Tajamares 2015.pdf

TAJAMARES
RIEGO EN CULTIVOS INTENSIVOS
FACULTAD DE
AGRONOMIA
UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
BIBLIOGRAFIA
•BUREAU OF RECLAMATION (1966)
Editorial Continental S.A. México.
Diseño de presas pequeñas. Compañía
•CHOW, V. T.; MAIDMENT, D. y MAYS, L. (1994) Hidrología aplicada. McGrawHill Interamericana S.A.
•DINAGUA (2011) Manual de
www.mvotma.gub.uy/dinagua
diseño y construcción de
pequeñas presas.
•GARCÍA PETILLO, M. y CÁNEPA, P. (2008) Manual para el diseño y la
construcción de tajamares de aguada. Proyecto Producción Responsable.
•GARCÍA PETILLO, M. Balance de un tajamar-Riego. www.fagro.edu.uy/ dptos/
suelos/ hidrología
•GENTA, J.L.; CHARBONIER, F.; FAILACHE, N. y ALONSO, J. (2003) Modelo
precipitación – escurrimiento de paso mensual. IMFIA, Facultad de Ingeniería.
•KOOLHAAS, M. (2003). Embalses agrícolas. Diseño y construcción. Ed. Hemisferio
Sur.
Introducción
• Períodos de exceso y déficit
• ¿Qué es un tajamar?
• En Uruguay, condiciones favorables
CLASIFICACIÓN DE EMBALSES
MINISTERIO DE TRANSPORTE Y OBRAS PUBLICAS
DIRECCIÓN NACIONAL DE HIDROGRAFÍA
Área de la cuenca de aporte de la obra
A<4 hás
A
L
T
U
R
A
4 Has ≤
A < 40
Hás
200 Hás ≤
A <500
Has
500 Has ≤
A < 1000
has
1000 Has ≤
A<
5000Has
5000 Has
≤A
<15000
Has
A≥
15000
Has
V < 12.000 m3 = Tajamar chico
12.000 m3 ≤ V < 120.000 m3 = Tajamar Mediano
V ≥ 120.000 m3 = Tajamar Grande
H<3m
3 m≤ H
<5
40 Has ≤ A
< 200 Has
Tajamar
Chico
Tajamar
Mediano
Tajamar
Grande
V < 120.000 m3 = Tajamar Grande
120.000 m3 ≤ V < 600.000 m3 = Represa Chica
V≥ 600.000 m3 = Represa Mediana
5 m≤ H
<15 m
V < 120.000 m3 = Tajamar
Grande
H ≥ 15m
V ≥ 120.000 m3 = Represa Chica
Represa
Chica
Represa
Mediana
Represa
Grande
Represa Grande II
Represa
Grande
II
Las obras se clasifican en función de los parámetros A, H y V donde:
A = Area de la cuenca de aporte a la obra; H =Altura de la obra; V = Volumen máximo embalsable de agua
Represa
Grande III
Altura y volumen de las presas uruguayas
según los criterios del ICOLD (International Comission on Large Dams)
Movimiento de tierra (m3) según cultivo
Área de la cuenca (há) según cultivo
APTITUD DE DIFERENTES REGIONES DEL PAIS
PARA CONSTRUIR TAJAMARES
Agua Subterránea
Agua Superficial
UBICACIÓN DE LOS TAJAMARES
Eficiencia = Vol. agua almacenada (m3)
Vol. de tierra a mover (m3)
- Alta eficiencia
- Dos laderas próximas
- Línea de aproximación con baja pendiente
- Tierra adecuada cerca de la obra
- Cerca de la chacra a regar o el potrero
- No hacerlo al pie de chacras erosionadas
- No aprovechar cárcavas activas
- Conservación de suelos en la cuenca
CORTE LONGITUDINAL
CORTE TRANSVERSAL
Análisis de tajamares
Eficiencia
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
Volumen almacenado (m 3*103)
12000
14000
16000
Análisis de tajamares
40
35
Eficiencia
30
25
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
Volumen almacenado (m 3*103)
2500
3000
Análisis de tajamares
1600
Vol. almac. (mm ha cultivo-1)
1400
1200
1000
II
800
600
III
IV
400
200
0
0
3
6
Area cuenca/área cultivo
9
12
Análisis de tajamares
18
16
Frecuencia
14
12
10
8
6
4
2
0
50
150
250
350
Escurrimiento (mm ha-1)
450
550
Altura de la cortina para el Volumen Útil
Se miden las áreas parciales con planímetro polar o
plantilla de puntos.
Volumen parcial = Área 1 + Área 2 x I.V.
2
Volumen total = Σ Volumenes parciales
30
30 29 28 27 26 25 24 24 25 26 27 28
Cota
Área
29
Volúmenes
Semisuma de áreas
sucesivas (m2)
Intervalo
vertical (m)
Parciales (m3)
Acumulados (m3)
0
0
0
24.50
0
0
25.00
1500
750
0.50
375
375
25.50
3500
8000
15000
32000
2500
5750
11500
23500
0.50
0.50
0.50
0.50
1250
2875
5750
11750
1625
4500
10250
22000
45000
57000
38500
51000
0.50
0.50
19250
25500
41250
66750
26.00
26.50
27.00
27.50
28.00
CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN
4
3,5
altura(m)
3
2,5
2
1,5
AREA
1
VOLUMEN
0,5
0
0
10000
20000
30000
40000
m3/m2
50000
60000
70000
80000
Volumen a almacenar
Precipitación
Evaporación
Evaporación = Eo x 0.7
Riego = Demanda de riego
Escurrimiento = Temez
Balance Hídrico – Modelo Precipitación–Escurrimiento de
paso Mensual
P r e c ip ita c ió n ( P )
E v a p o tr a n s p ir a c ió n ( E T R )
E x c e d e n te (T )
P - T
S u e lo
( H ( H m a x ))
A p o r te S u p e r fic ia l
( A su p)
E s c o r r e n tia
T o ta l ( A T )
In filtr a c ió n
(I ( I m a x ) )
A p o r te S u b te r r á n e o
(A sub)
A lm a c e n a m ie n to
S u b te r r á n e o
(V )
Balance Hídrico – Modelo Precipitación – Escurrimiento de
paso Mensual
Ti = 0
( Pi − Poi ) 2
Ti =
Pi + δ i − 2 Poi
si Pi ≤ Poi
siPi ⟩ Poi
Máxima cantidad de agua que puede no participar del
escurrimiento
δi = HMax – Hi-1 + ETPi
HMax = CAD * AD
Precipitación mínima para que exista escurrimiento
Poi = CPo (HMax – Hi-1)
Humedad del suelo al final del mes
Hi = MAX ( 0; Hi-1 + Pi – Ti – ETPi )
Evapotranspiración real
ETRi = min(ETPi; Hi-1 +Pi – Ti,)
Infiltración al almacenamiento subterraneo
I i = I max
Ti
Ti + I max
A sup i= Ti – Ii
A subi = V i-1 - Vi + Ii
Escorrentía superficial
A Ti = A sup i + A sub i
Escurrimiento Total
V i = V i −1 * e − α t + I i * e
Qi = Qi −1 * e
−αt
Aporte subterráneo
−αt
2
Volumen de almacenamiento subterraneo
+ α *I i*t * e αt
−
Calibración del modelo en Uruguay(12 cuencas):
CAD: 0.916
CP0 = 0.30
∝ = 2.325
IMAX = 386
ETP Penman = 1.38* ETP Thornthwaite
Datos necesarios para la aplicación del modelo
•
•
•
•
•
Pi: Precipitación en la cuenca
AC: Superficie de la cuenca de aporte
ETPm: Evapotranspiración media mensual
ETPi: Ciclo anual medio de ETP
AD: Agua Disponible de los suelos
(mm/mes)
(há)
(mm/mes)
(mm/mes)
(mm)
Isolíneas de evapotranspiración media anual (ETPm , mm/mes)
y ciclo anual medio de evapotranspiración (ETPi/ETPm).
Coeficiente de distribución del ciclo anual
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
1.88
1.45
1.19
0.73
0.44
0.29
0.35
0.55
0.78
1.12
1.47
1.78
Agua disponible en los suelos del Uruguay
Unidad Cartográfica de Suelos
(escala 1:1.000.000)
Grupo
Agua Disp.
(mm)
Unidad Cartográfica de
Suelos
Grupo
Agua Disp.
(mm)
Alférez
AF
C
124,7
Lechiguana
Le
D
113,3
Algorta
Al
C/D
123,7
Libertad
Li
C
146,7
Andresito
An
B
63,7
Los Mimbres
LM
C
100,1
Angostura
Ag
A/D
155,1
Manuel Oribe
MO
C
145,8
Aparicio Saravia
AS
C
139,7
Masoller
Ma
C
52,1
Arapey
Ay
D
136,8
Montecoral
Mc
D
84,7
Arroyo Blanco
AB
C
101,0
Palleros
Pll
C/D
116,5
Arroyo Hospital
AH
C
86,1
Paso Cohelo
PC
D
147,4
Bacacuá
Ba
B
97,1
Paso Palmar
PP
B
88,2
Balneario Jaureguiberry
BJ
A
134,5
Pueblo del Barro
PB
D
131,6
Bañado de Farrapos
BF
D
178,7
Puntas de Herrera
PdH
C
85,8
Bañado de Oro
BO
C
89,0
Queguay Chico
QCh
D
32,7
Baygorria
By
C
110,5
Rincón de la Urbana
RU
C
131,1
Bellaco
Bc
D
146,2
Rincón de Ramirez
RR
D
73,3
Béquelo
Bq
C
138,2
Rincón de Zamora
RZ
B/C
148,3
Blanquillo
Bl
C
114,6
Río Branco
RB
D
102,0
Segunda Aproximación. Mayo de 2001, J.H. Molfino; A. Califra, División Suelos y Aguas, Dirección General de Recursos Naturales
Renovables, Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca
Grupo
Agua
Disp.
(mm)
Unidad Cartográfica de
Suelos
CñN
D
146,4
Río Tacuarembó
Capilla de Farruco
CF
B/D
35,4
Carapé
Ca
B
Carpintería
Cpt
Cebollatí
Unidad Cartográfica de Suelos
(escala 1:1.000.000)
Grupo
Agua Disp.
(mm)
RT
D
161,0
Risso
Ri
D
150,6
41,5
Rivera
Rv
B
179,6
D
139,0
Salto
St
D
107,2
Cb
C
167,6
San Carlos
SC
C
78,0
CCh
B
78,6
San Gabriel - Guaycurú
SG-G
B
92,4
Colonia Palma
CP
C
108,9
San Jacinto
SJc
D
83,1
Constitución
Ct
A
73,6
San Jorge
Sjo
D
141,2
Cuaró
Cr
D
93,2
San Luis
SL
D
176,2
Cuchilla Caraguatá
Cca
C
71,2
San Manuel
SM
C
117,3
Cuchilla Corrales
Cco
C
160,6
San Ramón
SR
D
152,7
CH-PT
D
21,5
Santa Clara
SCl
B
63,6
Cuchilla del Corralito
CC
C/D
119,8
Sarandí de Tejera
SdT
B/C
50,0
Cuchilla Mangueras
CM
C
150,2
Sierra de Aiguá
SAg
D
42,6
Cuchilla Santa Ana
CSA
C
51,8
Sierra de Animas
SA
B
50,1
Curtina
Cu
D
55,2
Sierra de Mahoma
SMh
B
43,9
Chapicuy
CH
B
100,1
Sierra Polanco
SP
B/C
73,0
EP-LB
C
136,7
Tacuarembó
Ta
C
168,4
Cañada Nieto
Cerro Chato
Cuch. de Haedo – Pº de Los Toros
Ecilda Paullier - Las Brujas
Segunda Aproximación. Mayo de 2001, J.H. Molfino; A. Califra, División Suelos y Aguas, Dirección General de Recursos Naturales
Renovables, Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca
Unidad Cartográfica de Suelos
(escala 1:1.000.000)
Gru
po
Agua Disp.
(mm)
Unidad Cartográfica de
Suelos
Gru
po
Agua Disp.
(mm)
Tl-Rd
C/D
130,9
El Ceibo
EC
D
78,6
Tala - Rodríguez
El Palmito
Epa
C
142,3
Toledo
Tol
C
118,7
Espinillar
Ep
C
141,0
Tres Bocas
TB
C
110,8
Fraile Muerto
FM
C
133,4
Tres Cerros
TC
B/C
85,1
Fray Bentos
FB
C
115,4
Tres Islas
TI
B
96,6
India Muerta
Imu
D
171,1
Tres Puentes
TP
B/C
103,4
Isla Mala
IM
C
102,1
Trinidad
Tr
C/D
148,4
Islas del Uruguay
IU
D
183,0
Valle Aiguá
VA
C
102,8
Itapebí -Tres Árboles
I-TA
D
124,2
Valle Fuentes
VF
C
131,4
José Pedro Varela
JPV
C
87,2
Vergara
Ve
D
117,1
Kiyú
Ky
C/D
154,7
Villa Soriano
VS
C
173,3
La Carolina
LC
C/D
156,1
Yí
Yi
B/C
71,0
La Charqueada
LCh
D
95,2
Young
Yg
C
145,0
Laguna Merín
Lme
D
169,3
Zapallar
Zp
C
153,2
Las Toscas
LT
B
177,5
Zapicán
Za
C
84,8
Lascano
La
D
126,4
Segunda Aproximación. Mayo de 2001, J.H. Molfino; A. Califra, División Suelos y Aguas, Dirección General de Recursos
Naturales Renovables, Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca
Este balance se corre para una serie
histórica usando el programa Balance de un
tajamar.xls
A los efectos de seguir un ejemplo, asumimos que se precisa
almacenar 52.500 m3, que corresponden a una altura (MRE) de
3.35 m
• Con ese tajamar
• Con 36 has de cuenca
• Para regar 11 has de papa por surcos (ef
60%)
• Probabilidad de déficit 5.26%
• Volumen máximo 52500 m3
• Altura máxima 3.35 m
ELIMINACION DE LOS EXCESOS
Filtro
Descarga
de fondo
collarines
Máximo remanso estático
Aliviadero de mínimas
Compuerta
Anclaje
Vertedero de máx.
Aliviadero
de mínimas
Descarga
de fondo
ELIMINACION DE LOS EXCESOS
ELIMINACION DE LOS EXCESOS
Filtro
Descarga
de fondo
Máximo remanso estático
Aliviadero de mínimas
Anclaje
Aliviadero
de mínimas
Vertedero de máx.
“d”
CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d”
MÉTODO EMPÍRICO
d(cm) = 5.08 x área de la cuenca /área del lago
Ejemplo:
Área cuenca – 36 hás
Área lago – 4.41 hás
d= 5.08 x 360000/44100 = 41 cm
CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d”
MÉTODO HIDROLÓGICO
ESCURRIMIENTO DE 10 mm
ESCURRIMIENTO DE 20 mm
Vol.Esc.= 0.010 m x 360000 m2 = 3600 m3
Vol.Esc. = 0.020 m x 360000 m2 = 7200 m3
Volumen total = 52500 +3600 = 56100 m3
Volumen total = 52500 +7200 = 59700 m3
El fondo del vertedero de máximas se ubica a la altura de 3.44 m
CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN
4
3,5
altura(m)
3,44
3,35 3
2,5
2
1,5
AREA
1
VOLUMEN
0,5
0
0
10000
20000
30000
40000
m3/m2
50000
52500
60000
56100
70000
80000
CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d”
MÉTODO HIDROLÓGICO
ESCURRIMIENTO DE 10 mm
ESCURRIMIENTO DE 20 mm
Vol.Esc.= 0.010 m x 360000 m2 = 3600 m3
Vol.Esc. = 0.020 m x 360000 m2 = 7200 m3
Volumen total = 52500 +3600 = 56100 m3
Volumen total = 52500 +7200 = 59700 m3
Altura correspondiente 3.44 m
Altura correspondiente 3.51 m
d = 3.44 – 3.35 = 0.09 m
d = 3.51 – 3.35 = 0.16 m
4. Predicción del escurrimiento
4.1. Caudal pico de escurrimiento
Selección del método de cálculo
• Si TdeC < 20’
Método Racional
• Si TdeC > 20’ y Ac > 400 há Método S.C.S.
• Si TdeC > 20’ y Ac < 400 há Ambos métodos
Método Racional
(C.E.Ramser, 1927)
•Conceptos básicos
•Supuestos en que se basa
2)
C.
I(m/h).
A(m
Q MAX (m 3 /s) =
3600
Coeficiente C: Para obtener el coeficiente de escorrentía
“C” de tablas, es necesario estimar la pendiente de la
cuenca y fijar el período de retorno a utilizar
Pendiente =
∑ L.C .N x IV
Area Cuenca
L.C.N. = Longitud de las curvas de nivel (m)
I.V. = intervalo vertical (m) entre las curvas de nivel
Area de la cuenca (m2)
Período de Retorno (T)
1
T=
1 − (1 − r) (1/vu)
T = Período de retorno
r = Riesgo asumido
vu = Vida útil de la obra
Criterios de diseño generalizado para estructuras de control de agua
(Período de Retorno)
1. Presas con poca probabilidad de pérdida de vidas
Vol (m3* 10)
Altura (m)
P.R. (años)
1.1. Presa pequeña
60 - 1.250
7.60 – 12.20
50 – 100
1.2. Presa mediana
1.250 - 61. 650
12.20 - 30.50
100 - +
61.650 - +
30.50 - +
E.L.V.
1.3. Presa grande
2. Alcantarillas
5 – 10
3. Drenaje agrícola
5 – 50
Fuente: adaptados de Chow, V.T., Hidrología Aplicada
Período de Retorno
Para tajamares y presas de menos de 5 m de altura:
Tr = 50 años
Fuente: DINAGUA – Manual para diseño y construcción de
pequeñas presas
Coeficientes de escorrentía “C” para ser
usados en el Método Racional.
Características de la superficie
Período de retorno (años)
2
5
10
25
50
100
500
Area de cultivos
Plano, 0-2%
0.31 0.34
0.36
0.40
0.43
0.47
0.57
Promedio, 2-7%
0.35 0.38
0.41
0.44
0.48
0.51
0.60
Pendiente, superior a 7%
0.39 0.42
0.44
0.48
0.51
0.54
0.61
Plano, 0-2%
0.25 0.28
0.30
0.34
0.37
0.41
0.53
Promedio, 2-7%
0.33 0.36
0.38
0.42
0.45
0.49
0.58
Pendiente, superior a 7%
0.37 0.40
0.40
0.46
0.49
0.53
0.60
Plano, 0-2%
0.22 0.25
0.28
0.31
0.35
0.39
0.48
Promedio, 2-7%
0.31 0.34
0.36
0.40
0.43
0.47
0.56
Pendiente, superior a 7%
0.35 0.39
0.41
0.45
0.48
0.52
0.58
Pastizales
Bosques
Fuente: Chow, V.T., 1994. Hidrología aplicada. Los valores son los utilizados en Austin, Texas.
Tormenta de diseño Es la máxima
intensidad de lluvia (I) para una duración
igual al tiempo de concentración (Tc) de
la cuenca, para un determinado período
de retorno (T)
TIEMPO DE CONCENTRACIÓN
1. Método de V. T. Chow
Velocidad del agua en función de la cobertura y la pendiente
Condiciones de la superficie
Pendiente (%)
0-3
4-7
8 – 11
12 - +
Flujo no concentrado
Bosques
0 - 0.46
0.46 - 0.76
0.76 - 0.99
0.99 - +
Pasturas
0 - 0.76
0.76 - 1.07
1.07 - 1.30
1.30 - +
Cultivos
0 - 0.91
0.91 - 1.37
1.37 - 1.67
1.67 - +
Pavimentos
0 - 2.59
2.59 - 4.11
4.11 - 5.18
5.18 - +
Canales naturales mal definidos
0 - 0.61
0.61 - 1.22
1.22 - 2.13
2.13 - +
Canales naturales bien definidos
Calcular por fórmulas
Flujo concentrado
Tc = D / V
2.1 Método de Ramser y Kirpich (para flujo concentrado)
Tc = 0.0195 L 0.77 S -0.385
Tc - tiempo de concentración (minutos)
L - longitud hidráulica de la cuenca en (m) (mayor trayectoria de flujo)
S - pendiente (m/m)
2.2 Método del S.C.S. (para flujo no concentrado)
Tc = 0.91134 * ∑ (L k (S-0.5))
Tc - tiempo de concentración (horas)
L - longitud hidráulica de la cuenca en (Km) (mayor trayectoria de flujo)
S - pendiente (%)
K - coeficiente de cobertura del suelo
Coeficiente K del método del SCS
Cobertura del suelo
K
Bosques con espeso mantillo sobre el suelo
3.953
Barbecho de hojarasca o cultivos de mínimo laboreo
2.020
Pasturas
1.414
Cultivos en línea recta
1.111
Suelo prácticamente desnudo y sin arar
1.000
Vías de agua empastadas
0.666
Área impermeable
0.500
Onda de tránsito en el tajamar
V =
gH
donde:
V - Velocidad de la onda en el tajamar (m/s)
g - Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2)
H - Profundidad media del tajamar (m)
Tiempo de concentración total
Tc = Tiempo en la cuenca + tiempo en el lago
Curvas Intensidad, Duración, Frecuencia (IDF)
Caudal pico de escorrentía
2)
C.
I(m/h).
A(m
Q MAX (m 3 /s) =
3600
Volumen total de escorrentía
V
= 4810 x Q
x Tc
esc
max
Vesc = m3
Qmáx= m3/s
Tc = horas
Ejemplo
•
•
•
•
•
Área de la cuenca: 36 has
Pendiente promedio: 5%
Cobertura del suelo: pasturas naturales
Máximo recorrido del flujo: 775 m
Ubicación: Noreste Canelones
Coeficiente C de escurrimiento
Características de la superficie
Período de retorno (años)
2
5
10
25
50
100
500
Plano, 0-2%
0.31
0.34
0.36
0.40
0.43
0.47
0.57
Promedio, 2-7%
0.35
0.38
0.41
0.44
0.48
0.51
0.60
Pendiente, superior a 7%
0.39
0.42
0.44
0.48
0.51
0.54
0.61
Plano, 0-2%
0.25
0.28
0.30
0.34
0.37
0.41
0.53
Promedio, 2-7%
0.33
0.36
0.38
0.42
0.45
0.49
0.58
Pendiente, superior a 7%
0.37
0.40
0.40
0.46
Plano, 0-2%
0.22
0.25
0.28
0.31
0.35
0.39
0.48
Promedio, 2-7%
0.31
0.34
0.36
0.40
0.43
0.47
0.56
Pendiente, superior a 7%
0.35
0.39
0.41
Area de cultivos
Pastizales
0.49
0.53
0.60
Bosques
0.45
0.48
0.52
0.58
Tiempo de concentración
Velocidad del agua en función de la cobertura y la pendiente
Condiciones de la superficie
Pendiente (%)
0-3
4-7
8 –11
12 - +
Bosques
0 - 0.46
0.46 - 0.76
0.76 - 0.99
0.99 - +
Pasturas
0 - 0.76
0.76 - 1.07
1.07 - 1.30
1.30 - +
Cultivos
0 - 0.91
0.91 - 1.37
1.37 - 1.67
1.67 - +
Pavimentos
0 - 2.59
2.59 - 4.11
4.11 - 5.18
5.18 - +
Canales naturales mal definidos
0 - 0.61
0.61 - 1.22
1.22 - 2.13
2.13 - +
Canales naturales bien definidos
Calcular por fórmulas
Flujo no concentrado
Flujo concentrado
775 m / 0.86 ms-1 = 901 s = 15 min = 0.25 h
Intensidad máxima de la lluvia
80 mm
1.3
50
0.33
0.25
P(d,Tr) = P(3,10) * CT(Tr) * CD(d)
I (mm/h) = P(d,Tr) / d
P(0.25,50) = 80 * 1.3 * 0.33 = 34,3 mm
I = 34.3 / 0.25 h = 137 mm/h = 0.137 m/h
2)
C.
I(m/h).
A(m
3
Q MAX (m /s) =
3600
Q = 0.45 * 0.137 m/h * 360.000 m2 / 3600
Qmáx = 6.165 m3/s = 6165 l/s
V
= 4810 x Q
x Tc
esc
max
Vol total = 4810 * 6.165 * 0.25 = 7413.4 m3
Método del S.C.S.
Números de las curvas de escurrimiento para complejos hidrológicos cubierta- suelo
para antecedentes de condiciones de lluvia e Ia =0.2S
Grupo hidrológico de suelo
Uso del suelo o cubierta
Barbecho
Cultivo en surcos
Grano pequeño
Leguminosas sembradas al
voleo o pradera de rotación
Método o tratamiento
Condición hidrológica
A
B
C
D
Surco recto
________
77
86
91
94
Surco recto
Deficiente
72
81
88
91
Surco recto
Buena
67
78
85
89
Cultivo en contorno
Deficiente
70
79
84
88
Cultivo en contorno
Buena
65
75
82
86
Terraza
Deficiente
66
74
80
82
Terraza
Buena
62
71
78
81
Surco recto
Deficiente
65
76
84
88
Surco recto
Buena
63
75
83
87
Cultivo en contorno
Deficiente
63
74
82
85
Cultivo en contorno
Buena
61
73
81
84
Terraza
Deficiente
61
72
79
82
Terraza
Buena
59
70
78
81
Surco recto
Deficiente
66
77
85
89
Surco recto
Buena
58
72
81
85
Cultivo en contorno
Deficiente
64
75
83
85
Cultivo en contorno
Buena
55
69
78
83
Terraza
Deficiente
63
73
80
83
Terraza
Buena
51
67
76
80
Uso del suelo o cubierta
Método o tratamiento
Condición
hidrológica
Grupo hidrológico de
suelo
A
B
C
D
Deficiente
68
79
86
89
Regular
49
69
79
84
Buena
39
61
74
80
Cultivo en contorno
Deficiente
47
67
81
88
Cultivo en contorno
Regular
25
59
75
83
Cultivo en contorno
Buena
6
35
70
79
Buena
30
58
71
78
Deficiente
45
66
77
83
Regular
36
60
73
79
Buena
25
55
70
77
Granjas
59
74
82
86
Carreteras y derecho de vía
(superficie dura)
74
84
90
92
Pastizal o terreno de pastoreo
Pradera (permanente)
Forestal (terrenos agrícolas
con árboles)
Definición de los grupos de suelo
Grupo de
suelo
A
Descripción
Potencial mínimo de escurrimiento. Incluye arenas profundas con muy
poco limo y arcilla, y también rápidamente permeables
Razón final de
infiltración
(mm/h)
8 – 12
B
Potencial de escurrimiento moderadamente bajo. La mayor parte son
suelos arenosos menos profundos que en A, loess menos profundos o
menos agregados que en A, pero el grupo como un todo tiene infiltración
arriba del promedio después de una humectación completa.
4-8
C
Potencial de escurrimiento moderadamente alto. Comprende suelos
poco profundos y suelos que contienen gran cantidad de coloides y
arcilla, aunque en menor grado que en los del grupo D. La infiltración en
este grupo es inferior al promedio después de la presaturación.
1-4
D
Potencial de escurrimiento máximo. Incluye principalmente arcillas con
un porcentaje alto de hinchazón, pero también algunos suelos someros
con sub-horizontes casi impermeables cerca de la superficie
0-1
1. Volumen de escorrentía
(P(TC12/7) − 0.2 S) 2
V
=
x Ac x 10
esc
P(TC12/7) + 0.8 S
S =(25400 / NC) -254
P(Tc 12/7) = precipitación con d = Tc x 12/7 (mm)
V esc = Volumen escurrido (m3)
Ac = Área de la cuenca (há)
NC = Número de curva
S = Retención máxima (mm)
2. Caudal máximo
q max = 0.786
Q max
(1.223 − (0.2S/P(Tc) ) 2
(1.223 + (0.8S/P(Tc) )
q max
= 0.310
x PTc x Ac x 10 − 2
Tc
q max = caudal unitario específico (m3/s/mm/ha)
Q max = Caudal máximo (m3/s)
P(Tc) = Precipitación con d = Tc (mm)
Tc = Tiempo de concentración (horas)
EJEMPLO DE CALCULO DE QMax y Vesc
UBICACIÓN – Paysandú
AREA: 500 hás
VEGETACIÓN: pasturas
TC: 1.3 h
TIPO DE SUELO: C
NC = 74
S = (25400/74)- 254 = 89
TC * 12/7 = 1.3 * 12/7= 2.23h
CD (2.23) = 0.88
CD (1.3) = 0.69
CT (50) = 1.3
P(2.23; 50) = 90*0.88*1.3 =103mm
P(1.30;50) 90 * 0.69 * 1.3 = 81mm
V esc = (103 – 0.2 * 89)2 * 500 * 10 = 208353.62 m3
(103 + 0.8*89)
qmax = 0.786 * ( 1.223 – (0.2*89/81)2 = 0.439 m3/s/mm/há
1.223 + (0.8 * 89 / 81)
Qmax = 0.310 * 0.439/1.3 *81 * 500/100 = 42.40 m3/s
Dimensionamiento del vertedero de máximas
b
4h
a
4h
h
t
a
Q=AxV
A = Q /V
Fórmula de Manning
V(m/s) = 1/n x R 2/3 x s 1/2
s = ((V x n)/R2/3) 2
VALORES DE “n” FORMULAS DE MANNING Y KUTTER
(Seleccionados de King, H.W., 1954)
CONDICION DE LAS PAREDES
SUPERFICIE
BUENA
REGULAR
MALA
En tierra, rectos y uniformes
0.020
0.0225
0.025 *
En roca, lisos y uniformes
0.030
0.033 *
0.035
En roca, con salientes, sinuosos
0.040
0.045
Sinuosos de escurrimiento lento
0.025 *
0.0275
0.030
Dragados en tierra
0.0275 *
0.030
0.033
Lecho pedr, bord. tierra y maleza
0.030
0.035 *
0.040
Plantilla de tierra, taludes ásperos
0.030 *
0.033 *
0.035
* Valores corrientemente usados en la práctica
Determinación del caudal específico (q) en el canal vertedero
Velocidades máximas en suelos empastados
Cubierta vegetal
Velocidad (m/s)
Escasa
< 1,0
Por siembra
1,0 – 1,2
Variable
1,2 – 1,5
Bien establecida
1,5 – 1,8
Caudal Específico
Ejemplo
s = 1% = 0.01
n = 0.033
s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2
E=0.32
9.2
Caudal Específico
Ejemplo
s = 1% = 0.01
n = 0.033
s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2
0.13
V<1.0
9.2
Laminado de la avenida extraordinaria
Canal Vertedero
Hv
E
n
V
s
max
Ht
H
presa
H
revancha
E
Hv
Hv
B
Vmax
Canal Vertedero
Ht
Q
Qmax
VL
Qv max
VESC
Tb
t
VL= V(HV + E) – V (Hv)
QV max = ( 1 – VL / Vesc ) Q max
Hv :
E :
V(H) :
VL :
Vesc :
Qmax :
Qvmax:
Cota de inicio de vertido (m)
Lámina máxima de vertido (m)
Función de volumen de almacenamiento (m3)
Volumen laminado (m3 )
Volumen de escorrentía (m3 )
Caudal máximo de la avenida extraordinaria (m3 /s)
Caudal máximo vertido (m3 /s)
Cálculo del caudal vertido
VL= V(HV + E) – V (Hv)
VL= V(3.44 + 0.2) – V (3.44Hv)
CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN
4
3,64
3,5
3,44
altura(m)
3
2,5
2
1,5
AREA
1
VOLUMEN
0,5
0
0
10000
20000
30000
40000
m3/m2
50000
56100
60000
70000
65500
80000
Cálculo del caudal vertido
VL= V(HV + E) – V (Hv)
VL= V(3.44+0.20) – V (3.44Hv)
VL= 65.500 – 56.100 = 9.400 m3
QV max = ( 1 – VL / Vesc ) Q max
QV max = ( 1 – 9.400 / 7413.4 ) * 6.165 = -1.65
Se debe recalcular utilizando un valor menor de “E”, p.ej. 0.10 m
CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN
4
3,5
3,54
3,44
altura(m)
3
2,5
2
1,5
AREA
1
VOLUMEN
0,5
0
0
10000
20000
30000
40000
m3/m2
50000
56100
60000
61000
70000
80000
Caudal Específico
Ejemplo
s = 1% = 0.01
n = 0.033
s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2
V<<1.0
0.05
9.2
Recálculo del caudal vertido
VL= 61.000 – 56.100 = 4.900 m3
QV max = ( 1 – 4.900 / 7413.4 ) * 6.165 = 2.01 m3/s
Determinación del ancho del vertedero
B =
Qv
B = Ancho del vertedero (m)
Qv max = Caudal vertido máximo (m3/s)
q = Caudal específico por unidad de canal (m3/s/m)
max
q
B=
2.01 m3/s = 40.2 m
0.05 m3/s/m
Borde libre
El borde libre depende de la altura de la ola
Fórmula de Hawksley h(m) = 0.0138 x f1/2 (m)
Espejo del lago
cortina
FETCH
Borde Libre recomendado en función del fetch
300
Fetch
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
4000
8000
16100
2 * ho
BL normal
0.40
0.55
0.70
0.80
0.90
1.00
1.20
1.50
1.80
2.40
3.00
1.5 * ho
BL mínimo
0.30
0.40 0.35
0.50
0.60
0.65
0.70
0.90
1.20
1.50
1.80
2.10
Unidad de Hidrología
Manual DINAGUA
Altura definitiva de la cortina
Borde libre neto
h
Máximo nivel dinámico
d
Máximo remanso estático
Vertedero de
máximas
Altura definitiva de la cortina
• Altura para el volumen útil (Máx. Rem. Estático) (surge de
Balance del tajamar.xls)
• Distancia "d" entre vertederos de mínima y de máxima.
• Tirante “h” o “E” (Máximo Nivel Dinámico)
• Borde libre neto o revancha
En el ejemplo: 3.35 + 0.09 + 0.10 + 0.35 = 3.89 m
ANCHO DE CORONAMIENTO
Ancho mínimo C= 1.1 √H + 0.91
C fijo
C en función de H
C = 1.1 * √3.89 + 0.91 = 3.08 m
RELACIÓN DE TALUDES
C
2:1
3:1
Corte transversal (en la máxima altura)
3.08
3.89
3.89 * 2 = 7.78
3.89 * 3 = 11.67
3.89 * 5 + 3.08 = 22.53
DENTELLON
H
d
w
1) Bureau of Reclamation
W=H–d
∴ H=W+d
H - Carga de agua
W - Ancho del dentellón
d - Profundidad del dentellón
2) Facultad de Ingeniería
2a. – Gradiente crítico
γd
≥ 3H
γw
L
γd - densidad del suelo seco imperturbado ≅ (D. ap.)
γw - densidad del agua (1)
H - carga
L - longitud que recorre el flujo
2b. – Longitud equivalente
LV + 1/3 LH ≥ C * H
LV – Longitud vertical
LH – Longitud horizontal
C - Coeficiente depende del tipo de suelo.
(arcilloso C = 2 a 3)
Medidas del dentellón – recomendación empírica
5–6m
3m
0.75 m
Termina en una cota tal
que nunca tenga más de
1.5 m de agua por encima
.15
12
3
Coronamiento
Bigote
Vertedero
Eje de la cortina
9 6
Dentellón
5 máxima altura de cortina
5
4,5
0
4
3
2
1
0,5
4,5 máximo nivel dinámico
0,5 1
cota
de
toma
2
3
4 máximo nivel estático
Volumen útil
6
Máx. altura cortina
MND
NNE
Dentellón
Toma
5
1.50 m
4
3
2
1
0
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA
1. Cálculo aproximado en el campo
L
h
B
C
V = (B+C)/2 * h * L/3
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA
2. Cálculo definitivo en gabinete
d1
d2
d3
h1
h2
h3
d4
h4
d5
h5
h4
S3
S4
h3
d3
B
C
V1 = S1 + S2 * d1
2
V. total= ∑ V. parciales
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA
Volumen altura extra = L * C * (0,1 H) / 2
Después de la compactación
0.1 H
C
L
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA
•
Volumen total
V. Desmonte
V. Dentellón
V. Terraplén
V. Vertedero(*)
V. 10 % altura extra
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE AGUA
Cálculo aproximado en el campo
f
V = (l * h )/2 * f/3
h
l
Obras accesorias
-Descarga de fondo:
- Obras grandes
- Limpieza
- 200 - 250 mm ø (se calcula por fórmulas)
- collarines de mampostería
- compuerta
- debilita la estructura
-Toma de agua
- Bebederos, no al acceso directo
- 1m del fondo, con filtro
- 1 - 1.5"ø (se calcula por fórmulas)
- collarines de goma
Toma de agua para abrevadero o riego por gravedad
Vertedero de
mínimas
Vertedero de
máximas
Toma de agua
Descarga de fondo
Descarga de
fondo
Vertedero
de
máximas
Filtro
Toma de agua
Bebedero
Canal
natural
Filtros - Tanque de 200 l con grava
lata de 5 l con malla
Alambrados
Contaminación del agua con heces
Pisoteo
Cortinas de árboles
- Perpendiculares a los vientos dominantes
- efecto del oleaje
Orillas empastadas
- Filtrado de materiales en suspensión de la
escorrentía
Maquinaria a utilizar
- Traílla agrícola (la más indicada)
- Motoniveladora
- Retroexcavadora
- Bulldozer
- Pala de buey
TALÓN DE IMPERMEABILIZACIÓN
Límite superior de las
filtraciones
h
h/3
h
Límite superior de las
filtraciones
Arena fina
Arena
gruesa
Grava
Problemas constatados en represas
Total encuestadas
35
El efecto de las olas ha
socavado el talud
Problemas de infiltración
30
30
Nro de presas
25
23
Deslizamiento de taludes
Falto riego en alguna zafra
20
Las olas han afectado el
coronamiento de la represa
Socavación en el vertedero
15
11
10
10 10
9
8
Agua a la salida de la toma
6
4
5
0
Proble mas
3
2
Fisuras en la represa
Fue sobrepasada alguna
vez
Dificultades en la operación
de la compuerta
Resumen
1. Dimensiones del embalse
• Selección de un pluviómetro representativo de la cuenca y obtención
de por lo menos los últimos 30 años de registros mensuales de lluvia.
• Caracterización de la demanda mensual de agua, por ejemplo para un
cultivo, a través del consumo por hectárea y por mes, área sembrada y
eficiencia del sistema de riego.
• Selección del tanque evaporímetro representativo del embalse.
• Determinación del volumen mensual de escurrimiento de la cuenca de
aporte (Método de Temez). Es necesario determinar el Agua
disponible de los suelos de acuerdo al tipo de suelo.
• Determinar el grado de cumplimiento de la demanda a través de un
balance hídrico en el embalse, caracterizado éste por las cotas de toma
y de vertido.
Resumen
2. Dimensiones del vertedero canal y altura de la represa
• Determinación del tiempo de concentración de la cuenca.
• Determinación del período de retorno que caracteriza la
avenida extraordinaria que se utiliza para diseñar la obra de
vertido (50 años).
Resumen
3. Construcción del tajamar(1)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Fijar un mojón como cota de referencia fuera de la obra.
Marcar el eje de la cortina
Hacer cateos a lo largo del eje y en el vaso del lago
Marcar la planta de la cortina. En cada punto (C/2+3H)
hacia aguas arriba y (C/2+2H) hacia aguas abajo.
Desmontar dicha planta, hasta toda la profundidad del
horizonte A. (15–30 cm)
Excavar el dentellón de anclaje.
Volcar el material arcilloso a lo largo del eje de la cortina.
Resumen
3. Construcción del tajamar(2)
9.
10.
11.
12.
13.
Determinar las zonas de préstamo. Deben estar cerca de la cortina,
preferentemente dentro del vaso del lago (si el cateo muestra que
así se puede hacer), pero contra las orillas y no en las zonas más
profundas del mismo.
Se levanta la cortina aplicando capas finas (20-30 cm),
esparciéndolas y compactándolas. Se rellena el dentellón con
material pesado, los materiales más porosos se vuelcan al pie de
cortina. Se tratará de utilizar el material más arcilloso para el
núcleo en el eje de la cortina.
El material de excavación para el(los) vertedero(s) de máxima, se
utilizará para la cortina y el bigote.
Se termina con el coronamiento 10% más alto en el centro que en
las puntas.
Se vuelca el material vegetal sobre la cortina
Zona de préstamo de la obra
Obra de toma
Zona:
Palomas, departamento de Salto.
Cuenca:
130 ha
Volumen: 350.000 m3
Destino:
Riego de 30 ha de arroz
Vertedero diseñado:
50 m
Vertedero construido: 20 m
Motivo: “Se hizo en el 2005 y como venía lloviendo
poco no se preocuparon por terminarla. Aparte, los
últimos 3 años no se llenaba”
Zona:
Afluente arroyo Mandiyú, Artigas.
Destino:
Riego de 40 ha de arroz
Cuenca:
Muy grande
Motivo: “Se rompió en el 2008 porque el vertedero
era insuficiente, pero no se reparó porque un
vertedero adecuado era excesivamente caro”