ATIAIA CHILE ENERGÍA SPA CENTRAL REMANSO ESTUDIO DE SEDIMENTACIÓN

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1 ATIAIA CHILE ENERGÍA SPA CENTRAL REMANSO ESTUDIO DE SEDIMENTACIÓN 1.- INTRODUCCIÓN El objetivo del presente trabajo es efectuar un estudio de sedimentación que permita conocer el aporte de material sólido que llega a la bocatoma de la Central Remanso. La bocatoma de la Central Remanso se ubica a unos 7 Km aguas abajo de la Presa Angostura. Las coordenadas de la bocatoma serían las siguientes: Norte: m Este: m La Figura Nº 1 muestra la ubicación de la bocatoma. FIGURA Nº 1 UBICACIÓN DE LA BOCATOMA DE LA CENTRAL REMANSO

2 2 Como la bocatoma de la Central Remanso se ubica aguas abajo de la Presa Angostura, el estudio considera exclusivamente la estimación del sedimento en suspensión, asumiendo que el material de fondo quedará atrapado en los embalses Angostura, Pangue y Ralco. 2.- ANTECENDENTES DISPONIBLES De acuerdo a la ubicación del punto de captación, la estadística apropiada es la correspondiente a la estación fluviométrica Biobío en Rucalhue, la que dispone de la siguiente información: CUADRO Nº 1 ANTECEDENTES DISPONIBLES Lugar Dato Período Biobío en Rucalhue Caudales medios diarios Abr/60-Mar/12 Muestreo de sedimento diario Abr/93-Dic/06 Muestreo detallado Jul/93-Dic/ Complementando lo anterior, se ha considerado incluir los resultados de algunos estudios de sedimentación realizados en la cuenca. En particular, se dispone de los siguientes antecedentes: (1) Hidrología de las Centrales Ralco y Pangue. ENDESA. Febrero (2) Estimación de la Sedimentación para el Proyecto de la Central Huequecura. ENDESA. Julio (3) Central Pangue Estudio de los Recursos Hídricos. ENDESA, Noviembre (4) Central Ralco Estudio de los Recursos Hídricos. ENDESA. Mayo ETIMACIÓN DEL GASTO SÓLIDO EN SUSPENSIÓN EN BIOBÍO EN RUCALHUE Para la estimación del sedimento en suspensión se propone emplear dos métodos diferentes: Utilizar la estadística directa de gasto sólido en suspensión obtenida a partir de la muestra diaria tomada por la DGA en la estación Biobío en Rucalhue Establecer una curva de descarga del sólido en suspensión sobre la base de las mediciones sedimentométricas y una curva de duración del caudal medio diario

3 3 Debido a la existencia de los embalses Pangue y Ralco aguas arriba de la bocatoma, el sedimento en suspensión se encuentra afectado por el material retenido en ambos embalses. La Central Pangue entró en operaciones en Nov/96 y la Central Ralco en Ago/04. Considerando la estadística disponible de sedimento en suspensión, en particular la estadística de sedimento diario, el cálculo del gasto sólido se hará en las condiciones existentes con la influencia de la operación de la Central Pangue, esto es, utilizando la información disponible hasta Ago/04, fecha a partir de la cual entra en operación la Central Ralco. De este modo, para obtener el sedimento en suspensión que llega a la bocatoma de la Central Remanso se deberá descontar al aporte calculado según el criterio anterior, el material que retiene el embalse Ralco y el embalse Angostura. La Figura Nº 2 muestra un esquema con la ubicación de las instalaciones. FIGURA Nº 1 ESQUEMA DE UBICACIÓN DE LAS INSTALACIONES RIO HUEQUECURA RIO QUEUCO RIO PANGUE BIOBIO EN RUCALHUE EMBALSE ANGOSTURA BOCATOMA C.H. REMANSO RIO BIOBIO EMBALSE PANGUE EMBALSE RALCO RIO QUILME RIO HUIRIR HUIRI ESTACION FLUVIOMETRICA Para los cálculos que se harán posteriormente, el Cuadro Nº 2 incluye las áreas a considerar en cada cuenca de interés.

4 4 CUADRO Nº 2 ÁREAS DE LAS CUENCAS Lugar Area Km2 Bt. C.H. Remanso 7280 Biobío en Rucalhue 7280 Presa Angostura 7164 Presa Pangue 5710 Presa Ralco 5392 Queuco en pte. Queuco 976 Biobío ante Llanquén Estimación a partir de la estadística sedimentométrica Para obtener al aporte directo del sedimento en suspensión se dispone de una estadística de gasto sólido diario, obtenida de las mediciones diarias efectuadas por la DGA en la estación fluviométrica Biobío en Rucalhue, entre Abr/93 y Dic/06. A partir de estos datos se determina un gasto sólido en suspensión promedio anual. El gasto sólido en suspensión obtenido de la estadística diaria considerando exclusivamente la influencia de la Central Pangue sería el siguiente: Gss = Ton/año (1) Estimación a partir de la curva de descarga y de duración del caudal medio diario Para el cálculo del gasto sólido en suspensión según este procedimiento, se debe establecer una curva de descarga del gasto sólido en suspensión. Esta curva se construye relacionando el gasto sólido en suspensión obtenido de los aforos detallados y muestreos diarios, con el correspondiente caudal líquido determinado en cada medición. La estadística sedimentométrica considerada abarca los siguientes períodos. Muestreo diario: Muestreo detallado mensual: May/93-Dic/06 May/93-Dic/12 Como se ha indicado anteriormente, la Central Pangue entró en operación en Nov/96 y la Central Ralco en Sep/04; por lo tanto, los datos a utilizar incluyen este período que considera exclusivamente la influencia del Embalse Pangue. La curva determinada se muestra en la Figura Nº 3.

5 Gss (Ton/día) 5 FIGURA Nº 2 BIOBÍO EN RUCALHUE CURVA DE DESCARGA DE GASTO SÓLIDO EN SUSPENSIÓN y = E-06x E Muetreo Diario Muestreo detallado y = E-02x E Qd (ms/s) Las ecuaciones que relacionan el gasto sólido en suspensión con el caudal líquido son las siguientes: En que: Gss = E-02 * Qd Para Qd 450 m3/s (2A) Gss = E-06 * Qd Para Qd > 450 m3/s (2B) Gss: Qd: gasto sólido en suspensión, en Ton/día caudal líquido diario, en m3/s Para la determinación del aporte anual de sedimento se utiliza la curva de duración de caudales medios diarios, determinando para cada valor del caudal líquido el correspondiente al sedimento en suspensión aplicando la relación Gss-Qd anterior.

6 Qmd (m3/s) 6 Para obtener la curva de duración del caudal medio diario se ha utilizado la estadística de caudales medios diarios de Biobío en Rucalhue entre 01/60 y 12/06. Cabe señalar que la serie de caudales está prácticamente completa en el período indicado. La Figura Nº 3 muestra la curva determinada. FIGURA Nº 3 BIOBÍO EN RUCALHUE DURACIÓN GENERAL DEL CAUDAL MEDIO DIARIO (Período Abr/60-Mar/12) Porcentaje del tiempo en que Qd es igualado o excedido El Cuadro Nº 3 presenta la serie de caudales para diferentes probabilidades.

7 7 CUADRO Nº 3 BIOBÍO EN RUCALHUE CURVA DE DURACIÓN DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS (Período Abr/60 Mar/12) Prob Qmd Prob Qmd Prob Qmd Prob Qmd m3/s m3/s m3/s m3/s 0.01% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 79 Debido a que una parte significativa del sedimento se produce durante las crecidas, para considerar esta situación se ha agregado a la curva de duración de caudales medios diarios valores de crecidas estimadas de períodos de retorno comprendidas entre 50 y 1000 años. Para incorporar estas crecidas a la curva de duración de caudales diarios se debe determinar una probabilidad de excedencia equivalente, dada por la relación: Prob (X>Xo) = 1 / Tr * (3) El resultado es el siguiente:

8 8 CUADRO Nº 4 BIOBÍO EN RUCALHUE GASTO SÓLIDO EN SUSPENSIÓN MEDIO ANUAL Prob Q Intervalo Qmedio Qss Qss Pond m3/s m3/s Ton/día Ton/día % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % Gss (Ton/día) = Gss (Ton/año) =

9 Análisis de resultados El cálculo del sedimento en suspensión anual sin la influencia de la operación de la Central Pangue arroja los siguientes valores CUADRO Nº 5 BIOBÍO EN RUCALHUE ANÁLISIS DE RESULTADOS Método Área Gss gss Km2 Ton/año Ton/Km2/año Estadística sedimentométrica Curva de descarga y de duración Comparando las cifras, se observan discrepancias entre los valores obtenidos utilizando cada método, resultando significativamente menores los calculados por la estadística sedimentométrica. Esta diferencia se produciría principalmente porque en la estadística sedimentométrica no están representados del todo los períodos de crecidas, durante los cuales se produce la mayor cantidad de sedimentos. Por lo tanto, se considera más apropiado el cálculo basado en las curvas de descarga y duración, en el que se ha estimado el sedimento en las crecidas. En definitiva, se adoptará para Biobío en Rucalhue en la situación sin la influencia de la Central Pangue el valor de sedimento en suspensión obtenido por el método de la curvas de descarga y de duración, esto es: Gss = Ton/año (4) Para poder evaluar el sedimento que llega a la bocatoma de la Central Remanso se hará un cálculo teórico que permita separar la influencia de la Central Pangue y de modo de poder estimar posteriormente la situación futura de la cuenca, con la influencia de la Presas Angostura, Pangue y Ralco.

10 Biobío en Rucalhue (situación anterior a puesta en servicio de Central Pangue) Para analizar la situación de la cuenca afluente a la estación Biobío en Rucalhue antes de la existencia del embalse Pangue se ha utilizado la información disponible de estudios realizados anteriormente en diferentes puntos de la cuenca del río Biobío. El Cuadro Nº 6 presenta un resumen de las estimaciones efectuadas. CUADRO Nº 6 ESTIMACIONES DE SEDIMENTO EN SUSPENSIÓN Lugar Área Gss gss Fecha Km2 Ton/año Ton/Km2/año Informe Biobío en San Pedro (*) feb-78 Biobío en San Pedro (*) jun-87 Queuco en puente Queuco jun-87 Biobío ante Llanquén may-90 Prom 251 * corresponde a ubicación de presa Pangue Se observa que la tasa de sedimento obtenida en las distintas evaluaciones realizadas antes de la existencia de la Presa Pangue es algo mayor a la de la situación actual. Esto se explicaría por el hecho que la estimación efectuada actualmente considera el efecto del embalse Pangue y las del cuadro anterior representan una condición natural de las cuencas. Para analizar la situación de la cuenca antes de la existencia de la Presa Pangue, se puede aceptar razonablemente una tasa natural de sedimento en suspensión equivalente al promedio de las estimaciones indicadas en el Cuadro Nº 4. De este modo el aporte natural a BioBío en Rucalhue antes de la existencia de la Presa Pangue sería aproximadamente: Gss (situación anterior) = 251 * 7280 = Ton/año (5)

11 Efecto del embalse Pangue y aporte de sedimento en suspensión de la cuenca intermedia Efectuando la diferencia entre ambas estimaciones para Biobío en Rucalhue se puede estimar el sedimento que teóricamente atraparía el embalse Pangue, o sea: Gss (atrapado por Pangue) = ( ) = Ton/año (6) A su vez, el material en suspensión que pasaría hacia aguas abajo de la presa Pangue sería la diferencia entre el sedimento en suspensión que llega naturalmente al embalse Pangue y aquel que es atrapado en él. Así se tiene: Luego: Gss (afluente al embalse Pangue) = 251 * 5710 = Ton/año (7) Gss (que pasa bajo presa Pangue) = ( ) Ton/año = Ton/año (8) Cabe notar que, según estas cifras, el sedimento en suspensión atrapado sería del orden del 47% del total, mientras que aquel que pasa sería un 53% del total que llega naturalmente al embalse Pangue. Por otra parte, el aporte natural de sedimento de la cuenca intermedia comprendida entre la presa Angostura y la presa Pangue sería: Gss (CI Angostura Pangue) = 251 * ( ) = Ton/año (9) 4.- ESTIMACIÓN DEL SEDIMENTO EN SUSPENSIÓN AFLUENTE A LA BOCATOMA DE LA CENTRAL REMANSO Para estimar el sedimento en suspensión que llegaría a la bocatoma de la Central Remanso se calculará previamente al aporte neto de sedimento en suspensión que llega al embalse Angostura. Para ello se supone que este material está constituido por el que aporta la cuenca intermedia comprendida entre la presa Angostura y la presa Pangue y un cierto porcentaje del sedimento que no será atrapado en conjunto por los embalses Ralco y Pangue, vale decir, que pasa hacia aguas abajo de ambos embalses. Para efectuar la estimación se ha considerado que la presa Ralco retiene un 47 % del material que pasa bajo la presa Pangue, asumiendo igual proporción que el calculado previamente para la presa Pangue. Por consiguiente, se aceptará que el sedimento que pasa hacia aguas abajo de ambos embalses será igual al 53 % del material que pasa bajo la Presa Pangue determinado anteriormente. De este modo se tiene las siguientes cifras: Gss (que pasa bajo ambas presas) = 0.53 * = Ton/año (10)

12 12 Agregando el aporte de la cuenca intermedia se obtiene el sedimento que llega al embalse Angostura: Gss [Angostura] = ( ) Ton/año = Ton/año (11) Para obtener el sedimento en suspensión afluente a la bocatoma de la Central Remanso, se debe considerar el material que pasa bajo la presa Angostura. Al igual que en el caso anterior, para esta estimación se aceptará que corresponde a un 53% del que llega a la presa Angostura. Luego: Gss (que pasa bajo presa Angostura) = 0.53 * = Ton/año (12) A esta cifra debe agregarse el aporte de la cuenca intermedia entra la presa Angostura y la bocatoma de la Central Remanso. Luego: Gss (CI Bocatoma-Angostura) = 251 * ( ) = Ton/año (13) Agregando el aporte de la cuenca intermedia se llega finalmente al sedimento que llega a la bocatoma de la Central Remanso. Gss [Bt. CH Remanso] = ( ) Ton/año = Ton/año (14) 4.- RESUMEN Y CONCLUSIONES El presente estudio ha tenido como finalidad la determinación del material sólido que llega a la Bocatoma de la Central remanso. Como la bocatoma de la Central Remanso se ubica aguas abajo de la Presa Angostura, el estudio considera exclusivamente la estimación del sedimento en suspensión, asumiendo que el material de fondo quedará atrapado en los embalses Angostura, Pangue y Ralco. Para determinar el gasto sólido en suspensión se ha utilizado la información sedimentométrica de la estación fluviométrica de la DGA Biobío en Rucalhue, la que está ubicada unos 1200 m aguas abajo de la bocatoma de la Central Remanso. Los datos disponibles están constituidos por muestreos de concentraciones diarias entre May/93 y Dic/06 y muestreos integrados mensuales entre Jul/93 y Dic/12. Como la Central Pangue entró en operación en Nov/96 y la Central Ralco en Ago/04, se ha estimado razonable utilizar los datos que incluyen este período para considerar exclusivamente la influencia del Embalse Pangue y posteriormente agregar la influencia de los embalses Angostura y Ralco en los aportes de sedimentos que llegarían a la bocatoma de la Central Remanso. La estimación del gasto sólido en suspensión se ha efectuado por dos métodos:

13 13 Utilizando la estadística directa de gasto sólido en suspensión de Biobío en Rucalhue obtenida a partir de la muestra diaria de sedimentos Estableciendo una curva de descarga del sólido en suspensión sobre la base de las medidas sedimentométricas y una curva de duración del caudal medio diario de Biobío en Rucalhue El resultado obtenido por el segundo procedimiento se ha considerado más apropiado para obtener el aporte anual, razón por la cual se ha adoptado como definitivo. Para el cálculo del sedimento en suspensión que llega a la bocatoma de la Central Remanso se estimado considerar en primer término el aporte que llega al embalse Angostura y posteriormente, el material que pasa hacia aguas abajo. En lo que respecta al sedimento en suspensión que llega al Embalse Angostura, se ha supuesto que este material tiene dos componentes: la primera, correspondiente al aporte de la cuenca intermedia existente entre la presa Angostura y la presa Pangue y la segunda, expresada como un porcentaje del sedimento que pasa hacia aguas abajo en conjunto de los embalses Pangue y Ralco. El procedimiento utilizado para efectuar las estimaciones ha sido el siguiente: Determinación del aporte de la cuenca intermedia entre la presa Angostura y presa Pangue a partir de una tasa de sedimento natural de la cuenca del río Biobío y afluentes, determinada de la información disponible de estudios realizados anteriormente en diferentes puntos de la cuenca del río Biobío, la que no incluye la influencia del embalse Pangue. Determinación del material que pasaría hacia aguas abajo de la presa Pangue sobre la base de una diferencia entre el sedimento natural que llegaría a Biobío en Rucalhue y el material en suspensión determinado en este mismo punto por medio de las mediciones sedimentométricas del período Nov/96-Ago/04 y posteriormente aplicar un cierto porcentaje a esta cifra para considerar la influencia de ambos embalses en el futuro. Determinación del aporte de la cuenca intermedia entre la presa Angostura y presa Pangue a partir de la tasa de sedimento natural aplicada a la cuenca intermedia anterior. Determinación del material que pasaría hacia aguas abajo de la presa Angostura sobre la base del porcentaje calculado anteriormente. Las estimaciones efectuadas para el sedimento en suspensión conducen a los siguientes resultados Embalse Pangue (condición calculada con datos de sedimentos del período Nov/96-Ago/04): Aporte natural de sedimento en suspensión: Material atrapado en el embalse Material que pasa bajo la presa: Ton/año Ton/año Ton/año

14 14 Embalses Pangue y Ralco: Aporte natural de sedimento en suspensión hasta presa Pangue: Ton/año Material atrapado en ambos embalses: Ton/año Material que pasa bajo ambas presas: Ton/año Embalse Angostura Material que pasa bajo presa Pangue y Ralco: Aporte natural de la cuenca intermedia: Total Sedimento en suspensión: Ton/año Ton/año Ton/año Bocatoma Central Remanso Material que pasa bajo presa Angostura: Aporte natural de la cuenca intermedia: Total Sedimento en suspensión: Ton/año Ton/año Ton/año Francisco Verni M. Ingeniero Civil Santiago, 3 de Junio de