1 adquisicion de informacion hidrometeorologica para

ADQUISICION DE INFORMACION HIDROMETEOROLOGICA PARA DESARROLLO DE PROYECTOS
HIDROELECTRICOS. CUENCAS DE LOS RIOS SUCHIATE Y NARANJO
Por: Ing. Fernando López Choc
1.
INTRODUCCION
Este trabajo ha sido ejecutado dentro del marco de las actividades del Centro de Información y Promoción de
Energías Renovables que desarrolla la Dirección de Energía del Ministerio de Energía y Minas. El trabajo se ejecutó
con el financiamiento del Banco Mundial por medio de la Oficina de Modernización del Estado a través del proyecto
PPI (4149 – GU).
El Centro de Información y Promoción de Energías Renovables tiene el propósito de promover la generación de
energía a partir de los recursos renovables del país. De acuerdo a los datos estadísticos del uso de los recursos
renovables para la generación de energía es muy pequeño con relación a su potencial. Por otra parte, la generación
de energía a partir de los recursos renovables se produce a costos más bajos y depende en una fracción menor de la
disponibilidad de divisas por lo que resultan favorables para el país.
Para alcanzar los objetivos del Centro, este trabajo se concentró en obtener información de las cuencas de los ríos
Suchiate y Naranjo, la primera de las cuales había sido identificada durante la Primera Fase del Programa, como una
de las cuencas con el mayor potencial hidroeléctrico del país.
El trabajo se dividió en tres partes. La primera dedicada a la obtención de información, de la cual una buena parte fue
dedicada a la digitalización de datos hidrometeorológicos, para que estén disponibles para los estudios presentes y
en el futuro. La segunda parte se dedicó a los estudios hidrológicos de las cuencas. Como resultados de estos
estudios se obtuvieron estimaciones de caudales (anuales mensuales y curvas de duración), crecidas y transporte de
sedimentos, prácticamente en cualquier punto de las cuencas. La tercera parte se dedicó a la obtención de
información, comprobación de campo y estimación de parámetros hidrológicos de diseño de los proyectos
hidroeléctricos identificados en las dos cuencas. Como resultado de este trabajo, se cuenta con esquemas de los
proyectos para los que se estimaron los parámetros de diseño que permiten el dimensionar en forma preliminar las
obras de los proyectos.
2.
OBTENCION DE INFORMACION
2.1
Información Cartográfica
Se obtuvo la información cartográfica en escala 1:250,000 y 1:50,000 que cubre las cuencas de los ríos Suchiate y
Naranjo. Esta información se requiere para desarrollar los modelos de hidrología superficial y para definir los
proyectos hidroeléctricos. Los mapas de la parte mexicana de la cuenca del ríos Suchiate fueron proporcionados por
el Instituto Geográfico Nacional.
2.2
Información Hidrometeorológica
La información meteorológica que se utilizó en el desarrollo del presente trabajo, comprende precipitación y
temperatura diaria de prácticamente todas las estaciones localizadas en las cuencas o sus alrededores. Por otra
parte la información la hidrológica comprende caudales medios diarios, crecidas máximas y muestreos de
sedimentos en suspensión de las estaciones de las cuencas de los ríos Suchiate, Naranjo y Samalá. Las estaciones
localizadas en la cuenca del Samalá utilizaron para las estimaciones regionales de transporte de sedimentos. Las
estaciones utilizadas pertenecen al Insivumeh, el Inde y a la CFE de México. La información de las estaciones
locales que no se encuentran en medio magnético fue digitalizada para utilizarla en este trabajo.
3.
ESTUDIOS HIDROLOGICOS
3.1
Depuración y Síntesis de Datos
Una buena parte de los esfuerzos durante el desarrollo de esta actividad fue dedicada a la síntesis y depuración de
los datos que se obtuvieron en el desarrollo del trabajo. El objetivo de esta actividad es determinar la calidad de los
datos que se utilizaron en los estudios de hidrología. Esto comprendió la determinación de la calidad de los registros
de precipitación, temperatura y caudales.
3.2
Modelos Climáticos
De acuerdo a las características de los fenómenos climáticos, estos tienen una gran dependencia de la elevación del
punto en que se observan, además de acuerdo a la experiencia, pueden desarrollarse modelos que relacionan la
precipitación y la temperatura con la elevación.
1
Por las razones mencionadas en el párrafo anterior, se desarrollaron los modelos de precipitación y temperatura para
las cuencas de los ríos Naranjo y Suchiate en base la dependencia de cada parámetro con la elevación. A
continuación se muestran los modelos de precipitación y temperatura que se utilizaron en la simulación hidrológica.
3000
2500
San Marcos
Las Lagunas
Pachuté
2500
T = 29.5 - 0.0069 H
Precipitación
Modelo Naranjo
Concepción Ch
Cajolá
San Marcos
Sn Miguel S
2000
Modelo Suchiate
Elevación (m)
Elevación (m)
2000
1500
1000
Monterrey
Culpán
La Sola
Las Casas
Fca ChicharrasSto Domingo
El Baluarte
La PrimaveraLas Merceditas
Chiquilá
La Paz
Sn Jerónimo
La Esmeralda
Vizcaya La VictoriaAlabama Gde
Argentina
El Rosario
Sta Teresa
El PensamientoSan Francisco M
2000
La Esmeralda
San Jeronimo
San Francisco M
Roger Altenbach
El Asintal
Malacatan
Catarina
Tecún Umán
Frontera Hidalgo
Suchiate
1000
Camdelaria
1000
Cacahocán
0
Ignacio LR
0
La Sola
Las Merceditas
500
Monte Grande
Catarina
0
La Mina
El Pensamiento
Coatepeque
500
1500
3000
4000
5000
6000
10
Precipitación (mm)
12
14
16
18
20
22
24
26
28
o
Temperatura Media Anual ( C)
Gráfica 1
Modelos de Precipitación Anual
Gráfica 2
Modelo de Temperatura Media Anual
3.3
Modelos de Hidrología Superficial
Los estudios hidrológicos comprenden la
estimación de parámetros hidrológicos de
diseño de proyectos hidroeléctricos. Estos
estudios
comprenden
la
simulación
hidrológica, la estimación regional de crecidas
y de la producción de sedimentos. Estos
estudios se basan en los datos recopilados en
la primera parte de este trabajo.
3.3.1 Simulación Hidrológica
La simulación hidrológica se utilizó para
estimar caudales anuales, mensuales y curvas
de duración para un número grande de puntos
en las cuenca de los ríos Suchiate y Naranjo,
utilizando el programa Water and Power
Potential. La simulación hidrológica es
necesaria debido a que un proyecto puede
estar ubicado en cualquier sitio de la cuenca,
mientras la información de las estaciones
hidrométricas tiene una validez limitada
cercana al sitio en que esta localizada.
El programa de simulación utiliza los modelos
climáticos para establecer balances en cada
una de las sub-cuencas en que se dividió cada
cuenca. El programa utiliza los modelos
climáticos ya descritos para estimar los
ingresos de agua (precipitación), las pérdidas
(evapotranspiración) y calcula un balance para
cada sub-cuenca para estimar la escorrentía.
El programa agrega los caudales en dirección
aguas abajo y compara las estimaciones con
las
mediciones
en
las
estaciones
Gráfica 3
Estimación de Caudales
2
hidrométricas. Si las desviaciones con respecto a los
caudales medidos son significativas los modelos deben
modificarse. La cuenca del río Naranjo se dividió en 297
sub-cuencas, mientras la cuenca del río Suchiate se
dividió en 303 sub-cuencas. Como resultado de los
balances, se obtuvieron estimaciones de caudales
prácticamente a lo largo de ambas cuencas, incluyendo
los pequeños tributarios, con el propósito de que pueda
evaluarse cualquier proyecto hidroeléctrico en cualquier
sitio de ambas cuencas.
En la Gráfica 3 se muestran algunos de los resultados
de la estimación de caudales anuales , caudales medios
mensuales y curvas de duración para la cuenca del río
Suchiate.
Otro producto de la simulación de caudales se puede
apreciar en la Gráfica 4, donde se muestra el potencial
hidroeléctrico teórico de la misma cuenca estimado en
base al caudal y la pendiente del cauce en cada tramo.
Gráfica 4
Potencial Hidroeléctrico Teórico de la Cuenca del
Río Suchiate
3.3.2
Estimación de Crecidas
Caudal Específico (m3/s/km 2)
La estimación de crecidas se utiliza para brindar seguridad a las obras de aprovechamiento de recursos hídricos. En
este trabajo para su estimación se desarrollaron análisis de frecuencia de crecidas máximas para cada una de las
estaciones localizadas en las cuencas, incluyendo las
100
estaciones mexicanas. Como producto de los análisis de
Envolvente 5 Anos
Envolvente 10 Anos
frecuencia de crecidas se obtuvo estimaciones de crecida
Envolvente 100 Anos
máximas con períodos de retorno de 5, 10, 100 y 1,000
Envolvente 1000 Anos
años. Debido a la heterogeneidad de la información de
10
crecidas, se optó por utilizar una envolventes de las
crecidas máximas con los períodos de retorno indicados.
Este método permite estimar en forma preliminar las
crecidas máximas con los períodos de retorno indicados
1
para cualquier sitio de las cuencas estudiadas con solo
conocer el área de la cuenca.
0.1
10
100
1000
2
Area de la Cuenca (km )
Gráfica 5
Envolvente de Crecidas
10000
Después de establecer el sitio para el que se desea
estimar la crecida, se toma el área de las tablas de salida
del modelo de hidrología superficial. Con la curva
envolvente de la crecida con el período de retorno
deseado se obtiene la descarga específica y se multiplica
por el área de la cuenca para obtener el caudal de la
3
crecida con el período de retorno que se desea.
En la Gráfica 5 se muestran los resultados de los análisis de frecuencia de crecidas, así como las envolventes a las
crecidas con períodos de retorno de 5, 10, 100 y 1,000.
Descarga de Sedimentos en Suspensión
2
(Ton/año/km )
3.3.3
Transporte de Sedimentos
La estimación del transporte de sedimentos se utiliza para estimar la vida útil de embalses y para proteger la
maquinaria y obras de la abrasión de las partículas de
1000
sedimentos que transportan los ríos. Debido a que en la
cuenca únicamente se ha tomado muestras de sedimentos
Candelaria
1.387
en una estación que es Malacatán, se recopilaron los datos
y = 0.0354x
El Tunel
de las estaciones en la cuenca del río Samalá y se calculó el
Coatepeque
transporte anual de sedimentos en suspensión a partir de la
100
curva de duración de caudales y una curva de descarga de
Cantel
sedimentos estimada de los muestreos. Con los resultados
de elaboró una curva de producción de sedimentos por
unidad de área. La curva de producción de sedimentos se
muestra en la Gráfica 6.
10
100
1000
2
Area de la Cuenca (km )
Gráfica 6
Transporte de Sedimentos
4
Utilizando la relación que aparece en la Gráfica 6, se puede
estimar en forma muy preliminar el volumen del transporte
de sedimentos en las cuencas donde se obtuvieron los
datos.
IDENTIFICACION Y ANALISIS DE PROYECTOS
Los resultados de los estudios hidrológicos realizados fueron aplicados a los proyectos identificados en las cuencas
de los ríos Naranjo y Suchiate. Los proyectos fueron tomados de estudios anteriores y durante el trabajo de campo
se identificaron además dos sitios para microcentrales.
El análisis de los proyectos incluyó la estimación de los caudales medios anuales, mensuales y la curva de duración
de caudales para cada sitio de toma, la capacidad instalada que corresponde a los caudales totales con duraciones
del 80% y el 30% del tiempo, la energía anual producida, la crecida con período de retorno de 1,000 años y el
transporte de sedimentos estimado.
5.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1
Datos Básicos
El desarrollo del proyecto ha mejorado las condiciones de disponibilidad de la información básica en las cuencas de
los ríos Suchiate y Naranjo, que ahora se encuentra en formato digital y puede ser utilizada en trabajos de mayor
detalle.
Se recomienda continuar con la digitalización de los datos, actualizar los archivos, y desarrollar un banco de datos
con toda la información hidrometeorológica de importancia para el desarrollo de proyectos de recursos hídricos.
5.2
Estudios Hidrológicos
Los estudios hidrológicos de las cuencas dieron resultados satisfactorios y permiten estimar con nivel adecuado de
confiabilidad los parámetros de diseño a nivel preliminar de proyectos hidroeléctricos localizados en las cuencas
estudiadas.
Se recomienda ampliar los estudios a otras cuencas y continuar la recopilación y análisis de datos de caudales,
crecidas y sedimentos.
5.3
Análisis de Proyectos Hidroeléctricos
Los resultados de los estudios hidrológicos a los proyectos hidroeléctricos identificados, permiten la evaluación de los
proyectos a nivel preliminar sobre una base hidrológica común. Esto permitirá eventualmente contar con un catálogo
de proyectos hidroeléctricos a nivel nacional sobre la misma base.
Se recomienda continuar los estudios de los proyectos hidroeléctricos identificados en otras cuencas.
4