Capítulo 5 Determinación de caudales en los puntos de análisis

Capítulo 5 Determinación de caudales en los puntos de análisis Al no existir información sobre los caudales en los puntos que definen las subcuencas en estudio (Vilcazán, Sta. Rosa, San Lázaro, Chulucanitas y Aranza) éstos deben ser estimados a partir de la información pluviométrica e hidrométrica disponible. Por esta razón es que se ha empleado el método de los polígonos de Thiessen para calcular la precipitación media en cada sub-cuenca (Anexo A-04). Estos valores de precipitación, junto con las respectivas áreas de las cuencas, se han empleado para establecer una relación entre los caudales de las cuencas. De la misma manera que se trabajaron los caudales no aprovechados en Paraje Grande, puede estimarse el caudal que se desaprovecharía en Vilcazán, transponiendo los caudales naturalizados de Paraje Grande hasta Toma Zamba y Vilcazán. La diferencia de masas en estos dos puntos define la producción ocurrida en la intercuenca, que servirá en parte para alimentar al Canal Quiroz, debiendo obtenerse el saldo del posible reservorio en Vilcazán, con lo que el caudal no aprovechado en Vilcazán vendría definido por la siguiente ecuación: Q excvilcazán = Q Vilcazán 5.1 Cálculo de los factores de transposición + [( Q Q ); 0] min intercuenca canal Ec. 5.1 En los casos de análisis, tenemos cuencas de características fisiográficas y de ambientes vegetales similares y con precipitaciones medias un poco diferentes, por lo que se puede suponer que todas tienen igual caudal específico, pudiéndose aplicar la ecuación 1.19 donde:

Q x Q PG A X A PG P X P PG Caudal en el punto X Caudal en Paraje Grande Superficie de la cuenca hasta el punto X Superficie de la cuenca hasta Paraje Grande Precipitación promedio en la sub-cuenca definida por el punto X Precipitación promedio en la cuenca de Paraje Grande. con lo que la determinación de los caudales transpuestos desde Paraje Grande hasta un punto en particular X, se hará multiplicándolos por un factor, F x (ecuación 5.2). Q = F * Q x x PG Ec. 5.2 Por lo tanto, con el caudal en Paraje Grande, y las precipitaciones promedio y las áreas de cada una de las sub-cuencas, es posible calcular los caudales en los puntos de análisis. Todos estos datos, y los valores del factor F en cada sub-cuenca se pueden observan en la Tabla 5.1. La cuenca de Vilcazán tiene el factor F más elevado debido al tamaño de la cuenca, pues al disponer de un área mayor, las posibilidades de recibir mayores aportes de agua aumentan. De esta forma, la sub-cuenca de Aranza y Chulucanitas, son las que dispondrán de menor cantidad de recurso hídrico. Tabla. 5.1 Factor F en cada sub-cuenca Sub-cuenca Area (Km 2 Precipitación Factor ) media (mm) F Paraje Grande 2287.06 901.3 1 Zamba 2097.36 905.9 0.922 Vilcazán 1872.98 951.8 0.865 Sta. Rosa 1062.51 1079.5 0.557 San Lázaro 754.83 944.8 0.346 Chulucanitas 113.63 750.7 0.041 Aranza 145.86 1327.9 0.094 5.2 Determinación de Caudales en Vilcazán 5.2.1 Caudal disponible en Vilcazán Como se ha mencionado anteriormente, la sub-cuenca de Vilcazán es la que presenta un mayor potencial hídrico respecto a los demás puntos analizados. Por este motivo y gracias a la data disponible en Paraje Grande, mediante el método explicado en el apartado 5.1 se han generado los caudales diarios en Vilcazán para el período de 1960-1998. Debido a la alta variabilidad de los datos diarios, fue imposible ajustar las series diarias a un modelo teórico, por lo que se analizaron mediante probabilidad empírica e histogramas. Estos histogramas se presentan en el Anexo B-04 y a manera de ejemplo se presentan la figura 5.1 y el cuadro 5.2 correspondientes al mes de enero. En la figura 5.1, es posible observar que los caudales que se han presentado con mayor frecuencia en el mes de enero, en el periodo de 1960-1998, son los comprendidos entre los 62

4 m³/s y los 26 m³/s. Es importante resaltar, que debido a que Vilcazán se encuentra aguas arriba de la Toma de Zamba, no se le ha descontando el caudal que luego se deriva por el Canal Quiroz. 160 140 120 100 80 60 40 20 Histograma 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0 2 6 10 14 18 22 26 30 34 % acumulado Fig. 5.1 Histograma de enero, de los caudales totales diarios estimados en Vilcazán En la Tabla 5.2, se puede ver que el caudal que se presenta con mayor frecuencia (un 10.62 % de las veces) es el comprendido entre los 8 y 10 m³/s. Además, solo el 22.19 % de las veces se superan los 24 m³/s; y solo un 1.1 %, los 80 m³/s. En la Tabla Nº 18 se presenta la masa anual correspondiente, equivalente a 629.7 MMC. Tabla. 5.2 Datos del histograma total del mes de enero en Vilcazán ENERO Intervalo Prob. de Número Masa Marca m3/s relativa excedencia de días M.M.C 0-2 1 9.71% 99.29% 0.22 0.02 > 2-4 3 76 5.98% 93.31% 1.85 0.48 > 4-6 5 86 6.77% 86.55% 2.10 0.91 > 6-8 7 100 7.87% 78.68% 2.44 1.48 > 8-10 9 135 10.62% 68.06% 3.29 2.56 > 10-12 11 115 9.05% 59.01% 2.80 2.67 > 12-14 13 111 8.73% 50.28% 2.71 3.04 > 14-16 15 86 6.77% 43.51% 2.10 2.72 > 16-18 17 85 6.69% 36.82% 2.07 3.05 > 18-20 19 73 5.74% 31.08% 1.78 2.92 > 20-22 21 62 4.88% 26.20% 1.51 2.74 > 22-24 23 51 4.01% 22.19% 1.24 2.47 > 24-26 25 43 3.38% 18.80% 1.05 2.27 > 26-28 27 23 1.81% 16.99% 0.56 1.31 > 28-30 29 26 2.05% 14.95% 0.63 1.59 > 30-32 31 25 1.97% 12.98% 0.61 1.63 > 32-34 33 17 1.34% 11.64% 0.41 1.18 > 34-36 35 17 1.34% 10.31% 0.41 1.25 > 36-38 37 20 1.57% 8.73% 0.49 1.56 > 38-40 39 19 1.49% 7.24% 0.46 1.56 > 40-80 60 78 6.14% 1.10% 1.90 9.86 > 80-120 100 11 0.87% 0.24% 0.27 2.32 > 120-160 140 2 0.16% 0.08% 0.05 0.59 > 160-200 180 0 0.00% 0.08% 0.00 0.00 y mayor... 1 0.08% 0.00% 0.02 0.00 TOTAL 50.17 38 80 160 y mayor... 0% 63

5.2.2 Caudal no aprovechado en Vilcazán Como se explicó en los puntos 5.1 y 5.2, se ha estimado el caudal que no se está aprovechando y que sería susceptible de regular mediante un posible reservorio en Vilcazán. 900 800 Histograma 100% 90% 700 600 500 400 300 200 100 0 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2 6 10 30 50 70 90 y % acumulado mayor... Fig. 5.2 Histograma de enero, de los caudales totales diarios no aprovechados en Vilcazán La serie de caudales generada para tal fin se ha analizado mediante probabilidad empírica e histogramas. Estos histogramas se presentan en el Anexo B-05 y a manera de ejemplo se presentan la figura 5.2 y la Tabla 5.3 correspondientes al mes de enero. De este análisis de la serie completa se han obtenido las masas mensuales presentadas en la Tabla Nº 17. Tabla. 5.3 Datos del histograma de los caudales no aprovechados en el mes de enero en Vilcazán. ENERO Intervalo Número Masa Marca m3/s relativa acumulada de días M.M.C 0-2 1 857 79.06% 20.94% 24.51 2.12 > 2-4 3 53 4.89% 16.05% 1.52 0.39 > 4-6 5 31 2.86% 13.19% 0.89 0.38 > 6-8 7 23 2.12% 11.07% 0.66 0.40 > 8-10 9 12 1.11% 9.96% 0.34 0.27 > 10-20 15 66 6.09% 3.87% 1.89 2.45 > 20-30 25 14 1.29% 2.58% 0.40 0.86 > 30-40 35 8 0.74% 1.85% 0.23 0.69 > 40-50 45 8 0.74% 1.11% 0.23 0.89 > 50-60 55 1 0.09% 1.01% 0.03 0.14 > 60-70 65 6 0.55% 0.46% 0.17 0.96 > 70-80 75 2 0.18% 0.28% 0.06 0.37 > 80-90 85 2 0.18% 0.09% 0.06 0.42 > 90-100 95 1 0.09% 0.00% 0.03 0.23 y mayor... 0 0.00% 0.00% 0.00 0.00 TOTAL 10.58 64

Por otro lado, se ha encontrado que en muy contadas ocasiones los caudales no aprovechados en Vilcazán alcanzan valores altos, correspondientes a los eventos del Fenómeno El Niño. Por esta razón, se ha visto conveniente evaluar la serie sin considerar los años 1983 y 1998, en que se presentó este fenómeno en forma inusitadamente intensa (Mega-Niños). 900 800 Histograma 100% 90% 700 600 500 400 300 200 100 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0 2 8 14 20 26 32 38 60 90 % acumulado 0% Fig. 5.3 Histograma de enero, de los caudales totales diarios no aprovechados en Vilcazán, sin considerar Mega-Niños. Los histogramas obtenidos de esta serie, sin Mega-Niños, se presentan en el Anexo B-06 y a manera de ejemplo se presentan la Figura 5.3 correspondientes al mes de enero. De este análisis se han obtenido las masas mensuales presentadas en la Tabla 5.4. Tabla. 5.4 Datos del histograma de los caudales no aprovechados en el mes de enero en Vilcazán, sin considerar Mega-Niños. ENERO Intervalo Número Masa Marca m3/s relativa acumulada de días M.M.C 0-2 1 831 81.31% 18.69% 25.21 2.18 > 2-4 3 53 5.19% 13.50% 1.61 0.42 > 4-6 5 30 2.94% 10.57% 0.91 0.39 > 6-8 7 21 2.05% 8.51% 0.64 0.39 > 8-10 9 10 0.98% 7.53% 0.30 0.24 > 10-12 11 12 1.17% 6.36% 0.36 0.35 > 12-14 13 12 1.17% 5.19% 0.36 0.41 > 14-16 15 9 0.88% 4.31% 0.27 0.35 > 16-18 17 11 1.08% 3.23% 0.33 0.49 > 18-20 19 11 1.08% 2.15% 0.33 0.55 > 20-22 21 2 0.20% 1.96% 0.06 0.11 > 22-24 23 1 0.10% 1.86% 0.03 0.06 > 24-26 25 2 0.20% 1.66% 0.06 0.13 > 26-28 27 3 0.29% 1.37% 0.09 0.21 > 28-30 29 2 0.20% 1.17% 0.06 0.15 > 30-32 31 2 0.20% 0.98% 0.06 0.16 > 32-34 33 0 0.00% 0.98% 0.00 0.00 > 34-36 35 2 0.20% 0.78% 0.06 0.18 > 36-38 37 0 0.00% 0.78% 0.00 0.00 > 38-40 39 0 0.00% 0.78% 0.00 0.00 > 40-50 45 3 0.29% 0.49% 0.09 0.35 > 50-60 55 1 0.10% 0.39% 0.03 0.14 > 60-70 65 2 0.20% 0.20% 0.06 0.34 > 70-80 75 1 0.10% 0.10% 0.03 0.20 > 80-90 85 1 0.10% 0.00% 0.03 0.22 y mayor... 0 0.00% 0.00% 0.00 0.00 TOTAL 8.02 65

En la Tabla 5.4 se puede observar que cuando no se producen los Mega-Niños, existe una diferencia aproximada de 2 MMC en las masa mensuales acumuladas. Además, se puede observar que las diferencias más grandes se dan en los meses más lluviosos, entre febrero y junio. Tabla. 5.5 Masas (MMC) no aprovechadas en Vilcazán Excedente en Vilcazán Excedente en Vilcazán sin Niño Enero Feb. Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual 10.6 17.7 51.7 50.6 24.1 17 9.5 6.3 6.3 6.5 5.8 10.3 216.4 8 12.7 38.4 38.4 11.9 12 6.5 4.3 4 3.9 5.4 10.8 156.3 5.3 Determinación de caudales en todas las subcuencas Usando el método explicado en el apartado 5.1 se han generado las masas totales promedio mensuales en cada una de las sub-cuencas analizadas. Los valores obtenidos se pueden observar y comparar en la Tabla 5.6. Tabla. 5.6 Masas (MMC) totales Sub-cuenca / mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual Paraje Grande 58 71.5 138.6 126.7 80.21 56.2 46.3 32.4 26.1 27.9 24.6 38.4 726.9 Vilcazán 50.2 61.8 119.9 109.6 69.4 48.6 40 28 22.6 24.1 22.3 33.2 629.7 Sta. Rosa 32.3 39.8 77.2 70.6 44.7 31.3 25.8 18 14.5 15.5 13.7 21.4 404.8 San Lázaro 27.9 34.4 66.8 61 38.6 27.1 22.3 15.6 12.6 13.4 11.8 18.5 350.0 Chulucanitas 18 22.2 43 39.3 24.9 17.4 14.4 10 8.1 8.6 7.6 11.9 225.4 Aranza 15.6 19.2 37.2 34 21.5 15.1 12.4 8.7 7 7.5 6.6 10.3 195.1 66

CONCLUSIONES - Analizando las descargas medias mensuales naturalizadas en Paraje Grande se ha determinado que la masa media anual de la cuenca alta del Río Quiroz es de 712 MMC, estando concentrado en el primer semestre (enero/junio) el 74% de la misma y el restante 26% en el segundo semestre. - La mayor variabilidad de los caudales mensuales se encuentra en el primer semestre del año -época de lluvias-. Históricamente en el segundo semestre no se han superado los 35 m 3 /s, excepto en diciembre de 1982 que coincide con el inicio del Fenómeno El Niño. De esto se concluye que los caudales aprovechables se concentran en el primer semestre del año. - Del análisis de las descargas medias mensuales naturalizadas en Paraje Grande, es posible decir que con un período de retorno de 5 años (Figura 4.5), es posible esperar alcanzar caudales medios mensuales que superen los 70m 3 /s en los meses de marzo y abril, y 1040 MMC anuales; mientras que con un período de retorno de 10 años llegarían a superarse los 90 m 3 /s en los mismos meses y 1300 MMC anuales. Se debe tener muy en cuenta que estas proyecciones incluyen el agua derivada por el Canal Quiroz y el caudal biológico que se debe dejar pasar por el río aguas abajo de Zamba. - Debido al régimen de operación del Sistema San Lorenzo, hay ocasiones en las que aunque por el río pase un caudal superior a los 60 m 3 /s, llegando incluso a los 300 m 3 /s a nivel diario, por el canal sólo se deriva una fracción de este caudal, desperdiciándose el recurso hídrico disponible en ese momento. - Los datos de masas promedio mensuales en cada una de las sub-cuencas (Tabla 5.6) confirman lo que en el Mapa U-03 del Anexo Mapas se había previsto: que la

cuenca aportante en Vilcazán es la que tiene mayor área, por lo que la posibilidad de recibir mayor cantidad de aporte hídrico es superior a las demás sub-cuencas. Por el contrario, las sub-cuencas de Aranza y Chulucanitas, son las que dispondrían de menor cantidad de recurso hídrico. - Analizando las descargas medias mensuales generadas para cada sub-cuenca (Tabla 5.1) se ha determinado que la masa anual media de la sub-cuenca de Vilcazán es de 628.6 MMC; en Santa Rosa, 404.8 MMC; en San Lázaro, 350.1 MMC; en Chulucanitas, 225.4 MMC; y en Aranza, 195MMC. Esto confirma que la cuenca de Vilcazán es la que cuenta mayor cantidad de recurso hídrico. - De la Tabla 5.5, podemos concluir que en Vilcazán existe una masa media mensual aprovechable que varía entre los 5.8 MMC, en noviembre, y los 50.6 MMC, en abril; esto considerando los Mega-Niños (1983 y 1998). Sin embargo, si no se consideran los Mega Niños en el análisis, los masas medias mensuales aprovechables variarían entre los 3.9 MMC y los 38.4 MMC. - La masa media anual aprovechable en Vilcazán es de 216.4 MMC, para el periodo de 1960-1998. Sin embargo, si no se consideran en el análisis los Mega-Niños, la masa media anual aprovechable sería de 156.3 MMC, lo que representa una disminución del 28% en la cantidad de agua disponible. - La mejor ubicación para un reservorio sería en el punto de Vilcazán, pues presenta mayor cantidad de recurso hídrico disponible. - Los Mega-Niños tienen mediana influencia en el comportamiento hidrológico de la cuenca alta del Río Quiroz, pues su llegada hace que la masa media anual aprovechable en Vilcazán se incremente en un 38.45%. - Para determinar la factibilidad de la construcción de un reservorio en esta zona es indispensable realizar un estudio de la demanda del recurso hídrico en los valles de San Lorenzo y sus alrededores. Al contrastar esta información con la presente investigación, se podrá definir la viabilidad de este proyecto de gran importancia para nuestra región. 68