Cálculo simplificado determinación de parámetros de inundación causada por rotura

La necesidad de agua para mantener y dar vida es primordial. Muchas son las construcciones ejecutadas a lo largo de la historia para abastecernos como usuarios, ya sea para consumo o para mantener los campos de cultivos.

Una de las construcciones realizadas como embalse para almacenar este preciado líquido, es la Presa de tierra. Muchos son los asentamientos poblacionales que están localizados aguas abajo de estos embalses y en caso de catástrofe, rotura total o parcial de la cortina de la presa, se debe contar con un plan de contingencia, que sirva como herramienta para evaluar las condiciones y brinde datos concretos de los niveles alcanzados por el volumen de agua producido por la rotura en cada una de las secciones aguas abajo del embalse, para saber con precisión el daño que ocasiona y el tiempo que demora en llegar a cada sección el gasto de rotura.

En Cuba, este proceso de cálculo, se utiliza como herramienta para controlar niveles de inundación en las diferentes cuencas de los diferentes ríos que cuentan con embalses, por la defensa Civil, organismo rector en caso de catástrofes, aunque se han hecho estudios, cada cierto tiempo se debe recalcular pues las condiciones de frontera, secciones y cauces están en constante cambio y para mantener datos fidedignos se debe evaluar las características de los mismos, para rectificar los cambios ocurridos en el cauce del rio, en las laderas o en la cuenca. A partir de estos estudios se distribuyen las tierras cercanas o dentro de la zona de inundación, por parte de organismos rectores como es Planificación Física, la cual aprueba las Micro localizaciones, para el uso de esos terrenos ya sea para construir alguna obra en esas localidades o para desarrollarla de manera agraria.

Para desarrollar este se método se precisa de los siguientes datos:

• Longitud de la cortina de la presa

• Nivel de aguas máximas (NAM).

• Nivel de aguas normales (NAN).

• Cota de corona de la presa.

• Volúmenes total, útil y muerto del embalse.

• Ubicación de la obra. N; E.

• 1. Se determina el espaciamiento entre secciones a partir de la cortina de la presa. Se trata de escoger una distancia entre secciones en equidad, ejemplo (5000 m), habrá secciones que por características propias tendrán un espaciamiento diferente, debido proximidad de un pueblo, características topográficas de la zona etc.

• 2. Se debe conocer en las secciones determinadas y en el trayecto del río, las características del cauce y de las laderas para determinar con certeza los coeficientes de fricción de los mismos.

Es muy importante escoger los coeficientes de fricción lo más cercano a la realidad, pues depende de estos, que los resultados de tiempo

Proceso de cálculo

Para calcular el gasto máximo que puede ser vertido durante la rotura se utiliza la expresión de Shorlich:

Donde:Qn: gasto máximo de vertidob: longitud de la parte destruidaB: longitud de la presa en el nivel que se está considerandoH: Carga hidráulica

Cálculo del gasto que llega a cada sección Fórmula:

Donde:Q gasto calculado para la sección.Qn gasto máximo de rotura. W0 volumen en el embalse para el nivel de cálculo.L distancia desde la presa hasta la sección.T parámetro que depende del tamaño del río.

Cálculo de la curva de gasto en la sección, fórmula de Chezy:

Donde:-A área de la sección-C coeficiente de Chezy-R radio hidráulico-i pendiente hidráulica, se considera como la pendiente de fondo del río

Donde:M: depende de las características del cauce del río y fuera del cauce.

Tiempo de retardo. (Método de Alexeiev)Tr = 16,67 L / V (min)

Donde:-L longitud del río hasta la sección

El anterior proceso de cálculo arroja como resultado las siguientes Tablas.

Con esta metodología se obtiene en cada sección aguas abajo del embalse las cotas o niveles alcanzados por la inundación y el tiempo que demora en llegar el volumen de inundación a cada una de ellas.

Ejemplo de un caso específico de cálculo de rotura en una presa de tierra

El resultado, expuesto en las tablas que se brindan a continuación, como ejemplo de cálculo de rotura de presa de tierra, en la provincia Villa Clara, Cuba, se corresponde a la Presa "Palmarito".

Las tablas antes presentadas se corresponden a un cálculo de roturas desarrollado por ingenieros del INRH.VC en el año 2003.

La cortina de la Presa Palmarito está constituida por un material rocoso, con pantalla de arcilla y cortina de inyección, el período a analizar es seco, se harán secciones, estando la primera (sección I) a 1000 m de la cortina, la segunda sección (sección II), está a una distancia de 5000 m de la cortina, las otras secciones se encuentran a 5000 m, un a de la otra, excepto en algunos casos que por necesidad se deben hacer secciones intermedias, el total de secciones es de 14.

El cálculo se realizó para cuando el embalse se encuentre en NAN y en NAM.

Para NAN = 109,6 m

B = 2426 m H = 20 m

WD = 84,69 hm3

El valor de b se calculó de la siguiente forma, siendo b el ancho de la rotura.

b = 10 % B = 242,6 m

b = 5 veces el ancho de río = 100 m

b = 8 veces el ancho del río = 160 m

Se tomó b = 160 m, por ser el parámetro intermedio entre los tres valores calculados.

Para NAM = 110 m

B = 2426 m H = 21 m

W0= 85,47 hm3

b = 160 m

Este Ejemplo arroja como resultado inundaciones en Poblados que están ubicados aguas abajo del embalse, como son:

Los poblados de 26 de Julio, y Delicias, quedan parcialmente dentro de la zona de inundación, en ambos casos las viviendas o construcciones que estén próximos a las márgenes del río se encuentran en la zona de inundación. El ferrocarril en la zona próxima a 26 de Julio se verá afectado ya que este pasa por encima del cauce del río. Además la autopista A1, se encuentra próxima al embalse, se encuentra en la zona de inundación y la comunicación por la misma se interrumpe.

Como se observa en el ejemplo, en las diferentes secciones obtengo la altura o cota que alcanza el agua y el tiempo en horas y minutos en que demora llegar desde la presa y hasta cada sección dicho volumen de agua.

Conclusiones

– Con esta información brindada por este proceso de cálculo se pueden evitar las pérdidas de vidas humanas y económicas. – No solo se saben los lugares que se inundan, también cuanto tarda en llegar la inundación por el cauce del rio.- Se puede a partir de esta información lograr una planificación de los recursos.- Permite tomar decisiones y distribuir el uso de las tierras que estén afectadas o en zonas aledañas.

Anexos

Fotos tomadas de internet donde se muestra el daño ocasionado por la rotura de una presa o por inundaciones producto a un evento natural

Detalle Rotura Dique Ajka (sacada de internet)

Fallo Presa Teton(sacada de internet)

Inundaciones Provocadas por evento meteorológico Junio 2012 en el poblado de El Santo, Villa Clara. Aguas abajo Presa Minerva y Derivadora Pavón. (Fotos-Tomadas por el autor)

Río Sagua la Chica(aguas debajo de presa derivadora). Foto tomada por el autor, Puente Pavón

Autor:

Yany Portal Carvajal