El hombre ha construido embalses desde antiguo, pero no ha sido hasta muy recientemente cuando este tipo de construcciones ha tenido un auge considerable. La creciente demanda de agua y energía hidroeléctrica, así como las múltiples aplicaciones adicionales de los embalses ha impulsado considerablemente su construcción. En el mundo actual, las represas destinadas a producir energía hidroeléctrica son las que resaltan más por ser las de mayor tamaño. Estas represas cada vez más altas y anchas, han permitido almacenar una cantidad cada vez mayor de agua
Los embalses son estructuras de construcción de mucha utilidad, ya que son usados en campos como el riego, el aprovechamiento y generación de energía, el control de inundaciones, la navegación, la pesca, control de sedimentos, y la recreación.
Un embalse o represa es una acumulación artificial de agua que tiene como particularidad poder ser parcial y/o totalmente vaciado por gravedad o por aspiración.
Según su origen se clasifican en naturales o artificiales. Un embalse de origen natural (como un valle inundado) se lo puede clasificar de acuerdo con su tamaño, su profundidad, su localización geográfica como: Lago Charca Laguna Estanque Si es de origen artificial puede ser cavado en el suelo (por ejemplo, en las gravas), o ser consecuencias de una represa en tierra (estanque de piscicultura, por ejemplo), de piedras y de hormigón (por ejemplo, las grandes represas).
Embalses: (definición)
Desde el punto de vista de riego, hemos definido embalse como un lago artificial construido para almacenar agua durante la estación lluviosa y para distribuirla durante la estación seca. Tanto para Venezuela como para la mayoría de los países del mundo, ésta es una condición general impuesta por el clima. Nuestras lluvias, salvo contadas áreas, están concentradas durante un periodo de cinco o seis meses, que llamamos invierno, siendo muy escasa o nulas durante el resto del año: entonces esa mala distribución del agua de lluvia nos obliga a almacenarla mediante la construcción de embalses. Los embalses pueden almacenar agua y tiene muchos usos no menos importantes como son:
· En Riego; usos domésticos e industriales, obteniéndose como beneficio; Incremento de la producción agropecuaria. Suministro de agua para uso de las poblaciones y de las industrias.
· En control de inundaciones; Prevención de daños causados por desbordamiento durante la creciente, en defensa de las poblaciones y áreas cultivadas o industriales.
· Generación de Energía; protección y suministro de energía para usos domésticos e industriales.
· Navegación; facilidades de transporte por vía fluvial, permitiendo la navegación entre poblaciones.
· Control de sedimentos; pequeños embalses para control de sedimentos a otros embalses o a corrientes de agua. Control de erosión.
· Recreación; aumento de bienestar de la población.
· Mejoramiento de la piscicultura para usos industriales. Mejoramiento de la ecología vegetal y animal.
Estructuras que conforman los embalses:
Todo embalse consta de las siguientes estructuras básicas: la presa, el aliviadero y las obras de toma.
La presa, dique o represa, es la estructura de retención de las aguas y resiste un empuje. Debe ser por lo tanto, impermeable y estable, conjuntamente con su fundación y sus estribos.
El aliviadero o estructura de alivio o descarga de los excedentes que llegan al embalse, los cuales no se desean almacenar. Sus características más importante es la de evacuar con facilidad las máximas crecientes que llegan al vaso de almacenamiento. Su insuficiencia provoca el desborde del agua por encima de la cresta de la presa y el posible colapso de esta estructura si se trata de una presa de tierra o enrocado.
Las obras de toma son un conjunto de estructuras formado por una estructura de entrada o toma, un túnel o conducto a través de un estribo o de la presa y una estructura de salida. Este conjunto permite tomar las aguas del embalse y pasarlas al canal principal. Debe tener suficiente capacidad para descargar las aguas abastecer a la zona de riego con el gasto necesario, de acuerdo a los requerimientos de los suelos para niveles mínimos del embalse.
En algunos embalses se construyen diques o presas adicionales para el cierre de alguna depresión en la divisoria de aguas del vaso de almacenamiento. Algunos de estos diques se diseñan como diques fusibles, es decir, que pueden destruirse con el paso de las aguas sobre los mismos, aumentando así la seguridad de la presa principal.
Capacidad de un embalse:
La capacidad de un embalse se mide por el volumen de agua contenido en su vaso de almacenamiento para una altura dada de la presa y de su aliviadero. Para calcular la capacidad se utilizan los planos levantados del vaso de almacenamiento. Para ello, una vez que hallamos fijado el sitio de la presa y la cota del fondo del río, comenzamos por medir con el planímetro las áreas abarcadas por cada una de las curvas de nivel. Luego, si calculamos la semisuma de las áreas entre curvas y las multiplicamos por el intervalo entre las mismas obtenemos el volumen almacenado entre curvas o volumen parcial. Si se acumulan luego los volúmenes parciales, se obtienen el volumen almacenado por cada cota o altura sobre el fondo del río.
Todos estos cómputos se anotan en un cuadro similar al que se muestra a continuación:
Altura mts Cota m.s.n.m Lectura Planim. Constantes Areas Has. 4/2 Has.Volúmenes parciales Volúmenes acumulados
Curvas de áreas y capacidades:
Con los datos del cuadro dibujamos las curvas de capacidades y de áreas, las cuales nos permitirán conocer gráficamente los volúmenes capaces de ser almacenados en el sitio y las áreas que serán inundadas para cualquier altura de la presa. Estas curvas nos permiten seleccionar entre varias alternativas, aquellas que presentan mayores capacidades para la misma altura de la presa.
Para dibujar estas curvas se elige un sistema de coordenadas rectangulares y sobre el eje de las abscisas, a escala determinada, se dibujan los volúmenes, a escala determinada, se dibujan los volúmenes; en las ordenadas a partir de la cota de fondo del río las alturas o cotas, o ambas. Se dibuja también las áreas inundadas, usando sentido contrario a la curva de volúmenes para evitar confusiones al usar el gráfico.
Los cómputos de los volúmenes, de las áreas y el dibujo de las curvas deben hacerse lo más preciso posible y muy cuidadosamente. Si se cometen errores al calcularlas o dibujarlas, éstos se reflejarán en las dimensiones de todas las estructuras que integrarán el futuro embalse.
Las capacidades de los vasos de almacenamiento, se expresan en metros cúbicos (m³), hectómetros cúbicos (Hm³), equivale también esta medida a (106m³), o en hectáreas-metro (Ha.m), equivalente a 10.000 m³.
Capacidades características de un embalse:
En un embalse podemos distinguir tres capacidades o volúmenes característicos: 1) el volumen muerto o capacidad de azolves; 2) el volumen útil y 3) la suma de ambos que nos da el volumen total.
Vt = va + vu
El volumen de azolves es el volumen que debemos disponer en el vaso para almacenar los sedimentos. Transportadas por el río y que con el tiempo se van depositando en él. El período que tarda en colmarse esta capacidad, constituye la vida útil del embalse y se estima para proyectos pequeños en unos 50 años y para los grandes proyectos para unos 100 años.
El volumen útil es el necesario para suplir las demandas y las pérdidas de aguas durante un período determinado de funcionamiento del embalse. Debe ser de tal magnitud que garantice dentro de un periodo hidrológico escogido, el riego de toda el área disponible aprovechable. Cuando se presentan períodos muy secos, no previstos en el período de estudio, se puede racionar el agua prudentemente alargando así lo más posible, el tiempo de abastecimiento y evitando dejar completamente vacía la capacidad útil del embalse para el año siguiente.
En algunos casos cuando se desea combinar el riego con el control de inundaciones, se prevé otro volumen adicional, por encima del volumen útil con el objeto de retener la creciente por un tiempo prudencial, no permitiendo que el aliviadero sobrepase gastos determinados, equivalentes a la capacidad adicional debe siempre quedar disponible para absorber la creciente prevista. 3
Alturas de las presas:
En todo embalse existen dos alturas determinadas en
las curvas de capacidades, así:
1) La altura de aguas muertas, h1 y
2) La altura de aguas normales, h2.
Pero no es aceptable que el agua vierta sobre la presa misma y por lo tanto debemos añadir una altura h3 que llamaremos borde libre. Entonces la altura total de la presa será:
H = h1 + h2 + h3.
Sección típica de una presa de tierra
Las presas de tierra, tienen sección trapezoidal. En ellas se denomina ancho de cresta o simplemente cresta, al lado menor, el lado mayor está definido por la línea de contacto entre el material de la presa y el material de la fundación y los lados del trapecio constituyen los taludes. El que está en contacto con el agua se denomina talud aguas arribas y al opuesto talud aguas abajo.
En las presas zonificadas existen uno o dos espaldones de materiales impermeable, núcleo o corazón de la presa, el cual, puede ser vertical o inclinado.
Otro elemento importante en las presas homogéneas para almacenamiento, es el dren de pie, el cual tiene como función colectar toda el agua que pueda percolar a través de la sección o de la fundación de la misma. El dren desaparece en las presas zonificadas cuando el espaldón aguas abajo es impermeable y por lo tanto sustituye al dren.
Cuando la presa está fundada sobre material permeable y se desea cortar el flujo de aguas a través de dicho material, se diseña una zanja, denominada dentellón, la cual se rellena con el mismo material del núcleo.
Cuando la fundación es directa sobre la roca, se transforma el dentellón en una pequeña zanja de traba para la mejor unión del material del núcleo con la roca de fundación.
