06c Niveles de almacenamiento en Bordos

Capacidades de almacenamiento
Dr. Ramón Eduardo Arteaga Tovar
Según la figura que muestra en la página siguiente, se tiene:
a) Elevaciones físicas
a.1. N.A.mín. (=Nivel de Aguas mínimo)
El N.A.mín es el nivel del almacenamiento que es proporcionado por la capacidad muerta:
CM (= Vol. de Capacidad de Azolves + Vol. de Cría de peces +otros), siendo el de mayor
consideración la capacidad de azolves.
Entre los OTROS se puede tener: Abrevadero de ganado, Recreación, etc.
Para fines de Irrigación el N.A.mín. = Cota de la O. de T.
CAZ= kAZ NA Ve---------(1)
Donde: CAZ= Capacidad de azolves, en m3
kAZ= Coeficiente de Azolvamiento, adim.
= 0.0015, para presas pequeñas
NA = Vida útil de la presa, en años
= 25 años, para presas pequeñas
Ve = Volumen escurrido medio anual, en m3
1
Para presas pequeñas se puede hacer una aproximación de: CAZ=0.1 CTA
a.2. N.A.N.(= Nivel de Aguas Normales) = N.A.M.O.(=Nivel de Aguas Máximas de
Operación u Ordinarias)= Elev. de la cresta vertedora, en vertedores de cresta libre.
El N.A.N. es el nivel del almacenamiento que señala la capacidad total del
almacenamiento, integrado por:
CTA= CM+Cu ----------- (2)
Donde:
CTA= Capacidad Total de Almacenamiento, en m3
CM = Capacidad Muerta, en m3
Cu = Capacidad Útil, en m3
Como restricciones hidrológicas al almacenamiento se tienen que: Cu < Cuc y CTA < Vapr,
siendo:
Cuc= Vapr/Ev --------------- (3)
Donde:
Cuc= Capacidad Útil calculada, en m3
Vapr = Volumen aprovechable de almacenamiento, en m3
Ev = Eficiencia del vaso = f (% Var. Corriente y Gráficas)
Para satisfacer la restricción hidrológica: Cu = CTA- CM < CuC
2
Vapr = kapr Ve -------------(4)
En la que:
kapr=Coeficiente de aprovechamiento, adim.=0.3 a 0.9= (Var. del Reg. de la corriente y
Gráficas).
Ve = volumen escurrido medio anual en m3
La variación del régimen de la corriente (%Var.) se obtiene con:
 Prom. Prec. Mayores a la Media - Prom. Prec. menores a la Media 
 ×100
% Var. = 

Pr
ec
.
Media
Anual
(
p
)
m


con el valor de %Var se obtienen de gráficas los valores de Ev y kapr
Ve = Ce pm Ac ----------- (5)
3
donde:
Ce = coeficiente de escurrimiento, adim = 0.1 a 0.25 = f(vegetación, tamaño, pendientes,
permeabilidad, precip., etc.)
pm = Precipitación media anual, en m (en el C.G. de a cuenca, o en la estación base)
Ac = área de la cuenca, en m2
Vpev = 5 a 10 % Ve (± 6%)
donde:
Vpev = pérdidas por evaporación, en m3
Vp = pérdidas totales en el almacenamiento, en m3
para presas pequeñas, con fines de estimación, como aproximación se puede tomar: Vp = 0.1 CTA
a.3. N.m.o. (Nivel mínimo de operación)
El N.m.o. es el nivel del almacenamiento que señala a partir de que cota el gasto normal
demandado a través de la obra de toma, puede ser proporcionado.
Con fines de diseño hidráulico de la obra de toma, con la finalidad de tener una
estimación del Gasto Normal (Qn) en función de la superficie de riego, se pueden considerar los
siguientes Coeficientes Unitarios de riego (Cur), a menos que se tenga un estudio especifico
sobre este aspecto:
Superficies (ha)
100 a 1,200
1,200 a 2,000
2,000 a 10,000
> 10,000
Coef. Unitarios de Riego (lps./ha)
1.75
1.41
1.16
1.0
Para satisfacer el gasto normal por la obra de toma, se requiere el almacenamiento
mínimo de operación (Am), obtenido con:
Am = CM + 0.1 Cu ------(6)
donde: Am = Almacenamiento mínimo de operación en m3
Ubicando este volumen en la curva de Elevaciones -Capacidades, se obtiene el nivel mínimo de
operación inicial, que es comparado con el que exige la obra de toma de acuerdo al tamaño de su
conducto, para verificar la selección de este, lo cual será detallado en el Capitulo de Obras de
Toma.
a.4. N.A.M.E. (=Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias)
4
El N.A.M.E. es el nivel del almacenamiento que señala la cota máxima a la cual puede
llegar el almacenamiento ante la presencia de una avenida máxima y que es descargada por la
obra de excedencias, depende del tipo de vertedor y la capacidad de sobre almacenamiento. Así a:
Mayor H
Mayor capacidad reguladora
menor gasto
menor L
menor H
menor capacidad reguladora
Mayor gasto
Mayor L
siendo obtenido con la expresión:
N.A.M.E.= N.A.N. + Hv ----------- (7)
a.5. Nivel de la Corona de la Presa.
Es el nivel en la cortina al cual queda el coronamiento de la presa, el que nunca debe ser
rebasado por el agua.
N.Corona = N.A.M.E. + L.B.----------- (8)
b) Altura máxima de la cortina.
c)
Hmáx. = HNAN + Hv + L.B. --------- (9)
Donde: Hmáx. = altura máxima de la cortina (desnivel entre la corona y la menor cota del cauce
en la zona de la cimentación), en m
HNAN = altura del N.AS.N. (Desnivel entre la cota del vertedor -descarga libre- y la menor cota
del cauce en la zona de la cimentación), en m
Hv = carga del vertedor, en m
L.B. = libre Bordo, en m = f (marea del viento oleaje del viento, pendiente y características del
paramento mojado, factor de seguridad, etc.).
Fetch
(Línea máxima, medida desde la cortina hasta la cola del vaso
no necesariamente en dirección normal al eje de la cortina)
VASO
Línea del N.A.M.E.
Para pequeños almacenamientos, según la SRH, el bordo libre se puede tomar como:
5
Fetch (en Km)
Bordo Libre (en m)
< 1.6
1.6 a 4.0
4.0 a 8.00
> 8.0
1.0
1.22
1.52
1.83
La American Society of Civil Engineers (A.S.C.E.) y el Bureau of Reclamation
(U.S.B.R.), recomiendan lo siguiente para la altura de las olas:
Velocidad del Viento (en Km/h)
Fetch (en Km)
80
120
160
h" = altura de las olas, en m
1.6
0.82
0.92
---4.0
0.98
1.10
1.20
8.0
1.13
1.31
1.47
16.0
1.37
1.65
1.86
Para un talud cubierto con enrocamiento, estas organizaciones recomiendan para el Libre
Bordo, lo siguiente:
L.B. = 1.5 h" ----------- (10)
Para talud cubierto con losa de concreto o material liso, el coeficiente aumenta sin
especificarse cuanto.
Para almacenamientos medianos y grandes, se puede seguir el siguiente procedimiento
para la determinación del Libre Bordo:
L.B. = h + h' ---------(11)
Siendo:
h = distancia vertical entre le N.A.M.E. y la cresta de la ola, en m = 2h" /3
h' = bordo libre adicional, que sirve de protección contra el ascenso del agua, al reventar la ola,
en m.
Ola
h'
N.A.M.E.
h
h"
h"/3
Talud
Reventamiento de la ola
La altura de la ola (h") = f (Fetch y de la Velocidad del Viento)
F = Fetch (máxima distancia entre la cola del vaso y la cortina, medida en línea recta
sobre la superficie del agua en el vaso al nivel del N.A.M.E.), en Km.
v = velocidad del viento en Km/h
Una formula comúnmente utilizada para determinar la altura de la ola es la de HawksleyHenny:
6
h" = (0.005 v - 0.068) √ F ---------- (12)
Para el Bordo Libre adicional (h'), la SRH, recomienda lo siguiente:
Velocidad del Viento (en Km/h)
Condición
100
115
130
Bordo Libre Adicional (en m)
Promedio
1.57
1.31
1.02
Máxima
2.95
2.54
2.24
Mínima
0.37
0.29
0.14
7
Materiales
Mampostería
Flexibles
Rígidos