Conferencia desarrollado por el Capítulo de Ingeniería Eléctrica del Colegio de Ingenieros del Perú el 21 de Febrero del 2013.

1. San Juan, Puerto Rico
www.gmaeng.com
Represa Romana (Harbaque, Síria). Abandonado más
de 1000 años y los sedimentos aún están intactos.
Manejo de Sedimentos en
Sistemas Hidroeléctricas
Colegio de Ingenieros, Lima, Perú
21 de febrero de 2013
Dr. Gregory L. Morris, P.E.

2. Clases de Impactos Debido a
los Sedimentos
IMPACTOS EN LA CASA DE MAQUINAS
• Erosión de las compuertas
• Erosión de las turbinas
• Obstrucción del sistema de enfriamiento
IMPACTOS EN EL EMBALSE
• Pérdida de capacidad
• Obstaculización de la bocatoma
• Abrasión de obras hidráulicas
• Acumulación en conductos

3. Los sedimentos normalmente ocasionan la
abrasión gradual de los equipos hidromecánicos
Abrasión de wicket
Abrasión turbina Francis
• Pero en casos extremos
pueden ocasionar daños
catastróficos

4. Una abrasión catastrófica ocurrió cuando el embalse fue operado a un
nivel bajo durante una crecida, lo cual socavó arena desde la zona de
delta y lo llevó hacia la bocatoma. La central estuvo fuera de servicio
25 días para reparación. Después se estableció un sistema de
monitoreo de la concentración de sedimentos.
Max. Operating Level 1277 m
1260
1240
1220
1200
Min. Operating Level 1190 m
Profile 2010
1180
Profile 2006
Profile 2004
1160
Profile 2002
Profile 1997
1140
1120
Turbidity current deposits.
Delta, coarse sediment,
Fine sediments, can pass
thru turbines will destroy turbines
0 km upstream of dam 5 10 15 20

5. Ejemplo de erosión de elementos en unidades
pelton de 125 MW c/u con 800m de carga
6 válvulas de aguja
Válvula esférica Turbinas Pelton

6. Válvula de aguja en buen estado
Deflector Aguja Asiento del válvula

7. Desgaste luego de
10,000 horas de
operación normal
Patrón de desgaste
superficial sobre la aguja
Desgaste en el punto de
cierre contra el asiento de
la válvula

8. Desgaste ocasionado en <24 hrs de operación con arena

9. Válvula esférica
Desgaste del asiento del válvula en <24 hrs de operación con arena

10. Alternativas: instalar estructura para elevar el nivel
de la bocatoma para evitar la entrada de
sedimento
Max. Pool
Sequence of the advance of
delta deposits over the top of
fine sediments.
2
3
Min. Pool
1
Fine sediments deposited by
turbid density currents

11. La vida útil del embalse se puede prolongar al pasar sedimento fino por
las turbinas, para así maximizar el volumen disponible para atrapar
arena y posponer la llegada de arena a la bocatoma. Aumenta el nivel
mínimo operacional con el tiempo para atrapar arenas aguas arriba en
el embalse.
Max. Pool
Sequence of the advance of
delta deposits over the top of
fine sediments.
2
3
Min. Pool
1
Fine sediments deposited by
turbid density currents

12. Factores que influyen la tasa de
abrasión
Factores No podemos Factores SI podemos controlar
controlar
Concentración y tamaño de Tamaño máximo entregado a las
sedimento en el río turbinas
Minerología (dureza y Dureza superficial (revistida)
angularidad del sedimento)
Carga hidráulica Deseño de turbinas y otras
componentes
Escala Mho:
Dureza de acero en turbinas ≈ 4.7
Dureza cuartzo ≈ 7.0

13. Estrategias para Minimizar el Desgaste
Factoes SI podemos Estrategias de Control
controlar
1. Diseño de turbinas y • Seleccionar diseño de turbinas que
otras componentes reduce la abrasión
• Diseñar partes sujeto a desgaste para
facilitar su re-emplazo
2. Tamaño máximo de • Optimizar la configuración de la
sedimentos que llegan a bocatoma para reducir entrada de
las turbinas sedimento
• Optimizar diseño y operación de
desarenador para maximizar eficiencia
de remoción (ej. eliminar corte-circuito
hidráulica)
• Reducir caudal durante crecidas con
alta concentración de sedimento
• En embalses, controlar nivel mínimo
operacional
3. Dureza del superficie del • Aplicar revistimiento a la turbina
metal

14. El tamaño máximo del grano de sedimento
es un parámero MUY importante
• Tasa de erosión del metal es proporcional al
número de golpes por los granos (la
concentración de sedimentos en suspensión)
• Tasa de erosión es proporcional al momento de
particula que golpea el metal (masa x velocidad)
– La masa de la particulada es proporcional su volumen
– Volumen de un esfera = 4/3 π (d/2)3
La concentración de los granos de Erosión se relaciona
mayor tamaño es el factor de mayor al CUBO DEL
importancia en el control de la DIAMETERO
abrasión del metal.

15. Bocatomas Filo de Agua

16. Teoría de un Tanque de Sedimentación
1. La zona de sedimentación tiene flujo paralelo y uniforme.
2. Las zonas de turbulencia en la entrada y salida no son parte de la
zona de sedimentación.
Zona de
Zona de Zona de
Sedimentación
Entrada Salida
Partículo con 100% de remoción
bajo condiciones ideales
Zona Almacenaje de Sedimentos

17. Compuerta de purga
Compuerta flujo ambiental

18. Azud y toma

19. 5
4
3
2
1
5 entradas en
la bocatoma

20. Rejilla #1
Mucho flujo
Rejilla #5
Poco flujo

21. Patrones de Flujo Observados
Curva en canal de entrada Sobrande del
diriga mayor flujo al tanque A - Tanque con mayor flujo fluijo descargada
A que el tanque B al río
Salida
Flujo alta velocidad establece B - Tanque con menor flujo
corrientes y recirculación del flujo,
reduciendo el tamaño de la zona de
sedimentación.

22. Canal con
curva
Mayor flujo
Menos flujo
Flujo no es dividida igualmente entre
los dos tanques de sedimentación

23. Mayor flujo Menor flujo
División de flujo entre
los dos tanques de
sedimentación no es
igual

24. Alta turbulencia en desarenador
Flujo concentrato
Recirculación de flujo en el lado derecho
del tanque

25. Salida del tanque
El exceso del flujo se descarga después del tanque de
sedimentación, resultando en una sobrecarga del
desarenador y reducción en la eficiencia de remoción.

26. Material atrapado en el
desarenador

27. Consecuencias de una pobre operación del desarenador:
la turbina fue dañada en su primer año de operación
Salida de sedimento Sedimento acumulado
por el eje en el piso de la casa de
máquina

28. Patrón de flujo observado (La Vuelta)
Entrada no es centralizada en el tanque

29. Efecto de una Barrera Permeable
en mejorar la distribución del flujo
Pobre Condición Hidráulica
(turbulencia y vortices)
Condición Deseada
Barrera (flujo uniforme y paralela)
Permeable

30. Utilización de barrera permeable para mejorar la
distribución del flujo en la entrada del tanque.

32. Requiere pérdida de energía para romper y
distribuir el chorro de flujo del canal de entrada

33. Desarenador Marsyangdi Bajo (Nepal)

34. Desarenador Marsyangdi Bajo
Al ubicar el vertedero en el lado derecho, se distorciona el flujo hacia la
derecha y crea zona muerta en el lado izquierdo.
Bocatoma
Alas sumergidas Espacio muerto - volumen inefectivo para el
para orientar flujo proceso de sedimentación
Zon
aM
uer
ta
Compuerta
de Purga
Flujo está dirigido hacia la derecha
del sedimentador debido a la
localización de vertedero de salida. Vertedero de
Salida - Sum
ergida
Hacia Turbinas

35. Sedimentación de Embalses
Embalse Camaré, Venezuela: totalmente sedimentado en 14 años.

36. Sedimentos y la Sostenibilidad
de los Embalses
• Nuestro sociedad es hidráulica – depende de grandes cantidades de
agua. Sobre 80% de los usos consumptivos son para producir
alimentos, y 20% de la electricidad a nivel mundial proviene de hidro.
• Los embalses son una clase de infraestructura única en cuanto que
depende de una combinación favorable de factores de hidrología,
topografía, geología y uso de terreno.
• Se puede re-construir la represa, pero no el embalse. Son pocos los
sitos para embalses, y no están fabricando más sitios.
• Una vez sedimentado un embalse, es muy deficil y costoso recuperar
la capacidad perdida, particularmente para las embalses más grandes.
OBJETIVO: Permitir la operabilidad de la infraestructura de los embalses
por un tiempo indefinido mediante el manejo de la sedimentación.

37. Cuales embalses tendrán problemas más rápidos?
1. Embalses de menor tamaño hidrológico
2. Cuencas con mayor tasa de erosión y rendimiento
de sedimento
El tamaño hidrológico se representa por
la razón Capacidad:Influjo
Volumen embalse
Capacidad:influjo =
Escorrentía anual
Embalse
Cuenca no-embalsada

38. Curva Brune :
Indica el porcentaje del sedimento atrapado por un embalse de operación
convencional. En general, los embalses son muy eficientes en atrapar
sedimentos.

39. Cuando se experimentan problemas
por la sedimentación?
• En general, con la pérdida de 50% de la capacidad el
embalse va a tener serios problemas para cumplir su
función de su diseño original.
• Muchos embalses experimentan problemas al perder
muy poca capacidad si la sedimentación está enfocada
en zonas críticas.
– Ejemplo: Corrientes de turbiedad que depositan sedimentos a la
zona de la toma.
• Muchos embalses experimentan tasas de sedimentación
mayor que lo anticipado en el diseño original.

40. Estudios Batimétricos:
Determinar la Tasa de Sedimentación
Determinar patrón de sedimentación
(Embalse El Cajón, Honduras)

41. Curvas de volumen y área:
Problema del nivel de precisión de los datos
!"#!$%&'()*+$
#!$!!!" (#$!!!" (!$!!!" '#$!!!" '!$!!!" &#$!!!" &!$!!!" %#$!!!" %!$!!!" #$!!!" !"
%!+!"
89:;$")<=9;<$")*)(>9?($
%!*!"
%!)+">"26?"6@"G66H"?66<"
%!)!"
#,#-!./01$%2))3+$
&!!*"
%!#!"
%4)'"567898:;<="
%!(!" %!'4">"26?"6@"A6:BC7D;E6:"?66<"
/,0,/123" ,-.,"
%!'!"
%!&!">"F6?"6@"8:;AEDC"?66<"
%!&!"
!" &!!$!!!" (!!$!!!" )!!$!!!" +!!$!!!" %$!!!$!!!" %$&!!$!!!"
4!5!4/.6$%&'()72))3+$

42. Patrones de Sedimentación:
• Zonas de deposición
– Material grueso en la delta
– Material fino aguas abajo de la delta
– Varía mucho de un embalse a otro
• Consecuencias
– Pérdida de capacidad
– Obstrucción de compuertas y tomas
– Gasto de equipo por turbinar agua con sedimentos (nogami eqn.)
– Problemas aguas abajo del embalse
– Problemas aguas arriba de delta

43. Patrones de Deposición de Sedimento
Depósito en delta
(material grueso) Depósito de fondo
(material fino)
Depósito por corrientes de
turbiedad (material fino)

44. Delta con sedimento fino
Emblase Playas, Colombia
Delta con sedimento grueso
Embalse Yeso, Chile

45. Los sedimentos no son uniformes, particularmente
en la zona cercana a la delta
FINOS
ARENA (transportada por crecida)
FINOS
Embalse Folsom, California

46. Embalse Sri Rama Sagar,
Andhra Pradesh, India Depósito de
Sedimentos
Finos cercano a
la represa
Lago Prieto, Puerto Rico

47. El sedimento fino llena primero la parte mas profunda de la
sección transversal, creando así un lecho llano.
Acumulación de Sedimento

48. Embalse Elephant Butte, New Mexico, USA
Lecho Sedimentado es horizontal
Elev. vertedero
Fondo original

49. Corriente de Turbiedad
Puede crear un lago de fango y depósitos horizontales
Punto de Sumergencia
Cambio en color, confluencia del influjo
y la contra-corriente, acumulación de
material flotante.
Lago de Fango y un
lecho que extiende
Contra-corriente horizontalmente aguas
inducida arriba de la represa
Agua clara
Delta
Corriente túrbia

50. Ejemplo de una corriente
de turbiedad pasando por
un pequeño embalse
hidroeléctrico.
Turbiedad aguas debajo
de la represa
Represa
Agua clara superficial
dentro del embalse
Agua turbia entrando
al embalse
Represa Dos Bocas
Puerto Rico

51. Punto de sumergencia de corriente de turbiedad
Embalse Playas, Colombia

52. Material flotante acumulado en punto de sumergencia
Embalse Salvajinas, Colombia

53. Impactos de la Sedimentación:
• Aguas Arriba
– Puede depositar sedimentos aguas arriba del nivel del lago
– Aumentar nivel del río: inundaciones, saturación de suelos
• Dentro del Embalse
– Pérdida de volumen
– Obstrucción de compuertas y tomas
• Aguas Abajo de la Represa
– Gasto de equipo por turbinar agua con sedimentos gruesos
– Falta de sedimento grueso aguas abajo de la represa resulta en socavación del
cauce del río, erosión acelerada de riberas
– La descarga de sedimentos puede producir daños económicos y ambientales

54. Impactos de la Sedimentación
Zona de
Zona de Acumulación
Erosión
Inundación
Pérdida de Almacenaje
Socavación

55. Toma de riego cegado por la acumulación de
sedimento en la zona deltaica.
(Embalse Rosarios, Sudan)

56. Incisión del lecho del río resulta en erosión de ribera acelerada

57. Socavación de pilastras de puentes aguas debajo de una represa

58. Impacto del embalse en los flujos aguas abajo:
(Reducción en magnitud de crecidas reduce el transporte de sedimento)
Descarga Promedio Diaria (m3/s)
Año

59. El proceso del aporte de sedimentos:
• La mitad de los sedimentos transportados en 2 días al año
• Variabilidad en el tiempo
– Variación de año en año
– Variación diaria dentro de cada año
– Variación durante la crecida
• Variabilidad en las zonas de origin
– 20% de la cuenca contribuya 80% de los sedimentos
– Enfocar control en las áreas de la cuenca más vulnerables
Conocimiento de los procesos de aporte permite
el desarrollo de estrategias efectivas en manejar los
sedimentos

60. La mayoría de los sedimentos son transportadas por crecidas grandes.
El manejo de sedimentos tiene que enfocar en el manejo de estos eventos.

61. La concentración de sedimentos es también
variable durante una crecida
La turbiedad está
Descarga (pies3/s)
relacionado principalmente a
los sedimentos finos
derivados por la erosión de
300 UNT @ 1600 cfs suelos por la lluvia.
1200 UNT @ 800 cfs
Turbiedad alta al principio de un
Turbidez (UNT)
evento de escorrentía.
Producida por la alta disponibilidad
de sedimento erosionada de la
cuenca al inicio de la lluvia.
Cottonwood River, Kansas
754 mi2

62. Variabilidad de Concentración en el Tiempo:
Variabilidad en Tiempo
La alta variabilidad en la concentración con el tiempo se refleja
en la relación de sólido-líquido.
500 mg/L
1 mg/L

63. Río Reventezón
10 a.m.
(aguas claras)
Río Reventezón
5 p.m.
(aguas túrbias)

64. El Concepto de Manejo de Sedimentos
• Lograr un Balance de Sedimentos
– Carga de sedimentos entrando el embalse es igualada por la descarga de
sedimentos aguas abajo.
– Muy deficil de lograr para todos los tamaños de sedimentos (el
componente más deficil de balancear son los sedimentos gruesos).
– Típicamente requiere un tamaño hidrológico pequeño.
• Reducir la Tasa de Pérdida en Capacidad
– Prolongar la vida útil para preservar los beneficios del diseño original.
– Cambiar operación para lograr uso al largo plazo, a pesar de la
sedimentación, con beneficios diferentes ó reducidas.
• Protejer Compnentes Críticas (eg. tomas)
• Minimizar Daños Ambientales

65. ALTERNATIVAS DE MANEJO:
• Hay varios sistemas de clasificación
• Hay una variedad de alternativas
• Varias alternativas pueden ser aplicadas
simultáneamente

66. Methods and details of Examples of Examples of
Technique Timing Place sediment control measures dams in Japan dams in Europe
Afforestation and Vegetation practices
Catchment, Sabo Area, Changing from sediment check dams
River US of to sediment control dams
Sediment Settling and off-stream storage basins
Non- reservoir
yield seasonal
Reduction Slope and bank protection, River regulation Miwa, Koshibu,
End of Beninar
Nagashima
reservoir Sediment check dams
Asahi, Miwa, Koshibu, Egschi, Rempen,
End of Sediment bypass Yokoyama, Palagnedra
reservoir
Sediment Management Strategies
Sabaishigawa, Luzzone, Livigno
Gated outlets Dshidaira, Unazuki
Sediment
Seasonal sluicing Masudagawa Orden, Ligistbach
Gatless outlets
Koshibu, Futase, Luzzone
Sediment Bottom outlet Kigawa
Routing None-gate & curtain wall Katagiri Glockner-Kaprun
Inside of Turbidity
reservoir current Yahagi Tourtemagne
venting Selective withdraw inlets
Submerged dam, groynes Grimsel
Drawdown Bodendorf, Gebidem,
flushing outlet Dashidaira, Unazuki
flushing Verbois
Seasonal Inside
reservoir Sediment scoring gate Senzu, Yasuoka Feistritz, Edling
Partial
flushing Sediment scoring pipe Ikawa Annabrucke
Sediment Sediment Nunome, Akiba,
Removal Dry Replenishment Futase, Murou Margaritze, Emosson
excavation
Recycling for Miwa, Yasuoka,
End of concrete Bodendorf, Genissiat
reservoir Mechanically Hiraoka
Non- aggregate
Dredging Margaritze,
seasonal Miwa, Yanase
Sylvenstein, Forni
Inside Sediment siphoning Sakuma Luzzone
Hydraulically
reservoir
Sediment redistribution Sakuma Pieve di Cadore
Sumi & Kantoush

67. Estrategias de Manejo: Clasificados por Técnica
Reducir el Influjo de Rastrear Sedimentos: Remover Sedimentos
Sedimentos Minimizar Deposición una vez Depositados
Reduce Sediment Inflow from Upstream Route or Redistribute Sediments Increase or Recover Volume
Mechanical Hydraulic
Reduce Sediment Sediment Trapping Sediment Sediment Sediment
Excavation Excavation
Production Above Reservoir Bypass Re-distribution Pass-Through Raise the
Dam
Streambank Dry
Soil Erosion Onstream Drawdown Empty
Erosion Excavatio Dredging
Control Structures Routing Flushing
Control n
Dispersed Pressure
Offstream Flood
structures Scouring
Reservoirs
Forests Siphon Dredge
Seasonal Sediment
Non- Redistributio
Pasture Flood Hydraulic Dredge
structural n
measures Bypass Turbid Density
Farms Currents Air Lift Dredge
Construction Bucket Dredge
sites and
Developed
Areas
G. Morris

68. Reducir el Influjo de Sedimentos
• Control de erosión en la cuenca
– Trabajando con hasta miles de propiedades
– Trabajando con terrenos abandonados
– Incertendumbres: fuego, seguridad, condiciones económicos
• Construcción de Obras para Atrapar Sedimentos
– Embalses aguas arriba
– Trampas de sedimentos
– Miles de charcas agrícolas

69. Inicio del proceso de erosión por el impacto de gotas de lluvia.
La cobortura vegetal es el factor más importante en el control de erosión.
Movimiento de tierra para
la construcción hace el
suelo particularmente
susceptible a erosión

70. Erosión por la concentración de flujo (Colombia)
Erosión por
un sendero

71. Cárcavas
• Erosión ocasionado por la concentración
del flujo
• Empiezan pequeños, y entonces crecen

72. Patrón Longitudinal de una Cárcava
Zona de raíces
Zona de erosión Zona de deposición del
al pie de una material erosionado
pared vertical
Zona de transporte del
material erosionado
Crecimiento
Este patón es típica de
la gran mayoría de las
cárcavas

73. Cárcavas
Los suelos altamente
erosionables no requieren de
mucho agua para ocasionar la
creación de cárcavas.
Suelo aluvial superior protegido
por raíces.
Suelo aluvial inferior más débil
y susceptible a la erosión.
Zona embalse Tacagua, altiplano de Bolivia

74. Crecimiento de cárcavas iniciadas por sobrepastoreo y senderos
Sedimentación
del cauce del río
Río Aragvi, República de Georgia

75. Pequeñas obras para el control de cárcavas son costosos
y poca efectivas al largo plazo, sin mantenimiento.
La mejor estrategia es establecer vegetación.
Erosión por el
lado de la
estructura con
escape de los
sedimentos
atrapados.
El objeto de las obras
debe ser de permitir
estabilización con
Zona Río Arque
vegetación.
Cochabamba, Bolivia

76. Rastrear Sedimentos y Minimizar
Deposición
• Pasar sedimentos alrededor del embalse.
• Pasar sedimentos através del embalse, minimizando
deposición.
• Enfocar deposición de sedimentos en zonas de menor
impacto.
• Remover sedimentos de zonas criticas.

77. Embalse Fuera de Cauce
Pasar sedimentos por embalses fuera de cauce (Puerto Rico, Taiwan)
• Pasa >90% de los sedimentos suspendidos
• Pasa ~100% de la carga de arrastre
Embalse fuera de cauce
Crecida con sedimentos
sigue por el cauce natural

78. Embalse Fuera de Cauce
Río Fajardo, Puerto Rico
Presa
Tubería Gravedad
Toma del río

82. Años requerídos en perder 50% de la capacidad del embalse,
Puerto Rico
Hoy
Embalse 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 2550 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200 3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650 3700 3750 3800 3850 3900 3950
Carite
Patillas
Guajataca
Dos Bocas
Garzas
Cidra
Caonillas
Lucchetti
Prieto Embalses convencionales
Yahuecas
Guayo
Loiza
Toa Vaca
La Plata
Cerrillos
Fajardo
Rio Blanco
Embalses fuera de cauce

83. Sedimentos gruesos pasan alredador del
embalse por canal o túnel
• Requiere condiciones
Embalse : topográficos apropiados
Carga de arrastre desviado
• Utilizable en ríos de alta
aguas abajo pendiente y embalses
relativamente cortos
• Transporte de la carga de
arrastre ocurre durante
eventos frecuentes, porque
el túnel o canal tipicamente
no cuenta con la capacidad
hidráulica suficiente para
pasar una crecida grande.

84. Pasar sedimentos gruesos alrededor del embalse
(Represa Asahi, Japón)

85. Estructura para desviar flujo
Entrada al túnel
Desvio de la carga de arrastre para mantener
el abasto de sedimentos aguas abajo de la
represa. Objetivo: preservación ambiental.
Asahi dam, Osaka, Japan

86. Pasar sedimentos por el embalse
• Se pasan los sedimentos a través del embalse con un mínimo de
deposición.
– Corrientes de turbiedad
– Reducción en nivel (vaciado) durnate una crecida
– Reducción en nivel (vaciado) durante estación de crecidas
• Descarga de sedimentos por ríos es muy variable en el tiempo
– Varia de año en año
– Varia de día dn día
– Varia durante eventos de crecida
• El objetivo es aprovechar de la variabilidad en concentración de
sedimentos: almacenar el agua limpia y pasar el agua túrbia.

87. Pasar Sedimentos por Corriente de Turbiedad
Corriente de turbiedad puede pasar sedimentos finos
Punto de Sumergencia
Cambio en color, confluencia del influjo
y la contra-corriente, acumulación de
material flotante. Lago de Fango
Agua túrbia
Agua Clara
Delta
Corriente túrbia

88. Liberación de Corrientes de Turbiedad:
A pesar de tener corrientes de turbiedad, de turbinar los sedimentos finos
asociados con la corriente de turbiedad, no se desarrolla el patrón de
sedimentación de un lecho horizontal cercano a la represa, ya que las
aguas turbias están liberadas.
Nivel del vertedero
dad
eTurbie
e nte d
Corri

89. Pasar Sedimento através del Embalse
Bajar el nivel dentro del embalse durante crecidas para aumentar
velocidad y minimizar deposición de sedimentos.
Operación
convencional,
Velocidad Baja
nivel alto y baja
velocidad.
Atrapando Sedimento:
Al mantener el nivel de agua alto, la
velocidad es bajo y se atrapa el
sedimento.
d Alta
Velocida
Abre compuerta
para minimizar
nivel y maximizar
velocidad.
Pasar Sedimento:
Velocidad alta minimiza el potencial
para deposición de sedimento.
Este método no necesariamente
puede lograr un balance con los
sedimentos gruesos.

90. Pasar Sedimento por Reducción en Nivel
Reducción en nivel durante crecidas
• Requiere predicción hidrológica de la inundación
• Limitar flujo durante el vaciado inicial para no aumentar crecida aguas abajo
• Re-llenar embalse al final del evento.
Lago Loíza
Puerto Rico

91. Impacto de Manejar Compuertas en la velocidad del flujo através del
embalse durante crecidas.
Mayor Velocidad = Menos Sedimentación
Ancho del Embalse
Velocidad de Flujo con un caudal
de 10,000 pies3 /seg
Velocidad (pies/seg)
10
5 Compuertas completamente abiertas
Compuertas parcialmente abiertas
0
10,000 20,000
Distancia Aguas Arriba de la Represa (pies)

92. Secuencia de Operaciones: Pasar una Crecida
A. Normal Operation B. Begin Drawdown
Partial Gate Opening
Volume in Reservoir = 100
Volume in Reservoir = 70
Volume in Volume in
Q
Watershed < 10 Q Watershed = 30
Sediment
0 24 0 24
Hours Hours
C. Full Drawdown D. Refill Reservoir
Gates Fully Open Gates Closed
Volume in Reservoir = 10 Volume in Reservoir = 10
Volume in Volume in
Q Watershed > 90 Q Watershed = 90
0 24 0 24
Hours Hours

93. Pasando Sedimentos Por Vaciado Prolongado
(Embalse Sanmenxia,Río Amarillo, China)
Embalse está vaciado cuando empiezan los meses de flujo alto
Se cierre a mitad de la estación húmeda para llenar el embalse

94. Sanmenxia
Configuración de compuertas de fondo
Crest =702 m
Túneles
Bocatomas
Compuertas de fondo Convertidas para pasar sedimentos
12 - 3x2 m Compuertas de fondo
8 - 3x2 m

95. Pasando Sedimentos Durante Crecidas
Embalse Sanmenxia, Río Amarillo, China
Flujo
Compuertas de Fondo

96. Pasando Sedimentos Durante Crecidas
Embalse Sanmenxia, Río Amarillo, China

97. Remoción de Sedimentos:
(Remover sedimentos una vez depositados)
Lavado de Sedimentos ( flushing )
• Requiere vaciar el embalse
• Mantiene un volumen limitado
• Impactos ambientales dependen de cada circunstancia
Dragado
• No requiere vaciado del embalse
• No sustentable a menos que hay sitio de disposición
permanente

98. Lavado de Sedimentos
Vaciado completo para socavar sedimento
• Vaciado parcial es inefectivo. Se requiere un vaciado completo para desarrollar un
flujo de alta velocidad a lo largo del embalse y através de la compuerta de fondo.
– Gasto del agua para vaciar el embalse
– Ancho del canal de socavación está limitado
– La energía requerída para un lavado efectiva no es siempre disponible
• Aprovechar eventos de influjo natural, ó
• Liberar agua de un embalse aguas arriba
– Flujo puede ser limitado por la capacidad de las compuertas de fondo
– Impactos
• Ecosistemas fluviales y costaneros
• Terceros (tomas de agua, otros embalses, navegación, recreo y turismo, pesca)
• Costo de oportunidad del agua utilizada (valor de un uso alterna, como la producción
de energía)

99. • El ancho del canal dentro del embalse está limitado, aproximadamente, a la
dimensión del cauce del río previa a la construcción de la represa.
• Capacidad de transporte de sedimento grueso está limitado por el caudal y
duración del flujo durante el lavado de sedimentos.
• Muy efectivo en remover sedimento fino acumulado dentro del canal de lavado
durante periodo operacional, pero no se puede remover sedimento depositado
sobre la planicie inundable sumergida.
Acumulación de sedimento
sigue sobre planicie inundable
Nivel de sedimento sumergida. No se remueve
previo al lavado por el lavado.
Nivel Embalse Lleno
Canal de
Lavado
Acumulación por corrientes
de turbiedad son removidas Ancho del canal
durante el lavado. pre-embalse.

100. Lavado de Sedimentos
(Embalse Cachí, Costa Rica)

101. Cachí Durante Vaciado

102. Cachí Durante Vaciado

103. Sedimentos acumulados sobre la planicie sumergida
no son removidas mediante el proceso de lavado

104. Canal aguas arriba Agua de lavado,
de la presa, ancho concentración
limitado. máxima de
~400,000 mg/l)
Toma
para
hidro Caudal y duración
durante el lavado es
insuficiente para
transportar mucho de la
carga de arrastre.
Embalse Cachí, Costa Rica

105. Lavado produce concentraciones muy elevados de
sedimentos en suspensión aguas abajo de la presa
Concentración máx. > 100 g/L
Vaciado Socavación de Re-llenado del
sedimentos Embalse
Concentración, Nivel
Nivel de agua
en el embalse
Conc. Sedimentos
Suependidos aguas
abajo.
Tiempo

106. El lavado generalmente no puede transportar todo el sedimento:
• Sedimento grueso sigue acumulando en la zona de delta
• Sedimento fino sigue acumulando sobre planicies inundadas.
Balance de Sedimentos, Embalse Sujeto a un Lavado
Annual de 3-días de Duración (Embalse cachí, Costa Rica)
Sediment Distribution Tons/year % of total
Sediment through-flow 148,000 18%
Deposited on Terraces 167,000 21%
Bed load trapped in Reservoir 60,000 7%
Turbidity current deposits removed by flushing 432,000 54%
Total 807,000 100%
28% del influjo de sedimentos queda atrapados

107. Se puede mantener capacidad original mediante
lavado solamente en embalses estrechos.
Gebidem, Suiza
Embalse hidroelécrico
con lavado anual
Vista aguas arriba de la represa

108. Massa Gorge
Sedimentos depositados resultante al lavado
del embalse Gebidem
Gebidem, Suiza
Embalse hidroelécrico
con lavado anual

109. Reducción en Nivel en Kali Gandaki,
Nepal (6 horas duración)

110. Excavación manual e hidráulica
Yahuecas, Puerto Rico

111. Dragado Hidráulica – Factores Limitantes:
1. Costo de la operación
2. Donde disponer del material
• Area de disposición
• Río abajo de la represa
Descarga de
sedimento
Tubería (con estaciones de
bombeo adicionales si fuera
necesario)

112. Componentes de un Sistema de Dragado
13 14 15
11
12
13
Area Disposición
10
9
Draga Hidráulica
1
8
5 4
6
7
2
3
Deposits after dredging

113. Draga Hidráulica
Cortadora
Bomba adicional

114. Dragado continuo con descarga al río aguas debajo de la presa:
• Minimice problemas ambientales porque nunca descarga una
cantidad masiva de sedimentos.
• Otro factor favorable es que hay poco sedimentos finos.
Bajo Anchicayá, Colombia

115. Draga de Sifón, Embalse Valdesia,
República Dominicana

116. Descarga de
fondo de la
draga de Sifón
Embalse Valdesia,
República Dominicana

117. Análisis de Utilización al Largo Plazo
Embalse Peligre, Haití

118. Estrategia para los Próximos 100-años
Embalse Peligre, Haití

119. Cuenca Peligre
Atlantic Ocean
6480 km2
Haiti Dominican Republic
Irrigation Area
Caribbean Sea
Zona de riego,
Valle del Artibonite
Represa
Peligre
Embalse Peligre, Haiti: Hidroeléctrica, suplido de riego, control de inundaciones

120. Influjo diaria hacia el embalse

121. Variación en el Nivel del Embalse Resultante de Operaciones Hidroeléctricas

122. Interrogante: Para cuanto tiempo podrá funcionar el central hasta
que su operación está imposibilitada por la sedimentación.
En 2008, luego de 52 años de operación, el embalse
había perdida 50% de su volumen original.

123. Peligre, Haiti, durante vaciado

124. Peligre, Haiti, durante vaciado
Mirando aguas arriba de la presa

125. Uno de las problemas en Peligré es que la ubicación de
las compuertas de fondo no limpian la zona frente las
bocatomas
Tope 175.55 m Vertedero El. 167 m
Nivel Normal 172 m
Bocatomas
Compuertas
de Fondo

126. Secciones Transversales para Estudio Batimétrica
Presa

127. Trabajo de campo de batimetría para determinar el patrón
de sedimentación actual
GPS en canoa
de tronco
Acceso realizado a pie, por canoa, y
balsa inflable

128. Pérfiles de Sedimentación
PRESA
Sedimentos
avanzando hacia el Perfil de
embalse sedimentos
180 año 2008
1980
2008
170
160
Elevation
(m)
150
140
130 Perfil de
XS-22
XS-23
XS-21
XS-10
XS-12
XS-13
XS-14
XS-15
XS-16
XS-17
XS-18
XS-19
XS-20
XS-11
XS-4
XS-6
XS-7
XS-8
XS-9
sedimentos
XS-2
XS-1
120
Presa
0 5 10 15
Distance
Above
Dam
(km) año1980 25
20 30

129. Depósitos de sedimentos 22 km aguas arriba de la presa
(foto tomado durante reducción en nivel, mayo 2008)
La mayor
sedimentación ocurre
en las riberas del canal.
La planicie de sedimentos
se utiliza para agricultura
durante la reducción
annual en nivel.

130. Depositos de sedimentos 15 km aguas arriba de la presa
(foto tomado durante la reducción en nivel, Mayo 2008)
Mucho menos
sedimentación a medida
que se aleja del canal.

131. Menos sedimento cercano a la represa
(foto durante reducción en nivel, mayo 2008)
Represa

132. Sand Silt Clay
100
90
Muestra analizada
con defloculante y
80
Muestra agua destilada
70 analizada en
agua del
Percent
Passing
(%)
60
embalse sin
defloculante
50
40
30
20
10
0
1 0.1 0.01 0.001
Diameter
(mm)
Efecto de floculación de arcilla en modificar el diámetro efectivo de
sedimentación de los sólidos suspendidos en el embalse Peligre.
Muestra dividida analizada por método de hidrómetro, uno con agua del embalse y otro con
defloculante en agua destilada (método normal de laboratoria para el análisis de suelos).

133. Cambio en Volumen con el Tiempo:
Tasa de sedimentación se reduce según disminuya el volumen.
Peligre Reservoir Storage Volume Variation (Mm³)
350.0
300.0
Potencial de estabilizar
la capacidad
Volumen (Mm3)
250.0
Storage (Mm³)
200.0
Sediment Flushing Raise Dam with
150.0 Normal Operation
Raise dam with Flushing
100.0 Normal Operation
50.0
0.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Simulation Time (Yr)
Tiempo (años)

134. Dam Raise with Sediment Flushing Model
Dam Raise with Normal Operation Model
Sediment Flushing Model
Normal Operation Model
Figure 33: Projected variation in trap efficiency with time, per sediment transport simulations.

135. Predicción de Perfiles, Simulación de 100 años
(modelo SRH-1D, USBR)
Perfil año 2108
Peligre
Reservoir
Projected
Sediment
Accumulation
180
2008
Bathymetry 10
Yr 20
Yr 30
Yr 45
Yr 60
Yr 100
Yr
Normal Pool Elevation 172 m
170
160
Elevation
(m)
150
Perfil 2028 Perfil 2008
140
XS-18
XS-16
XS-15
XS-10
XS-13
XS-12
XS-11
XS-14
XS-17
XS-19
XS-1
XS-7
XS-5
XS-4
XS-2
XS-9
XS-8
XS-6
XS-3
130
Presa
120
0 5 10 15 20 25 30
Distance
Above
Dam
(Km)

136. Modificación de nivel mínimo operacional:
• Enfocar sedimentación más lejos de la bocatoma
• Aumentar carga hidráulica para producción de energía
Nivel mínimo operacional propuesto = 160 m
Nivel mínimo operacional actual = 153 m

137. Gregory L. Morris
gmorris@gmaeng.com
www.gmaeng.com
Recurso Técnico - Gratis
PDF del libro de 748 páginas
Reservoir Sedimentation Handbook
McGraw-Hill Book Co., New York
www.reservoirsedimentation.com