PROYECTO DE GESTION INTEGRADA Y PLAN MAESTRO DE LA CUENCA DEL RIO PILCOMAYO CONVENIO ASR/B7 3100/99/136 TOMO IV HIDROLOGIA E HIDRAULICA FLUVIA L

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DISEÑO FINAL DEL MODULO INICIAL

DEL PROYECTO DE RIEGO VILLAMONTES - SACHAPERA LICITACION SERV/009/0 6

TOMO IV

HIDROLOGIA E HIDRAULICA FLUVIA L

Provecto de gestió n

.. _p-ada _y _{Pia n}

Maestro de la Cuenc a d(

Pilcc m2 ^y o

BiBLIOT ECA

ProlongaciónBeni No . 149 B Casilla 124

Tel ./Fax: (591 3) 333682 7 E-mail : is@cotas .com .bo Web: www.ia-bo.com Santa Cruz de la Sierra Bolivia

INGENIERIA DEL AGUA SRL

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PROYECTO DE GESTION INTEGRADA Y PLAN MAESTRO DE LA CUENCA DEL RIO PILCOMAYO

CONVENIO ASR/B7 — 3100/99/136

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SANTA CRUZ, NOVIEMBRE DE 2006

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PROYECTO DE GESTION INTEGRADA Y PLAN MAESTRO DE LA CUENCA DEL RIO PILCOMAY O

DISEÑO FINAL DEL MODULO INICIAL

DEL PROYECTO DE RIEGO VILLAMONTES SACHAPERA LICITACION SER/009106

TOMO IV

HIDROLOGIA E HIDRAULICA FLUVIAL

SANTA CRUZ, NOVIEMBRE DE 2006

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Proyecto de Gestión Integrada y Plan Maestro de la Cuenca del Río Pilcomay o

PERSONAL RESPONSABL E

PROYECTO DE GESTION INTEGRADA Y PLAN MAESTRO DE LA CUENCA DE L RIO PILCOMAY O

Ing . Fernando J . Zárate

Director del Proyect o Ing . Jean-Marc Roussel

Jefe A .T .I . Ing . José Luis Fassardi

Ing . Mario Gamarra trig . Eduardo Panique

Supervisor Ing . Mabel Amarilla

Supervisora

PREFECTURA DE TARIJ A Dr . Mario Cossío Cortéz

Prefecto del Departament o Ing. Jorge Ruiz Martínez

Secretario Departamental de Recursos Naturales y Medio Ambient e

Ing. David Tórrez

Jefe Unidad de Cuencas y Recursos Hídrico s Ing. Jacob de la Cruz

Asesor Unidad de Cuencas y Recursos Hídrico s

INGENIERIA DEL AGUA SRL

Jefe Unidad Gestión de Cuenca s Jefe de Hidráulica Civi l

ing . Juan Carlos Sauma Hadda d

Sr . Shigeru Matzusaki Nagas e Ing . Jaime Querejazu Leytón Lic . Jorge Sauma Haddad Ing . Oscar Ergueta Salinas Dr. José Hoffmann Leigue Julio Adrian Gutiérrez Rosa Elvira Lucas Paniagua Evelyn Rornanazzi Murillo

Director del Estudio — Especialista en obras hidráulicas

Sociología / Antropología Riego y cultivo s

Economía agrícol a

Costos y especificaciones técnica s Legislación agrari a

Topografi a Dibujo SIG / CA D

Asistencia de Gerencia y Administració n

(4)

TOMO I

RESUMEN EJECUTIV O

TOMO II

ESTUDIO SOCIAL LEGAL E INSTITUCIONAL

TOMO III

PROPUESTA AGROPECUARI A

Y DEMANDA D E AGUA

TOMO IV

HIDROLOGÍA E HILIRA.IJLIC A

FLUVIA L

J I

TOMO V

DISEÑO, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE OBRAS HIDRÁULICA S

TOMO VI

PLANOS D E CONSTRUCCIÓN

TOMO VII

DOCUMENTOS PAR A LICITAR L A CONSTRUCCIÓN

TOMO X

ANÁLISIS ECONÓMICO Y FINANCIERO

TOMO VIII

COSTOS Y PLANIFICACIÓN DE LA

CONSTRUCCIÓN

TOMO IX

FICHA AMBIENTAL

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Proyecto de Gestión Integrada y Plan Maestro de la Cuenca del Rio Pilcomayo

INDICE

HIDROLOGIA E HIDRAULICA FLUVIAL

1. INTRODUCCION

2. INFORMACION DISPONIBLE

3. ESTACION DE AFORO VILLAMONTE S 3 .1 . Caracterización de la estación de aforo 3 .2 . Determinación de la curva altura — caudal 3 .3 . Análisis de sensibilidad

3 .4 . Mediciones futuras 4. CRITERIOS DE CALCULO 5. DISPONIBILIDAD HIDRICA

5 .1 . Caudales medios mensuale s 5 .2. Caudal ecológic o

5 .3 . Nuevos proyectos de riego 6. CRECIDAS

6 .1 . Valores extremo s

6 .2 . Hidrogramas de crecidas registrada s 6 .3 . Caudales y recurrencias de diseñ o 6 .4 . Caudales para la época de construcció n 7. HIDRAULICA FLUVIAL

7 .1 . Objetivos

7 .2 . Ubicación de la nueva toma de agu a 7 .3 . Hidrodinámica fluvial

7 .4 . Caudales sólidos

INGENIERIA DEL AGUA S .R.L .

Hidrología e Hidráulica Fluvia l Ing . Juan Carlos Sauma Haddad -- RNI: 6182

1 1

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ProyectodeGestión Integraday Plan Maestro de la Cuenca delRíoPilcomay o

1.

INTRODUCCIO N

Considerando que la cuenca del río Pilcomayo se encuentra en territorio de Bolivia, Argentina y Paraguay, el aprovechamiento de las aguas del río es de interés de los tres países, aspecto que demand a una gestión integrada del recurso hídrico . En el caso particular de Bolivia, la idea documentada de l aprovechamiento de las aguas del río Pilcomayo para regar el Chaco Boliviano aguas abajo d e Villamontes se remonta a principios del siglo XX y toma importancia geopolítica con la Guerra de l Chaco . Desde entonces, hasta el día de hoy, los avances concretos para lograr tal cometido so n mínimos, pese a los innumerables estudios realizados y las intervenciones de campo ya ejecutadas .

En este contexto, el Proyecto de Gestión Integrada y Plan Maestro de la Cuenca del Río Pilcomayo , mediante convocatoria pública SERV/009/06, licita el Diseño Final del Módulo Inicial del Proyecto d e Riego Villamontes – Sachapera, e Ingeniería del Agua SRL se adjudica el trabajo .

El presente documento es el tomo IV que incluye los aspectos de hidrología e hidráulica fluvia l limitados al diseño de un sistema de riego por gravedad para una superficie total de 5000 Has .

2.

INFORMACION DISPONIBL E

La información utilizada para realizar los estudios de hidrología e hidráulica fluvial de relevancia par a el presente trabajo se pueden resumir como :

Estudios previos :

4- Sauma Haddad Juan Carlos y Carrasco Raúl : Ingeniería conceptual y básica para asegurar l a operación de los ductos que cruzan el río Pilcomayo de BG - Bolivia . Componente d e Hidrología, Hidráulica Fluvial y Diseño de Obras Hidráulicas . Ingeniería del Agua SRL, Juni o de 2006 .

1 Aurélie Malbrunot: Sedimentología de la cuenca alta del río Pilcomayo . Proyecto Pilcomayo , Mayo 2006 .

4- Molina Carpio, Jorge yEspinoza Romero, Daniel : Balance hídrico superficial de la cuenca alt a del río Pilcomayo, Marzo 2006 .

4- Vauchel Philippe ; Malbrunot Aurélie ; Aguilar Isabel : Análisis, crítica y tratamiento de lo s datos hidrométricos de la cuenca alta del río Pilcomayo disponibles aguas arriba de Misión L a Paz. Proyecto Pilcomayo, Marzo 2006 .

!- Sauma Haddad, Juan Carlos : Evaluación del cruce subfluvial Pilcomayo de Transierra ^{SA ,} propuesta de medidas de control de la erosión y diseño de las nuevas obras de protección de l gasoducto . Ingeniería del Agua SRL, Agosto de 2005 .

Hidrología eHidráulica Fluvia l Ing . Juan Carlos Sauma Haddad - RNI : 6182

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ProyectodeGestión Integraday Plan Maestro de la Cuenca del RíoPilcomay o

4 Autores varios : Estudio de Factibilidad del Proyecto Multipropósito Villamontes – Sachapera . Consorcio Lahmeyer, Salzgitter, Agroprogress . 1989 .

Cartografía del Instituto Geográfico Militar (IGM) :

ESCALA SERIE NOMBRE

1 :1 .000 .000 - Mapa hidrográfico de Bolivi a 1 :250 .000 SF —20 - 6 Villamonte s

1 :50 .000 6830 II Serranía Caipipend i 1 :50 .000 6930III Villamontes

1 :50000 6929 IV Estación Aguaraycito

Fotografias Aéreas del Instituto Geográfico Militar (IGM) : ESCAL A

APROXIMADA FECHA CODIGO

1 :45000 Agosto 17 de 1967 171 9

1 :45000 Julio 8 de 1974 377 0

1 :45000 Julio 8 de 1974 375 2

1 :45000 Julio 8 de 1974 3768

1 :45000 Julio 8 de 1974 375 4

Imágenes de satélite :

4- Proporcionada por el proyecto Pilcomayo, Quickbird Standard en formato GeoTIFF de Juli o 2006 .

4- Imagen de satélite Google de fecha desconocida, pero que corresponde a los últimos tres años .

Hidrometría :

Se han identificado dos bases de datos según el siguiente detalle :

4- Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) : Incluye registros de caudale s niveles de la estación de aforo en Villamontes .

o Caudales medios diario s

■ 1974 — 1985 : Registros continuos .

■ 1986 — 1990 : Registros parciales . Las series de tiempo presentan interrupciones .

■ 1991 — 1995 : Registros nuevamente continuos .

■ 1996 — 2003 : Ausencia de registros .

■ 2004 : Registros continuos . o Niveles medios diario s

■ De agosto 1973 a 1985 : Registros continuos .

■ 1986 — 1990 : Registros parciales . Las series de tiempo presentan interrupciones .

INGENIERIA DELAGUA SRL

Hidrologíae Hidráulica Fluvia l Ing . Juan Carlos Sauma Haddad - RNI : 6182

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y

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ProyectodeGestión Integraday Plan Maestro de la Cuenca delRíoPilcomay o

■ 1991 – 2004: Registros continuos con algunas interrupciones . .- Proyecto Pilcomayo :

o Serie de caudales y niveles : 10867 pares de valores .

o Caudales medios mensuales : Periodo Septiembre 1973 – Agosto 2005 . o Leyes altura caudal para la estación de aforo .

Inspecciones de campo :

Se realizaron cuatro visitas de campo en las siguientes zonas : 1) Tramo del río desde el Angosto d e Villamontes hasta el final del área de riego que corresponde a la comunidad Weenhayek de Algarrobal , 2) estación de aforo y 3) zona de riego .

3 .

ESTACION DE AFORO VILLAMONTE S

El río Pilcomayo nace al Este del Altiplano Boliviano, con una cuenca imbrífera que se extiende desd e Sucre al Norte hasta la Quiaca en la Argentina al Sur, en un frente de aproximadamente 400 km . El rí o nace a más de 4000 msnmm y desciende hasta Ibibobo con una altura inferior a 350 msnmm y lueg o penetra en el Chaco . Si bien Ibibobo se considera el punto donde finaliza la cuenca alta porque a parti r de este punto se forma un inmenso cono aluvial en la llanura chaqueña, Villamontes es el punto dond e el río ya abandona la cordillera . El área de la cuenca de aporte considerando la estación de aforo d e Villamontes como sección de control es de aproximadamente 80711 km 2 . El área de riego se encuentr a inmediatamente aguas abajo del puente del ferrocarril en la margen derecha del río .

La cuenca alta se caracteriza por presentar escasa cobertura vegetal, aspecto que se debe sobre todo a l a formación geológica que se caracteriza por la ausencia a escala regional de suelos capaces de apoyar e l desarrollo de un bosque importante . Esta situación natural se ve agravada por la tala que realizan la s comunidades campesinas para la obtención de leña que permita satisfacer la demanda energética . L a pérdida de vegetación se traduce en erosión de los escasos suelos productivos existentes y sobre todo tiene un impacto directo en el incremento de los caudales de crecidas, por la agudización de lo s hidrogramas respectivos . La modificación de los hidrogramas de crecidas en el tiempo producto de l a actividad antrópica en la cuenca alta, tiene una relación directa con los niveles de riesgo que se asume n para los diseños de las obras de ingeniería, pues caudales que hoy tienen una recurrencia determinada , producto de la pérdida de cobertura vegetal en 10 ó 20 años, pueden ser superados para el mismo nive l de riesgo asumido en el momento del diseño .

Hidrología eHidráulicaFluvia l lng . Juan Carlos Sauma Haddad - RNI : 6182

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ProyectodeGestión Integraday Plan Maestro de la Cuenca del Rio Pilcomay o

La estación de aforo Villamontes para la cuenca del río Pilcomayo tiene una importancia especial, pue s el balance hídrico superficial de la cuenca alta demuestra que es la sección de control por donde circul a

la mayor cantidad de agua superficial en toda la cuenca (desde las nacientes hasta el río Paraguay) .

3 .1 .

Caracterización de la estación de afor o Ubicación :

Se encuentra ubicada en las inmediaciones de la antigua estación de bombeo del proyecto de rieg o Villamontes que implementó la Ex - Corporación Boliviana de Fomento . El Mapa No . H 1, presenta l a estación de aforo y sus características más relevantes . La margen izquierda es un farallón de más de 1 0 metros de altura y la margen derecha no presenta una barranca definida . La escala limnimétrica s e encuentra adosada a la obra de toma en torre de la estación de bombeo . El cero de la escala ha sido vinculado mediante nivelación de precisión al banco de nivel del IGM V-128-R con cot a 385 .188 .msnmm, ubicado en el Corregimiento Mayor Manuel Marzana sobre la carretera Tarija — Villamontes, en el tramo Palos Blancos — Villamontes .

Geometría de la sección transversal :

La sección transversal de aforo para diferentes instantes de tiempo se puede apreciar en el gráfico a continuación, que permite comparar secciones transversales y observar que en época de lluvias (febrer o ó marzo) se tiene una sección transversal con mayor capacidad de transporte que en época de estiaj e (septiembre), donde el nivel del fondo pasa de aproximadamente (+1 .00 m) a (- 5 .00 m) . Es decir que , la erosión generalizada observada es del orden de 6 m de profundidad y en crecidas extraordinaria s podría ser mayor, dependiendo de la estratigrafía del terreno .

Otro dato interesante es que la margen izquierda es un farallón prácticamente no erosionable y el únic o perfil que interpreta esta realidad es el que corresponde a Julio de 2004 . Sin embargo, este perfil n o representa la planicie de inundación de margen derecha, como lo hacen los otros perfiles .

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Proyecto de Gestión Integrada y Plan Maestro de la Cuenca del Río Pilcomayo

OAM I Secciones tranversales

OAM D

9 .00

7 .00 - ---

-

---

5 .00 ----

3.00 - -- -

v

vs

c

1 .00 - ~'

a ,

-1 .00

p

~ i -

^:

120

130

140

10 150

+

~\\~

I

~ -

~ . . -- VM- 28/09/74

3 .00 -4..

. VM- 05/02/7 5

w

VM- 09/02/197 6

— VM-04/12/1977

-5 .00 --

-- —VW 11/08/78 -

-VM- 14/07/7 9 VM- 10/03/8 1

-7 .00 - --- VM- 02/02/82 -

distancia(m) -- VM- 07/2004-^perfil2-21

Fuente : Vauchel, Philippe ; Malbrunot, Aurélie e Aguilar, Isabel : Análisis, crítica y tratamiento de lo s datos hidrométricos de la cuenca alta del río Pilcomayo disponibles aguas arriba de Misión La Paz . Proyecto Pilcomayo, Marzo 2006 .

Perfil longitudinal :

Se ha realizado un levantamiento del perfil longitudinal del lecho del ri o en las inmediaciones de la estación de aforo, de donde se tienen las siguientes pendientes :

• Pendiente del fondo : i z' 3 o/oo.

• Pendiente de la superficie libre en aguas bajas :

j

0 .11 0/00.

La pendiente de la superficie libre en aguas altas tiende a la pendiente de fondo, es decir que en agua s altas se tiene i j .

Características de los sedimentos y materiales del río :

No se dispone de un sondeo geotécnico específico para la sección de aforo que permita caracterizar e l material aluvional . Por tanto, se ha utilizado la información secundaria proveniente de los sondeo s realizados para la construcción de los cruces subfluviales de BG – Bolivia SA y Transierra SA . El cruce de BG - Bolivia se encuentra 19,5 km aguas abajo de Villamontes y del Transierra 6 .5 . km aguas abajo de la misma ciudad . Pese a las distancias existentes entre los dos cruces, los resultados obtenido s en ambos casos son muy similares, aspecto que permite suponer que esto se debe a la conformació n geológica regional y por tanto extrapolar el perfil estratigráfico a la sección de aforo . Se hace notar qu e este tema requiere de investigaciones adicionales y es altamente deseable contar con sondeo s

Hidrología e Hidráulica Fluvia l Ing. Juan Carlos Sauma Haddad -RNI : 6182

5 13 5

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geotécnicos específicos para la estación de aforo . De las diferentes secciones transversales para l a estación de aforo, se observa que el fondo es móvil y que en crecidas la erosión generalizada en e l cauce principal es importante, por lo que la relación altura caudal en crecidas extraordinarias est a condicionada por los niveles de erosión en el cauce principal y por el funcionamiento de la planicie de

inundación de margen derecha .

3 .2 .

Determinación de la curva altura — caudal

Sobre la base de datos del SENAMHI y considerando el fondo móvil, a la fecha se tiene las siguiente s leyes altura — caudal para la estación de Aforo de Villamontes .

Fuente : Vauchel Philippe; Malbrunot Aurélie ; Aguilar Isabel : Análisis, crítica y tratamiento de lo s datos hidrométricos de la cuenca alta del río Pilcomayo disponibles aguas arriba de Misión La Paz . Proyecto Pilcomayo, Marzo 2006 .

Para obtener las curvas anteriores, las series de tiempo de Villamontes fueron rellenadas por correlación con los datos de Misión La Paz y se recortaron algunos caudales máximos por considerarlos exagerados con los siguientes argumentos : i) los caudales de Villamontes son mucho má s importantes que los de Viña Quemada más San Josecito, aspecto que sólo se justificaría si los aporte s entre Viña Quemada y San Josecito podrían justificar un incremento de tal naturaleza y ii) alguno s caudales en crecidas en Villamontes son 40% mayores a los de Misión La Paz y considerando que en e l

Hidrología e Hidráulica Fluvial Ing . Juan Carlos Sauma Haddad - RNI : 6182

6/3 5 Estación : VILLAMONTE S

Curvas de Calibració n

12000 -

10000

8000 -

4000

2000 -

o

-T-01/08/1973 T-01/04/1974 T-01/03/1975 T-10/07/1977 T-12110/1977 T-29/04/1978 T-29/06/1978 T-2110211979 T-0210211980 T-28/05/1980 T-06/12/1980 T-01/0811983 ---T-31/10/1983 T-27/11/1983 T-01/04/1984 T-01/02/1985 T-01/08/1988 T-01/06/1990 T-01/01/199 1 T-01/04/1995 T-30/01/1997 T-01/04/2000 -- -- T-08/06/2002

400

500

60 0

Cota en escala (cm)

0 100 200 30 0 700 800 900 1000

(12)

tramo no hay aportes importantes, los caudales por infiltración y evaporación no justifican esa s diferencias . En este sentido, se pueden realizar los siguientes comentarios :

■ Relación Villamontes – [Viña Quemada + San Josecito] : El área de la cuenca de aport e hasta Viña Quemada es de 13449 km 2 y para San Josecito se tiene 48130 km 2 . Considerando que el área hasta Villamontes es de 80711 km 2 , la relación resulta ser 1 .3 1 veces . Por otro lado, la zona con mayores intensidades de precipitación se presenta en e l subandino, es decir entre Viña Quemada, San Josecito y Villamontes . Ahora bien, para qu e el factor 1 .31 sea aplicable para transformar áreas de aporte en caudales, tiene que existi r una lluvia simultánea que cubra toda la cuenca . Al respecto, se puede mencionar que las máximas crecidas de los dos últimos años hidrológicos (Febrero 2005 y Enero 2006) , presentan hidrogramas de dos picos que permitirían suponer el aporte desfasado del Pilay a y del Pilcomayo . También se ha observado que en ambos casos se presenta cobertura total de nubes (se aclara que cobertura de nubes no es sinónimo de precipitación) por el ingreso de un frente de aire húmedo del océano atlántico desde el norte del Brasil, que choca con l a cordillera de los Andes y gira hacia el sur y se estaciona cubriendo toda la cuenca alta de l río Pilcomayo y este fenómeno se prolonga aproximadamente por una semana . Luego , ingresa un frente de aire frío del sur que provoca la condensación y por tanto la s precipitaciones . En el escenario mencionado, la hipótesis de simultaneidad no e s despreciable .

■ Relación Villamontes – Misión La Paz : La diferencia de caudales entre Villamontes y Misión La Paz en época de estiaje se debe a la evaporación y a la infiltración, sin lugar a dudas . Sin embargo, en crecidas se debe mencionar que el tiempo de tránsito entr e Villamontes y Misión La Paz es de 1 a 2 días y el nivel freático en la planicie d e inundación se encuentra por encima del nivel en el cauce principal, aspectos que n o permiten justificar las diferencias de caudales en los ordenes de magnitud mencionados . No obstante, también se debe considerar el almacenamiento en el tramo que es important e y genera una reducción del pico de caudal con volumen de agua constante y también lo s DESBORDES hacia territorio argentino y paraguayo que representan una disminución de l caudal por pérdida de agua en el sistema .

Por lo expuesto, se realizó la correlación entre los máximos caudales observados en Villamontes y lo s máximos observados en Misión La Paz, sin recortar ningún valor y los resultados obtenidos son :

OQ =QVM' QMLPZ ;=,4 10 -5Q2VM+ 0 .1773 _QVM

Hidrología e Hidráulica Fluvial Ing. Juan Carlos Sauma Haddad - RNL• 6182

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El análisis de la reducción de la capacidad de transporte en términos relativos, permite establece r disminuciones de hasta el 40 % para los caudales máximos registrados, que son los que transportan l a mayor carga de sedimentos .

REDUCCION DEL CAUDAL ENTRE LAS ESTACIONES DE AFORO VILLAMONTES Y MISIÓN LA PAZ 9000

QvM Em' si

El valor de AQ se debe sobre todo a evaporaciones e infiltraciones en época de estiaje y en época d e lluvias a desbordes (pérdida de masa) y almacenamiento en el tramo entre Villamontes y Misión La Paz (amortiguamiento del pico del hidrograma con conservación de la masa) . Aforos futuros e investigaciones sobre la capacidad de almacenamiento en el tramo Villamontes — Misión La Paz , permitirán optimizar la correlación anterior .

Por lo expuesto, se considera que los máximos caudales no deberían ser descartados a priori y solamente aforos en crecidas son los que pueden clarificar esta situación de manera definitiva . En ta l sentido y sobre todo considerando que se debe diseñar una nueva obra de toma, se ha decidido elabora r nuevamente la ley altura — caudal con los datos del SENAMHI, sin recortar los máximos .

Los resultados obtenidos permiten realizar buenos ajustes estadísticos dividiendo la curva en cuatro zonas :

HidrologíaeHidráulica Fluvia l Ing . Juan Carlos Sauma Haddad - RNI : 6182

8 / 3 5 6000

o

y =4E-05x2 + 0 .1773 x R 2 = 0 .9442

1

--4--

-- I

•

» •—

♦I

— 1---- i ---

--

~

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

(14)

LECTURA DE ESCALA

ECUACIONES COEFICIENTE D E

CORRELACIO N

(h — h0 )

(h – ha) < 1 m h – ho=0 .1138 Q0 '611 Q = 33 .846 (h – h^{0 ) 1 62°} R2= 0 .9823 1 m< (h – h^a)< 2 .6 m h – ha=0 .3339^{Q0 .3053} Q = 36.33 .9 (h – h^{0 ) 3 .275} R2 = 0 .993 3 2 .6 m< (h – ha)< 5 m h – h0 =0 .2051 ^{Q °3799} Q = 64.728 (h – ha)2 '632

R2 =0 .960 5 5 m< (h – ha)< 8 m h – ha =0 .1427^{Q 0 .4264} Q = 96 .174 (h-110)2.345

R2 =0 .9127

-._

RIOPILCOMAYO - ESTACION_. DEAFORO VILLAMONTES h<1 m

1,00 +-

_ ._-

;-

-

- t 0 .80

' -

I

10.00 0 .40

5.00

1

¡

r- .

-j

~

11I I

---L-

i I

15.00

20 .00

25 .00

30.00 I

35 .00

Caudal (m'/s] y = 0.1138x° .s m R2 = 0.9823

RIO PILCOMAYO - ESTACION DE ^AFOROVILLAMONTE S 1 m<h<2 .60 m

I`

3 .5 0 I

2 .50

1

,

_

.

_

I,

I

i

I

~'II .

,.

I

4 - 1 ,

4

+ T ,

~ ~ ~ r

I 325.00

425 .00

525 .00

625 .00

725 .00

82500 1 .50

I

^-

^I

^{- -}

0 .50 25 .00

125 .00

~ I I

225 .00

Caudal [m3Is] y = 0 .3339x° .3°53 R2 = 0.9933

Ing. Juan Carlos Sauma Haddad - RNI : 6182

Hidrología e Hidráulica Fluvial 9/3 5

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RIO PILCOMAYO - ESTACION DEAFOROVILLAMONTES 2 .60m<h<5 m

io

~ I

T

700 .00

1200.00

1700 .00

, 2200 .00

2700 .00

3200 .00

3700 .00

4200.00

Caudal [m³/s] y = 0 .2051xo .3799 R2 = 0 .960 5

RIO PILCOMAYO - ESTACION DEAFOROVILLAMONTE S 5m<h<8 m

10.00 -

9.00

8 .00

7 .00

6 .0 0

5.00

4,00 .

L

^b

3500 .00

4500.00

L L^I

5500 .00

6500 .00

7500.00

—~—+ ~

8500.00

9500 .00

10500.00

11500.00

12500 .00

II ^, _[

Í I

- 1

[

Caudal [m3/s] y = 0 .1427x° 4264

R2 = 0.9127

Al aplicar las ecuaciones para estimar el caudal a partir de la lectura en la escala, se debe tener especia l cuidado cuando se trabaja con valores próximos a los límites I m, 2 .6 m y 5 m respectivamente, pues los ajustes estadísticos en estas situaciones presentan valores diferentes . Se recomienda tomar e l promedio.

Si se comparan las leyes H — Q obtenidas recortando los picos con las obtenidas sin recortar ningú n valor, se observa que se obtienen en ambos casos resultados similares hasta lecturas de escala del orde n

Hidrologíae Hidráulica Fluvia l Ing . Juan Carlos Sauma Haddad - RNI : 6182

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de 4 m . Para valores mayores aparecen diferencias que deberán ajustarse en el tiempo con nuevas mediciones.

3 .3.

Análisis de sensibilidad

La sensibilidad de una estación de aforo se define como su respuesta en niveles a variaciones de l caudal . Una estación es muy sensible cuando pequeñas variaciones de los caudales generan importante s variaciones en el tirante, aspecto que permite medir los niveles con mayor precisión . Desde el punto de vista matemático, la sensibilidad se expresa como la variación relativa del caudal con la altura, es deci r dQ/Q/d(h-h o ) .

En el caso de la estación de aforo de Villamontes, la sensibilidad no es única, sino que varía con l a hidrodinámica fluvial del tramo del río bajo análisis, según el siguiente detalle :

LECTURA DE ESCALA ZONA

(h — h a )

ECUACION SENSIBILIDAD

I (h – h a ) < 1 m Q = 33 .846 (h – h a) 1ózo dQ /Q/d(h- ha) = 1 .620 / (h – ha) II 1 m < (h – h a) < 2 .6 m Q = 36 .339 (h – ha)^32~5 dQ /Q/d(h- ha) = 3 .275 / (h – ha ) III 2 .6 m < (h – ha)<5 m Q = 64 .728 (h –ha)2632

dQ/Q /d(h- ha ) = 2 .632 / (h – ha) IV 5 m < (h – ha )<8 m Q = 96 .174 (h – ha) 2 '345

dQ/Q /d(h- ha ) = 2 .345 / (h – h a)

De las ecuaciones surge que la sensibilidad puede expresarse como :

dQ /Q /d(h- ho) = k/(h–ho )

La constante k resulta ser el indicador directo de la sensibilidad y su valor varía entre un mínimo d e 1 .620 y un máximo de 3 .275 . Es evidente que la constante k tiene que ver con la capacidad d e transporte de la sección del río para diferentes valores de la lectura de la escala .

3 .4 .

Mediciones futuras

Se identifican dos tipos de investigaciones de campo a realizar en el futuro :

al- Estratigrafía : Con los trabajos realizados a la fecha, no queda duda alguna de que l a capacidad de descarga de la sección transversal de la estación de aforo depende de l a estratigrafia . Por tanto, conocer el tipo de material aluvional en profundidad es determinant e para realizar controles de calidad entre los aforos y la capacidad de descarga de la secció n transversal . Se sugiere realizar al menos 4 sondeos de 15 metros de profundidad cada uno ó hasta alcanzar la roca que podría encontrarse a profundidades menores .

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Proyectode Gestión Integraday Plan Maestro de la Cuenca del RíoPilcomayo

4- Nuevos aforos : Considerando que los máximos caudales todavía no están del todo definidos , se considera importante el aforo de crecidas en el futuro para ajustar las curvas y la s ecuaciones empíricas ya determinadas . Aforos de caudales medios y en época de estiaj e permitirán optimizar lo ajustes estadísticos ya realizados .

4 .

CRITERIOS DE CÁLCUL O

Para tener una idea general de las diferencias al trabajar con las dos series de tiempo mencionadas, a continuación se presentan los parámetros estadísticos para ambos casos :

PARAMETRO ESTADISTICO

CAUDALE S SERI E COMPLET A

lm3/ sl

CAUDALE S SERIE CON VALORE S

MAXIMO S SELECCIONADO S

I m'/s^l

Media aritmética 260.62 232 .84

Máximo ^{11790 .00} 7217 .00

Mínimo 10 .75 10 .7 5

Desvío Standard 507 .71 386 .7 8

Coeficiente de Variación 1 .95 1 .66

Asimetría 6 .48 4 .5 3

P(Q>Qo) = 5% 1089 .00 972 .3 0

P(Q>Qo) = 50% -Mediana 77 .17 82 .1 6

P(Q>Qo) = 95% 17 .24 22 .24

De la tabla, se considera oportuno realizar los siguientes comentarios :

4- Se observa que la asimetría de los registros es positiva, lo que significa que la función densida d de probabilidad real tiene un sesgo hacia los valores mayores con relación a la distribución d e Gauss . Una asimetría pronunciada (6 .48 ó 4 .61) significa que los picos de crecidas tienen un a gran influencia en los valores medios y que para análisis de disponibilidad de agua si n estructuras de regulación, la media no es un valor representativo .

4. El valormínimo coincide en ambos casos .

4- Los caudales máximos presentan una diferencia apreciable, justamente por los recortes y a mencionado .

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ProyectodeGestión Integraday Plan Maestro de la Cuenca delRíoPilcomayo

Considerando que el presente trabajo tiene la finalidad de apoyar la concepción de obras de ingeniería , para definir parámetros de diseño se han adoptado los siguientes criterios de trabajo :

.1- Disponibilidad hídrica : Interesa los volúmenes de agua disponible con diferente probabilida d de excedencia, por tanto se trabajó con la serie de tiempos elaborada por el Proyect o Pilcomayo que define una menor disponibilidad hídrica .

-0► Crecidas : Interesan los caudales máximos, y es por ello que se trabajó la serie de tiempos d e caudales sin el recorte de los picos .

1 Caudales mínimos : Ambas series arrojan resultados similares .

Si bien los dos primeros criterios pueden ser cuestionados por ser contradictorios entre sí, desde e l punto de vista práctico tienen la ventaja de estar del lado de la seguridad .

5 .

DISPONIBILIDAD HIDRIC A 5 .1 .

Caudales medios mensuale s

Las series de caudales medios mensuales disponibles cubren el periodo Septiembre 1973 – Agosto 2005, es decir que se dispone de 32 años hidrológicos completos que permitieron definir :

.l- Caudales medios mensuales representativos del periodo, máximos y mínimos medio s mensuales y los desvíos estándares .

1 Caudales con diferente probabilidad de excedencia. El derrame anual y el derrame acumulad o respectivo .

.4- El volumen de regulación requerido para la compensación interanual es 21632 hm 3 . El derram e medio es igual a 7468 hm 3 /año . El ajuste estadístico de los derrames respecto del derram e medio en 32 años, difiere levemente del derrame medio, aspecto que permite establecer qu e pareciera que existe un ciclo interanual bastante bien definido que podría tener un periodo d e 20 a 25 años y que con observaciones de algunos años adicionales esta situación podría se r clarificada .

t El volumen de regulación requerido para la compensación anual es 3639 hm 3 , es decir 5 .9 4 veces menos que el volumen de regulación interanual .

4- La demanda de agua máxima para el riego de las 5000 has totales del módulo inicial de l PROVISA es 3 .26 m 3 /s . Los mínimos caudales se presentan en agosto y el caudal mínimo medio mensual es de 11 .18 m 3/s . Es decir que, es posible satisfacer la demanda sin regulació n sin inconvenientes .

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ESTACION DE AFORO VILLAMONTE S

CAUDALES MEDIOS MENSUALES [m3/s]

AÑO SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO MODULO

1973 -1974 31 .53 31 .91 46.35 131 .50 384.40 1444.00 761 .70 602.30 104 .20 69.76 57.43 62 .27 302.65

1974 - 1975 40.34 43.92 36.49 140.30 606.60 1088.00 556.70 230.80 135 .30 82 .37 64.29 53 .33 251 .45

1975 - 1976 56.58 49.16 81 .06 197 .20 591 .40 865 .80 358.70 136 .80 91 .21 57 .94 46.00 37 .44 210.1 9

1976 -1977 35.54 17.21 25.98 80.97 229.70 432 .70 654.10 215 .10 99.90 51 .93 39.00 32 .10 158.1 2

1977 -1978 32.38 45.92 135.40 284 .10 487.60 1166.00 398.50 270 .00 101 .70 65 .40 46.90 37 .49 249.90

1978 -1979 29.05 27 .01 77.32 439 .70 1268.00 1185 .00 865.70 392 .10 151 .50 93 .86 79.92 58.01 385.03

1979 -1980 45.26 50 .46 81 .84 305 .90 468.90 313 .20 565.50 235 .60 82 .09 60 .95 53.19 44.91 192.27

1980 - 1981 35.94 54 .05 59.55 111 .90 623.40 981 .80 670.70 346 .70 113.40 70 .60 55.17 51 .91 260.1 9

1981 - 1982 49.32 41 .72 105.70 345.00 656.20 424 .50 1096.00 393 .40 147.20 79 .90 61 .48 48,74 287.73

1982 -1983 46.37 56 .67 74.71 184 .10 224.10 226 .00 160.20 99 .84 78 .54 50 .84 38.20 19.75 104.3 5

1983 - 1984 14.24 14.99 45.99 122.90 1042.00 1567.00 1954.00 445 .30 184.80 96 .47 70.67 65.16 463.09

1984 - 1985 49.17 88 .76 365.40 445 .80 416,00 1855 .00 771 .00 262 .70 137 .70 86 .04 67.17 57 .53 373.5 4

1985 - 1986 59.67 48 .26 452.60 583 .60 1173.00 487 .70 1440.00 561 .50 145.90 97 .97 75.35 59.56 432.99

1986 - 1987 37 .87 43 .92 69.91 556 .60 1509.00 387 .50 232.80 154 .30 109.70 68 .32 47.64 36.29 272.25

1987 -1988 30.43 55 .64 100.30 130 .20 280.80 394 .00 992.60 823 .10 199.20 112 .40 74.95 52 .53 269.5 4

1988 -1989 38.43 37 .80 30.61 139 .30 331 .20 180 .50 219.70 331 .40 102 .10 81 .06 43.61 34.47 130.54

1989 -1990 28.97 33 .04 48.40 160 .80 285.00 400 .40 216.90 147 .60 51 .76 41 .36 34.28 29.98 121 .5 5

1990 -1991 20.16 50 .65 271 .10 206 .40 729.80 491 .10 772.10 227 .30 68.24 44 .43 36.53 27 .40 244.56

1991 - 1992 26.52 27.21 74.21 67 .03 805.70 544.70 270.50 75 .00 41 .25 28 .95 31 .04 24 .46 166.23

1992 - 1993 19.20 43.74 76.65 205 .50 547.90 232 .80 535.50 179 .30 67 .46 42 .47 35.91 32 .17 168.66

1993 - 1994 28.88 36 .80 156.50 271 .00 259.50 628 .80 254.10 109 .90 101 .70 29 .61 17.71 11 .18 155.79

1994 - 1995 14.47 66.05 114.70 199 .70 570.10 333 .60 815.10 183 .90 75.87 45,62 38.09 29.87 207.3 4

1995 - 1996 25.90 24 .93 53.77 174 .70 330.30 390 .00 309.80 193 .30 176.40 39 .56 27.08 17 .88 145.7 3

1996 -1997 25.76 23 .51 95.82 215 .20 596.90 1631 .00 1048.00 353 .50 94.92 64 .81 50.23 43.16 345.46

1997 -1998 59.96 43 .15 79.79 80 .43 149.30 202 .40 244.80 157 .80 65.09 28.00 41 .23 27 .58 97.62

1998 -1999 18.95 44 .37 211 .10 107 .10 251 .50 555 .90 1405.00 345 .10 93.57 58.82 42.12 33.53 262 .6 8

1999 - 2000 35.06 48 .21 41 .69 64 .90 592.50 453 .00 639.10 216 .00 98.29 67 .75 52.09 42.05 194.93

2001 - 2001 29.62 42 .68 56.51 162 .10 761 .30 1502 .00 766.40 182 .80 95.05 61 .97 50.76 39.09 305 .2 7

2001 - 2002 29.13 36 .19 54.09 109 .70 125.00 693 .90 281 .90 234 .50 60.90 35 .40 64.77 66.30 145 .5 1

2002 - 2003 57.88 170 .10 147.10 175 .50 786.40 354 .50 729.50 212 .40 81 .16 48.03 38.49 26.67 235.9 7

2003 - 2004 21 .46 30 .43 33.68 377 .00 976.30 566 .20 380.60 306 .70 132.90 66.79 46.46 35.01 246 .72

2004 - 2005 26.90 25 .82 51 .43 219 .10 345.00 933 .40 289.00 251 .10 73.98 46.20 39.22 39.93 190.1 3

Media 34.40 45 .38 104.87 218 .60 575.15 716 .01 645.51 277 .41 105.09 61 .74 48.91 39.93 236 .8 1

Desvío Standard 12.93 27 .07 96.33 136 .03 336.55 475 .57 416.89 158 .62 38.62 21 .67 15.00 14.30 92.6 1

Máximo 59.96 170 .10 452.60 583 .60 1509 .00 1855 .00 1954.00 823 .10 199.20 112.40 79.92 66.30 463 .0 9

Mínimo 14.24 14 .99 25.98 64 .90 125.00 180 .50 160.20 75 .00 41 .25 28.00 17.71 11 .18 97 .62

CAUDALES MEDIOS MENSUALES - VILLAMONTE S

2000

1800 - -- -

1600

- -

- 1400 -

-

E 1200 1000

á

800 - - - -

600 400 . 200 -

^-~ ----~

o -~• -•-~

SEP

OCT

NOV

DIC

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO Tiempo [Meses]

D Mínimo 0 Desvío Standard ■ Media ® Máximo

Caudales medios mensuales extraídos de : Philippe Vauchel, Aurélie Malbrunot y Aguilar, Isabel : Análisisis, critica y tratamiento de los datos hidrométricos de la cuenca alta del río Pilcomayo disponibles aguas arriba de Misión La Paz. Proyecto Pilcomayo, Marzo 2006 .

Ing. Juan Carlos Sauma Haddad - RNI : 6182

Hidrología e Hidráulica Fluvial 14/3 5

PROYECTO DE GESTION INTEGRADA Y PLAN MAESTRO DE LA CUENCA DEL RIO PILCOMAYO CONVENIO ASR/B7 3100/99/136 TOMO IV HIDROLOGIA E HIDRAULICA FLUVIA L

_

DISEÑO FINAL DEL MODULO INICIAL

DEL PROYECTO DE RIEGO VILLAMONTES - SACHAPERA LICITACION SERV/009/0 6

TOMO IV

HIDROLOGIA E HIDRAULICA FLUVIA L

Provecto de gestió n

.. p-ada y Pia n

Maestro de la Cuenc a d(

Pilcc m2 y o

BiBLIOT ECA

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PROYECTO DE GESTION INTEGRADA Y PLAN MAESTRO DE LA CUENCA DEL RIO PILCOMAY O

DISEÑO FINAL DEL MODULO INICIAL

DEL PROYECTO DE RIEGO VILLAMONTES SACHAPERA LICITACION SER/009106

TOMO IV

HIDROLOGIA E HIDRAULICA FLUVIAL

INDICE

HIDROLOGIA E HIDRAULICA FLUVIAL

v

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Pilcc m2 ^y o

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