Estudio de Hidrología

Transcripción

1 Consultoría para la realización del Estudio de Factibilidad y Estudio de Impacto Ambiental de la Central Hidroeléctrica Changuinola II Estudio de Hidrología DOCUMENTO: CH02-SK R1 Ciudad del Saber, Calle Vicente Bonilla Edificio 116, Clayton, Ancón Panamá, República de Panamá Tel.: (507) al 95; Fax: (507) mdelarosa@louisberger.com aguayambiente@lblac.com

2 INFORME DE HIDROLOGÍA FEBRERO DE 2013 CÓDIGO: CH02-SK R1 CONTRATO DE CONSULTORÍA PARA EL ESTUDIO DE FACTIBILIDAD Y ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL DE LA CENTRAL HIDROELETRICA CHANGUINOLA II. CLIENTE: EGESA S.A. ELABORADO POR: THE LOUIS BERGER GROUP INC. PANAMA, 18 DE FEBRERO DE 2013

3 INDICE 1. INTRODUCCIÓN INFORMACIÓN DE BASE Cuenca del Río Changuinola Fuentes de Información Registros Río Changuinola Río Culubre REGIMEN HIDROLOGICO EN EL SITIO DE PRESA Enfoque Conceptual Caudales Característicos Anuales y Mensuales Caudales Medios Diarios Máximos, Medios y Mínimos Anuales Caudales Medios Diarios Máximos, Medios y Mínimos Mensuales REGIMEN DE CRECIDAS EN EL SITIO DE LA PRESA Información de Base Enfoque Conceptual 26 Informe de Hidrología Pág. 2

4 4.3 Análisis de las Crecidas en los ríos Changuinola y Culubre Río Changuinola en Peña Blanca Río Culubre en Ante Changuinola Comportamiento de las Crecidas en los Ríos Changuinola y Culubre Crecidas en el Sitio del Proyecto Caudal para Desvío del Río Caudal de Crecida 44 5 ANEXO I Hidrogramas Anuales Ríos Changuinola y Culubre...45 Informe de Hidrología Pág. 3

5 INDICE DE FIGURAS Figura 1 - Cuencas Hidrográficas de Panamá... 9 Figura 2 Cuenca del Río Changuinola) Figura 3 Subcuencas del Area del Proyecto) Figura 4 - Caudales Medios Diarios por Año. Valores Máximos, Medios y Mínimos Figura 5 Curva de Permanencia de Caudales Figura 6 - Caudales Medios Diarios por Mes. Valores Máximos, Medios y Mínimos Figura 7 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Enero Figura 8 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Febrero Figura 9 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Marzo Figura 10 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Abril Figura 11 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Mayo Figura 12 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Junio Figura 13 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Julio Figura 14 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Agosto Figura 15 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Septiembre Informe de Hidrología Pág. 4

6 Figura 16 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Octubre Figura 17 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Noviembre Figura 18 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Diciembre Figura 19 - Análisis de Valores Extremos. Crecidas en Peña Blanca Figura 20 - Análisis de Valores Extremos. Crecidas en río Culubre ante Changuinola Figura 21 - Comparación de los Caudales Medios Diarios. Año Figura 22 - Análisis de Valores Extremos. Crecidas en el Sitio del Proyecto Figura 23 Hidrogramas Año Figura 24 Hidrogramas Año Figura 25 Hidrogramas Año Figura 26 Hidrogramas año Figura 27 Hidrogramas Año Figura 28 Hidrogramas Año Figura 29 Hidrogramas Año Figura 30 Hidrogramas año Figura 31 Hidrogramas año Informe de Hidrología Pág. 5

7 Figura 32 Hidrogramas Año Figura 33 Hidrogramas Año Figura 34 Hidrogramas Año Figura 35 Hidrogramas año Figura 36 Hidrogramas Año Figura 37 Hidrogramas Año Figura 38 Hidrogramas Año Figura 39 Hidrogramas Año Informe de Hidrología Pág. 6

8 INDICE DE TABLAS Tabla 1 - Datos de la Estación Peña Blanca Tabla 2 - Datos de la Estación Culubre Ante Changuinola Tabla 3 - Permanencia de Caudales Medios Diarios. Río Changuinola en el Sitio del Proyecto Tabla 4 - Permanencia de Caudales Medios Diarios Mensuales. Río Changuinola en el Sitio del Proyecto Tabla 5 - Permanencia de Caudales Medios Diarios Mensuales. Río Changuinola Tabla 6 - Permanencia de Caudales Medios Diarios Mensuales. Río Culubre ante Changuinola Tabla 7 - Máximos Caudales Instantáneos y Mes de Ocurrencia Tabla 8 - Máximos Caudales Instantáneos y Mes de Ocurrencia Tabla 9 - Máximos Caudales Instantáneos en el Sitio del Proyecto Tabla 10 - Permanencia de Caudales Medios Diarios Mensuales. Sitio del Proyecto Tabla 11 - Permanencia de Caudales Medios Diarios Mensuales. Sitio del Proyecto Informe de Hidrología Pág. 7

9 1. INTRODUCCIÓN En el presente Informe se describe el análisis de los distintos elementos asociados al comportamiento hidrológico de los principales cursos de agua directamente vinculados al aprovechamiento Chan II. El principal objetivo del informe es presentar los resultados de la evaluación hidrológica del río Changuinola en la zona del emplazamiento del proyecto, de manera tal de brindar los elementos necesarios para la definición los parámetros de diseño del vertedero, desvío y capacidad de generación para ser utilizados en el estudio de las obras que se desarrolla para el Estudio de Factibilidad Técnica del mencionado aprovechamiento. 2. INFORMACIÓN DE BASE 2.1 CUENCA DEL RÍO CHANGUINOLA El sitio del proyecto se ubica en la Provincia Bocas del Toro, de la República de Panamá, sobre el río Changuinola, aguas arriba de su confluencia con el río Culubre, principal afluente del anterior en la zona del proyecto. De acuerdo a la Empresa de Transmisión Eléctrica S. A. (ETESA) de Panamá, que opera la red hidrometeorológica, luego de la ejecución del Proyecto Hidrometeorológico Centroamericano (PHCA, ), se acordó unificar criterios para el trazado y numeración de las cuencas hidrográficas principales en todos los países del istmo centroamericano (Costa Rica, El Salvador, Guatemala, Honduras, Nicaragua y Panamá). Como resultado del PHCA, el territorio continental e insular de la república de Panamá, con un área de km 2, se ha dividido en 52 cuencas hidrográficas. La cuenca del río Changuinola pertenece a la vertiente del Océano Atlántico y se identifica con el número 91. Como se observa en la Figura 1, dicha cuenca se ubica al NO de Panamá; tiene una superficie total de km 2 y un cauce de 110 km de longitud, perteneciendo a la cuenca del Océano Atlántico. Ambas estaciones son operadas por ETESA quien ha suministrado la información de referencia. Informe de Hidrología Pág. 8

10 FIGURA 1 - CUENCAS HIDROGRÁFICAS DE PANAMÁ 2.2 FUENTES DE INFORMACIÓN El patrón de drenaje del área de interés posee dos cursos principales, el río Changuinola, sobre el cual se encuentra prevista la obra, y el río Culubre, cuya confluencia con el anterior se encuentra inmediatamente aguas abajo del emplazamiento seleccionado. Sobre el río Changuinola, se ubica la Estación Peña Blanca, ubicada aproximadamente 3,5 km aguas abajo del sitio seleccionado. Esta estación comenzó a registrar en el año 1974 y continuó activa hasta el llenado del embalse Chan I. La Tabla 1 presenta los datos básicos de dicha Estación. Informe de Hidrología Pág. 9

11 TABLA 1 - DATOS DE LA ESTACIÓN PEÑA BLANCA Latitud: 09 09' 12'' NORTE Número ETESA: Longitud: 82 30' 13'' OESTE Provincia: Bocas del Toro Elevación: 140 msnm Área de Drenaje: 1,390 Km 2 Información desde: Julio,1974 Tipo de Estación: Limnigráfica Fuente: EMPRESA DE TRASMISIÓN ELÉCTRICA, S.A. Sobre el río Culubre, aguas arriba de la confluencia con el Changuinola, se ubicaba la Estación Ante Changuinola. Esta estación registró desde al año 1979 hasta el año 2009 (parcial), cuando fue destruida por una crecida. La Tabla 2 presenta los datos básicos de dicha Estación. TABLA 2 - DATOS DE LA ESTACIÓN CULUBRE ANTE CHANGUINOLA Latitud: 09 07' 27'' NORTE Número ETESA: Longitud: 82 30' 59'' OESTE Provincia: Bocas del Toro Elevación: 240 msnm Área de Drenaje: 523 Km² Información desde: Diciembre,1978 Tipo de Estación: Limnigráfica Fuente: EMPRESA DE TRASMISIÓN ELÉCTRICA, S.A. La Figura 2 presenta el mapa de la cuenca hidrográfica del río Changuinola, con sus principales cauces. La Figura 3 muestra las subcuencas en el área del proyecto. Informe de Hidrología Pág. 10

12 FIGURA 2 CUENCA DEL RÍO CHANGUINOLA) Informe de Hidrología Pág. 11

13 FIGURA 3 SUBCUENCAS DEL AREA DEL PROYECTO) La subcuenca identificada como Nº1 corresponde al río Culubre. De la cartografía, se obtiene que alcanzaría una superficie aproximada de 562 km 2, con una cota máxima cercana a los m en la divisoria de aguas, y un cauce de una longitud de 49,5 km. La subcuenca Nº4 corresponde al tramo superior del río Changuinola, aguas arriba del río Culubre, Este cauce tiene una longitud de 52 km aproximadamente, y la cota máxima cercana a los m en la divisoria de aguas. La superficie de esta subcuenca es de aproximadamente 354 km 2. Informe de Hidrología Pág. 12

14 La subcuenca Nº3 corresponde al río Changuinola Sur, hasta su unión con el río Changuinola (Cuenca Nº4). La superficie de esta subcuenca es de aproximadamente 342 km 2 y la cota máxima se ubica a unos m en la divisoria de cuencas. La Subcuenca Nº2 corresponde al río Changuinola entre la unión con el río Changuinola Sur y Peña Blanca, con una superficie de aproximadamente 117 km 2. La longitud del río en este tramo es de unos 16 km. 2.3 REGISTROS RÍO CHANGUINOLA La Estación Peña Blanca comenzó a registrar el 1 de Julio de 1974, y cuenta con registro de caudales medios diarios para el período 1/07/ /12/2010. De acuerdo a la información recibida de ETESA, hay varios períodos en que los datos diarios han sido estimados o correlacionados. También, hay varios años incompletos, con períodos faltantes: 2000, 2004, 2005 y Ocasionalmente se ha detectado algún faltante puntual o dato erróneo que fue corregido interpolando entre el caudal medio diario de los días anterior y posterior. También se obtuvo la serie de caudales máximos instantáneos, un valor por mes, entre julio de 1974 y diciembre de Esta serie está completa, incluyendo algunos pocos datos estimados o correlacionados, de acuerdo a lo declarado por ETESA. Se cuenta adicionalmente con la serie de caudales mínimos mensuales para el mismo período. Esta estación quedó dentro del área de embalse de Chan I y por lo tanto ha dejado de funcionar al quedar inundada por el lago correspondiente a este cierre RÍO CULUBRE La Estación Culubre Ante Changuinola comenzó a registrar el 1 de enero de 1979, y cuenta con registro de caudales medios diarios para el período 1/01/ /05/2009, dado que en Junio de ese último año fue destruida por una crecida. De acuerdo a la información recibida de ETESA, hay varios períodos en que los datos diarios han sido estimados o correlacionados. También, hay varios años incompletos, con períodos faltantes: 1996, 1998, 1999, 2000 (falta todo el año), 2001, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 y Ocasionalmente se ha detectado algún faltante puntual o dato erróneo que fue corregido interpolando entre el caudal medio diario de los días anterior y posterior. Se han detectado muchos valores que parecen Informe de Hidrología Pág. 13

15 inconsistentes con los registros de los días siguientes y/o anteriores, que podrían indicar un error en la carga del valor a la planilla de datos. Sin embargo, dado que esa es la visión particular del consultor y no hay evidencia que permita sustentarla, se ha decidido no corregir la información recibida y trabajar con la serie oficial de datos. También se obtuvo la serie de caudales máximos instantáneos, un valor por mes, entre enero de 1979 y mayo de Esta serie está completa, incluyendo algunos pocos datos estimados o correlacionados, de acuerdo a lo declarado por ETESA. Se cuenta adicionalmente con la serie de caudales mínimos mensuales para el mismo período. 3 REGIMEN HIDROLOGICO EN EL SITIO DE PRESA 3.1 ENFOQUE CONCEPTUAL Dado que se cuenta con un registro de caudales en una estación ubicada sobre el mismo río del proyecto, ubicada aguas abajo y cercana, se podría realizar una transposición del registro basada en la semejanza de las cuencas hidrográficas y tomando como referencia la relación de áreas. Sin embargo, teniendo en cuenta que el río Culubre se une al río Changuinola inmediatamente aguas abajo del sitio de interés, y se cuenta con un registro de caudales del mismo, se considera más apropiado obtener la serie hidrológica en el sitio de Chan 2 mediante la resta de los registros disponibles. Es decir, a los caudales del río Changuinola en Peña Blanca, se le restarán los aportes del río Culubre. Esto es válido dado que no hay otros aportes significativos no aforados en el tramo entre la confluencia y Peña Blanca. Con esta metodología, se obtuvo un nuevo registro de caudales medios diarios en el sitio de interés, que abarca desde enero de 1979 hasta diciembre de 2008, respetando los períodos faltantes en una u otra estación. A esta serie hidrológica generada, se le realizaron los análisis estadísticos habituales, para describir el régimen hidrológico del río en el área del proyecto. 3.2 CAUDALES CARACTERÍSTICOS ANUALES Y MENSUALES A partir de la serie de caudales medios diarios que se obtuvo con la metodología arriba explicada, se determinaron las series de caudales medios, máximos y mínimos para cada año, así como también las series de caudales mensuales. A continuación se presentan los gráficos con los resultados obtenidos. Informe de Hidrología Pág. 14

16 3.2.1 CAUDALES MEDIOS DIARIOS MÁXIMOS, MEDIOS Y MÍNIMOS ANUALES La Figura 4 presenta la serie de caudales medios diarios máximos, medios y mínimos por cada año de la serie hidrológica en el sitio del proyecto. Se puede apreciar que el año 2008 constituye un caso excepcional con un valor máximo muy elevado en comparación con el resto de la serie. Sólo en cuatro de los 29 años de la serie, los caudales medios diarios superan los m 3 /s, y únicamente en el año 2008 se superan los m 3 /s. Existe una gran variación entre los caudales medios diarios máximos y los medios, lo que indica que las crecidas del río son de algunos días de magnitud y no de unas pocas horas SERIE DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS Río Changuinola - Sitio del Proyecto Medio Máximo Mínimo Q (m3/seg) Año FIGURA 4 - CAUDALES MEDIOS DIARIOS POR AÑO. VALORES MÁXIMOS, MEDIOS Y MÍNIMOS El caudal medio de la serie es de 103 m 3 /s. Con la serie completa de caudales medios diarios se construyó la curva de permanencia de caudales, indicando el porcentaje de tiempo que cada caudal es superado en el registro analizado. Esa curva se presenta en la Figura 5. Informe de Hidrología Pág. 15

17 Caudal (m3/s) Permanencia o Probabilidad de Excedencia (%) FIGURA 5 CURVA DE PERMANENCIA DE CAUDALES La Tabla 3 muestra los valores más representativos. TABLA 3 - PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS. RÍO CHANGUINOLA EN EL SITIO DEL PROYECTO Permanencia (%) Caudal (m 3 /s) Informe de Hidrología Pág. 16

18 Permanencia (%) Caudal (m 3 /s) Los caudales que surgen de la tabla mencionada, serán utilizados para el establecimiento de la potencia mínima garantizada, correspondiendo al valor que tiene una permanencia del 95 %, es decir es de unos 33 m 3 /s CAUDALES MEDIOS DIARIOS MÁXIMOS, MEDIOS Y MÍNIMOS MENSUALES La Figura 6 presenta la serie de caudales medios diarios máximos, medios y mínimos analizados por cada mes de la serie hidrológica en el sitio del proyecto. Dada la diferencia entre el valor máximo y los valores mínimos y medios debida al año 2008, se realizó la figura con dos ejes de ordenadas; los caudales máximos se leen en el eje de la derecha, mientras que los restantes se leen en el eje de la izquierda. Informe de Hidrología Pág. 17

19 Q medios y mínimos (m3/seg) QMáximo QMínimo QMedio CAUDALES MEDIOS DIARIOS ( ) RIO Changuinola - Sitio del Proyecto Qmaximo (m3/s) 0 0 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Mes FIGURA 6 - CAUDALES MEDIOS DIARIOS POR MES. VALORES MÁXIMOS, MEDIOS Y MÍNIMOS En la Figura 6 se aprecia que el período de aguas bajas va de Febrero a Abril, siendo Enero un mes de transición. Entre Mayo y Octubre el río se mantiene en valores medios, mientras que Noviembre y especialmente Diciembre, son los meses de mayor escurrimiento. Sin embargo, los mayores caudales mínimos se presentan entre Julio y Septiembre, período que asegura mayor disponibilidad de aguas. También se generaron las curvas de permanencia mensuales, indicando la probabilidad de excedencia o superación de los caudales en cada mes del año. La tabla siguiente resume los caudales correspondientes al 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 90% y 95% para cada mes del año. Informe de Hidrología Pág. 18

20 TABLA 4 - PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS MENSUALES. RÍO CHANGUINOLA EN EL SITIO DEL PROYECTO Probabilidad de Excedencia Mes 95% 90% 75% 50% 25% 10% 5% Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Informe de Hidrología Pág. 19

21 Se puede apreciar que el mes de Diciembre es el que presenta más frecuentemente las crecidas, aunque su caudal del 50% del tiempo no es el mayor del año, valor que corresponde al mes de Septiembre. Sin embargo, Septiembre casi no presenta caudales medios diarios altos, superiores a 300 m 3 /s. Los mayores caudales medios diarios corresponden al mes de Noviembre, seguidos por Agosto y Diciembre. El mes más seco claramente corresponde a Marzo, y el período más seco es de Febrero a Abril inclusive. Para facilitar la visualización del régimen hidrológico del río, a continuación se presentan las curvas para todos los meses, de Enero a Diciembre Figura 7 a Figura 18. Esta información será de interés al analizar la mejor época para el desvío del río y para distintos procesos iniciales de la etapa constructiva. FIGURA 7 - CURVA DE PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS. ENERO Informe de Hidrología Pág. 20

22 FIGURA 8 - CURVA DE PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS. FEBRERO FIGURA 9 - CURVA DE PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS. MARZO Informe de Hidrología Pág. 21

23 FIGURA 10 - CURVA DE PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS. ABRIL FIGURA 11 - CURVA DE PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS. MAYO Informe de Hidrología Pág. 22

24 FIGURA 12 - CURVA DE PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS. JUNIO FIGURA 13 - CURVA DE PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS. JULIO Informe de Hidrología Pág. 23

25 Figura 14 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Agosto Figura 15 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Septiembre Informe de Hidrología Pág. 24

26 Figura 16 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Octubre Figura 17 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Noviembre Informe de Hidrología Pág. 25

27 Figura 18 - Curva de Permanencia de Caudales Medios Diarios. Diciembre 4 REGIMEN DE CRECIDAS EN EL SITIO DE LA PRESA 4.1 INFORMACIÓN DE BASE Dado que tanto Peña Blanca como Culubre ante Changuinola son estaciones limingráficas, se cuenta con información correspondiente a los caudales máximos instantáneos. Como se indicara en la Sección 2.3, se cuenta con una serie de valores mensuales de caudales máximos instantáneos para cada estación, durante el período y respectivamente. 4.2 ENFOQUE CONCEPTUAL En principio, se podría aplicar la misma metodología utilizada para el análisis de los caudales diarios medios; es decir, sustraer los aportes del río Culubre de los caudales registrados en Peña Blanca, para así obtener los caudales en el sitio del proyecto. El problema está en determinar la simultaneidad o no de la aparición de los caudales máximos; afortunadamente y dado que ambas estaciones están muy cercanas, no hace falta considerar el tiempo de tránsito entre ambos puntos de medición, lo que facilita el análisis. Informe de Hidrología Pág. 26

28 Para determinar la simultaneidad o no de las crecidas, primero se analizaron las series de caudales medios máximos en los días de aguas altas y se compararon entre sí para determinar el criterio para realizar la sustracción de los caudales. Luego de obtenida la serie representativa para el sitio del proyecto, se realizó un análisis de valores extremos, ajustando varias distribuciones de probabilidad, para determinar los caudales para distintos períodos de retorno. 4.3 ANÁLISIS DE LAS CRECIDAS EN LOS RÍOS CHANGUINOLA Y CULUBRE RÍO CHANGUINOLA EN PEÑA BLANCA Se analizó estadísticamente la serie de datos recibida utilizando planillas de cálculo desarrolladas al efecto y el software Hidroesta 1. Se descartó el año 1974 que estaba incompleto y se tomó el máximo valor de caudal para cada año, conformando una serie de 36 datos. Se ajustaron distribuciones estadísticas típicas para el análisis de valores extremos: Gumbel, Log-Normal de 2 parámetros, Log-Pearson III, Normal y Log-Normal de 3 parámetros. La Tabla 5 presenta los resultados, que se visualizan en la Figura 19. Estos resultados corresponden al Río Changuinola en Peña Blanca. La tabla incluye también el error medio cuadrático y la verificación del test de Kolmogorov-Smirnov. Se señala que la función Log-Pearson III, a pesar de incluirse los resultados, no converge, por lo que dicho ajuste ha sido descartado. TABLA 5 - PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS MENSUALES. RÍO CHANGUINOLA Tr Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Normal Log Normal 3p Años Qmax Qmax Qmax Qmax Qmax Software desarrollado por la Escuela de Ingeniería Agrícola del Instituto Tecnológico de Costa Rica. Informe de Hidrología Pág. 27

29 Tr Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Normal Log Normal 3p Años Qmax Qmax Qmax Qmax Qmax Observaciones No Converge Criterio K-S Cumple Cumple Cumple Cumple Error Cuadrático Medio Los distintos resultados obtenidos se grafican en la Figura 19. Informe de Hidrología Pág. 28

30 Curvas de recurrencia serie de caudales máximos Río Changuinola - Peña Blanca ( ) Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Qmax observados Normal Log Normal 3p Q (m 3 /seg) Tr (Años) Figura 19 - Análisis de Valores Extremos. Crecidas en Peña Blanca. Si bien la serie es de 36 años y suficientemente larga para realizar un análisis estadístico confiable, el gráfico permitiría concluir que hay dos valores que caen fuera de su verdadero período de retorno, especialmente el mayor, correspondiente a la crecida del año Dado que sólo hay 36 años de datos, a esta crecida le corresponde un período de retorno de 37 años, pero la magnitud del evento permite suponer que se trata de un evento de menor frecuencia. Respecto a este tema, se pueden señalar varios aspectos. En primer lugar, los valores del registro, han sido incluidos en el gráfico y en el análisis utilizando la fórmula de Weibull para determinar su posición de graficación (período de retorno). La distribución Normal muestra un apartamiento notable de la serie de datos, en relación con las otras distribuciones. Esto se ve reflejado en el error medio cuadrático que es muy superior al de las demás Informe de Hidrología Pág. 29

31 distribuciones. Las restantes distribuciones presentan ajustes similares en el rango de datos; de acuerdo al error medio cuadrático, el mejor ajuste correspondería a la distribución Log-Normal de 2 parámetros. Sin embargo, se prefiere el uso del criterio profesional y la visualización gráfica, para complementar los resultados de los test estadísticos. Se considera que ambas distribuciones Log-Normal presentan resultados comparables, por lo que el valor de las crecidas para el sitio del proyecto, se tomará como un promedio entre ambas RÍO CULUBRE EN ANTE CHANGUINOLA Se analizó estadísticamente la serie de datos recibida utilizando planillas de cálculo desarrolladas al efecto y el software Hidroesta 2. Se descartó el año 2009 que estaba incompleto y se tomó el máximo valor de caudal para cada año, conformando una serie de 27 datos (1979 a 2008, exceptuando 1988, 1991 y 1992). Se ajustaron distribuciones estadísticas típicas para el análisis de valores extremos: Gumbel, Log-Normal de 2 parámetros, Log-Pearson III, Normal y Log-Normal de 3 parámetros. Como las distribuciones Log-Pearson III y Log-Normal de 3 parámetros no convergían, se utilizó también la distribución Gamma de 3 parámetros. La Tabla 6 presenta los resultados obtenidos, que se visualizan en la Figura 20. La Tabla 6 incluye también el error medio cuadrático y la verificación del test de Kolmogorov-Smirnov. Se señala que la función Log-Pearson III, a pesar de incluirse los resultados, no converge, por lo que dicho ajuste ha sido descartado. TABLA 6 - PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS MENSUALES. RÍO CULUBRE ANTE CHANGUINOLA Tr Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Normal Gamma 3p Años Qmax Qmax Qmax Qmax Qmax Software desarrollado por la Escuela de Ingeniería Agrícola del Instituto Tecnológico de Costa Rica. Informe de Hidrología Pág. 30

32 Tr Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Normal Gamma 3p Años Qmax Qmax Qmax Qmax Qmax Observaciones No Converge Criterio K-S Cumple Cumple Cumple Cumple Error Cuadrático Medio Los distintos resultados obtenidos se grafican en la Figura 20. Informe de Hidrología Pág. 31

33 Río Culubre - Ante Changuinola ( ) Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Qmax observados Gamma 3p Normal Q (m 3 /seg) Tr (Años) Figura 20 - Análisis de Valores Extremos. Crecidas en río Culubre ante Changuinola. Si bien la serie es de 27 años y suficientemente larga para realizar un análisis estadístico, el gráfico permitiría concluir que probablemente, el valor extremo (crecida de 1984), esté fuera de su período de retorno y se le haya asignado uno menor. Dado que sólo hay 27 años de datos, a esta crecida le corresponde un período de retorno de 28 años, pero la magnitud del evento permite suponer que se trata de un evento de menor frecuencia. Respecto a este tema, se pueden señalar varios aspectos. En primer lugar, los valores del registro, han sido incluidos en el gráfico y en el análisis utilizando la fórmula de Weibull para determinar su posición de graficación (período de retorno). En segundo lugar, la distribución Normal muestra un apartamiento notable de la serie de datos, en relación con las otras distribuciones, como en el caso del análisis del río Changuinola. Esto se ve reflejado en el error medio cuadrático que es muy superior al de las demás distribuciones. Las restantes distribuciones presentan Informe de Hidrología Pág. 32

34 ajustes similares en el rango de datos; de acuerdo al error medio cuadrático, el mejor ajuste correspondería a la distribución Gamma de 3 parámetros. Sin embargo, se prefiere el uso del criterio profesional y la visualización gráfica, para complementar los resultados de los test estadísticos. Se considera que las tres distribuciones (Gumbel, Log-Normal de 2 parámetros y Gamma de 3 parámetros) presentan resultados comparables, por lo que el valor de las crecidas para el sitio del proyecto, se tomará como un promedio entre las tres. 4.4 COMPORTAMIENTO DE LAS CRECIDAS EN LOS RÍOS CHANGUINOLA Y CULUBRE Se analizó el comportamiento de las crecidas entre los años 1979 y 1995, que son los años más completos de las serie de caudales medios diarios en ambas estaciones. En primer lugar se puede observar que, si bien hay períodos de aguas altas y aguas bajas en el año hidrológico de ambos ríos, las crecidas duran unos pocos días, por lo que se concluyen que son de un régimen netamente pluvial. El Anexo 1 presenta la comparación de los caudales medios diarios en ambas estaciones, para los años 1979 a A modo ilustrativo, se incluye la Figura 21 correspondiente al año La Figura 21 permite apreciar que hay una buena correlación entre ambas series de caudales, lo cual resulta lógico en cauces de la misma cuenca. Se observa que los picos de crecidas se ubican en las mismas fechas, resultado esperable dado la cercanía de ambas estaciones de medición. Sin embargo, un análisis más detallado permite establecer que no necesariamente coinciden temporalmente las mayores crecidas anuales de cada cauce. Por ejemplo, el mayor pico en Peña Blanca sucedió en Febrero, mientras que el mayor pico del río Culubre, ocurrió en Octubre. No obstante, en Febrero hubo una crecida importante en el Culubre, apenas menor que la de Octubre. Informe de Hidrología Pág. 33

35 Figura 21 - Comparación de los Caudales Medios Diarios. Año 1981 Se analizaron las series de caudales máximos instantáneos y el mes del año en que se alcanzaban esos valores. La Tabla 7 presenta la comparación de los valores máximos y su mes de ocurrencia en ambas estaciones. Tabla 7 - Máximos Caudales Instantáneos y Mes de Ocurrencia Año Caudal Peña Blanca Mes Caudal Culubre Mes Cociente abr 263 abr 0, dic 350 dic 0, feb 287 oct 0, jun 213 jun 0, sep 338 nov 0,32 Informe de Hidrología Pág. 34

36 Año Caudal Peña Blanca Mes Caudal Culubre Mes Cociente ago 984 ago 0, may 239 dic 0, mar 376 oct 0, dic 246 ago 0, ene mar 223 sep 0, may 347 nov 0, ago abr dic 294 dic 0, nov 321 nov 0, may 429 jun 0, dic 429 nov 0, feb 265 sep 0, dic 715 dic 0, dic 297 dic 0, ene 525 ene 0, jul 676 jul 0, dic 806 ago 0, may 492,69 oct 0, may 520,56 jun 0, may 281,61 oct 0,24 Informe de Hidrología Pág. 35

37 Año Caudal Peña Blanca Mes Caudal Culubre Mes Cociente ene 534,28 ene 0, sep 401 may 0, nov 268 nov 0,06 Se puede apreciar que sólo en 13 oportunidades coincidirían las máximas crecidas, lo cual no puede ser afirmado a ciencia cierta porque no se tiene el hidrograma diario o el día en que se produjo cada pico. Sin embargo, el análisis de las series de caudales diarios permite suponer que habría simultaneidad en esas ocasiones. Con respecto a la proporcionalidad entre los caudales máximos del río Changuinola en Peña Blanca y las crecidas del río Culubre, se obtuvo que el cociente (caudal Culubre/caudal Changuinola) varía entre 0,06 y 0,41, con un valor medio de 0,24 y una mediana de 0,24. Se decidió entonces, comparar los caudales máximos instantáneos registrados cada año en Peña Blanca, con el caudal máximo del río Culubre en el mes de ocurrencia del pico en Peña Blanca. La comparación respectiva se presenta en la Tabla 8. Tabla 8 - Máximos Caudales Instantáneos y Mes de Ocurrencia. Año Caudal Peña Blanca Mes Caudal Culubre Mes Cociente abr 263 abr 0, dic 350 dic 0, feb 177 feb 0, jun 213 jun 0, sep 263 sep 0, ago 984 ago 0, may 170 may 0,17 Informe de Hidrología Pág. 36

38 Año Caudal Peña Blanca Mes Caudal Culubre Mes Cociente mar 104 mar 0, dic 241 dic 0, ene mar 34,7 mar 0, may 215 may 0, ago abr dic 294 dic 0, nov 321 nov 0, may 309 may 0, dic 418 dic 0, feb 205 feb 0, dic 715 dic 0, dic 297 dic 0, ene 525 ene 0, jul 676 jul 0, dic 392 dic 0, may 429 may 0, may 376 may 0, may 170,7 may 0, ene 534,28 ene 0,21 Informe de Hidrología Pág. 37

39 Año Caudal Peña Blanca Mes Caudal Culubre Mes Cociente sep 166 sep 0, nov 268 nov 0,06 Con esta nueva comparación, con respecto a la proporcionalidad entre los caudales máximos del río Changuinola en Peña Blanca y las crecidas del río Culubre, se obtuvo que el cociente (caudal Culubre/caudal Changuinola) varía entre 0,03 y 0,41, con un valor medio de 0,19 y una mediana de 0,19. El valor de 0,41 corresponde a la máxima crecida del río Culubre de 984 m 3 /s, valor que excede en mucho a las crecidas más frecuentes, correspondiendo a una crecida excepcional. El valor de 0,03 corresponde al año 1989, donde aparentemente en Marzo, no hubo una crecida del río Culubre que coincidiera con la del río Changuinola. En base a este análisis, se decidió que la serie representativa del sitio del proyecto, sería la resta del caudal máximo instantáneo en Peña Blanca, y el caudal máximo instantáneo del río Culubre en el mismo mes que el caudal anterior. Así quedó conformada la siguiente serie (Tabla 9). Tabla 9 - Máximos Caudales Instantáneos en el Sitio del Proyecto. Año Caudal (m 3 /s) Informe de Hidrología Pág. 38

40 Año Caudal (m 3 /s) Informe de Hidrología Pág. 39

41 4.5 CRECIDAS EN EL SITIO DEL PROYECTO Se analizó estadísticamente la serie de datos disponible utilizando planillas de cálculo desarrolladas al efecto y el software Hidroesta 3. Se descartó el año 2009 que estaba incompleto y se tomó el máximo valor de caudal para cada año, conformando una serie de 27 datos (1979 a 2008, exceptuando 1988, 1991 y 1992). Se ajustaron distribuciones estadísticas típicas para el análisis de valores extremos: Gumbel, Log-Normal de 2 parámetros, Log-Pearson III, Normal y Log-Normal de 3 parámetros. Como las distribuciones Log-Pearson III y Log-Normal de 3 parámetros no convergían, se utilizó también la distribución Gamma de 3 parámetros. La Tabla 10 presenta los resultados, que se visualizan en la Figura 22. La tabla incluye también el error medio cuadrático y la verificación del test de Kolmogorov-Smirnov. Se señala que la función Log-Pearson III, a pesar de incluirse los resultados, no converge, por lo que dicho ajuste ha sido descartado. TABLA 10 - PERMANENCIA DE CAUDALES MEDIOS DIARIOS MENSUALES. SITIO DEL PROYECTO Tr Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Normal Gamma 3p Años Qmax Qmax Qmax Qmax Qmax Software desarrollado por la Escuela de Ingeniería Agrícola del Instituto Tecnológico de Costa Rica. Informe de Hidrología Pág. 40

42 Tr Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Normal Gamma 3p Años Qmax Qmax Qmax Qmax Qmax Observaciones No Converge Criterio K-S Cumple Cumple Cumple Cumple Error Cuadrático Medio Informe de Hidrología Pág. 41

43 12000 Curvas de Recurrencia de Caudales Máximos Río Changuinola - Sitio del Proyecto ( ) Gumbel Log-Normal 2p Log-Pearson III Qmax observados Normal Log Normal 3p Q (m 3 /seg) Tr (Años) Figura 22 - Análisis de Valores Extremos. Crecidas en el Sitio del Proyecto. Si bien la serie es de 27 años y suficientemente larga para realizar un análisis estadístico, el gráfico permite concluir que el valor extremo (crecida de 1984), está fuera de su período de retorno y se le ha asignado uno menor. Dado que sólo hay 27 años de datos, a esta crecida le corresponde un período de retorno de 28 años, pero la magnitud del evento permite suponer que se trata de un evento de menor frecuencia. Respecto a este tema, se pueden señalar varios aspectos. En primer lugar, los valores del registro, han sido incluidos en el gráfico y en el análisis utilizando la fórmula de Weibull para determinar su posición de graficación (período de retorno). En segundo lugar, la distribución Normal muestra un apartamiento notable de la serie de datos, en relación con las otras distribuciones, como en el caso del análisis del río Changuinola en Peña Blanca. Esto se ve reflejado en el error medio cuadrático que es muy superior al de las demás distribuciones. Las restantes distribuciones presentan ajustes similares en el rango de datos; de acuerdo al error medio cuadrático, el mejor ajuste correspondería a la distribución Gumbel, seguida muy de cerca por la Log Normal de 3 parámetros. Sin Informe de Hidrología Pág. 42

44 embargo, se prefiere el uso del criterio profesional y la visualización gráfica, para complementar los resultados de los test estadísticos. Se considera que dos distribuciones (Gumbel y Log-Normal de 3 parámetros) presentan resultados comparables; la Log-Normal de 2 parámetros es muy cercana a la distribución Gumbel pero presenta un error cuadrático ligeramente más elevado. Por este motivo, para determinar el valor de las crecidas para el sitio del proyecto, se tomará un promedio entre las dos distribuciones de mejor ajuste. Los resultados se presentan en la Tabla 11. Tabla 11 - Permanencia de Caudales Medios Diarios Mensuales. Sitio del Proyecto Tr Caudal en el Sitio del Proyecto Años m 3 /s Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, su aplicación en el diseño responderá a los siguientes criterios. Informe de Hidrología Pág. 43

45 4.6 CAUDAL PARA DESVÍO DEL RÍO De acuerdo a lo establecido en el Formulario E-150 el caudal adoptado para el desvío del río, corresponde a una recurrencia de 100 años, con lo cual el valor calculado es de m 3 /s. En el Formulario E-150 se había establecido un caudal de m 3 /s, el cual resulta del mismo orden que el calculado en el punto precedente. No obstante se considera que el tiempo de recurrencia establecido en el Formulario E-150 podría ser reconsiderado atendiendo a algunos aspectos particulares de las obras a ejecutar, dentro de las cuales podemos citar: a) Período de exposición de las obras de construcción. Es usual que a menores plazos de construcción puedan ser adoptadas recurrencias menores. b) Características de las obras a ejecutar y consecuencias de eventuales sobrepasos del caudal de desvío. Existen determinados tipos de obras que pueden soportar una crecida mayor a las previstas, incluso que superen las ataguías, atendiendo a la minimización de los daños emergentes. Por ejemplo, las presas de hormigón, una vez superada determinada altura pueden recibir caudales mayores a los previstos, atendiendo a que no se generan daños de importancia en esta eventualidad; es usual en este tipo de presas adoptar recurrencias del orden de 50 años o aún menores. En una presa de materiales sueltos la situación es diferente ya que cualquier sobrepaso de ataguías puede inducir daños en el cuerpo de la presa. 3.5 CAUDAL DE CRECIDA El caudal de crecida ingresante al embalse ha sido establecido por el Formulario E-150 para una recurrencia de años. El calculado en la tabla precedente es de m 3 /s, en tanto que el establecido en el Formulario E-150 era de m 3 /s. Se aprecia que el recomendado es levemente superior. Debe ser considerado que este caudal corresponde al pico de la crecida que se estima ingresará al embalse, dependiendo el caudal de diseño del vertedero, de la atenuación de dicho pico que produciría la regulación del embalse. Informe de Hidrología Pág. 44

46 5 ANEXO I HIDROGRAMAS ANUALES RÍOS CHANGUINOLA Y CULUBRE Caudal (m3/s) Días Peña Blanca Culubre FIGURA 23 HIDROGRAMAS AÑO 1979 Informe de Hidrología Pág. 45

47 1980 Caudal (m3/s) Días Peña Blanca Culubre FIGURA 24 HIDROGRAMAS AÑO 1980 Caudal (m3/s) Días Peña Blanca Culubre FIGURA 25 HIDROGRAMAS AÑO 1981 Informe de Hidrología Pág. 46

48 Peña Blanca Culubre 1982 Caudal (m3/s) Días FIGURA 26 HIDROGRAMAS AÑO Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días Informe de Hidrología Pág. 47

49 FIGURA 27 HIDROGRAMAS AÑO 1983 Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días FIGURA 28 HIDROGRAMAS AÑO Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días Informe de Hidrología Pág. 48

50 FIGURA 29 HIDROGRAMAS AÑO Caudal (m3/s) Días Peña Blanca Culubre FIGURA 30 HIDROGRAMAS AÑO Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días Informe de Hidrología Pág. 49

51 FIGURA 31 HIDROGRAMAS AÑO Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días FIGURA 32 HIDROGRAMAS AÑO 1988 Informe de Hidrología Pág. 50

52 Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días FIGURA 33 HIDROGRAMAS AÑO Peña Blanca Culubre Caudal (m3/s) Días FIGURA 34 HIDROGRAMAS AÑO 1990 Informe de Hidrología Pág. 51

53 Caudal (m3/s) Días Peña Blanca Culubre FIGURA 35 HIDROGRAMAS AÑO Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días FIGURA 36 HIDROGRAMAS AÑO 1992 Informe de Hidrología Pág. 52

54 Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días FIGURA 37 HIDROGRAMAS AÑO Caudal (m3/s) Peña Blanca Culubre Días FIGURA 38 HIDROGRAMAS AÑO 1994 Informe de Hidrología Pág. 53

55 Peña Blanca Culubre Caudal (m3/s) Días FIGURA 39 HIDROGRAMAS AÑO 1995 Informe de Hidrología Pág. 54