1. Educación

XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L
AMH
DE
H I D R Á U LI C A
PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014
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OBRAS DE RETENCIÓN DE SEDIMENTOS, DOS CASOS DE ESTUDIO EN MÉXICO
Montes León María Alejandrina Leticia1,2, Vargas Moreno Humberto1 y
Noriega Pineda Marco Antonio1
1
Comisión Federal de Electricidad, Av. Ingenieros No. 402, Colonia El Marqués, Querétaro, Querétaro,
México. C.P. 76047
2
Universidad Autónoma de Querétaro. Cerro de las Campanas S/N, Col. Las Campanas, Santiago de Querétaro,
Querétaro, México. C.P. 76010
[email protected], [email protected], [email protected]
Introducción
En el contexto de la vida útil de los embalses en México, se
han planteado dos soluciones para problemas diferentes en dos
embalses ubicados dentro del territorio nacional, en el primer
caso se trata de un embalse con una vida útil de 50 años, la
cual ya se ha cumplido y que pretende rehabilitarse, en el
segundo caso se encuentran en desarrollo los estudios para su
posible construcción.
Las estructuras de retención en general consisten en: diques
filtrantes, diques de consolidación, plazas de depósito,
canalizaciones, etc. Los diques filtrantes ayudan para clasificar
el diámetro del material, los diques de consolidación su
principal función es retener los sedimentos más finos e ir
cambiando la pendiente del cauce, las plazas de depósito
funcionan como bancos de material pues estás se colocan en la
parte baja, y finalmente las canalizaciones que se sugieren en
las zonas urbanas.
Ilustración 1. Dique filtrante.
Objetivo
Mostrar la funcionalidad de las estructuras de control de
sedimentos, ante la eventual pérdida de la vida útil de los
embalses en México, y potenciar su construcción para que la
generación de energía mediante hidroeléctricas no se vea
mermada por la pérdida de capacidad en los embalses.
Ilustración 2. Dique filtrante.
Desarrollo
Las estructuras elegidas en ambos casos corresponden a
diques filtrantes tipo peine, es decir abiertos, en donde la
abertura dependerá de la caracterización del tamaño de los
sedimentos en el cauce, algunos diques de consolidación en
donde estos pueden ser colocados en cascada, es decir cabezapie, o de manera individual como parte del cuerpo de una
plaza de depósito la cual se conforma con dique filtrante aguas
arriba y uno de consolidación aguas abajo.
Ilustración 3. Diques de consolidación.
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Ilustración 4. Plaza de depósito.
Para el primer caso de estudio en la C. H. Manuel M. Diéguez,
mejor conocida como Santa Rosa, cuyo embalse ya tiene 50
años de vida, y pretende rehabilitarse mediante la elevación de
la cortina, para nuevamente recuperar capacidad para seguir
generando, el objetivo de las estructuras es retener aguas
arriba del embalse la mayor cantidad de sedimentos posible.
En este caso el objetivo es ir clasificando el diámetro de los
sedimentos, por lo cual en las partes altas se proponen diques
filtrantes tipo peine con la idea de ir capturando los diámetros
gruesos, posteriormente se colocan diques de consolidación
con la finalidad de disminuir la pendiente en ciertas partes del
cauce y de esta manera bajar la velocidad del flujo, para
finalmente colocar en la parte baja cercana al embalse plazas
de depósito en donde se depositaran parte de los sedimentos
en mayor proporción finos que no hayan sido retenidos aguas
arriba, destacando que estas plazas deberán de tener un
mantenimiento constante para que cumplan su función de
manera adecuada, el esquema tipo se muestra en la
Ilustración 5.
Ilustración 6. Aportaciones al embalse.
La producción de sedimentos en la cuenca de acuerdo al
estudio de sedimentos es 27.62 Mm3 anual, y la subcuenca con
mayor aportación es la correspondiente al cauce Juchipila, y la
aportación directa al embalse 6 Mm3 anual, en conjunto los
tres cauces (Ilustración 7).
Ilustración 5. Esquema tipo.
Los cauces que aportan sedimentos al embalse son: Santiago,
Juchipila y Cuixtla, los cuales confluyen 35 km aguas arriba
de la entrada al embalse en la comunidad San Cristóbal de la
Barranca (Ilustración 6).
Ilustración 7. Producción de sedimentos en la cuenca.
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Se considera que por parte del Río Santiago la aportación es
prácticamente nula, debido a las presas que existen sobre este,
además de la laguna de Chápala. Pero se colocará una plaza de
depósito, por los sedimentos finos que puedan llegar a la
confluencia antes mencionada (Ilustración 8).
Sobre el cauce del Cuixtla y Juchipila también se colocará una
estructura tipo plaza de depósito en la parte baja
(Ilustración 8).
Ilustración 10. Esquema completo del sistema.
Ilustración 8. Ubicación de plazas de depósito.
El sistema completo propuesto para este caso comprende 13
diques filtrantes tipo peine en donde la abertura dependerá del
tamaño característico del sedimento, 3 series de 3 diques de
consolidación (pie–cabeza) para cambiar la pendiente antes de
llegar a las plazas de depósito y 4 plazas de depósito, de las
cuales 3 estarían antes de la confluencia de los tres ríos y una
más en la parte alta del río Juchipila en donde existe una gran
extensión deforestada. (Ilustración 9 y 10).
Ilustración 9. Ubicación de las obras.
El segundo caso, corresponde al P. H. Las Cruces, en donde el
objetivo es ir clasificando el sedimento de acuerdo a su
diámetro, de aguas arriba hacia aguas abajo, con la finalidad
de retener en las plazas de depósito que se ubicaran cerca del
embalse, el sedimento fino, para posteriormente trasladarlo
aguas abajo de la cortina para que esté sea arrastrado por el
cauce hasta la zona Marismas Nacionales, y evitar el
desequilibrio que se llevaría a cabo por la construcción de la
cortina de la presa.
Debido a que en este caso el objetivo es acumular sedimento
fino para posteriormente ser traslado, sólo se utilizarán diques
filtrantes abiertos tipo peine, para ir reteniendo los diámetros
mayores en las partes altas y los de menor tamaño en las
partes bajas, para finalmente capturar los finos en las plazas de
depósito. Básicamente, las fases del sistema propuesto,
consisten en el planteamiento de dos o más diques filtrantes
ubicados en las zonas altas que retengan los diámetros
mayores del material sólido acarreado por el cauce del arroyo,
en la Fase dos, los diámetros de tamaño medio quedarán
retenidos en la cuenca media alta mediante la operación de
otro dique filtrante abierto, finalmente en la Fase tres los
sedimentos se recibirán en un dique filtrante abierto que dará
paso a la entrada de las plazas de depósito, en donde serán
confinados los sedimentos de diámetros menores (gravas y
material de lavado de la cuenca).
La ubicación de estas estructuras será en la subcuenca
denominada Arroyo Rosario Viejo, pues de acuerdo al estudio
de sedimentos que se llevó a cabo, esta es la cuenca con
mayor tasa de aportación de sedimentos directa al embalse, y
se encuentra ubicada en la margen izquierda del embalse.
Está cuenca tiene una extensión de 347 km2, y una aportación
anual de sedimentos estimada de 0.04 Mm3.
El esquema propuesto consiste en 11 diques filtrantes y dos
plazas de depósito, la abertura de los diques filtrantes irá
variando dependiendo de los diámetros característicos en cada
parte de la cuenca. La ubicación propuesta se muestra en la
Ilustración 11 y 12.
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Evaluación de resultados
Para el caso de la P. H. Santa Rosa, las tres plazas de depósito
ubicadas aguas abajo, en conjunto tienen una capacidad de
retención de 1.47 Mm3, los cuales una vez colmatadas las
plazas deberán de ser removidos con la finalidad de que no se
pierda el objetivo de funcionalidad de las plazas.
En conjunto todo el sistema tiene una retención de 4.7 Mm3,
pero de igual manera se deberá considerar su mantenimiento
al menos en la plaza de depósito.
Para el caso de la P. H. Las Cruces, en conjunto, ambas plazas
de depósito tienen una capacidad aproximada de 43,000 m3,
los cuales serán dragados de manera periódica para llevarlos
aguas abajo de la cortina de la Central hidroeléctrica.
Cabe destacar, que este tipo de estructuras requieren de un
mantenimiento periódico para evitar que se colmaten y
pierdan su funcionalidad. Para lo anterior, se marcó en un
trazo preliminar un camino de acceso de aproximadamente
26.4 km, para accesar a las estructuras más importantes y
llevar a cabo la limpieza y mantenimiento de las mismas.
Conclusiones y recomendaciones
Las estructuras propuestas funcionan como sistema, es decir
en conjunto cada una de ellas cumple un objetivo, construir
sólo una o parte de ellas no a minorará el problema.
Se deberá de considerar el mantenimiento de las estructuras
para que no pierdan la capacidad de retención, por lo menos
de manera anual antes de iniciado el periodo de lluvias.
Ilustración 11. Esquema de las estructuras propuestas.
Se sugiere que las estructuras sean simuladas en un modelo
matemático para estimar su eficiencia.
Estás estructuras aminoran tan sólo un porcentaje el problema
de retención, el otro tanto deberá de aplicarse medidas no
estructurales, tal es el caso de la reforestación, que una vez
que está se logre con el paso de los años, la producción y
aportación deberá de disminuir de manera importante.
Bibliografía
1.- Comisión Federal de Electricidad. “Estudio de erosión y
sedimentos para el estudio de sustentabilidad del proyecto
hidroeléctrico Las Cruces, Nayarit”. Coordinación de
proyectos hidroeléctricos. Querétaro, México. 2011.
2.- Comisión Federal de Electricidad. “Estudio de
sedimentos para la C. H. Manuel M. Diéguez (Santa
Rosa”. Coordinación de proyectos hidroeléctricos.
Querétaro, México. 2014.
3.- Montes, L.M.A.L. “Mapas de riesgo: Inundación y
erosión”. Seminarios de Actualización en Ciencias
Ambientales. Abril de 2011 [En línea] Disponible:
<http://www.sacauaq.info> 4 de abril de 2011.
4.- Montes, L.M.A.L. “Predicción de la erosión hídrica para
la elaboración de planes de conservación de suelos a nivel
cuenca”. Tesis para obtener el grado de maestra en
ciencias de la ingeniería. Universidad Autónoma de
Querétaro 2002.
5.- Notas del curso “Tecinas de intervención y mitigación de
riesgos hidrogeológicos”. Universidad Autónoma de
Querétaro. Querétaro, México. 2005.
Ilustración 12. Esquema de las estructuras propuestas.