Plan de Manejo Ambiental del Proyecto Línea de Transmisión Machupicchu Abancay Cotaruse a 220 kv

Transcripción

1 4.4.2 Hidrología El presente capítulo tiene como objetivo conocer la disponibilidad hídrica superficial de la zona de estudio que comprende el trazo de la línea de transmisión; asimismo, caracterizar la geomorfología de las cuencas que involucran dicho trazo (ver el Mapa de subcuencas hidrográficas CSL HI-01). A. Hidrología regional La Línea de Transmisión en 220 kv Machupicchu - Abancay - Cotaruse, regionalmente, de acuerdo a la clasificación de la Autoridad Nacional del Agua ANA, se encuentra en dos grandes cuencas: la intercuenca del Alto Apurímac y la cuenca del río Urubamba, ambas pertenecientes a la vertiente del Amazonas. El río Urubamba tiene una longitud aprox. de 862 km, y es el más importante tanto por el volumen de sus aguas como por la magnitud de su valle. Nace en los deshielos del nevado Cunurana a 5443 m.s.n.m. al noroeste del pueblo de Santa Rosa, y con el nombre de río Vilcanota atraviesa la alta meseta de Quequepampa y se dirige hacia el noroeste por un valle muy poblado con localidades como Marangani, Sicuani, Combapata, entre otras. Luego recibe las aguas del río Salcca y, al pasar por la ciudad de Urubamba, toma el nombre de río Urubamba, hasta su confluencia con el río Tambo. El río Urubamba, en su sector interandino, corre por un lecho con fuerte pendiente lo que origina que sus aguas se desplacen a gran velocidad. El valle que forma es estrecho y su ensanchamiento se produce cuando el río penetra a la Selva alta. Grandes cañones fluviales, como el que se observa en la zona de Machupicchu, alternan con valles amplios a lo largo del río Urubamba, hasta concluir con el imponente pongo de Mainique, donde el lecho fluvial que se angosta considerablemente genera una ruptura de pendiente. El valle que forma el río Urubamba y sus afluentes en la Selva alta, aguas arriba del pongo de Mainique, es conocido con el nombre de valle de La Convención. Finalmente, el río Urubamba entrega sus aguas al Tambo, a la altura de la localidad de Atalaya, para dar origen al río Ucayali, en la región del mismo nombre. Por otro lado, el río Apurímac tiene sus nacientes al norte del pueblo de Chivay, provincia de Caylloma, región Arequipa, en el sector conocido como cordillera de Chila, en el nevado de Mismi a 5597 m.s.n.m. Nace en pequeñas lagunas glaciares del nevado Mismi, con el nombre de quebrada Carhuasanta. Toma una dirección sur-norte y cambia su denominación por la de río Orcuyo. Discurre por una alta meseta, formando pequeños meandros; recibe las aguas de la quebrada Quinchohuayco, y, a partir de entonces, se denomina río Monigote, hasta confluir con el ramal que viene desde la zona de Caylloma, lugar desde donde se llama río Apurímac, y que, después de atravesar elevadas mesetas de las provincias de Caylloma, Espinar y Canas, comienza a profundizar su lecho, tomando un rumbo general de Este a Oeste, al sur del pueblo de Paruro, hasta confluir con el río Santo Tomás, el mismo que le da sus aguas por la margen izquierda. A partir de entonces sigue una dirección sureste-noroeste, sirviendo de límite a los departamentos de Apurímac y Cuzco, y formando un importante cañón que ha excavado en la antigua meseta andina. Luego recibe las aguas del río Pampas y, a partir de esa confluencia, el río Apurímac sirve de límite al departamento de Cuzco con Ayacucho y penetra a la Selva alta, originando siempre un valle profundo y encajonado.

2 B. Hidrología local El trazo de la línea de transmisión, en su recorrido atraviesa por las subcuencas Vilcanota y Santa Teresa, las cuales forman parte de la cuenca del río Urubamba, y por las subcuencas Apurímac y Chalhuanca, correspondientes a la intercuenca Alto Apurímac, todas pertenecientes a la vertiente del Amazonas. En la cuenca del río Urubamba se halla la subcuenca del río Vilcanota; este río se une con el río Ahobamba a la altura de la C.H. Machupicchu, a 1800 m.s.n.m. El trazo de la línea de transmisión atraviesa esta subcuenca hasta el vértice VMS-05, a 2550 m.s.n.m. aprox. para luego ingresar a la subcuenca del río Santa Teresa que tiene como afluente principal al río Sacsara, hasta llegar a los 4600 m.s.n.m. más o menos, entre los vértices VSA32 y VSA33. Luego atraviesa la subcuenca Apurímac y cruza el río del mismo nombre en una zona donde recibe los aportes de importantes quebradas, llega casi a los 4100 m.s.n.m., luego del vértice VAC-08. A continuación, la L.T. ingresa a la subcuenca del río Pachachaca, en donde se emplaza la ciudad de Abancay, terminando su recorrido en la subestación Cotaruse a 4100 m.s.n.m. La subcuenca Apurímac tiene como principales afluentes al río Lambrama, la quebrada Sojos, Huauja, y los ríos: Silcon, Accomayo, Pichirhua y Supalla. El río Pachachaca nace al sur de la región Apurímac, en el cerro Chucchurana (4712 m.s.n.m.), con el nombre de río Collpa. Luego se denomina río Cotaruse, hasta pasar por la ciudad de Chalhuanca, donde toma la denominación de este centro poblado, hasta confluir con el río Antabamba que llega por su margen derecha, lugar en donde recibe la denominación de río Pachachaca, nombre que conserva hasta dar sus aguas al río Apurímac, cerca de la desembocadura del río Pampas. En su recorrido drena grandes áreas de la región Apurímac, y en su valle existen varios centros poblados. Aproximadamente, a partir del vértice VAC-05A, la línea de transmisión se ubica paralelo al río Pachachaca hasta el vértice VAC-12B, para después encontrarse esta vez con el río Cotaruse, cerca al vértice VAC-17N, y recorrer paralela a esta hasta su nacimiento, cercano al vértice VAC-20N; luego la línea de transmisión sigue su recorrido en dirección suroeste, hasta cruzarse con el río Jacultamayoc, y a poco más de un (01) km termina su recorrido en la subestación Cotaruse.

3 Figura Cuencas del área de estudio Fuente: elaborado por CESEL S.A.

4 Figura Diagrama topológico Fuente: elaborado por CESEL S.A.

5 C. Características de las subcuencas Subcuenca del río Vilcanota La subcuenca del río Vilcanota está ubicada en las provincias de Urubamba, Anta, Cusco, Acomayo, Canchis, Quispicanchi y Paucartambo, en el departamento de Cusco. Esta subcuenca delimitada hasta la confluencia con el río Ahobamba, aprox. por donde cruza la línea de transmisión; tiene un área de drenaje de 9359,7 km 2 y un perímetro de 784,4 km. Subcuenca del río Santa Teresa La subcuenca del río Santa Teresa, delimitada hasta su confluencia con el río Vilcanota, tiene un área de drenaje de 372,9 km 2 y un perímetro de 103,2 km, localizándose en el departamento de Cusco, provincia de La Convención. Drena sus aguas al río del mismo nombre y recibe los aportes, por la margen derecha, de quebradas como Totorayoc y Humantay. Subcuenca del río Apurímac La subcuenca del río Apurímac, delimitada hasta pocos metros aguas abajo del cruce con la línea de transmisión, tiene un área de drenaje de ,2 km 2 y un perímetro de 972,3 km. En su recorrido cruza los departamentos de Cusco y Apurímac en las provincias de Anta, Abancay, Grau, Cotabambas, Paruro, Cusco, Antabamba, Chumbivilcas, Espinar y Condesuyos. Subcuenca del río Pachachaca La subcuenca del río Pachachaca drena sus aguas hacia el río del mismo nombre, el cual tiene sus orígenes como río Cotaruse. Está ubicada en el departamento de Apurímac, en las provincias de Abancay, Antabamba y Aymaraes. A su vez, la subcuenca delimitada hasta la confluencia con el río Tincoc, aprox. a 16 km, aguas abajo del cruce del río Pachachaca con la línea de transmisión, posee un área de drenaje de 7577,4 km 2 y un perímetro de 577 km. El mapa CSL HI-01 muestra las subcuencas comprendidas en el área de estudio. En el siguiente cuadro se resume las principales características de las subcuencas.

6 Subcuenca Área (km 2 ) Cuadro Características físicas de las cuencas Perímetro (km) Longitud de río (km) Pendiente (m/m) Cota mayor (m.s.n.m.) Cota menor (m.s.n.m.) Vilcanota 9359,7 784, , Santa Teresa 372,9 103,2 35,6 0, Apurímac 24367,2 972,3 379,9 0, Pachachaca 7577, ,5 0, Fuente: elaborado por CESEL S.A. D. Análisis de consistencia de datos Se utiliza para determinar si los registros históricos disponibles son confiables, mediante procesos físicos y estadísticos que permiten identificar, evaluar, y eliminar los posibles errores sistemáticos que pudieron ocurrir. Los registros pluviométricos pertenecen a las estaciones mostradas en el siguiente cuadro. Estación Abancay Cuadro Ubicación de estaciones con información pluviométrica Ubicación Lat. 13º 36 S Long. 72º 52 W Altitud (m.s.n.m.) 2750 Periodo de registro ,2012 Parámetro Precipitación total mensual Chalhuanca Lat. 14º 23 S Long. 73º 10 W Machupicchu Lat. 13º 10 S Long. 72º 32 W Curahuasi Lat. 13º 33 S Long. 72º 44 W Granja Kayra Lat. 13º 33 S Long. 71º 52 W Fuente: SENAMHI. Precipitación total mensual Precipitación máx. en 24 h Precipitación total mensual Precipitación máx. en 24 h Precipitación máx. en 24 h Análisis visual gráfico Se utiliza para analizar la tendencia de los registros históricos con el fin de determinar si existen saltos dentro de un periodo registrado.

7 Precipitación (mm) Plan de Manejo Ambiental del Proyecto Figura Análisis gráfico de las estaciones meteorológicas Años Abancay Chalhuanca Macchupicchu Fuente: elaborado por CESEL S.A, en base a información proporcionada por SENAMHI. En el gráfico no se observan saltos significativos en los datos anuales de precipitación de las estaciones analizadas. Análisis doble masa Este método es utilizado para verificar la homogeneidad de los datos en una estación pluviométrica. El diagrama de doble masa se obtiene graficando en el eje de las abscisas los acumulados de las precipitaciones de todas las estaciones, y en el eje de las ordenadas, los acumulados de cada estación.

8 Precipitación Acumulada por Estación Plan de Manejo Ambiental del Proyecto Figura Diagrama doble masa Precipitación Promedio Acumulado Total ABANCAY CHALHUANCA MACCHUPICCHU Fuente: elaborado por CESEL S.A., en base a información proporcionada por SENAMHI. En el gráfico anterior se puede observar que la distribución de los datos de las estaciones no sufre cambios de pendiente; por lo tanto, de acuerdo a los análisis anteriores, los datos son homogéneos y no necesitan corrección. E. Caudales medios Las variaciones de caudal definen el régimen hidrológico de un río; a su vez, las variaciones temporales súbitas se dan durante o después de las tormentas. Así mismo, los ríos y quebradas presentan variaciones en su caudal, tanto más acentuadas cuando más pequeña es la cuenca colectora. Para la estimación de los caudales medios en las subcuencas del área de estudio, se utilizó el método del número de curva o SCS. a. Método del SCS para abstracciones Este método se sustenta en la relación precipitación-escorrentía y en las características de los suelos de la cuenca en estudio, desde el punto de vista hidrológico, esto es su mayor o menor retención del agua precipitada antes de que se produzca la escorrentía, considerando el tipo de cobertura (cultivos, pastizales o praderas y bosques), el tipo de suelo (arena, gravas, limos y arcillas), su profundidad y la morfología del área de la cuenca. El método SCS consiste en: Seleccionar para la cuenca una de las curvas de escorrentía CN (un número en una escala de cero a cien) que refleje las características hidrológicas de los suelos de la cuenca en estudio

9 Hallar la lámina de escorrentía directa que es de esperar ocurra en la cuenca de estudio después de una intensa y prolongada precipitación. Estimación de la escorrentía directa La abstracción inicial (Ia) es igual a la precipitación acumulada antes que comience el escurrimiento; físicamente, la comprende la interceptación, el almacenamiento y la infiltración. Según datos de cuencas medidas: I a 0, 2S Dónde: S: es la infiltración potencial máxima. El escurrimiento real está dado por la siguiente expresión: ( P 0,2S) P e P 0, 8S 2 Dónde: Pe: es la escorrentía real en mm P: es la precipitación en mm S: es la infiltración potencial. Los números de las curvas que caracterizan a los suelos desde el aspecto hidrológico, se relacionan con S de acuerdo a la siguiente igualdad: Despejando S: CN S 1000 S 10 CN Siendo: S: la infiltración potencial en pulgadas CN: el número de la curva. Selección del valor de la curva (CN) El siguiente cuadro muestra los distintos valores de número de curva de escorrentía para las diferentes coberturas.

10 Descripción y tipo de cobertura Pastos, forraje para pastoreo Prados continuos, protegidos de pastoreo, y generalmente segado para heno Maleza mezclada con pasto de semilla, con la maleza como principal elemento Combinación de bosques y pastos (huertas o granjas con árboles) Bosques Predios de granjas, construcciones, veredas, caminos y lotes circundantes Fuente: Soil Conservation Service Cuadro Número de curva de escorrentía Condición hidrológica Número de curva para grupos de suelos hidrológicos A B C D Mala Regular Buena Mala Regular Buena Mala Regular Buena Mala Regular Buena Estimación del caudal medio mensual El caudal medio mensual se calcula a partir de la información pluviométrica total mensual y de la elección de la curva (CN), y que como se ha indicado caracteriza a los suelos desde el aspecto hidrológico. A su vez, el caudal en un mes dado i no solo es dependiente de la precipitación pluvial ocurrida en el mes i, sino también de la precipitación ocurrida en el mes anterior i 1 ; por lo que se considera que la precipitación efectiva (Pe), que genera la escorrentía, obedece a la siguiente expresión: P 0 1 0, 6P ei,4pi i Dónde: P ei : precipitación efectiva en el mes considerado en mm P i 1 : precipitación ocurrida en el mes anterior en mm P i : precipitación del mes actual en mm. Para obtener las series de precipitación que originan la escorrentía en las cuencas comprendidas en el área de estudio, se consideró la ecuación para los registros de las estaciones representativas. Finalmente, el caudal medio mensual se determina multiplicando la precipitación efectiva en el mes considerado por el área de la cuenca: Q m P x A ei

11 b. Determinación de los caudales medios En el siguiente cuadro se indica las descargas medias mensuales estimadas para las subcuencas comprendidas en el área de estudio, y en el gráfico, la variación mensual de las mismas. Cuadro Caudales medios mensuales (m 3 /s) Subcuenca ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO. SEP. OCT. NOV. DIC. Promedio Vilcanota 773,5 905,7 846,4 584,2 161,4 34,8 29,9 29,2 51,6 188,7 298,9 476,5 365,1 Santa Teresa 30,8 36,1 33,7 23,3 6,4 1,4 1,2 1,2 2,1 7,5 11,9 19,0 14,5 Apurímac 827,6 1083,3 786,7 287,6 14,7 3,9 3,2 0,5 0,9 71,5 153,7 433,3 305,6 Pachachaca 246,2 369,0 304,4 131,9 5,6 3,5 0,2 0,0 0,1 9,0 17,0 86,8 97,8 Fuente: elaborado por CESEL S.A. en base a datos de SENAMHI. Figura Caudales medios mensuales estimados en las subcuencas (m 3 /s) Fuente: elaborado por CESEL S.A. en base a datos de SENAMHI. F. Descargas máximas Los caudales máximos (avenidas) producidos por la escorrentía superficial se han determinado mediante la metodología del hidrograma unitario del ex Soil Conservation Service de los Estados Unidos (SCS). a. Descripción del método SCS o método del número de curva El método SCS o del Número de Curva (CN), del U.S. Soil Conservation Service, fue desarrollado en 1982, inicialmente, para estimar avenidas e hidrogramas de avenidas de cuencas pequeñas. Desarrollos posteriores permitieron aplicarlo a cuencas mayores, al incorporar los efectos del almacenamiento del cauce. Cabe señalar que el nombre del método deriva de una serie de curvas, cada una de las cuales lleva el número N (o CN) que varía desde 1 hasta 100. Un número

12 de curva N = 100 indica que toda la lluvia escurre, y un número N = 1 significa que toda la lluvia se infiltra; por lo que los números de curvas representan coeficientes de escorrentía. Por otro lado, el método se desarrolló utilizando datos de un gran número de cuencas experimentales, y se basa en la siguiente relación: Dónde: F Q (1) S P e F: infiltración real acumulada (mm) S: infiltración potencial máx. (mm) Q: escorrentía total acumulada (mm) Pe: escorrentía potencial o exceso de precipitación (mm). La ecuación (1) se considera válida a partir del inicio de la escorrentía, donde Pe se define como: P P e I a Mientras que F es definida de la siguiente forma: F P e Q (2) (3) El término Ia (abstracciones iniciales) es definido como la precipitación acumulada hasta el inicio de la escorrentía, y es una función de la intercepción, almacenamiento en depresiones e infiltración antes del comienzo de la escorrentía. Haciendo las sustituciones respectivas, y considerando la relación establecida por datos experimentales: Ia = 0,2 S, se presenta la ecuación principal del método: Q ( P 0,2S) P 0,8S (4) 2 Cabe precisar que debe tenerse presente que en esta ecuación, P y S deben tener las mismas unidades, y el Q obtenido también tendrá las mismas unidades. El SCS, después de estudiar un gran número de pequeñas cuencas, estableció una relación para estimar S a partir del número de curva N o CN, mediante la ecuación que, finalmente, tiene la expresión: 1000 S 10 (5) CN

13 Donde la infiltración potencial máx. está expresada en pulg., y haciendo las transformaciones se tiene: 100 S ( en mm) CN Determinación del hidrograma unitario triangular sintético Este método consiste en estimar un hidrograma triangular unitario sintético, a partir de las características físicas de la cuenca y un perfil de precipitación efectiva, las cuales convergen para producir un hidrograma compuesto de la avenida. La geometría del hidrograma unitario se muestra a continuación: Del gráfico anterior se tiene que el caudal máx. es: Q p 2A (6) T Para un milímetro de lluvia efectiva el caudal pico resulta igual a: b Dónde: Q p 0,208A (7) T P Qp: caudal pico por milímetro de lluvia efectiva en m 3 /s A: área de drenaje en km 2 Tp: tiempo de ocurrencia del pico del hidrograma unitario triangular en horas. Además: de T (8) 2 p t p

14 Dónde: de: duración de la lluvia en exceso, en horas. tp: tiempo de retardo, el cual se estima mediante el tiempo de concentración en horas. El tiempo de concentración se determina de acuerdo a la fórmula de Kirpich: Dónde: 0.77 L T C 0, (9) S Tc: tiempo de concentración en horas L: longitud del curso principal en metros S: pendiente del cauce principal en m/m. Finalmente, el caudal de avenidas se obtiene multiplicando el caudal unitario por la altura de lluvia efectiva, la cual ha sido calculada a partir de la precipitación máxima en 24 h para un tiempo de retorno de 500 años. El estudio de avenidas tiene por finalidad determinar la intensidad de la precipitación para un periodo de retorno de 500 años que servirá para obtener los caudales de diseño de las obras de manejo de agua; para ello se utilizó la información de la precipitación máxima en 24 h de las estaciones más cercanas a la zona del proyecto. Para el análisis se considera las distribuciones estadísticas como: Normal, Log normal, Log Pearson III y Gumbel; y mediante la Prueba de Bondad de Ajuste de Kolmogorov-Smirnov, se determina la que mejor se ajusta a los registros. Las estaciones meteorológicas analizadas son: Chalhuanca, Curahuasi y Granja Kayra. Prueba de Bondad de Ajuste Kolmogorov - Smirnov Permite determinar la distribución estadística que más se ajusta a los registros de precipitación. Consiste en comparar el máximo valor absoluto de la diferencia entre la función de distribución de probabilidad observada F o (X m ) y la estimada por cada función F(X m ). máx F ( X ) F( X 0 m m ) La función de probabilidad observada se calcula como: Dónde: m Fo(Xm) 1 n 1

15 m: es el número de orden del dato Xm en una lista de mayor a menor n: es el número total de datos. b. Cálculo de descargas máximas El análisis de las descargas máximas se ha elaborado basándose en los registros de precipitación procedentes de las estaciones Chalhuanca, Curahuasi y Granja Kayra, debido a que cuenta con un amplio período de registro, además de ser las más representativas para el objetivo del estudio. El registro de la precipitación máxima se encuentra en el anexo A Información histórica de precipitación máxima en 24 h. La precipitación máxima en 24 h de dichas estaciones fue ajustada para el análisis de caudales máximos, por un factor que es el cociente de la relación entre la precipitación total anual a una altitud media de cada subcuenca y la precipitación total media anual de la estación. Año Cuadro Precipitaciones máximas con factor Subcuenca Vilcanota Subcuenca Santa Teresa Subcuenca Apurímac ,28 23, ,41 39,43 26, ,39 33,71 20, ,20 29,71 21, ,76 45,48 28, ,93 38,03 31, ,53 45,27 3, ,06 28,63 11, ,65 40,62 25, ,59 27,22 17, , ,92 42,78 45, ,25 37,38 55, ,51 33,81 26, ,32 50,78 33, ,73 38,78 23, ,89 20,85 28,56 Subcuenca Pachachaca ,93 27,55 29,68 28, ,56 31,01 26,63 41, ,47 29, ,58 34, ,99 41, ,09 28, ,29 56, ,05 38, ,54 50, , ,57 Fuente: elaborado por CESEL S.A. en base a datos de SENAMHI.

16 Con los datos procesados de precipitaciones máx. y mediante la prueba de Bondad de Ajuste de Kolmogorov-Smirnov, se tiene la distribución que mejor se ajusta. Cuadro Resultados - Prueba de Bondad de Ajuste Kolmogorov-Smirnov Subcuenca Máximo valor absoluto Distribución Vilcanota 0,0768 Normal Santa Teresa 0,0768 Normal Apurímac 0,1350 Gumbel Pachachaca 0,1250 Normal Fuente: elaborado por CESEL S.A. De los resultados se observa que la distribución probabilística Normal es la que mejor se ajusta a los registros. En el siguiente cuadro se muestra las precipitaciones máx. para un tiempo de retorno de 500 años. Cuadro Precipitaciones máximas por subcuenca (TR = 500 años) Subcuenca Precipitación máx. (mm) Vilcanota 61,8 Santa Teresa 58,9 Apurímac 81,7 Pachachaca 65,9 Fuente: elaborado por CESEL S.A. en base a datos de SENAMHI. Subcuenca Área (km2) Longitud del cauce (km) Pendiente (m/m) Cuadro Descargas máximas (TR=500 años) Curva Número CN Tiempo de Concentración tc (hr) Tiempo de retardo tp (hr) Tiempo Pico Tp (hr) Altura de Lluvia P (mm) Retención de la cuenca S (mm) Lluvia Efectiva Pe (mm) Caudal Máximo Qp (m 3 /s) Vilcanota 9359, , ,0 20,38 37,37 61,8 108,86 10,78 561,61 Santa Teresa 372,9 35,6 0,1 70 2,52 1,51 2,77 58,9 108,86 9,44 264,04 Apurímac 24367,20 379,9 0, ,9 22,72 41,65 81,7 84,67 28, ,41 Pachachaca 7577,4 181,5 0, ,4 9,85 18,06 65,9 67,52 22, ,61 Fuente: elaborado por CESEL en base a datos de SENAMHI.