Aportes de agua en la presa

A continuación se presentan métodos de estimación de los términos del balance hídrico para presas, según la ecuación (4.3):

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a) Corrientes superficiales.

En primer lugar, se identificaron todos los ríos tributarios que contribuyen con entradas de agua en la presa, con el objetivo de estimar el flujo volumétrico de tales afluentes.

Dado que no existe información hidrométrica disponible para tales flujos, se consideró realizar muestreos puntuales de la velocidad de agua a diferentes profundidades de la presa, utilizando las áreas de sección transversal para cada sitio de muestreo a fin de estimar sus respectivas tasas de flujo, de acuerdo con lo recomendado por Gupta (1989), Chapra (1997) y Aparicio (2005); desafortunadamente, la logística que implica dichos muestreos y dado que el modelo necesita información hidrométrica con una alta precisión en intervalos de tiempos menores a 12 horas, la cuantificación de los flujos de los ríos tributarios de la presa de Aguamilpa fue descartada.

Sin embargo, la velocidad superficial del agua utilizada para la generación de energía eléctrica y para el control de avenidas de agua fue medida con estructuras hidráulicas conocidas como vertederos, que son estructuras donde se miden las descargas de agua en las presas (Munson et al., 1994; Naudascher, 2000). Para el caso de la presa de Aguamilpa, dicha información fue proporcionada por la CFE durante el período de estudio (CFE, 2009).

b) Precipitación directa.

La información histórica mensual sobre la precipitación directa en el cuerpo de agua fue obtenida de una estación meteorológica ubicada en la presa de Aguamilpa, en las coordenadas 21° 50’ 32’’ latitud norte y 104° 46’ 29'’ longitud oeste, a cargo de la CFE.

Posteriormente, se realizó una validación estadística de dicha serie de datos para determinar si los mismos se ajustan a alguna de las distribuciones de probabilidad existentes (Breña y Breña, 2005).

Fue también importante analizar los datos de las series de tiempo a fin de descartar las posibles tendencias cíclicas o estacionales (Breña y Breña, 2005); este análisis fue realizado con la finalidad de conocer si dicha información está influenciada por fenómenos naturales como El Niño (Rasmusson, 1985; Bowden y Semazzi, 2007;

Alexander et al., 2008), el cual puede afectar a la hidrodinámica de la presa (Rasmusson et al., 1993; Knebl et al., 2005; Awulachew, 2006; Marengo, 2006). El ciclo

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de oscilación del sur El Niño (ENSO, por sus siglas en inglés) se debe a un calentamiento atípico en los estratos superiores del océano en las costas del Océano Pacífico en Sudamérica, que da como resultado una oscilación en la presión de la superficie entre el Pacifico occidental y oriental (Rasmusson et al., 1993). Esta oscilación es asociada con los patrones anuales de variación climatológica: cuando se lleva a cabo la interacción atmósfera-océano en la región tropical del Océano Pacífico, el patrón de vientos superficiales se modifica, cambiando la dinámica de intercambio de calor entre los estratos superficiales oceánicos, la cual da como resultado cambios en las temperaturas ambientales y en los patrones de precipitación (Rasmusson, 1985;

Rasmusson et al., 1993). El ciclo ENSO consta de dos fases consecutivas anuales: la primera en la cual la superficie de agua salada se calienta e incrementa la precipitación convectiva, y posteriormente la fase complementaria durante el siguiente año, cuando el mar se enfría y la precipitación disminuye (Rasmusson et al., 1993).

Una vez realizado el análisis en series de tiempo para eliminar valores atípicos, encontrar tendencias y comportamientos estacionales en la información obtenida, se llevó a cabo el cálculo del aporte de agua expresado en términos de volumen, debido a la precipitación directa Vp sobre la presa a partir de la siguiente expresión:

Vp= P Asup

(4.9) Donde P es la precipitación mensual expresada en metros y Asup es el área superficial de la presa expresada en m².

c) Escurrimientos de la cuenca.

La generación de escurrimientos está relacionada con la corriente de agua que circula en la superficie de las áreas de drenaje de la cuenca adyacente a la presa. Según la revisión de literatura científica, existen diversos métodos disponibles que usan estrategias y herramientas diferentes para modelar los flujos de escurrimientos superficiales a un cuerpo de agua. La primera contribución significativa para el cálculo de los escurrimientos se hizo por Mulvaney (1851), quien describió el concepto de tiempo de concentración (el tiempo que le toma al agua acumularse en un lugar dado después de haberse precipitado). Posteriormente surgió el método más usado para

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estimar los escurrimientos, desarrollado por el Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos (USDA Soil Conservation Service) (USSCS, 1986; SEMARNAT, 2002; Aparicio, 2005). Según Kent (1996) y NTIS (1999), el método pondera la intensidad pluvial con coeficientes promedio y es válido para regiones con precipitación media anual entre 350 mm y 2,150 mm.

Además del método de la USDA Soil Conservation Service (SCS), otras investigaciones se han llevado a cabo a fin de desarrollar de modelos estocásticos a partir de datos meteorológicos en cuencas grandes, como el Modelo de Probabilidad-Distribuida (PDM, por sus siglas en inglés), que correlaciona los datos de escurrimientos con los de precipitación (Moore, 2007; Kay et al., 2007), o investigaciones como las realizadas por Oyebande et al. (1980) y Kouassi et al. (2007) quienes adaptan los datos de escurrimientos con las distribuciones de probabilidad existentes y algunos otros que realizan un análisis en series de tiempo (Weber y Stewart, 2004).

El trabajo realizado en la presa de Aguamilpa combina el método de la USDA Soil Conservation Service con un análisis en series de tiempo de la precipitación. El método de la USDA Soil Conservation Service consiste en utilizar la información de precipitación directa en la presa para estimar el escurrimiento en toda la cuenca mediante la siguiente ecuación (Slack y Welch, 1980; Shi, 2007):

Vesc= Ce P Aimp

(4.10) Donde P representan los datos de precipitación diaria en la presa de Aguamilpa multiplicado por el área de la cuenca que impacta directamente al sistema (Aimp), y calculando el escurrimiento mediante la corrección de este valor por medio de un coeficiente de escurrimiento Ce, el cual puede calcularse como (Campos, 1992):

Si K ≤ 0.15

𝐶𝑒 =𝐾 �𝑃 −250 2000 �

(4.11) Si K > 0.15

𝐶_𝑒 =𝐾 �𝑃 −250

2000 �+�𝐾 −0.15 1.5 �

(4.12)

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Donde queda en evidencia que la generación de escurrimientos se ve directamente afectada por la permeabilidad del terreno. Por consiguiente, es necesario utilizar un SIG que permita calcular, con ayuda de capas temáticas, la información concerniente al tipo del terreno, cobertura vegetal y uso de suelo del área de estudio (Arroyave y Giraldo, 1997; Mendoza et al., 2002; Henríquez et al., 2006). En función a esta información, se utilizan los siguientes valores del factor de permeabilidad K (Tabla 4.1).

Tabla 4.1. Factor de permeabilidad K en función al uso de suelo y vegetación.

Uso o cubierta del suelo K Cultivos (en surcos, legumbres, rotación de praderas) 0.24

Pastizal con más del 75% cubierto 0.14 Bosque con más del 75% cubierto 0.07 Cascos y zonas con edificaciones 0.26 Vegetación secundaria (pradera permanentemente) 0.18 Residencial mediana densidad 0.35

Los valores Ce y K indican que del total de la precipitación observada, sólo una parte queda en la superficie del suelo y forma escorrentía, fluyendo por gravedad a terrenos más bajos, la cual puede ser interceptada por la vegetación del suelo o por infiltración (McGhee, 1999).