los valores tanto de precipitación como de caudal de la estación de Huacata no

pueden ser tomados como representativos de una serie “histórica” por ser de muy corto

período, ellos proporcionan cierto orden de magnitud.

2.4 ANÁLISIS DE LA VARIACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PRECIPITACIÓN

Dado que no hay registros suficientes de caudales medidos, el principal elemento en la

cuantificación de los recursos hídricos del río Huacata es la precipitación. Al no existir

tampoco datos de precipitación al interior de la cuenca, se ha considerado los datos

medidos en la región para efectuar inferencias. En este sentido se consideraron varias

alternativas que condujeran al establecimiento de una regionalización relativa a la

determinación de la precipitación anual promedio espacial de la zona del proyecto. Esta

regionalización permitió luego estimar la precipitación representativa de la cuenca del río

Huacata.

De acuerdo al análisis efectuado, la zona en que se encuentra la cuenca del río Huacata

difícilmente puede ser incluida dentro de un patrón muy bien definido de comportamiento

de las lluvias.

Para identificar la existencia de tendencias en la variación de la precipitación en la región

de estudio, en un primer intento se graficaron las precipitaciones observadas en los 17

pluviómetros del Cuadro Nº 2.1 agrupados de acuerdo a la cercanía entre ellos. Las

alturas de precipitación anual fueron expresadas en función de sus coordenadas de

Latitud, Longitud y en función de su altura topográfica.

Basándose en estas relaciones se observa una tendencia oscilante de la precipitación

anual en sentido de la longitud geográfica. La precipitación registrada en Narváez

presenta la mayor precipitación para luego disminuir de Este a Oeste en forma oscilatoria

a través de las estaciones de Junacas, Yesera, Gamoneda, León Cancha, El Tejar,

Tucumillas, Sama Cumbre, Cuenca de Huacata, El Molino, Campanario y Tomayapo. Esta

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Page 12: Hidrologia Huacata

Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L..

tendencia se nota claramente en la parte superior de la Figura Nº 2.4.

Cuando se considera la variación en función de la Latitud, parte central de la Figura Nº

2.4, se observa una ligera tendencia de disminución de la precipitación en dirección Norte

a Sur, o sea de León Cancha hacia Campanario. La precipitación registrada en Narváez

de 1.166 mm sale de la tendencia central. Lo mismo sucede con Tomayapo que registra la

precipitación más pequeña de todas, 235 mm.

La precipitación también presenta una tendencia leve a disminuir con la altura topográfica

de acuerdo con la disposición de los puntos en la parte inferior de la Figura Nº 2.4.

Ubicando la cuenca del río Huacata en las tres tendencias (con ayuda de sus coordenadas

y elevación media) se obtienen valores de precipitación para la cuenca que estarían

alrededor de 560 a 650 mm.

La Figura Nº 2.5 presenta las mismas relaciones pero con el grupo de estaciones más

próximas a la cuenca del río Huacata. Nuevamente aquí se puede inferir gráficamente

valores entre 530 y 720 mm como estimación de la precipitación media para la cuenca de

Huacata.

2.5 REGIONALIZACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN EN LA ZONA DE ESTUDIO

Con base en los datos de ubicación geográfica de las estaciones de la zona se han

ensayado un sinnúmero de ecuaciones múltiples que provean el valor de precipitación en

función de una o más de las variables involucradas.

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Page 13: Hidrologia Huacata

Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L..

Figura Nº 2.4

Variación de la precipitación con las coordenadas y la elevación

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Page 14: Hidrologia Huacata

Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L..

Figura Nº 2.5

Variación de la precipitación con las coordenadas y la elevación (Cont.)

Fuente: elaboración propia

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Page 15: Hidrologia Huacata

Proyecto: HUACATA SERINCO S R. L..

De la comparación entre estas expresiones se han identificado las siguientes como las

que mejor representan la precipitación en la zona de estudio:

Sobre la base de las estaciones más próximas a la cuenca:

P = a + b O + c S + d H ……………………………… (1)

a = 82538.4144

b = 1392.4185

c = -281.5853

d = -0,4186

Coeficiente de correlación = 0,72

Sobre la base de la totalidad de estaciones:

P = exp { a + b ln( O ) + c ln( S ) + d ln( H ) } ........... (2)

a = 195.7901

b = -35.3439

c = -13.4655

d = -0,09541

Coeficiente de correlación = 0,50

Con: P: Precipitación (mm)

O: Longitud Oeste

S: Latitud Sur

H: Elevación topográfica (m.s.n.m.)

Estas expresiones proporcionan los siguientes valores cuando se las aplica a las cuencas

involucradas:

Precipitación media espacial estimada en las cuencas (mm)

Cuenca Expresión 1 Expresión 2 Promedio Adoptado

Cuenca de referencia 573 601 587 590Toma tipo tirolesa 559 602 581 590

Fuente: elaboración propia

Para la cuenca de Quebrada Negra (cuenca de drenaje pequeña: 13,1 km2) donde se

emplazará el embalse de la Alternativa Huacata - Quebrada Negra se adopta también 590

mm de precipitación anual.

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2.6 PRECIPITACIÓN MENSUAL DE LA CUENCA

Para obtener una serie mensual de precipitaciones representativas de la cuenca del río Huacata se ha utilizado el patrón de los registros de la estación León Cancha. Esta estación registra el 76% de las lluvias durante los cinco meses lluviosos (Octubre a Febrero), al igual que la estación Trancas ubicada más próxima a la cuenca. Sin embargo, esta última presenta menor longitud de registros. La precipitación representativa de la cuenca del río Huacata para el período 76/77 – 02/03 se presenta en el Cuadro Nº 2.3.

Cuadro Nº 2.3

CUENCA RÍO HUACATA Precipitación media espacial (mm)

OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP TOT.

76-77 0 103 175 238 86 190 8 0 0 0 0 22 821

77-78 0 96 195 109 262 112 52 0 0 0 0 0 826

78-79 29 7 190 113 50 101 13 0 11 8 0 0 522

79-80 4 26 104 160 99 132 0 0 0 0 4 0 529

80-81 23 49 62 195 73 78 26 0 0 0 0 0 507

81-82 19 20 93 85 45 78 33 0 0 0 0 0 373

82-83 35 67 129 50 55 2 0 0 2 0 1 7 347

83-84 0 8 45 237 183 262 0 4 0 0 0 0 740

84-85 94 81 123 103 116 68 19 23 18 0 0 0 645

85-86 21 55 19 27 38 47 30 23 20 0 0 3 282

86-87 35 29 40 141 53 20 0 0 0 0 0 0 317

87-88 0 30 70 70 60 131 65 0 0 0 0 2 428

88-89 4 0 72 39 48 44 53 0 1 0 0 2 262

89-90 11 26 120 60 131 28 2 0 0 0 0 1 378

90-91 0 75 67 119 114 83 0 0 0 0 0 7 465

91-92 77 58 99 190 119 106 4 0 0 0 0 11 664

92-93 40 119 276 150 95 179 20 7 0 1 4 2 892

93-94 80 68 146 117 160 82 4 0 3 0 0 10 668

94-95 91 66 87 120 130 122 7 18 0 0 0 21 661

95-96 43 80 124 105 153 155 35 28 2 0 6 16 747

96-97 19 135 165 185 276 174 42 0 0 0 0 9 1005

97-98 25 75 80 137 73 35 26 2 0 0 0 0 452

98-99 21 118 72 222 120 251 27 0 0 0 4 38 874

99-00 52 47 111 154 113 151 30 0 0 0 0 0 658

00-01 11 16 180 169 330 91 8 0 0 0 0 17 824

01-02 8 47 109 41 115 101 15 0 0 6 0 0 443

02-03 84 54 74 176 46 151 0 4 2 1 1 7 600

03-04 31 58 112                  

Med 31 58 112 130 116 110 19 4 2 1 1 7 590

Max 94 135 276 238 330 262 65 28 20 8 6 38 1005

Min 0 0 19 27 38 2 0 0 0 0 0 0 262Fuente: elaboración propia

3. OTRAS VARIABLES CLIMATOLÓGICAS

3.1 EVAPORACIÓN

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En la Zona de estudio se han identificado cinco estaciones con registros de evaporación

medida en Tanque clase “A”. Los valores observados de estos registros presentan una

variación intermensual claramente identificada, aspecto que puede observarse en la

Figura Nº 3.1 y Cuadro Nº 3.1.

Cuadro Nº 3.1

Evaporación observada en la zona

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic TotCanasmoro 138 123 125 103 114 105 113 132 155 172 148 150 1579

Coimata 122 113 118 101 89 88 86 123 136 143 148 159 1426

Campanario 150 120 129 143 168 171 173 189 188 195 184 181 1991

Trancas 140 134 119 116 120 123 134 142 155 162 162 149 1656

El Tejar 146 130 132 112 97 85 101 128 150 174 158 158 1571Fuente: registros del SENAMHI y la OTN

Figura Nº 3.1

Evaporación observada

En este gráfico se observa que la estación Coimata presenta valores bajos en los meses

Abril a Diciembre con respecto a las otras, aspecto que hace dudar de su consistencia.

A modo de comparación, algunas estaciones ubicadas aproximadamente a la misma

elevación en el Valle de Cochabamba registran evaporaciones similares:

Cuadro Nº 3.2

Evaporación observada en otras estaciones

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Estación Ev (mm)H

(msnm) Lat. S Long. OSan Benito 1838 2769 17o 30 65o 54´

León Rancho 2060 2705 17o 34 65o 50´

Chaupisuyo 1967 2723 17o 33 65o 48´Fuente: Programa de Riego Intervalles

3.2 TEMPERATURA

El gradiente de temperatura media anual puede ser calculado basándose en las

observaciones de las siguientes estaciones:Cuadro Nº 3.3

Temperatura media observada

Estación Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic MedAeropuerto 20,7 20,3 19,8 18,2 15,4 13,2 13,0 15,0 16,9 19,4 20,2 20,7 17,7

El Tejar 21,0 20,4 20,2 18,5 15,8 13,7 13,5 15,3 17,1 19,5 20,2 20,9 18,0

Yesera N. 17,5 16,7 16,3 15,0 13,7 12,7 11,4 13,0 14,4 16,5 16,7 18,0 15,2

Campanario 11,0 10,8 10,7 10,8 8,9 7,8 7,2 8,7 9,7 11,3 11,2 11,3 9,9

Canasmoro 19,7 19,3 19,0 17,2 15,0 12,7 12,5 14,3 16,0 18,2 19,2 19,6 16,9

Coimata 19,8 19,3 19,0 17,5 15,0 13,4 13,4 15,1 16,6 18,9 19,2 19,6 17,2

Trancas 19,5 18,8 18,9 18,0 16,2 15,2 13,9 16,5 17,0 18,8 19,4 19,8 17,7Fuente: registros del SENAMHI y la OTN

Si se exceptúa de esta lista Campanario y Coimata que se encuentran bastante alejadas

de la cuenca, se obtiene un gradiente térmico de –0,43o C por cada 100 m de elevación.

En consecuencia la temperatura media de la cuenca del río Huacata resulta unos 13o C

promedio anual.

4. ESCURRIMIENTO

La transformación directa de precipitaciones mensuales en sus correspondientes

caudales, a través de coeficientes de escurrimiento estimados con algún método, tiene la

desventaja de no simular el flujo base. Estas desventajas pueden ser salvadas, aunque

sea en parte, aplicando un modelo que tome en consideración el flujo base, a condición

de controlar los resultados, sobretodo de la época de estiaje.

El río Huacata presenta caudal base durante la época de estiaje. Este aspecto indica la

presencia de cierta “memoria” intermensual de la cuenca en la producción de

escurrimiento. Para transformar la serie de precipitaciones representativas de la cuenca

en su correspondiente caudal se debe utilizar entonces un procedimiento que tome en

cuenta ello.

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Para este fin se ha utilizado un modelo conceptual de transformación P-Q cuyos

parámetros han sido calibrados con los caudales registrados en la estación de aforos

Huacata y luego utilizado para la ampliación de la estadística de caudales.

Al inicio del presente estudio hidrológico se contó con 19 meses de lecturas de escala

diarias con sus correspondientes aforos, por lo que previo a todo cálculo fue necesario

determinar la Curva de Descarga de la estación de aforo Huacata que permita determinar

los caudales medios diarios. Posteriormente, en Feb/04 se obtuvo registros de aforos

puntuales (siete en total) para el período Mayo a Diciembre de 2003. Estos siete registros

han sido adicionados al análisis para lo obtención de la Curva de Descarga.

4.1 CURVA DE DESCARGA – ESTACIÓN DE AFOROS HUACATA

Las mediciones de caudal en la estación de Huacata (latitud Sur: 21º 14´, longitud O: 64º

51´, elevación: 2.850 m.s.n.m.) se realizan a partir del año 2001 con aforos esporádicos.

Sólo a partir de Ene/2002 se han observado los aforos con sus correspondientes lecturas

de escala y se han efectuado tres mediciones de escala diarias. Con base en estas

mediciones se ha determinado una Curva de Descarga válida para el período Ene/2003 a

Dic/2003 como sigue:

Q = 40,5 (H + 0,85) ^12,8266 Para H < 0,55 m

El caudal más grande aforado corresponde a una lectura de escala 0,55 m (durante el

período Mayo a Diciembre 2003 los aforos realizados no exceden la lectura de escala 0,24

m). Para alturas de escala mayores se ha estimado tentativamente una curva, la cual

deberá ser mejorada cuando se disponga de mediciones para niveles más altos:

Q = 2549,1 (H + 0,85) ^0,6072 Para H >= 0,55 m

En ambas expresiones Q está en (l/s) y H en (m). La Figura Nº 4.1 presenta la curva de

ajuste junto a los datos muestrales. Los caudales medios diarios obtenidos se refieren a

los períodos 2001 (sólo aforos) y 16/Ene/2002 a 31/Dic/2003. El resumen de caudales

mensuales, basado en valores diarios fue presentado en el Cuadro No. 2.2.

Figura Nº 4.1

Curva de Descarga sitio de aforos Huacata

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Fuente: elaboración propia en base a aforos proporcionados por la OTN

Nótese que esta curva de descarga difiere un poco de la presentada en el informe de

Factibilidad y en consecuencia los caudales variarán un tanto.

4.2 MODELO PRECIPITACIÓN - ESCORRENTÍA

El modelo utilizado es de tipo determinístico conceptual de parámetros globales,

desarrollado por la Vrije Universiteit Brussel y adaptado por el autor del presente estudio.

Las entradas están constituidas por precipitaciones mensuales y datos de evaporación

mensual representativa de la cuenca en estudio (determinados en párrafos anteriores).

Los parámetros, en número de cuatro han sido determinados basándose en la simulación

para los meses observados y como éstos resultaban insuficientes fue necesario utilizar

como base de comparación los parámetros determinados para otras cuencas como

Misicuni que cuenta con varios años de observaciones concurrentes de Precipitación y

Caudal.

Los resultados de la calibración pueden verse en la siguiente figura donde los valores

están expresados en mm de lámina escurrida mensualmente.

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Figura Nº 4.2

Comparación entre Caudal Observadoy Calculado por el modelo

Fuente: elaboración propia

Esta figura muestra el grado de adaptación del modelo a la realidad. Ene/03 y Mar/03

presentan caudales calculados por el modelo altos. La precipitación estimada para esos

mismos meses como representativa de la cuenca es también grande, con valores

superiores a la media y en consecuencia los valores de caudal calculados por el modelo

también son altos. La simulación del caudal durante el estiaje presenta un mejor ajuste.

Se lograrán resultados mejores en la medida en que se disponga de más datos

observados en la cuenca.

Los parámetros adoptados para el modelo se resumen a continuación:

Cuadro Nº 4.1

Parámetros adoptados del modelo P-Q

Parámetro ValorEvaporación 0,3634

Flujo base 0,0744

Flujo superficial 0,0338

Almacenamiento 40,65

SCD 7,28

La expresión SCD (sumatoria del cuadrado de las desviaciones) indica la bondad de ajuste

del modelo. La evaluación de otros aspectos inherentes a esta metodología tales como

grado de autocorrelación y normalidad de los residuos, independencia de los parámetros,

homoscedasticidad y otros, no tiene relevancia por la longitud corta de los registros

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involucrados en el análisis. La salida resultante de la calibración del modelo a la cuenca

del río Huacata se presenta en Anexo.

Es preciso mencionar que un mejor ajuste será obtenido cuando se disponga de mayor información de caudales observados.

4.3 DETERMINACIÓN DE CAUDALES

Para la determinación de los caudales mensuales en la cuenca del río Huacata se ha

utilizado el mismo modelo, con parámetros de entrada constituidos por la precipitación

representativa de la cuenca, la evaporación y los resultados de la calibración. A

continuación se presenta la tabla de caudales mensuales Cuadro Nº 4.2 para el sitio de

aforos sobre el río Huacata.

La media “histórica” resulta 208 l/s, Algunos meses se presentan caudales medios tan

grandes como 3,50 m3/s y durante el estiaje se tiene valores tan bajos como 9 l/s. La

columna Med significa el caudal medio anual en l/s. Q (mm) significa el valor del caudal

anual expresado en mm lámina de agua. P (mm) es la precipitación media espacial de la

cuenca. Ce es el coeficiente de escurrimiento año a año, el mismo varía entre 0,05 y 0,46

con un valor medio histórico de 0,24. Al comparar esta tabla con los valores producidos

en el informe de Perfil Avanzado se nota que los caudales nuevos presentan mayor

variabilidad interanual e intermensual, aspecto que resulta estar más adecuado a la

realidad, puesto que al tratarse de un área de drenaje relativamente pequeño la

variabilidad intermensual de las lluvias se traslada rápidamente al escurrimiento. Este

aspecto incidirá en cierta medida en forma negativa en la regulación de las aguas por

medio de un embalse.

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Cuadro Nº 4.2

Caudales Generados – Río Huacata en sitio de aforo (l/s)

Año Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep MedQ(mm)

P(mm) ce

76-77 47 554 1019 1928 347 1312 41 35 33 30 28 40 451 350 821 0,43

77-78 24 255 1134 612 2129 815 147 28 26 24 22 20 436 339 826 0,41

78-79 36 19 624 1003 120 389 40 30 32 28 24 22 197 153 522 0,29

79-80 21 34 244 925 504 738 33 31 29 26 25 23 219 170 529 0,32

80-81 32 77 120 987 450 367 68 30 28 26 24 22 186 144 507 0,28

81-82 28 28 201 292 122 281 83 28 26 24 22 21 96 75 373 0,20

82-83 45 120 451 156 181 31 28 26 24 23 21 20 94 73 347 0,21

83-84 18 17 53 983 3311 497 109 101 93 86 80 74 452 351 740 0,47

84-85 706 336 590 447 597 252 48 52 40 25 23 22 262 203 645 0,31

85-86 29 86 30 40 63 89 55 40 34 20 19 17 43 34 282 0,12

86-87 37 33 49 427 230 60 35 32 30 28 25 24 84 65 317 0,21

87-88 22 41 135 181 172 646 273 32 30 28 26 24 134 104 428 0,24

88-89 22 20 134 74 107 98 137 26 24 22 21 19 59 46 262 0,17

89-90 19 29 275 208 756 71 30 28 26 24 22 20 126 98 378 0,26

90-91 19 132 154 474 626 340 31 29 27 25 23 22 158 123 465 0,26

91-92 144 124 314 1203 746 484 33 30 28 26 24 24 265 206 664 0,31

92-93 56 339 2290 795 480 1214 59 35 31 29 27 25 448 348 892 0,39

93-94 179 171 653 635 989 381 32 30 27 25 23 23 264 205 668 0,31

94-95 197 169 274 546 753 664 34 44 28 26 24 33 233 181 661 0,27

95-96 63 178 477 494 941 1057 92 64 27 25 24 27 289 225 747 0,30

96-97 27 388 1132 960 3500 525 248 53 49 46 42 42 584 454 1005 0,45

97-98 60 250 265 695 296 90 62 28 26 24 22 20 153 119 452 0,26

98-99 27 289 248 1599 750 1944 104 43 40 37 34 85 433 337 874 0,39

99-00 117 102 404 893 605 928 84 32 29 27 25 23 273 212 658 0,32

00-01 24 25 629 1754 296 2841 46 40 37 34 32 38 483 375 824 0,46

01-02 28 91 359 190 1426 184 66 43 41 37 34 31 211 164 443 0,37

02-03 185 932 329 922 321 1263 202 94 76 67 59 59 376 292

03-04 218 162 829                  

Med 87 179 479 719 771 650 82 40 35 31 29 30 260 202 590 0,31

Min 18 17 30 40 63 31 28 26 24 20 19 17 43 34 262 0,12

Max 706 932 2290 1928 3500 2841 273 101 93 86 80 85 584 454 1005 0,47

Fuente: elaboración propia en base a modelo conceptual190 datos observados, obtenidos con curva de descarga

El coeficiente de correlación resulta del orden de 0,31, valor obtenido a condición de

aceptar la serie de precipitación obtenida en este estudio como representativa de la

cuenca del río Huacata. Nuevamente, se obtendrán mejores resultados cuando se

disponga de mayor información.

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4.4 SERIES DE CAUDAL EN LOS SITIOS DE APROVECHAMIENTO

Basándose en los caudales determinados para el sitio de aforo se han estimado los

caudales para los sitios relevantes del presente estudio. Los resultados se resumen a

continuación:

Cuadro Nº 4.3

Resumen de caudales naturales en los sitios de aprovechamiento

Alternativa Quebrada Negra (48,8 km2)

Med 104 215 576 865 927 782 99 48 42 37 34 37 312

Min 22 21 36 48 76 37 34 31 29 24 22 21 52

Max 849 1121 2752 2317 4207 3415 328 122 112 104 96 103 702

Quebrada Casa Cancha (13,08 km2)

Med 28 58 154 232 248 210 26 13 11 10 9 10 84

Min 6 6 10 13 20 10 9 8 8 6 6 6 14

Max 227 300 738 621 1128 915 88 33 30 28 26 28 188

En este cuadro la Alternativa Quebrada Negra (48,8 km2) se refiere al caudal disponible a

la altura de la toma del río Huacata, mientras que los datos relativos a 13,08 km2 son los

caudales naturales en el sito de presa en quebrada Casa Cancha. Los datos a nivel

mensual de las dos series se presentan en los Cuadros Nos. 4.4 y 4.5.

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Page 25: Hidrologia Huacata

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Cuadro Nº 4.4

CAUDALES NATURALES (l/s)ALTERNATIVA QUEBRADA NEGRA (48,8 km2)

(Antes de ser captados en el sitio de toma de rio Huacata)Año Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Med

76-77 56 666 1225 2317 417 1577 49 42 39 36 34 48 542

77-78 29 307 1363 736 2559 979 177 33 31 28 26 24 524

78-79 43 23 750 1205 145 467 49 36 39 33 29 27 237

79-80 25 40 294 1111 606 887 40 37 34 32 30 27 264

80-81 39 92 144 1186 541 441 82 36 34 31 29 27 223

81-82 33 33 242 351 147 338 100 34 32 29 27 25 116

82-83 54 144 542 187 217 37 34 32 29 27 25 24 113

83-84 22 21 64 1181 3979 597 131 122 112 104 96 89 543

84-85 849 404 709 537 718 303 58 62 48 30 28 26 314

85-86 35 104 36 48 76 107 66 48 41 24 22 21 52

86-87 44 39 58 514 276 72 42 39 36 33 31 28 101

87-88 26 50 162 217 207 777 328 39 36 33 31 28 161

88-89 26 24 161 89 129 117 164 31 29 27 25 23 71

89-90 23 35 331 250 908 85 36 34 31 29 27 25 151

90-91 23 158 185 570 753 409 37 34 32 30 27 26 190

91-92 173 149 377 1446 896 582 39 36 33 31 29 29 318

92-93 67 408 2752 955 577 1459 71 42 37 34 32 29 539

93-94 215 206 785 763 1189 458 39 35 33 30 28 28 317

94-95 237 203 330 656 906 798 41 53 34 31 29 40 280

95-96 76 214 574 594 1131 1270 110 77 33 30 29 33 348

96-97 33 467 1361 1154 4207 631 298 64 59 55 51 50 702

97-98 72 301 319 836 356 108 74 33 31 28 26 24 184

98-99 33 347 298 1922 901 2337 125 52 48 44 41 103 521

99-00 141 123 486 1073 727 1115 101 38 35 33 30 28 328

00-01 28 30 756 2108 356 3415 56 48 44 41 38 46 580

01-02 34 109 431 228 1714 221 79 52 49 45 40 38 253

02-03 223 1121 395 1108 386 1518 242 113 91 81 71 71 452

03-04 262 195 996                  

Med 104 215 576 865 927 782 99 48 42 37 34 37 312

Min 22 21 36 48 76 37 34 31 29 24 22 21 52

Max 849 1121 2752 2317 4207 3415 328 122 112 104 96 103 702

Fuente: elaboración propia

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Cuadro Nº 4.5

CAUDALES NATURALES (l/s)ALTERNATIVA QUEBRADA NEGRA (13,08 km2)

RIO CASA CANCHAAño Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Med

76-77 15 179 328 621 112 423 13 11 11 10 9 13 145

77-78 8 82 365 197 686 262 47 9 8 8 7 7 141

78-79 11 6 201 323 39 125 13 10 10 9 8 7 64

79-80 7 11 79 298 162 238 11 10 9 9 8 7 71

80-81 10 25 39 318 145 118 22 10 9 8 8 7 60

81-82 9 9 65 94 39 91 27 9 8 8 7 7 31

82-83 14 39 145 50 58 10 9 8 8 7 7 6 30

83-84 6 6 17 317 1067 160 35 33 30 28 26 24 146

84-85 227 108 190 144 192 81 16 17 13 8 7 7 84

85-86 9 28 10 13 20 29 18 13 11 6 6 6 14

86-87 12 10 16 138 74 19 11 10 10 9 8 8 27

87-88 7 13 43 58 55 208 88 10 10 9 8 8 43

88-89 7 7 43 24 35 31 44 8 8 7 7 6 19

89-90 6 9 89 67 243 23 10 9 8 8 7 7 41

90-91 6 42 50 153 202 110 10 9 9 8 7 7 51

91-92 46 40 101 388 240 156 11 10 9 8 8 8 85

92-93 18 109 738 256 155 391 19 11 10 9 9 8 144

93-94 58 55 210 205 319 123 10 10 9 8 8 8 85

94-95 63 54 88 176 243 214 11 14 9 8 8 11 75

95-96 20 57 154 159 303 340 30 21 9 8 8 9 93

96-97 9 125 365 309 1128 169 80 17 16 15 14 13 188

97-98 19 81 85 224 95 29 20 9 8 8 7 7 49

98-99 9 93 80 515 241 626 34 14 13 12 11 28 140

99-00 38 33 130 288 195 299 27 10 9 9 8 7 88

00-01 8 8 203 565 95 915 15 13 12 11 10 12 156

01-02 9 29 116 61 459 59 21 14 13 12 11 10 68

02-03 60 300 106 297 103 407 65 30 24 22 19 19 121

03-04 70 52 267                  

Med 28 58 154 232 248 210 26 13 11 10 9 10 84

Min 6 6 10 13 20 10 9 8 8 6 6 6 14

Max 227 300 738 621 1128 915 88 33 30 28 26 28 188

Fuente: elaboración propia

Nótese que la estadística base para el cálculo de estas dos series de caudal que ofrecen

los respectivos ríos en forma natural, ha sido la serie de caudales generados por el

modelo mensual en el sitio de aforo de río Huacata.

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4.5 CAUDALES EN EL RÍO CORANA

En la zona de la toma aguas debajo de la central hidroeléctrica, el caudal del trasvase se junta con los caudales del Río Corana, lo que permite un mayor caudal aprovechable, por lo que para el Diseño Final del Proyecto Huacata se ha estimado los aportes de esta cuenca.

Río Corana que escurre de Norte a Sur y tiene sus nacientes cerca de Quebrada Casa Cancha y Quebrada Negra. Su posible obra de toma estará ubicada antes de la confluencia con el río Guadalquivir, aguas debajo de la central hidroeléctrica.

Para efectuar una estimación de caudales del río Corana (43.3 km2) se utilizó la estadística de río Huacata del Cuadro No. 4.2 en base a relaciones de áreas de drenaje y precipitación.

En base a los datos de las diferentes estaciones pluviométricas en la región, se adoptó el valor de 600 mm para el Río Corana como representativo de la precipitación media espacial. El Cuadro Nº 4.7 presenta los caudales mensuales estimados para el Río Corana.

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Cuadro No. 4.7

CAUDALES ESTIMADOS (l/s) RIO CORANA EN SITIO DE TOMA (43,3 km2)

Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Med

76-77 51 601 1105 2091 377 1423 45 38 35 33 30 43 489

77-78 26 277 1230 664 2309 883 159 30 28 26 24 22 473

78-79 39 21 677 1087 131 422 44 33 35 30 26 24 214

79-80 22 36 265 1003 547 800 36 34 31 29 27 25 238

80-81 35 83 130 1070 488 398 74 33 30 28 26 24 202

81-82 30 30 218 317 133 305 90 31 28 26 24 23 105

82-83 49 130 489 169 196 33 31 29 26 24 23 22 102

83-84 19 19 58 1066 3591 539 118 110 101 93 86 80 490

84-85 766 365 640 485 648 274 52 56 43 27 25 23 284

85-86 31 94 33 43 68 97 60 43 37 22 20 19 47

86-87 40 35 53 464 249 65 38 35 32 30 28 26 91

87-88 24 45 146 196 187 701 296 35 32 30 28 26 145

88-89 24 22 146 80 116 106 148 28 26 24 22 21 64

89-90 21 32 299 225 819 77 33 30 28 26 24 22 136

90-91 21 143 167 514 679 369 34 31 29 27 25 24 172

91-92 156 134 340 1305 809 525 35 33 30 28 26 26 287

92-93 61 368 2483 862 521 1316 64 38 34 31 29 27 486

93-94 194 186 708 689 1073 413 35 32 30 27 25 25 286

94-95 213 183 298 592 817 720 37 48 30 28 26 36 252

95-96 69 193 518 536 1020 1146 100 69 30 27 26 30 314

96-97 30 421 1228 1041 3796 569 269 58 53 49 46 45 634

97-98 65 271 288 754 321 98 67 30 28 26 24 22 166

98-99 29 313 269 1735 813 2108 113 47 43 40 37 93 470

99-00 127 111 439 968 656 1006 91 34 32 29 27 25 296

00-01 26 27 682 1902 321 3082 50 43 40 37 34 41 524

01-02 31 98 389 206 1547 200 72 47 44 40 36 34 229

02-03 201 1011 357 1000 348 1370 219 102 82 73 64 64 408

03-04 237 176 899                  

Med 94 194 520 780 836 705 89 44 38 34 31 33 282

Min 19 19 33 43 68 33 31 28 26 22 20 19 47

Max 766 1011 2483 2091 3796 3082 296 110 101 93 86 93 634

Fuente: elaboración propia

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5. ANALISIS DE INTENSIDAD DE PRECIPITACIONES

Para estimar las crecidas necesarias para el diseño de las obras del proyecto Huacata se

requiere de intensidades de lluvias de corta duración referidas a una probabilidad de

ocurrencia.

En la zona de estudio se han identificado cinco estaciones con datos de precipitación

máxima diaria con registros entre 13 y 25 años. Las precipitaciones máximas diarias, al

igual que las avenidas, se presentan durante el período lluvioso (noviembre a marzo),

situación propia de las regiones montañosas de esta zona.

La obtención de curvas Intensidad – Duración – Frecuencia para la zona de estudio siguió los

siguientes pasos: a) identificación de la estación con estadística de precipitaciones máximas

diarias representativa de la zona b) realización de una comparación basándose en el análisis

de homogeneidad de las series disponibles c) basándose en la serie adoptada se procedió a

la determinación de las relaciones IDF basándose en un patrón de desglose. Los datos

disponibles para el análisis son resumidos a continuación:

Cuadro Nº 5.1

Resumen de parámetros de precipitación máxima diaria (mm)

Estación N Med StdTrancas 13 65.2 24.3El Molino 20 36.4 9.6Canasmoro 20 45.5 19.3León Cancha 25 33.5 10.9Tucumillas 25 52.9 18.4

La siguiente figura muestra la estadística de estas estaciones, donde los datos han sido ordenados de manera creciente:

Figura Nº 5.1Precipitaciones Máximas Diarias en la región

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Fuente: elaboración propia

Se observa que las series León Cancha y Canasmoro presentan ambas un dato

extremadamente grande los que podrían ser considerados como anómalos.

Para el análisis de Homogeneidad se ha aplicado el test de Mann-Kendall a cada una de las

series. Este test verifica que los datos provengan aleatoriamente de una misma población.

Los resultados se presentan a continuación:

Cuadro Nº 5.2

Resultados del test de HomogeneidadSerie Test * Desv. Media **

Trancas pasa 0,063El Molino No pasa 0,076Canasmoro No pasa 0,053León Cancha pasa 0,059Tucumillas pasa 0,048

* : comparación del estadístico respectivo a un nivel

de confianza igual a 5 %

** : desviación media para la Ley de Valores Extremos Tipo I

Las series de EL Molino y Canasmoro no pasan el test a un nivel de confianza de 5 %. La

serie de Tucumillas presenta la menor desviación media en el ajuste a la Ley de

Probabilidades de Valores Extremos y también una longitud grande de observaciones. Sobre

la base de estas consideraciones se ha elegido para el procesamiento subsiguiente a la serie

de Tucumillas.

Se ha utilizado la ley de valores extremos por proporcionar resultados en el rango medio.

La Figura Nº 5.2 presenta este ajuste.

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Figura Nº 5.2

Los resultados obtenidos para la ocurrencia de precipitaciones, referidos a distintos

períodos de retorno son presentados a continuación:

Cuadro Nº 5.3Probabilidad de precipitaciones máximas diarias

Período de retorno (años)5 10 20 25 30 50 100 500 1000

Precipitación máxima diaria (mm)66 77 87 90 93 100 110 134 144

Fuente: elaboración propia

La información expresada en términos de intensidad de precipitación referida a diferentes

duraciones, se constituye en la base de cálculo de las relaciones Intensidad - Duración -

Frecuencia (I.D.F.). Estas relaciones expresadas en forma gráfica a través de las curvas

I.D.F. han sido determinadas para la zona de estudio.

El desglose de precipitaciones para duraciones cortas ha sido efectuado adoptando las

relaciones basadas en los registros de la estación de Cochabamba - aeropuerto. El patrón

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de distribución temporal de esta estación ha sido entonces adoptado para representar el

patrón en la zona de estudio. Los resultados se presentan en el siguiente párrafo.

5.1 CURVAS DE INTENSIDAD - DURACIÓN - FRECUENCIA (I.D.F.)

Las curvas resultantes se presentan en la Figura Nº 5.3. Se deduce por ejemplo que se

pueden presentar intensidades de 20 mm durante 1 hora con un período de retorno de 10

años. Para un período de retorno de 30 años se tiene 44 mm durante 15 minutos. Otros

valores están indicados en el mismo cuadro.

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Las curvas presentan valores muy grandes para tiempos pequeños, lo cual corrobora las

observaciones de este tipo de eventos en la realidad.

6. CRECIDAS

Los sitios donde se implantarán las obras requieren de la estimación de crecidas de

diseño referidas a diferentes probabilidades de ocurrencia. Para el cálculo de estos

valores se ha aplicado el modelo de eventos HEC-1, desarrollado por el Centro de

Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros de EEUU.

El escurrimiento de las cuencas ha sido modelado utilizando como principal dato de

entrada las curvas de Intensidad, Duración y Frecuencia establecidas anteriormente en el

párrafo No. 5. Los resultados se refieren al hidrograma de crecidas en cada una de las

cuencas, para períodos de retorno de 10, 30, 50, 100, 500 y 1000 años.

6.1 MODELO DE EVENTOS HEC - 1

El modelo hidrológico HEC-1, desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los

EE.UU. utiliza como datos de entrada, principalmente precipitaciones y parámetros

fisiográficos como áreas de drenaje, pendientes y longitud de los cursos de agua.

Este modelo simula la respuesta de la cuenca a un evento lluvioso mediante la

representación de la misma a través de un sistema interconectado de componentes

hidrológicos e hidráulicos. Los componentes pueden ser un tramo de río, un área de

escurrimiento, un embalse. Cada componente es representado a través de parámetros que

especifican las características y las relaciones matemáticas que describen los procesos

físicos, tales como escorrentía é infiltración.

Para representar los diferentes componentes se utiliza un conjunto de parámetros que

especifiquen las características y las relaciones matemáticas que describen el proceso

lluvia - escurrimiento. El resultado es un hidrograma de flujo en los sitios elegidos.

6.2 DATOS DE ENTRADA Y OPCIONES DEL MODELO UTILIZADOS

Las siguientes características de las subcuencas han sido determinadas en base a planos

del IGM en escala 1:50.000. Ver Plano Hidrográfico:

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Cuadro Nº 6.1

Parámetros fisiográficos de las cuencas Quebrada Negra (sitio de toma) y Sitio de presa Quebrada Negra (Casa Cancha)

  Nombre A S tc    (Km2) (--) (h)1 Huacata Alto 29,0 0,0343 1,452 Cuesta Colorada 11,6 0,0566 1,093 Comunidad Huacata 8,20 0,0302 0,774 Casa Cancha 13,0 0,0143 1,615 Huacata medio 31,2 0,0198 1,35

           Área de drenaje     (km2)

Estación de aforos 40,6Alt. Quebrada Negra, sitio de toma 48,8Queb. Casa Cancha, sitio de presa   13

Fuente: elaboración propia

En este cuadro A es el área de drenaje, S es la pendiente y tc es el tiempo de

concentración. Este último ha sido calculado para cada subcuenca con la expresión de

Sneider:

tc = [(0,87*L^2)/(0,1000*S)]^0,385

Donde tc: tiempo de concentración

L : longitud del curso principal

S : pendiente del curso principal

Para la simulación se ha utilizado la opción que incluye la determinación de la lluvia

efectiva mediante el método del Servicio de Conservación de Suelos. Los datos de

precipitación pluvial han sido determinados a partir de las curvas de Intensidad, Duración

y Frecuencia (IDF), establecidas previamente. Se ha considerado una situación promedio

en relación a la condición de humedad antecedente en el momento de producirse el

evento lluvioso que dará lugar a la crecida.

A fin de verificar los datos de precipitación a utilizar en el cálculo de avenidas se ha

efectuado el cálculo de lluvias de corta duración utilizando la siguiente expresión:

Log Pt = log P24 + C (log t + log 24)

Donde:

Pt : precipitación de t hs

P24 : precipitación de 24 hs

C : Constante entre 0,2 y 0,3

T : Duración de la lluvia en horas

Los resultados se presentan a continuación junto a los valores utilizados a manera de

comparación:

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Cuadro Nº 6.2

Comparación de valores de lluvias de corta duración (mm)

Valores adoptados Valores de comparaciónT=> 10 30 50 100 500 1000 10 30 50 100 500 1000

5 min 12,2 14,8 15,9 17,5 21 23 28,0 33,9 36,6 40,2 48,6 52,2

15 min 26,7 32,3 34,9 38,4 46,4 49,8 34,8 42,2 45,6 50,1 60,6 65,1

30 min 38,1 46,2 49,8 54,8 66,2 71,2 40,0 48,5 52,3 57,6 69,6 74,8

45 min 45,0 54,5 58,9 64,8 78,3 84,1 43,4 52,6 56,8 62,4 75,5 81,1

1 h 49,5 59,9 64,7 71,2 86,0 92,4 46,0 55,7 60,1 66,1 79,9 85,9

2 h 59,9 72,6 78,3 86,1 104,1 111,9 52,8 64,0 69,1 75,9 91,8 98,7

3 h 66,4 80,5 86,9 95,5 115,5 124,1 57,3 69,4 74,9 82,4 99,6 107,0

6 h 72,9 88,3 95,4 104,9 126,8 136,2 65,8 79,7 86,0 94,6 114,4 122,9

12 h 79,9 96,8 104,5 114,8 138,9 149,2 75,6 91,6 98,8 108,7 131,4 141,2

24 h 86,8 105,2 113,5 124,8 150,9 162,2 86,8 105,2 113,5 124,8 150,9 162,2

Para el cálculo de los valores de comparación se adoptó 0,2 para el valor de C de manera

de estar al lado seguro. Puede verse que en general los valores adoptados son

ligeramente mayores excepto para lluvias de duración corta (menores a 30 min). A este

respecto los valores adoptados son más reales puesto que la expresión logarítmica tiende

a sobreestimar los valores bajos debido a la extrapolación.

La lluvia de diseño utilizada para las cuencas hasta el sitio de toma en el río Huacata y

hasta el embalse Quebrada Negra está basada en la opción de tormenta hipotética que

consiste en la construcción de un hietograma de distribución triangular de tal manera que

la lámina especificada para una duración dada ocurre durante la parte central de la

tormenta (ésta se la conoce como “balanced storm” y es calculada internamente).

También se ha utilizado para nuestro caso la opción de ajuste a valores de precipitación

espacial partiendo de la precipitación puntual suministrada. Esto basado en factores de

reducción los cuales a su vez son función del área de drenaje de la respectiva subcuenca

y de la duración del evento lluvioso. Por ejemplo para la cuenca de Casacancha (área de

drenaje 13 km2) para una lluvia de duración de 0,5 h la expresión utilizada por el modelo

proporciona:

F = 1 – R ( 1 – exp(-,015*A))

Con R (coeficiente = 0,48) y A en millas cuadradas, F resulta 0,97, lo que quiere decir que

la precipitación suministrada para Casacancha deberá ser reducida por el factor 0,97 en

razón de su área de drenaje. Lógicamente áreas mayores obtendrán coeficientes de

reducción menores (por ej: para 29 km2 el coeficiente resulta 0,93).

La transformación de la lluvia efectiva P en Q ha sido modelada siguiendo el método

de Clark, mientras que las tasas de pérdidas han sido efectuadas con el método del Soil

Conservation Service.

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Por último, para la propagación de la onda de escurrimiento a través de la red de tramos

de río se ha utilizado la opción de Muskingum - Cunge.

Todos estos procedimientos se encuentran descritos en la literatura.

6.3 RESULTADO DEL CÁLCULO DE CRECIDAS - QUEBRADA NEGRA (SITIO DE TOMA) Y SITIO DE PRESA QUEBRADA NEGRA (CASA CANCHA)

Los caudales de crecida en los diferentes sitios definidos en el presente proyecto son producto de eventos lluviosos referidos a su probabilidad de ocurrencia. La intensidad de lluvia combinada al índice de infiltración de la cuenca determina el escurrimiento “sobrante” para producir el hidrograma a la salida de cada una de las subcuencas al interior del área considerada. Para fines de comparación se han efectuado corridas del modelo considerando diferentes índices de infiltración, expresados estos últimos a través del índice CN (número de curva). Este índice determina la relación precipitación-escurrimiento y depende del complejo suelo – cobertura – humedad antecedente en el momento en que se produzca la crecida (Soil Conservation Service), mientras mayor sea CN más grande será la crecida (los valores de CN van de 0 a 100). Para regiones hidrológicamente semejantes al área de estudio, en el valle de Cochabamba se han determinado valores entre 70 y 80. En el presente estudio se han efectuado corridas para tres valores de CN: 70, 75 y 80, los resultados se resumen a continuación:

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Cuadro Nº 6.3

Comparación de caudales de crecida en los sitios de interés (m3/s)

T CN=70 CN=75 CN=80(años)      

     Alt. Quebrada Negra, sitio de toma (48.8 km2)

10 55,6 76,1 10030 86,4 111,5 140,550 101,3 129,2 159,7

100 122,9 153,1 186500 176,4 211,8 248,4

1000 200,7 238 275,9     Sitio de Presa Qda. Negra (C. Cancha 13 km2)

10 14,3 19,3 25,230 21,9 28,1 35,150 25,6 32,4 39,8

100 31 38,3 46,3

500 44,2 52,8 61,71000 50,2 59,2 68,6

Los resultados proporcionados en el estudio de Arinsur S.R.L.- 2001 para la Cuenca

Referencial (40,6 km2, se adoptó el Método Racional) para períodos de retorno de 10, 50,

100 y 500 años son los siguientes: 153, 202, 223, y 270 m3/s respectivamente. Al

comparar estos valores con los presentados en el Cuadro anterior para la Alternativa

Quebrada Negra, Sitio de toma (48,8 km2) se concluye que los valores de Arinsur S.R.L.

están al lado alto (el Método Racional proporciona grandes variaciones al adoptar

diferentes coeficientes de escurrimiento).

Para estar al lado de la seguridad se puede adoptar los valores de la tercera columna del

cuadro anterior. Estos se resumen a continuación en forma más detallada:

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Cuadro Nº 6.4

Caudales de crecida adoptados en Quebrada Negra (sitio de toma) y Sitio

de presa Quebrada Negra (Casa Cancha)

T Qp Tp Q6 Q24 Q72 Riesgo(años) (m3/s) (h) (m3/s) Hidrológico

       Alternativa Quebrada Negra, sitio de toma (48,8 km2)  

10 100 1,1 62,3 21,3 11 95,80%

30 140,5 1,1 86,7 29,4 15,1 63,80%

50 159,7 1,1 98,2 33,2 17 45,50%

100 186 1,1 114 38,4 19,8 26,00%

500 248,4 1,1 151,8 50,9 26,2 5,80%

1000 275,9 1,1 168,4 56,4 29 3,00%       Sitio de Presa Qda. Negra (C. Cancha 13 km2)  

10 25,2 1,2 16,9 6 3,1 95,80%

30 35,1 1,2 23,4 8,2 4,2 63,80%

50 39,8 1,2 26,4 9,3 4,7 45,50%

100 46,3 1,2 30,6 10,7 5,5 26,00%

500 61,7 1,2 40,7 14,2 7,2 5,80%

1000 68,6 1,2 45,1 15,7 8 3,00%

Fuente: elaboración propia

T : Período de retorno (años)

Qp : Caudal pico (m3/s)

Tp : Tiempo al pico desde el inicio de la subida del hidrograma (h)

Qi : Promedio de caudal durante las “i” horas en la parte central del

hidrograma

De esta tabla se deduce por ejemplo para Qda. Negra, la probabilidad de que se presente

una crecida de por lo menos 25,2 m3/s en el transcurso de cualquier año es de uno en 10

o sea 10 %. La crecida milenaria es de 68,6 m3/s, es decir, se tiene una probabilidad de

uno en mil que este valor sea alcanzado o sobrepasado en el transcurso de un año

cualquiera.

Se ha calculado también el Riesgo Hidrológico para los tres sitios. Por ejemplo para

Quebrada Negra se tiene 45,5 % de probabilidad que la crecida de 159,7 m3/s se presente

en el transcurso de la vida útil del proyecto (30 años). Similar interpretación es válida

para los otros valores.

La Figura No. 6.1 muestra el hidrograma de crecidas para un período de retorno T = 500

años para los sitios. Se observa que los hidrogramas presentan un tiempo base de unas 15

horas, mientras que el tiempo al pico es de unas 2 horas.

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Figura Nº 6.1

Caudales de crecida en los sitios de interés (m3/s)

Fuente: elaboración propia

La salida resumida del modelo de crecidas para período de retorno 500 años se presenta en

Anexo. Por otro lado también se presentan en Anexo los hidrogramas correspondientes a

períodos de retorno 10, 30, 50, 100, 500 y 1000 años para el Sitio de Presa en Quebrada

Negra (Casa Cancha 13 km2) en forma gráfica y tabular con intervalos de 10 minutos.

6.4 CRECIDAS EN EL RÍO CORANA

Las crecidas en el Río Corana (43.3 Km2) fueron calculadas siguiendo la misma

metodología, la siguiente tabla resume los parámetros fisiográficos de la subcuenca.

Cuadro No. 6.4

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Parámetros fisiográficos de la cuenca Corana

Río Corana: A(km2) S(-) tc(h)Cuenca aguas arriba 30,2 0,0750 0,9Cuenca aguas abajo 13,1 0,1000 0,6  43,3    

Fuente: elaboración propia en base a cartas del I.G.M. en escala 1:50,000

* : Crecidas serán estimadas en base a las crecidas del río Corana.

En este cuadro A es el área de drenaje, S es la pendiente y tc es el tiempo de

concentración. Este último ha sido calculado para la subcuenca con la expresión de

Sneider mencionada anteriormente.

Los resultados se presentan a continuación en el Cuadro No. 6.5.

Cuadro No. 6.5

Caudales de crecida adoptados en el Río Corana

T Qp Tp Q6 Q24 Q72 Riesgo(años) (m3/s) (h) (m3/s) Hidrológico

               Río Corana (43,3 Km2)  

10 116,6 0,7 59,8 19,3 10,1 95,8 %30 163,9 0,7 83,2 26,6 13,9 63,8 %50 186,1 0,7 94,4 30,0 15,7 45,5 %

100 216,8 0,7 109,7 34,7 18,2 26,0 %500 290,3 0,6 146,3 46,0 24,1 5,8 %

1000 323,4 0,6 162,3 51,0 26,7 3,0 %

De esta tabla se deduce por ejemplo para el río Corana la probabilidad que se presente una

crecida de al menos 186,1 m3/s en un año cualquiera es de uno en cincuenta, o sea 2 %.

La interpretación de la columna de Riesgo Hidrológico es como sigue: si se diseña la toma

del Río Corana para un período de retorno de 500 años, el riesgo que falle en el transcurso

de su vida útil es 5.8 %. Este riesgo se incrementa si el diseño es efectuado para un período

de retorno menor. Similar interpretación se puede dar a los otros valores del Cuadro No. 6.5

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7. CAUDALES DE CAPTACIÓN

Una vez que se trasvasen los caudales del embalse Quebrada Negra hacia las nacientes

del río Corana, los mismos serán captados aguas abajo. Se debe señalar que los caudales

del río Corana no serán tocados puesto que éstos son ya utilizados por los comunarios de

la zona.

La curva de duración de caudales constituye una herramienta que permite evaluar en el

presente caso, las diferentes posibilidades de adopción de tamaño de toma en la

alternativa Quebrada Negra. Hasta el momento se tienen caudales observados para los

años 2002 y 2003 en la estación de aforos del río Huacata. Sobre la base de esta

estadística se ha determinado la curva de duración, la misma se presenta a continuación.

Figura Nº 7.1

Curva de Duración - Río Huacata – Año 2002 a 2003

 Porcentaje de tiempo   Caudal

  (%)   (l/s)  10 % 869

  20 % 334

  30 % 184

  40 % 122

  50 % 80

  60 % 67

  70 % 59

  80 % 41

  90 % 36

  100 %   24

Fuente: elaboración propia en base al período Ene/02 a Dic/03

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De esta curva de deduce por ejemplo que durante Ene/02 a Dic/03 (período en que

existen observaciones a la fecha) el río Huacata proporcionó durante el 20 % del tiempo

un caudal diario igual o superior a 334 l/s.

Para determinar los caudales de captación del río Huacata en el caso de la alternativa

Quebrada Negra se ha utilizado la metodología descrita a continuación.

Los caudales estimados en el párrafo 4 del presente estudio hidrológico y resumidos en el

Cuadro No. 4.3 constituyen el escurrimiento natural ofrecido por el río en la sección

respectiva. Puesto que las obras a diseñar en la alternativa Quebrada Negra tienen un

caudal máximo de captación, el volumen efectivamente captado por la toma será menor al

caudal natural del río.

Este volumen captado puede ser estimado utilizando un método de truncamiento

presentado en Anexo. Este método cuya descripción se resume a continuación, toma en

cuenta tres periodos del año: época lluviosa, estiaje y época de transición.

7.1 RELACIÓN ENTRE CAUDALES CAPTADOS Y CAUDALES NATURALES

Cuando el caudal natural es continuamente mayor al valor de diseño de la obra, el volumen

captado será igual al máximo que la toma puede captar. Cuando el caudal natural es menor

al valor de diseño la obra de toma, se captará la totalidad del volumen disponible en la

quebrada. Entre ambos existe la zona de transición, en la que el caudal natural presenta

valores grandes en algunos días y pequeños en otros con respecto al valor de diseño de la

obra de toma. Estos aspectos pueden ser visualizados en una curva de duración de

caudales:

Figura Nº 7.2

Curva de duración de caudales en una toma de pasada

Fuente: elaboración propia

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Page 44: Hidrologia Huacata

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El volumen natural ofrecido por la quebrada estará representado por el área encerrada por

ABC que corresponde al caudal medio Qmed definido por la recta horizontal que pasa por

FG.

El volumen efectivamente captado estará definido por el área ADEC, a condición de construir

una obra de toma con caudal de diseño Qdis (indicado por la recta que pasa por DE). En

términos de caudal medio captado Qcap, éste estará definido entonces por la recta que

pasa por HI. Nótese que Qcap es menor que Qmed.

Para diferentes valores de diseño Qdis, el volumen captado será lógicamente diferente.

Qcap será igual a Qmed sólo cuando el valor de diseño de la toma sea mayor o igual al

caudal natural diario más grande (en la gráfica éste está dado por el punto B).

Este análisis conduce a definir la siguiente representación que relaciona los valores captados

con los valores naturales:Figura Nº 7.3

Caudales captados en función de los caudales naturales

Fuente: elaboración propia

En este Gráfico, si el caudal natural de la quebrada es menor que el límite inferior Lim inf,

el caudal captado es igual al caudal natural de la quebrada (el escurrimiento se vuelve nulo

aguas abajo en la quebrada, la recta presenta un ángulo de 45º). Si el caudal natural es

mayor a Lim sup, se capta sólo hasta la capacidad de la toma. Entre ambos límites se

encuentra el período del año en que los caudales naturales presentan indistintamente

valores más altos y más bajos que Qdis y el volumen captado es ligeramente inferior al

volumen natural que ofrece la quebrada.

Este procedimiento ha sido aplicado a la estadística del río Huacata en el sitio de toma de la

Alternativa Quebrada Negra para diferentes valores de diseño de la obra de toma. La Figura

No. 7.4 muestra los valores efectivamente captados para diferentes valores de diseño.

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Figura Nº 7.4

Caudal captado en función del valor de diseño de la obra de toma

Río Huacata a la altura de la obra de toma (alternativa Quebrada Negra)

Q dis Q cap Eficiencia Q dis Q cap Eficiencia

( l/s ) ( l/s ) ( % ) ( l/s ) ( l/s ) ( % )

300 127,9 41,0% 2000 282,7 90,6%

400 151,4 48,5% 2100 285,1 91,4%

500 171,3 54,9% 2200 287,2 92,0%

600 188,4 60,4% 2300 289,3 92,7%

700 202,9 65,0% 2400 291,0 93,3%

800 215,2 69,0% 2500 292,8 93,8%

900 225,8 72,4% 2600 294,3 94,3%

1000 234,9 75,3% 2700 295,6 94,7%

1100 242,6 77,8% 2800 296,9 95,1%

1200 249,4 79,9% 2900 298,1 95,5%

1300 255,5 81,9% 3000 299,1 95,8%

1400 260,8 83,6% 3100 300,0 96,1%

1500 265,4 85,1% 3200 300,9 96,4%

1600 269,6 86,4% 3300 301,8 96,7%

1700 273,3 87,6% 3400 302,5 96,9%

1800 276,6 88,7% 3500 303,2 97,2%

1900 279,9 89,7%      

Fuente: elaboración propia

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Nótese que el caudal medio anual natural en el sitio de toma es 312 l/s (Cuadros Nos. 4.3 y

4.4). Este valor baja por ejemplo a 215 l/s (Figura No. 7.4 y Cuadro No. 7.1) efectivamente

captado si el valor de diseño de la obra de toma es de 800 l/s, es decir la eficiencia de

captación resulta del orden de 69 %.El Cuadro No. 7.1 presenta el caudal captado mes a mes para un valor de diseño de 800 l/s, valor que posteriormente fue adoptado definitivamente.

Cuadro Nº 7.1

Río Huacata en sitio de toma (Alt. Quebrada Negra)

Caudales captados (l/s)

Valor de diseño de la obra de toma: 800 l/s

Año Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Med76-77 56 603 792 800 417 800 49 42 39 36 34 48 310

77-78 29 307 800 643 800 747 177 33 31 28 26 24 304

78-79 43 23 651 791 145 467 49 36 39 33 29 27 194

79-80 25 40 294 779 564 714 40 37 34 32 30 27 218

80-81 39 92 144 789 518 441 82 36 34 31 29 27 188

81-82 33 33 242 351 147 338 100 34 32 29 27 25 116

82-83 54 144 519 187 217 37 34 32 29 27 25 24 111

83-84 22 21 64 788 800 558 131 122 112 104 96 89 242

84-85 698 404 628 515 633 303 58 62 48 30 28 26 286

85-86 35 104 36 48 76 107 66 48 41 24 22 21 52

86-87 44 39 58 498 276 72 42 39 36 33 31 28 100

87-88 26 50 162 217 207 665 328 39 36 33 31 28 152

88-89 26 24 161 89 129 117 164 31 29 27 25 23 71

89-90 23 35 331 250 723 85 36 34 31 29 27 25 136

90-91 23 158 185 539 652 409 37 34 32 30 27 26 179

91-92 173 149 377 800 718 547 39 36 33 31 29 29 247

92-93 67 408 800 739 544 800 71 42 37 34 32 29 300

93-94 215 206 669 658 789 458 39 35 33 30 28 28 266

94-95 237 203 330 596 722 675 41 53 34 31 29 40 249

95-96 76 214 542 556 782 794 110 77 33 30 29 33 273

96-97 33 467 800 785 800 580 298 64 59 55 51 50 337

97-98 72 301 319 693 356 108 74 33 31 28 26 24 172

98-99 33 347 298 800 720 800 125 52 48 44 41 103 284

99-00 141 123 476 771 639 779 101 38 35 33 30 28 266

00-01 28 30 654 800 356 800 56 48 44 41 38 46 245

01-02 34 109 431 228 800 221 79 52 49 45 40 38 177

02-03 223 780 395 778 386 800 242 113 91 81 71 71 336

03-04 262 195 752                  

med 99 200 425 574 515 490 99 48 42 37 34 37 215

max 698 780 800 800 800 800 328 122 112 104 96 103 337

min 22 21 36 48 76 37 34 31 29 24 22 21 52

Fuente: elaboración propia

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La adopción del valor de diseño definitivo fue efectuada luego de un análisis comparativo,

después del cual se identificaron los volúmenes efectivamente captados.

7.2 CAUDALES CAPTADOS EN EL RÏO CORANA

El caudal natural del río Corana es de 282 l/s, valor semejante al del río Huacata en sitio de

toma (312 l/s). Como en el río Huacata se adoptó un valor de diseño de 800 l/s, en esta

ocasión para el río Corana se determinarán las series correspondientes entre 600 y 1.100 l/s

de valor de diseño.

A continuación se presentan los resultados obtenidos:

Cuadro No. 7.2

Caudales captados en el Río Corana

para diferentes valores de diseño

Q dis Q cap Eficiencia

( l/s ) ( l/s ) ( % )Corana en sito de toma:

600 179 63,5 %

700 192 68,1 %

800 203 71,9 %

900 212 75,2 %

1000 219 77,9 %

1100 226 80,3 %

Los valores de la columna Q cap de estas tablas son el resultado promedio de 27 años de

estadística mensual en cada uno de los tres sitios. Por ejemplo si la toma de Río Corana se

construye para un valor de diseño de 1000 l/s, el caudal efectivamente captado en

promedio durante los 27 años será de 219 l/s anual.

En base a los valores del Cuadro No. 7.2 se adoptará el valor de diseño adecuado para

cada toma, producto de un análisis técnico – económico (ver capítulo correspondiente).

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8. ESTIMACIÓN DE SEDIMENTOS

En aplicaciones ingenieriles la cantidad de sedimento erosionado en las fuentes de origen no

es tan importante como la cantidad de sedimento suministrado en el sitio de toma o de

presa, i.e., la producción de sedimento.

La producción de sedimento es calculada multiplicando la producción bruta de sedimento de

la cuenca (que comprende todos los tipos como ser erosión laminar, arroyuelos, barrancos,

quebradas, ríos) por un cociente apropiado de entrega que varía de 0 a 1, por lo tanto el

cálculo de la producción de sedimento radica en una estimación de la producción bruta y del

cociente de entrega.

Cuando no se dispone de datos, un cálculo racional se hace difícil, sino imposible lo cual

queda demostrado en los resultados que arrojan diversas fórmulas empíricas que suplen

esta inexistencia de mediciones.

Aún cuando pueda ser posible la estimación de la producción de sedimento en la cuenca,

queda todavía la incógnita de qué porcentaje de ella llegará al sitio de las obras.

En conclusión, considerando la inexistencia de mediciones, la única manera expedita de

“estimar” la producción de sedimento es referirse a las fórmulas presentes en la literatura.

En el río Huacata no existen mediciones de sedimentos en suspensión ni de arrastre de

fondo, tampoco en Quebrada Negra. De acuerdo a inspección visual de los sitios de toma y

de presa se ha observado cubierta de sedimentos con materiales aluviales, los cuales se

componen en su gran mayoría de arenas finas y gruesas, limos, arcillas, intercaladas por

conglomerados.

Para la alternativa Quebrada Negra (Casa Cancha) se han efectuado estimaciones del

arrastre total de sedimentos hasta el sitio de presa en base a diferentes métodos empíricos,

los mismos que arrojan resultados diferentes entre sí. Por otra parte para fines

comparativos se mencionan los valores medidos en diferentes ríos.

Se ha tomado una eficiencia de atrape del embalse de 0,90, con un peso específico del

sedimento 1,3 de Ton/m3 (sedimento maduro depositado bajo agua). Estos parámetros

junto a otros como la precipitación media de la cuenca y el caudal natural promedio

estimados han servido de base para la estimación del transporte de sedimentos. Los

resultados se refieren al sedimento en suspensión adicionado del arrastre de fondo que se

depositarán acumulativamente en el vaso al cabo de 30 años de vida útil, los mismos se

resumen a continuación:

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Cuadro Nº 8.1

Deposición de sedimentos en el embalse

Quebrada Negra (Casa Cancha)

Quebrada NegraMétodo (Casa Cancha)

Dendy & Bolton 181.300 m3

Douglas 12.300 m3

Small Dams 278.700 m3

Gottschalk 430.100 m3

Fuente: elaboración propia

Con el fin de estimar la deposición de sedimentos en el embalse y adoptando valores

conservadores ante la incertidumbre proveniente de la no existencia de datos, parece

razonable adoptar para Quebrada Negra 430.100 m3 que se depositarán al cabo de 30

años de vida útil del proyecto (valor menor que la tasa de Río Grande).

En el estudio de Perfil avanzado los valores correspondientes son: 192.300 m3 para

Quebrada Negra (valor calculado con la expresión generalizada del PEA).

En el caso del Río Corana donde se tiene previsto la construcción de la toma de agua, se

han aplicado también los mismos métodos para la estimación del sedimento total

(arrastre de fondo + sedimento en suspensión) . Los resultados se resumen a

continuación.

Cuadro No. 8.2

Estimación del arrastre total de sedimento en el

Río Corana (m3/año)

Río Corana

 

Douglas 1.363

Dendy & Bolton: 18.020

Small Dams: 2.598Fuente: elaboración propia

Por seguridad se puede adoptar de esta tabla, los valores calculados en base a la metodología del Small Dams.

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9. SIMULACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE QUEBRADA NEGRA

Para obtener resultados iniciales que sirvan de base para la toma de decisiones, se ha

simulado la operación del embalse como se describe a continuación.

El embalse a construir en Quebrada Negra recibirá las aguas provenientes de Quebrada

Negra y Casa Cancha (84 l/s régimen natural), adicionadas del agua captada en río Huacata

(215 l/s) (este último con caudal de diseño de 800 l/s). Inicialmente se consideró también el

aporte del río Huancoyro (35,1 l/s con su valor de diseño de obras de 150 l/s), disponiéndose

entonces como caudal que ingresa al embalse de unos 334 l/s como “media histórica”. Las

corridas con este caudal total de ingreso al embalse han servido para tomar la decisión final

de captar solamente aguas del Huacata y Quebrada Negra - Cada Cancha.

Nótese que posteriormente en este estudio se modificó la estadística de aporte total al

embalse al tomar en cuenta el caudal ecológico requerido por el curso de agua natural y

desestimando el aporte (mínimo) del Huancoyro, por presentar este último costos elevados

en su construcción. Con todo, los resultados del presente acápite han servido precisamente

para proporcionar los elementos de base que condujeron a esa toma de decisiones.

Con esta estadística (334 l/s promedio histórico) se simuló la operación mensual del embalse

para 27 años, obteniéndose de esta manera una estimación sobre aspectos tales como la

frecuencia de llenado del embalse, confiabilidad en el suministro de agua, volúmenes

erogados del embalse y otros. El suministro se refiere a los meses del estiaje: Julio a

Noviembre.

Para efectuar la simulación se ha utilizado el programa HEC - 3 del Cuerpo de Ingenieros

del Ejército de los EE.UU, el cual se basa fundamentalmente en la ecuación de balance

hídrico:

I - O = dS/dt

Lo que ingresa (input) menos lo que sale del embalse (output) es igual a la diferencia de

volumen (dS) en el lapso de tiempo considerado (dt). La entrada está constituida por los

caudales de aporte, la salida por la evaporación, los eventuales rebalses y los caudales

erogados.

Sobre la base del resultado de una simulación dirigida a satisfacer una demanda, se

puede contabilizar el porcentaje de tiempo en que ésta ha sido satisfecha, calculando así

una garantía de suministro.

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9.1 DATOS DE ENTRADA UTILIZADOS

9.1.1 Caudales

La serie de caudal utilizada para efectuar la simulación de operación del embalse

Quebrada Negra ha sido obtenida al adicionar: 1) los volúmenes provenientes de la

captación del río Huacata con 2) los volúmenes provenientes de la Quebrada Negra y

Casa Cancha (Inicialmente se consideró también el pequeño trasvase de 35 l/s del río

Huancoyro ubicado al Noreste de la cuenca del Huacata pero posteriormente fue

descartado). A continuación se describen estas series.

a) Caudales provenientes de la toma en río Huacata:

Q nat Huac (48.8 km2) truncar a Q dis=800 l/s Q entra a emb Q. Casa Cancha

312 l/s 215 l/s

(Cuadro 4.4) (Cuadro 7.1)

Puesto que los valores del Cuadro 7.1 resultan al truncar los valores del Cuadro 4.4 a un

valor de diseño de toma de 800 l/s, se puede observar lo siguiente:

Ningún valor del Cuadro 7.1 (caudales captados) será mayor a 800 l/s.

En los meses del estiaje los valores de ambos cuadros son iguales.

En los meses de transición, aunque algunos valores del Cuadro 4.4 (caudal de

régimen natural) son mayores a 800 l/s, el valor truncado no es 800 l/s sino menor.

Por ejemplo, el caudal que ofrece el río Huacata en Dic/76 es de 1225 l/s (Cuadro

4.4). Este valor presenta al interior del mes algunos días caudales mayores, y

otros menores a 800 l/s (variabilidad diaria). Este hecho hace que el valor

promedio mensual de los caudales diariamente truncados a 800 sea 792 l/s (y no

800 l/s, Cuadro 7.1).

Estos aspectos concuerdan con lo expuesto en el párrafo 7.1 relativo a la descripción del

método de truncamiento empleado en el presente estudio hidrológico.

b) Caudales provenientes de Quebrada Negra y Casa Cancha:

Estos caudales constituyen el régimen natural de un área de drenaje de 13 km2 y han sido

calculados por relación de áreas, resultando un promedio “histórico” de 84 l/s, ver Cuadro

No. 9.1.

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Cuadro Nº 9.1

CAUDALES NATURALES (l/s)ALTERNATIVA QUEBRADA NEGRA (13,08 km2)

RIO CASA CANCHAOct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Med

76-77 15 179 328 621 112 423 13 11 11 10 9 13 145

77-78 8 82 365 197 686 262 47 9 8 8 7 7 141

78-79 11 6 201 323 39 125 13 10 10 9 8 7 64

79-80 7 11 79 298 162 238 11 10 9 9 8 7 71

80-81 10 25 39 318 145 118 22 10 9 8 8 7 60

81-82 9 9 65 94 39 91 27 9 8 8 7 7 31

82-83 14 39 145 50 58 10 9 8 8 7 7 6 30

83-84 6 6 17 317 1067 160 35 33 30 28 26 24 146

84-85 227 108 190 144 192 81 16 17 13 8 7 7 84

85-86 9 28 10 13 20 29 18 13 11 6 6 6 14

86-87 12 10 16 138 74 19 11 10 10 9 8 8 27

87-88 7 13 43 58 55 208 88 10 10 9 8 8 43

88-89 7 7 43 24 35 31 44 8 8 7 7 6 19

89-90 6 9 89 67 243 23 10 9 8 8 7 7 41

90-91 6 42 50 153 202 110 10 9 9 8 7 7 51

91-92 46 40 101 388 240 156 11 10 9 8 8 8 85

92-93 18 109 738 256 155 391 19 11 10 9 9 8 144

93-94 58 55 210 205 319 123 10 10 9 8 8 8 85

94-95 63 54 88 176 243 214 11 14 9 8 8 11 75

95-96 20 57 154 159 303 340 30 21 9 8 8 9 93

96-97 9 125 365 309 1128 169 80 17 16 15 14 13 188

97-98 19 81 85 224 95 29 20 9 8 8 7 7 49

98-99 9 93 80 515 241 626 34 14 13 12 11 28 140

99-00 38 33 130 288 195 299 27 10 9 9 8 7 88

00-01 8 8 203 565 95 915 15 13 12 11 10 12 156

01-02 9 29 116 61 459 59 21 14 13 12 11 10 68

02-03 60 300 106 297 103 407 65 30 24 22 19 19 121

03-04 70 52 267                  

Med 28 58 154 232 248 210 26 13 11 10 9 10 84

Max 227 300 738 621 1128 915 88 33 30 28 26 28 188

Min 6 6 10 13 20 10 9 8 8 6 6 6 14Fuente: elaboración propia

c) Caudales de aporte total al embalse Quebrada Negra:

Q total = Q de toma en R. Huacata + Q nat Qda. Negra + Q de Huancoyro*

334 l/s = 215 l/s + 84 l/s + 35 l/s

(Cuadro 9.2) (Cuadro 7.1) (Cuadro 9.1) (no presentado)

* Q de Huancoyro fue descartado, ver más adelante.

La serie resultante se presenta a continuación en el Cuadro Nº 9.2

Cuadro Nº 9.2

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ALTERNATIVA QUEBRADA NEGRACAUDAL DE APORTE TOTAL AL EMBALSE QUEBRADA NEGRA (l/s)

Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Med76-77 80 877 1260 1571 591 1371 70 60 56 51 48 68 509

77-78 41 435 1310 944 1636 1134 250 47 44 40 37 35 496

78-79 61 32 956 1252 205 662 69 51 55 47 41 38 289

79-80 35 57 416 1210 815 1069 57 53 49 45 42 39 324

80-81 55 130 205 1245 743 625 116 51 48 44 41 38 278

81-82 47 47 343 497 209 479 142 48 45 41 38 35 164

82-83 76 205 745 265 308 52 48 45 41 38 36 34 158

83-84 30 29 90 1243 2017 807 185 173 159 147 136 126 428

84-85 1040 572 918 739 927 430 82 88 68 43 40 37 415

85-86 49 147 51 68 107 152 94 67 58 34 32 29 74

86-87 63 55 83 712 391 102 59 55 51 47 43 40 142

87-88 37 70 230 308 293 980 464 55 51 47 44 40 218

88-89 37 35 229 126 183 166 233 44 41 38 35 33 100

89-90 33 50 469 354 1085 121 51 48 44 41 38 35 197

90-91 32 224 262 777 959 579 53 49 45 42 39 37 258

91-92 245 211 535 1335 1076 790 56 51 47 44 40 42 373

92-93 96 578 1688 1118 785 1338 101 60 53 49 45 42 496

93-94 304 292 987 968 1246 649 55 50 47 43 40 40 393

94-95 335 287 467 867 1083 998 58 75 48 44 41 56 363

95-96 108 304 781 804 1220 1276 156 109 46 43 41 47 411

96-97 47 661 1310 1230 2078 841 423 91 84 78 72 71 582

97-98 102 426 452 1030 504 153 105 47 44 40 37 35 248

98-99 46 492 422 1465 1080 1576 177 73 68 63 58 146 472

99-00 199 174 679 1190 936 1212 143 54 50 46 43 40 397

00-01 40 43 961 1515 504 1865 79 68 63 58 54 65 443

01-02 48 154 611 323 1409 313 113 74 69 63 57 53 274

02-03 316 1215 560 1208 546 1355 343 161 129 114 100 101 512

03-04 371 276 1145                  

med 133 289 630 902 849 781 140 68 59 53 49 52 334

max 1040 1215 1688 1571 2078 1865 464 173 159 147 136 146 582

min 30 29 51 68 107 52 48 44 41 34 32 29 74Fuente: elaboración propia

Se observa una gran variabilidad mes a mes del aporte futuro al embalse de Quebrada

Negra, aspecto que requiere entonces de la regulación a través de un embalse. Este

embalse, a construirse en Quebrada Negra podrá recibir entonces las aguas provenientes de

su propia cuenca, más las aguas provenientes de la captación del río Huacata.

9.1.2 Curva Altura – Volumen del embalse

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La curva altura – volumen del embalse, obtenida del levantamiento topográfico es la

siguiente:

Figura Nº 9.1

Curva Altura – Volumen del embalse Quebrada Negra

Fuente: elaboración propia en base a levantamiento topográfico

En esta etapa del estudio, la simulación se ha efectuado para ocho diferentes alturas de

presa correspondientes a las siguientes cotas de la cresta del vertedor de excedencias:

2.803, 2.804, 2.805, 2.806, 2.807, 2.808, 2.809 y 2.810 m.s.n.m., cada una para diferentes

demandas de agua. Aproximadamente las alturas respectivas van de 20 m a 27 m.

9.1.3 Demanda de agua

Para efectuar el balance de oferta y demanda futura de agua del embalse se han tomado

valores de demanda en el rango 481 l/s a 962 l/s durante el período de estiaje. Estos

valores corresponden a la media durante cinco meses: Julio a Noviembre, desglosados de

acuerdo a porcentajes mensuales como sigue:

Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Tot

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20% 10% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 10% 20% 40% 100%

La erogación del embalse se ajustará a estos porcentajes de manera a satisfacer

diferentes demandas. Por ejemplo, al requerir del embalse 481 l/s durante cinco meses,

los valores expresados en l/s serán:

Cuadro Nº 9.3

Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep481,0 240,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 240,5 481,0 961,9

La media de estos cinco meses resulta entonces 481 l/s.

9.2 RESULTADOS DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE

Los resultados son presentados en forma tabular, así como también en forma de curvas de

garantía de suministro. Estas últimas proporcionan una visión general que sirve para la toma

de decisiones.

9.2.1 Erogación durante los meses del estiaje

Los resultados de la operación dirigida a satisfacer una demanda durante los meses del

estiaje muestran la presencia de numerosos rebalses, lo cual es debido principalmente a

la gran variabilidad de los caudales de aporte (el 85 % de los aportes al embalse ocurre

en cuatro meses del año).

Los Cuadros Nos. 9.4a, 9.4b y 9.4c presentan el resumen de resultados de las diferentes

corridas.

La tabla inferior del Cuadro Nº 9.4a muestra por ejemplo para un volumen de embalse de

11,8964 Hm3 (correspondiente a la cota del vertedor 2.807 m.s.n.m., altura de presa 24

m) una corrida en que se ha “requerido” del embalse proporcionar 721 l/s durante los

cinco meses del estiaje. Para satisfacer este requerimiento (meta), el embalse logra

suministrar los 721 l/s durante el 92 % del tiempo (tomando los 27 años), significando que

durante 26 meses falla en suministrar los 721 l/s requeridos. La evaporación desde la

superficie del embalse, promedio durante un año cualquiera es de 602 mil m3, el caudal

erogado promedio de los 27 años es de 8.136 miles m3 al año (este volumen de 8,13

Hm3 ha sido suministrado durante cinco meses cada año en valores que van desde 361 l/s

(Nov y Jul: 10%) a 1.443 l/s (Sep: 40 %) durante el estiaje), el vertimiento es de unos 2400

mil m3 en promedio cada año. El déficit más grande de suministro mensual durante los 27

años ocurrió en Sep/86 y fue de 3670 mil m3. Similar interpretación es válida para los

otros valores.

De los resultados se observa entonces que el vertimiento es significativo frente al

suministro. Esto se debe a que se obliga a desembalsar solamente durante el estiaje. La

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garantía de suministro aumenta al requerir del embalse menor dotación de agua o al

elevar la altura de presa. La evaporación también aumenta al elevar la altura de presa ya

que la superficie expuesta a la evaporación es cada vez mayor. Durante los meses enero

a marzo, debido a la lluvia que incide directamente en el embalse, se tiene una

evaporación neta negativa, pero en términos anuales se evapora más de lo que precipita

en el embalse.

Los resultados han permitido graficar curvas que indican para las diferentes alternativas

la confiabilidad (garantía de suministro expresado en porcentaje) que se obtiene en

función del volumen total del embalse. Estas relaciones se presentan en la Figura Nº 9.2.

Por ejemplo si se construye un embalse de volumen total 11,8964 Hm3 (correspondiente a

24 m de altura) se puede suministrar unos 721 l/s durante los cinco meses del estiaje con

una confiabilidad de 92 %. Si se requiere de este mismo embalse unos 925 l/s durante el

estiaje, éste puede ser suministrado durante el 85 % del tiempo, el restante 15 % del

tiempo el suministro será menor que 925 l/s.

Similar explicación es válida para las diferentes curvas. En Anexo se presenta la salida

para una corrida en forma parcial, debido al volumen grande de los resultados.

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Figura Nº 9.2

CURVAS DE GARANTIA DE SUMINISTRO - EMBALSE QUEBRADA NEGRARESULTADOS PROMEDIO PARA 26 AÑOS - SUMINISTRO EN ESTIAJE

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000

VOLUMEN TOTAL DEL EMBALSE (miles m3)

Q D

EM

AN

DA

DO

DU

RA

NT

E E

ST

IAJE

(l/

s)

ELEVACIÓN CRESTA DEL VERTEDOR

85%

90%

95%

100%

Garantía desuministro en%de tiempo

99%

2803 msnm 2804 msnm 2805 msnm 2806 msnm 2807 msnm

Fuente: elaboración propia en base a la operación simulada del embalse

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Cuadro Nº 9.4 a

RESUMEN DE RESULTADOS DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE QUEBRADA NEGRAAporte medio anual al embalse: 334 l/s = 10.53618 Hm3/año

Demanda 882 l/s durante el estiaje:Cota VOL. TOTAL Promedio histórico anual Max. déficit Número de Garantía de

vertedor DE EMBALSE ( miles m3 por año ) (miles m3 meses con suministro

(msnm) (10^3 m3) Evaporación Suministrado Vertimiento Déficit en un mes ) déficit (%)

2806 10430 492 8893 1643 2744 4513 47 85,52807 11896 550 9114 1422 2491 4513 39 88,02808 13508 600 9272 1265 2334 4513 36 88,92809 15275 632 9398 1138 2208 4513 33 89,82810 17208 667 9461 1075 2144 4513 32 90,1

         2803 6809 374 6906 3630 4699 4513 72 77,82804 7898 410 7632 2904 3974 4513 71 78,12805 9101 454 8294 2242 3343 4513 55 83,0

Demanda 802 l/s durante el estiaje:Cota VOL. TOTAL Promedio histórico anual Max. déficit Número de Garantía de

vertedor DE EMBALSE ( miles m3 por año ) (miles m3 meses con suministro

(msnm) (10^3 m3) Evaporación Suministrado Vertimiento Déficit en un mes ) déficit (%)

2806 10430 518 8515 2021 2050 4095 36 88,92807 11896 574 8672 1864 1892 4095 33 89,82808 13508 627 8799 1738 1766 4085 29 91,02809 15275 679 8893 1643 1671 4085 28 91,42810 17208 720 8956 1580 1608 4085 26 92,0

           2803 6809 380 6875 3661 3690 4095 71 78,12804 7898 420 7537 2999 3027 4095 53 83,62805 9101 466 8168 2368 2397 4095 51 84,3

Demanda 721 l/s durante el estiaje :Cota VOL. TOTAL Promedio histórico anual Max. déficit Número de Garantía de

vertedor DE EMBALSE ( miles m3 por año ) (miles m3 meses con suministro

(msnm) (10^3 m3) Evaporación Suministrado Vertimiento Déficit en un mes ) déficit (%)

2806 10430 541 8042 2494 1482 3681 30 90,72807 11896 602 8136 2400 1356 3670 26 92,02808 13508 661 8231 2305 1261 3670 25 92,32809 15275 718 8357 2179 1167 3670 23 92,92810 17208 769 8420 2116 1104 3670 22 93,2

         2803 6809 387 6780 3756 2712 3681 64 80,22804 7898 434 7411 3125 2081 3681 52 84,02805 9101 483 7884 2652 1640 3681 34 89,5

Cota vertedor: elevación de la cresta del vertedor de excedencias

VOL.TOTAL: correspondiente volumen del embalse incluyendo el volumen muerto

Las corridas fueron efectuadas a nivel mensual para un periodo de 27 años.

Cuadro Nº 9.4 b

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RESUMEN DE RESULTADOS DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE QUEBRADA NEGRAAporte medio anual al embalse: 334 l/s = 10.53618 Hm3/año

Demanda 641 l/s durante el estiaje:Cota VOL. TOTAL Promedio histórico anual Max. déficit Número de Garantía de

vertedor DE EMBALSE ( miles m3 por año ) (miles m3 meses con suministro

(msnm) (10^3 m3) Evaporación Suministrado Vertimiento Déficit en un mes ) déficit (%)

2806 10430 573 7442 3094 1009 3157 22 93,22807 11896 638 7537 2999 915 3157 21 93,52808 13508 697 7663 2873 788 3157 19 94,12809 15275 758 7758 2778 694 3157 17 94,82810 17208 820 7852 2684 599 3157 15 95,4

         2803 6809 403 6686 3851 1766 3266 49 84,92804 7898 450 7190 3346 1261 3266 30 90,72805 9101 509 7379 3157 1072 3266 24 92,6

Demanda 561 l/s durante el estiaje:Cota VOL. TOTAL Promedio histórico anual Max. déficit Número de Garantía de

vertedor DE EMBALSE ( miles m3 por año ) (miles m3 meses con suministro

(msnm) (10^3 m3) Evaporación Suministrado Vertimiento Déficit en un mes ) déficit (%)

2806 10430 601 6780 3756 631 2426 17 94,82807 11896 669 6875 3661 536 2426 15 95,42808 13508 730 6969 3567 442 2426 12 96,32809 15275 798 7033 3504 347 2426 10 96,92810 17208 867 7096 3441 315 2426 8 97,5

Demanda 481 l/s durante el estiaje:Cota Dem Promedio histórico anual Max. déficit Número de Garantía de

vertedor ( l/s) ( miles m3 por año ) (miles m3 meses con suministro

(msnm)   Evaporación Suministrado Vertimiento Déficit en un mes ) déficit (%)

2806 10430 629 6055 4481 284 1698 11 96,62807 11896 701 6086 4450 221 1698 8 97,52808 13508 767 6150 4387 189 1698 7 97,82809 15275 841 6213 4324 126 1174 6 98,12810 17208 915 6244 4292 95 1052 5 98,5

Cota vertedor: elevación de la cresta del vertedor de excedencias

VOL. TOTAL: correspondiente volumen del embalse incluyendo el volumen muerto

Las corridas fueron efectuadas a nivel mensual para un periodo de 27 años.

Cuadro Nº 9.4 c

RESUMEN DE RESULTADOS DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE QUEBRADA NEGRA

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Aporte medio anual al embalse: 334 l/s = 10.53618 Hm3/año

Demanda 962 l/s durante el estiaje:Cota VOL. TOTAL Promedio histórico anual Max. déficit Número de Garantía de

vertedor DE EMBALSE ( miles m3 por año ) (miles m3 meses con suministro

(msnm) (10^3 m3) Evaporación Suministrado Vertimiento Déficit en un mes ) déficit (%)

2806 10430 486 8988 1548 3690 4927 58 82,12807 11896 527 9429 1107 3248 4927 46 85,82808 13508 567 9618 918 3059 4927 42 87,02809 15275 595 9745 792 2933 4927 41 87,32810 17208 609 9839 697 2838 4927 40 87,7

Cota vertedor: elevación de la cresta del vertedor de excedencias

VOL. TOTAL: correspondiente volumen del embalse incluyendo el volumen muerto

Las corridas fueron efectuadas a nivel mensual para un periodo de 27 años.

10. SIMULACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE CON ALTURA DE PRESA ADOPTADA Y RESPETANDO EL CAUDAL ECOLÓGICO

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En el acápite 9 se ha simulado la operación del embalse para diferentes alturas de presa y

diferentes dotaciones de agua. Los resultados han servido para la toma de decisiones

respecto a la elección de una altura definitiva de presa (ver el capítulo correspondiente).

En el presente acápite se han efectuado simulaciones para la altura de presa adoptada

que corresponde a la cota del vertedor 2.807 m.s.n.m. Por otra parte, en esta corrida se

ha considerado el caudal ecológico del río Huacata, i.e., el caudal que deberá estar

siempre presente en el río una vez que se haya captado sus aguas por medio de una

toma (la captación no deberá secar al río). Asimismo, en esta ocasión ya no se ha tomado

en cuenta el caudal proveniente del Huancoyro por haber sido desestimado durante el

transcurso del presente estudio debido a su costo elevado de construcción.

Si bien los organismos regulatorios bolivianos no tienen nada definido en forma oficial

respecto al caudal ecológico (ej. la Ley de Medio Ambiente), se ha adoptado para ello el

caudal mínimo del período de estiaje (21 l/s). El valor 21 l/s corresponde al mínimo caudal

presente en forma natural en el sitio de captación (ver Cuadro Nº 4.4, mes de

Septiembre).

El siguiente cuadro presenta entonces los caudales de aporte que ingresarán al futuro

embalse:

Cuadro Nº 10.1

ALTERNATIVA QUEBRADA NEGRACAUDALDE APORTE TOTAL AL EMBALSE QUEBRADA NEGRA (l/s)

RESPETANDO CAUDAL ECOLÓGICO

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Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Med

76-77 50 782 1120 1421 508 1223 41 32 29 25 22 40 441

77-78 16 368 1165 840 1486 1009 203 21 18 15 12 10 430

78-79 33 8 852 1114 163 571 41 25 28 21 16 13 240

79-80 11 30 352 1077 726 952 30 26 22 20 17 13 273

80-81 28 96 162 1107 663 538 83 25 22 18 16 13 231

81-82 21 21 286 424 165 408 106 22 19 16 13 11 126

82-83 47 162 664 216 254 26 22 19 16 13 11 9 122

83-84 7 6 60 1105 1867 718 145 134 121 111 101 92 372

84-85 925 491 818 659 825 363 53 58 40 17 14 12 356

85-86 23 111 25 40 75 115 63 40 31 9 7 6 45

86-87 35 28 53 615 329 70 32 28 25 21 18 15 106

87-88 12 42 184 254 241 873 395 28 25 21 18 15 176

88-89 12 10 183 92 143 127 187 18 16 13 11 8 68

89-90 8 23 399 296 966 87 25 22 18 16 13 11 157

90-91 8 179 214 692 854 498 26 22 20 17 13 12 213

91-92 198 168 457 1188 958 703 29 25 21 18 16 16 316

92-93 64 496 1538 995 699 1191 69 32 26 22 20 16 431

93-94 252 240 879 863 1108 560 28 24 21 17 15 15 335

94-95 279 236 397 772 965 889 31 46 22 18 16 30 308

95-96 75 250 696 715 1085 1134 119 77 21 17 16 21 352

96-97 21 571 1165 1094 1928 749 357 60 54 49 44 42 511

97-98 70 361 383 917 430 116 73 21 18 15 12 10 202

98-99 21 419 357 1315 961 1426 138 45 40 35 31 110 408

99-00 158 135 585 1059 834 1078 107 27 23 21 17 14 338

00-01 15 17 857 1365 430 1715 50 40 35 31 27 37 385

01-02 22 117 526 268 1259 259 79 45 41 36 30 27 226

02-03 262 1080 480 1075 468 1207 286 122 94 82 69 69 441

03-04 311 226 1019

Med 107 238 567 799 755 689 104 40 32 26 23 25 282

Max 925 1080 1538 1421 1928 1715 395 134 121 111 101 110 511

Min 7 6 25 40 75 26 22 18 16 9 7 6 45Fuente: elaboración propia

Nótese que este cuadro presenta un caudal promedio histórico de 282 l/s (menor que 334

l/s del acápite 9). Las corridas han sido efectuadas para demandas entre 681 l/s y 882 l/s,

dando como resultados diferentes satisfacciones de la demanda, relacionadas cada una

con su garantía de suministro.

La cota del vertedor es 2.807 m.s.n.m. (correspondiente a 11,8964 Hm3 de volumen

total). El nivel mínimo de operación: 2.791,8 m.s.n.m.

Los resultados de la operación dirigida a satisfacer la demanda, la misma que será

erogada durante los meses del estiaje muestran la presencia de numerosos rebalses, lo

cual es debido principalmente a la gran variabilidad de los caudales de aporte y también

al hecho que se solicita erogar del embalse solamente durante cinco meses al año.

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Los resultados de las corridas se presentan en forma gráfica y tabular en el Cuadro Nº

10.2.

Cuadro Nº 10.2

RESUMEN DE RESULTADOS DE LA OPERACIÓN DEL EMBALSE QUEBRADA NEGRAAporte medio anual al embalse: 282 l/s (respetando Q ecológico)Demanda durante el estiaje ( 5 meses según patrón porcentual )

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Cota Demanda Promedio histórico anual Max. déficit Número de Garantía de

vertedor durante 5 ( miles m3 por año ) (miles m3 meses con suministro

(msnm) meses (l/s) Evaporación Suministrado Vertimiento Déficit en un mes ) déficit (%)

2807 681 576 7316 1577 1640 3533 30 90,7

2807 721 564 7569 1325 1955 3738 35 89,2

2807 762 549 7789 1104 2239 3948 37 88,6

2807 800 534 7947 946 2586 4147 41 87,3

2807 842 519 8073 820 2996 4362 47 85,5

2807 882 510 8199 694 3406 4572 52 84,0

Cota vertedor: elevación de la cresta del vertedor de excedencias

Las corridas fueron efectuadas a nivel mensual para un periodo de 27 años.

Fuente: elaboración propia en base a la operación simulada del embalse para 27 años

De este cuadro se deduce por ejemplo que el sistema puede suministrar 842 l/s sin fallar

durante el 85,5 % del tiempo (tomando los 27 años), el resto del tiempo el suministro es

inferior a lo demandado, significando que durante 47 meses (correspondientes a meses

del estiaje) falla en suministrar los 842 l/s requeridos (valor desglosado en cinco meses de

acuerdo a diferentes porcentajes). La evaporación desde la superficie del embalse,

promedio durante un año cualquiera es de 519 mil m3, el caudal erogado promedio de los

27 años es de 8,1 millones m3 al año (este volumen ha sido suministrado en valores que

van desde 0 l/s a 4508 l/s durante el estiaje), el vertimiento es de unos 820 mil m 3 en

promedio cada año. El déficit más grande de suministro mensual durante los 27 años fue

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de 4.362 mil m3 (de los 1683 l/s = 4.508 mil m3 demandados ese mes de Septiembre, es

decir en ese mes sólo se pudo erogar 146 mil m3, igual a unos 55 l/s (el mes de

Septiembre es el de mayor requerimiento, ver acápite Demanda de agua). Similar

interpretación es válida para los otros valores.

Del gráfico está claro que a mayor suministro se tendrá menor confiabilidad.

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