Planificación de Proyectos Hidráulicos

La ingeniería hidráulica es la rama de la ingeniería civil que se ocupa de planificar, proyectar, construir y operar las obras hidráulicas, entendiendo como estas las obras civiles cuya función es la de captar, regular, controlar, transportar, distribuir, recolectar y disponer de las aguas o bien protegerse de ellas.

Secuencia de Planificación de Proyectos

La planificación de proyectos está conformada por la siguiente secuencia:

• Formulación de proyectos: identificar áreas del proyecto, definir esquemas hidráulicos, analizar posibles soluciones, formular proyectos específicos.
• Evaluación y jerarquización de proyectos: seleccionar el método en función de los objetivos, evaluar cada proyecto y establecer el orden de prelación.
• Programación de los proyectos seleccionados: establecer el orden de prioridad dentro del Plan General de Desarrollo de la Nación.

Usos del Agua en Proyectos Hidráulicos

Algunos de los usos del agua son: abastecimiento urbano, riego con fines agrícolas, hidroelectricidad, navegación y recreación. Todos estos usos pueden integrarse en un proyecto hidráulico de aprovechamiento. Otros usos, como la disposición de aguas servidas, también están comprendidos en proyectos hidráulicos específicos.

Usos de Protección Contra el Agua

Los usos dirigidos a protegerse de la acción destructiva del agua pueden clasificarse así:

• Disposición de aguas servidas: comprende la recolección y descarga de las aguas contaminadas por el uso que el hombre ha hecho de ellas, directa o indirectamente.
• Drenaje urbano: consiste en la recolección y descarga de aguas pluviales en áreas urbanizadas.
• Drenaje agrícola: su objetivo es similar al anterior, pero en zonas agrícolas, donde no solo se gestionan aguas pluviales, sino también las provenientes del riego artificial o del subsuelo.
• Control de crecidas: contempla las acciones encaminadas a impedir los daños que ocasionan el desbordamiento de las aguas de los ríos, quebradas u otros cuerpos superficiales.
• Control de erosión: consiste en impedir la acción erosiva del agua, tanto en cauces como en el suelo y subsuelo.

Control Estructural de Suelos

El control estructural de los suelos consiste en el drenaje de los excesos de agua subsuperficiales que pueden poner en peligro la estabilidad geológica de los suelos.

Tipos de Proyectos Según su Propósito

Se denomina proyecto de propósito único cuando está destinado a un único uso, y proyecto de propósito múltiple cuando existe más de un uso.

Formulación Detallada de Proyectos Hidráulicos

El proceso de formulación incluye:

• Identificar las áreas de proyecto dentro del ámbito geográfico.
• Definir las soluciones que puedan configurar las áreas de proyectos.
• El estudio de las diferentes alternativas para escoger las más convenientes.
• Finalmente, se procede a la formulación de los proyectos específicos cuya factibilidad ha sido comprobada.

Acciones Complementarias

Estas acciones se llevan a cabo para cumplir con el objetivo para el cual fue concebido el proyecto hidráulico y garantizar con ellas el beneficio en los siguientes aspectos: legales, institucionales, sociales y económicos.

El Ciclo Hidrológico y su Influencia

El ciclo hidrológico natural, esquemáticamente, se puede distinguir en dos fases bien definidas: una atmosférica y otra terrestre. Es en esta última donde el hombre ejerce principalmente su influencia, ya que los proyectos hidráulicos se desarrollan en ella. Ejemplos de esta influencia incluyen cómo el trasvase de embalses modifica la calidad del agua o su utilización.

Definición de Planificación de Proyecto Hidráulico

La planificación de un proyecto hidráulico es un conjunto de acciones realizadas por el hombre con el propósito de usar el agua con un fin o fines determinados.

Etapas de la Planificación de un Proyecto Hidráulico

Las etapas clave son:

• Reconocimiento del inventario
• Estudio preliminar
• Anteproyecto
• Proyecto definitivo
• Construcción
• Operación y funcionamiento

Tipos de Información y Estudios para Proyectos Hidráulicos

Para la realización de proyectos hidráulicos se deben considerar diversos tipos de información y estudios:

• Información Hidrológica:
  • Curvas de duración de caudales diarios, mensuales o anuales (muestran el porcentaje del tiempo en que un caudal es igual o mayor a un determinado valor).
  • Curvas de masa (muestran la deficiencia que puede tener lugar en la demanda sobre periodos seleccionados de poco caudal).
  • Estudios de frecuencia de picos de crecientes máximas anuales (muestran los peligros potenciales de inundación).
• Precipitación: Cantidad, distribución, intensidad y frecuencia.
• Escorrentía superficial: Cantidad, variabilidad y caudales.
• Agua Subterránea: Acuíferos, recarga y reservas del subsuelo.
• Calidad del agua: Parámetros físicos, químicos y biológicos.
• Evaporación: Cantidad y distribución.
• Sedimentos: Cantidad, material, origen y tipo.
• Temperatura: Normal, media, mínima y máxima.
• Información Geológica y Geodésica.
• Información Agrológica y Edafológica.
• Información Socioeconómica.
• Información Ecológica.
• Información Legal e Institucional.
• Recursos de agua disponibles.

Propósitos y Objetivos de un Aprovechamiento Hidráulico

Un sistema óptimo de aprovechamiento hidráulico es el conjunto de proyectos más eficientes destinados a lograr el aprovechamiento integral y exhaustivo de los recursos hidráulicos y naturales que tengan concordancia en una unidad hidrográfica.

Ejemplo:

• Propósito: Prevención de inundaciones.
• Objetivos: Prevención o reducción de daños ocasionados por las crecidas dentro de las planicies de inundación.
• Tipos de obras y medidas: Embalses de regulación, diques, pozos, muros de contención de cauces, canales, estaciones de bombeo, sistemas de drenaje, entre otros.

Obras Hidráulicas

Las obras hidráulicas no son más que obras civiles cuya función es la de captar, regular, controlar, transportar, distribuir, recolectar y disponer de las aguas, o bien protegerse de ellas.

Clasificación de las Obras Hidráulicas

• Obras de captación: tienen como objetivo extraer las aguas de su medio natural.
• Obras de regulación: son las destinadas a modificar el régimen cronológico natural de las aguas; por ejemplo, las presas de embalse, los aliviaderos, los estanques.
• Obras de conducción: como su nombre lo indica, se emplean para transportar agua desde los lugares de captación a los sitios de consumo, o de estos a los de descarga.
• Obras de distribución: son obras cuya función es repartir el agua entre los usuarios.
• Obras de recolección: son aquellas que recogen los excesos de agua y los llevan hasta la conducción de descarga respectiva.
• Obras de protección y mejoras de cauce: son aquellas destinadas a mejorar la capacidad de conducción de los cauces fluviales y a impedir su desbordamiento.
• Obras de transformación de energía hidráulica: son aquellas donde se aprovecha la energía hidráulica, sea potencial, cinética o ambas.
• Obras misceláneas: son las obras hidráulicas que no encajan en ninguno de los conceptos anteriores.

Demandas y Necesidades de Agua

La diferencia entre consumo y demanda radica en que el primero es la cantidad de agua realmente utilizada, mientras que la segunda es la cantidad que se desea consumir.

Tipos de Demanda de Agua

• Demanda en reserva: Se refiere a los volúmenes de agua que deben reservarse en las fuentes de abastecimiento, conservando márgenes de seguridad generosos sobre los consumos previsibles.
• Demandas de proyecto: Son las demandas medias que deben ser abastecidas por cada obra (fuente, conducción o distribución) parte del proyecto.
• Gastos de diseño: Calculados sobre la base de la distribución instantánea de las demandas de proyecto, determinando así las dimensiones hidráulicas de las diferentes obras.
• Demanda bruta: Agua pedida por los usuarios bajo circunstancias económicas determinadas (como un precio dado), tomando en cuenta las sumas de pérdidas y retornos.

Procedimiento para Determinar las Demandas de Agua

Horizonte de Planificación

El horizonte de planificación de un proyecto es la fecha más lejana para la cual se supone que este debe satisfacer las cantidades de agua necesarias para abastecer las ciudades correspondientes.

Estimación de las Necesidades

Se consideran dos factores básicos: la población a servir y el plan de desarrollo urbano. Existen numerosos métodos que tratan de predecir el crecimiento futuro probable de la población, como el método aritmético, el logarítmico y el del gráfico de tendencia.

Determinación de las Dotaciones

La dotación se forma con la suma de los requerimientos razonables de los diferentes usos que conforman el abastecimiento urbano: doméstico, comercial, industrial y público. Los factores que influencian la dotación o consumo deseable pueden resumirse así:

• Necesidades de tipo sanitario dentro del consumo doméstico.
• Clima: En áreas muy calurosas el consumo de agua es mayor que en climas frescos, en especial en el riego de jardines.
• Tamaño de la ciudad.
• Precio del agua.
• Existencia de cloacas.
• Características de los habitantes: El nivel de vida y la situación económica de los habitantes influyen de forma muy significativa en los consumos.
• Tipo de industrias y de comercios.

Hipótesis de Demanda

La incertidumbre estará presente en cualquier estimación de las probables demandas futuras de abastecimiento al medio urbano. Un punto importante que se tiene que considerar al formular las hipótesis de crecimiento de las demandas de agua en el medio urbano es la variación de las dotaciones globales con el tiempo, es decir, suponer una modificación de ellas en el futuro.

Demanda de Agua para Riego

La problemática del agua para riego está íntimamente relacionada con el desarrollo del sector agrícola. El estudio de la demanda de agua para riego tiene por objeto identificar, comparar y examinar las diferencias obtenidas entre la demanda, el suministro y el consumo de agua para riego en cada unidad de superficie.

Determinación de las Necesidades de Riego

Las cantidades de agua que demanda la agricultura bajo riego dependen de tres parámetros fundamentales: el clima, el área bajo riego y los cultivos correspondientes.

Requerimientos de Agua en las Plantas

Durante la etapa de crecimiento de un cultivo, este requiere una cantidad de agua que se denomina uso consuntivo. El uso consuntivo es la evapotranspiración potencial. La evapotranspiración potencial (ETP) es la suma de la evaporación y la transpiración de las plantas, bajo el supuesto de que siempre hay agua disponible en la superficie o en el subsuelo.

Evapotranspiración Real y Potencial

La evapotranspiración se define como la pérdida de humedad de una superficie por evaporación directa junto con la pérdida de agua por transpiración de la vegetación. Se expresa en milímetros por unidad de tiempo. Para determinar la evapotranspiración real de los cultivos y el déficit agrícola de los suelos es indispensable realizar un balance hídrico del suelo.

Balance Hídrico

El concepto de balance hídrico se deriva del concepto de balance de materia; es decir, es el equilibrio entre todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo, en un intervalo de tiempo determinado. En general, no se dispone de registros de infiltración, por lo que resultaría entonces más conveniente expresar la infiltración en función de variables hidrológicas medibles, tales como precipitación y evaporación.

Factores Adicionales para el Cálculo de Dotaciones

Es importante considerar los siguientes factores:

• Necesidades de tipo sanitario en el consumo doméstico.
• Clima.
• Tamaño de la ciudad.
• Precio del agua.
• Existencia de cloacas y características de los habitantes.
• Tipo industrial y de comercio.

En conclusión, se pueden determinar las dotaciones globales por dos caminos: el primero, a través de un estudio detallado por tipo de consumo (doméstico, industrial, comercial y público), y el otro, con la utilización de dotaciones que incluyan todos los usos, basados generalmente en experiencias con consumos totales.

Otras Demandas y Consideraciones

Hidroelectricidad

La hidroelectricidad es el aprovechamiento de la energía cinética y potencial del agua, que se transforma en energía mecánica para luego convertirse en energía eléctrica.

Disposición de Aguas Servidas

Cualquier agua servida, normalmente contaminada, debe ser dispuesta de forma adecuada para que no cause daños. Su gestión puede ser controlada mediante drenaje urbano y drenaje agrícola.

Control de Crecidas

Las necesidades de control de crecidas están determinadas por los daños que el desbordamiento de los ríos pueda causar en áreas urbanas y rurales. De la misma forma, su exceso de agua está definido por un período de retorno y un nivel de inundaciones.

Visión Integral de las Demandas

La visión integral de las demandas es de primerísima importancia, pues solo así se lograrán proyectos realmente beneficiosos para el hombre. Por otra parte, esta visión permitirá vislumbrar adecuadamente la posible competencia entre los diferentes usos, que proviene de la frecuente imposibilidad de que puedan satisfacerse todas las demandas simultáneamente, es decir, de lograr un balance entre la demanda y la oferta.

Disponibilidad de Agua

Las disponibilidades de agua son la cuantificación de las cantidades existentes a lo largo de las diferentes fases o etapas del ciclo hidrológico, ya enunciado. El conocimiento de las disponibilidades no solo es indispensable para la correcta definición del proyecto hidráulico, sino que además es el dato más importante, pues este, conjuntamente con las demandas, son las variables determinantes de las dimensiones de los proyectos.

Conceptos Clave de Disponibilidad

Disponibilidad Bruta

Es equivalente al término disponibilidad antes definido y se establece tanto en volumen como en calidad, así como en su distribución espacial y cronológica. De aquí en adelante se denominará simplemente disponibilidad. Es la cantidad de agua disponible para satisfacer a los usuarios, más la consideración de las pérdidas.

Disponibilidad Neta (Aprovechable)

También conocida como aprovechable, es aquella disponibilidad realmente factible de ser utilizada en beneficio del hombre, es decir, que puede ser empleada para usos de aprovechamiento. Esta disponibilidad depende de varios factores, entre los cuales merece destacar: la factibilidad física de hacer uso del agua, la factibilidad económica de aprovecharla, la tecnología existente y la calidad del agua; factores todos que están interrelacionados entre sí.

Exceso de Agua

El exceso es aquella disponibilidad cuya existencia en cantidad, lugar, oportunidad o calidad ocasiona daños, causando en consecuencia la necesidad de un uso de protección.

Disponibilidad Real u Oferta

La disponibilidad real u oferta es aquella disponibilidad neta o el exceso que realmente son controlados por el hombre.

Consideraciones sobre la Probabilidad de Disponibilidad

Al evaluar la disponibilidad, se consideran diferentes tipos de eventos hidrológicos:

• Evento Aislado: Se refiere a un fenómeno hidrológico limitado en el tiempo; por ejemplo, el escurrimiento de una crecida o la conformación de una sequía.
• Evento Extremo: En algunos casos solo es necesario determinar la magnitud máxima o mínima; por ejemplo, el pico de la creciente o el gasto mínimo instantáneo de un período de sequía.
• Evento Secuencial: Representa el resultado de todos los fenómenos hidrológicos que conforman el escurrimiento ordenado secuencialmente.
• Probabilidad de Ocurrencia: Es una medida de la frecuencia con que ocurre un fenómeno hidrológico (evento).

Etiquetas: gestión del agua, Ingeniería Hidráulica, Planificación Hídrica, Proyectos Hidráulicos, recursos hídricos