modelización hidrológica e hidráulica con rs minerve

7/24/2019 Modelización Hidrológica e Hidráulica Con Rs Minerve

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SEMINARIO DE FORMACIÓN EN MODELIZACIÓN

HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA CON RS MINERVE

Proyecto aplicado:

Estudio de la cuenca Atienza



Seminario de formación en modelización hidrológica e hidráulica con RS MINERVE

2

DESCRIPCIÓN

Debido a los déficits hídricos que ha venido sufriendo en los últimos años y a los costes que

le supone importar la energía para su abastecimiento, un Parque industrial ha encargado el

pre-estudio de construcción de un nuevo complejo hidroeléctrico ubicado en un río próximo

que le ayude a abastecerse en agua potable y en electricidad.

El Parque industrial quiere saber qué niveles de déficit de agua se esperan en los próximos

años, si la construcción del complejo se justifica económicamente y en cuántos años se

podrá amortizar (los beneficios derivados de su construcción superan la inversión inicial)

dicho complejo.

Situación actual

Cuenca vertiente Mato

El complejo hidroélectrico se va a ubicar en la cuenca del río Atienza, un afluente del río

Mato. La cuenca tiene una superficie aproximada de 84 km2 y se divide en 3 subcuencas SC1,

SC2 y SC3.

El río Atienza nace en la confluencia de las subcuencas SC1 y SC2, y discurre por la subcuenca

SC3 hasta desembocar en el río principal Mato (Figura 1).

Se dispone de los datos de temperatura y precipitación registrados por 2 estacionesmeteorológicas que se encuentran próximas a la cuenca de estudio. Se dispone además de

los datos de caudales de una estación de aforo situada en la desembocadura del río Atienza

al río Mato.

Parque industrial

El Parque industrial se emplaza próximo a la cuenca y toma el agua del río Atienza para su

abastecimiento en agua potable. La toma se encuentra justo aguas abajo de la estación de

aforo, antes del reintegro del río Atienza al río Mato.

La demanda de agua del Parque Industrial es constante y de valor 1.2 m3

/s. Cuando elabastecimiento por el río Atienza no es suficiente (es decir se producen déficits), el Parque

tiene que importar la cantidad de agua que le falta de otras cuencas, a un coste de 0.075€/m

3.

Por otro lado, su consumo energético medio es de 1’000 kWh/día. Por el momento, el

suministro eléctrico al Parque se realiza desde una central lejana con un coste de

importación de energía de 0.065 €/kWh.



Proyecto aplicado

3

Figura 1 Cuenca de estudio y ubicación del punto de toma de agua en el río Tornero.

Proyecto de construcción

Para producir energía para el Parque industrial y disponer de una reserva de agua potable,

se contemplan 2 proyectos de construcción, entre los cuales el alumno deberá elegir yanalizar únicamente uno.

Proyecto 1: presa+mini-central hidroeléctrica en la desembocadura del

río Atienza

Consiste en la construcción de una presa con una mini-central hidroeléctrica al pie de la

presa. EL conjunto se ubica en la desembocadura del río Atienza al Mato (Figura 2). El agua

utilizada por la mini-central sale de la cuenca Atienza y se reintegra directamente al río

Mato.

El abastecimiento de agua potable al Parque industrial se realiza tomando las aguas delembalse formado por la presa, mientras que la energía generada en la central suministra la

electricidad requerida por el Parque.

Cuando la demanda de energía y/o de agua no se pueda satisfacer mediante este complejo

hidroeléctrico, se importará el restante como actualmente desde otros puntos y al coste

indicado en el enunciado (0.075 €/m3 de agua, y 0.065 €/kWh).

Tanto la presa como la min-central hidroeléctrica son propiedad del Parque industrial.

Cuando la producción de la mini-central sobrepasa la demanda energética del Parque, la

electricidad sobrante se vende a otros puntos de consumo a 0.065 €/kWh. El agua restante

no consumida ni por la central ni por el Parque industrial se reintegra al río Mato.Sus principales características se indican en la Tabla 1.

Río Atienza

(afluente)

Estación

meteo 1

Parque

industrial

SC1

SC2

SC3

Estación

meteo 2

Río Mato

(principal)

Estación

aforo




4

Figura 2 Descripción del Proyecto 1.

Tabla 1 Principales características del Proyecto 1.

Río Mato

(principal)

Presa

+ Centralhidroeléctrica

Parque

industrial

Ubicación:

Altura: 25 mAliviadero:

Curva característica:

Capacidad: 25 Hm3

Altura inicial agua: 2516 m s.n.m.

Ubicación:

Zcentral 2493 m s.n.m.

L 20 m

D 3 mK 0.0003 m

ν 0.0000015 m2/s

Default Price 0.065 €/KWh

Eficiencia 100% -

Qturbinado 0.5 m3/s

Presa 12'000'000 €

Mini-central 3'000'000 €

TOTAL 15'000'000 €

Archivo "Aliviaderos.xlsx"

Embalse

Mini-central hidroeléctrica

Coste de construcción

Desembocadura del río Atienza al Mato

Archivo "Embalses.xlsx"


PROYECTO 1

Presa



Proyecto aplicado

5

Proyecto 2: presa en la confluencia de las subcuencas SC1 y SC2, y

central hidroeléctrica en la desembocadura del río Atienza

Consiste en la construcción de una presa en la confluencia de las subcuencas SC1 y SC2.

Además, se prevé la construcción de una central hidroeléctrica ubicada en la

desembocadura del río Atienza al río Mato que funciona turbinando el agua almacenada en

el embalse formado por la presa (Figura 3). El agua utilizada por la central sale de la cuenca

Atienza y se reintegra directamente al río Mato.

Como antes, la demanda de agua potable del Parque industrial se satisface utilizando el

almacenamiento en el embalse, y la demanda energética se satisface con la energía

generada en la central.

Cuando la demanda de energía y/o de agua no se pueda suministrar mediante este complejo

hidroeléctrico, se suministrará como actualmente mediante importación de otros puntos y al

coste indicado en el enunciado (0.075 €/m3 de agua, y 0.065 €/kWh).

Tanto la presa como la central hidroeléctrica son propiedad del Parque industrial. Cuando la

producción de la central sobrepasa la demanda energética del Parque, la electricidad

sobrante se vende a otros puntos de consumo a 0.065 €/kWh. El agua restante no

consumida ni por la central ni por el Parque industrial se reintegra al río Mato.

Sus principales características se indican en la Tabla 2.

Figura 3 Descripción del Proyecto 2.

Río Mato

(principal)

Central

hidroeléctrica

Presa

Parque

industrial




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Tabla 2 Principales características del Proyecto 2.

Ubicación:

Altura: 60 m

Aliviadero:

Curva característica:

Capacidad: 60 Hm3

Altura inicial agua: 2870 m s.n.m.

Ubicación:

Zcentral 2493 m s.n.m.

L 4600 m

D 1.5 m

K 0.00035 m

ν 0.0000015 m2/s

Default Price 0.065 €/KWh

Eficiencia 70% -

Qturbinado 0.65 m3/s

Presa 36'000'000 €

Central 6'000'000 €

TOTAL 42'000'000 €


Coste de construcción

Archivo "Aliviaderos.xlsx"

PROYECTO 2

Presa

Confluencia subcuencas SC1 y SC2

Embalse

Archivo "Embalses.xlsx"

Mini-central hidroeléctrica



Proyecto aplicado

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ACTIVIDADES A REALIZAR

A partir de los datos disponibles y de la descripción de la cuenca, evalúe la satisfacción actual

de las demandas (hídricas y energéticas) del Parque industrial y justifique la implementacióndel Proyecto elegido. Desarrolle para ello los siguientes puntos.

A. Situación actual

1. Creación de una base de datos hidrometeorológicos

Utilice los datos registrados de temperatura, precipitación y caudal en las estaciones de

medida para crear una base de datos en RS MINERVE.

2.

Construcción de un modelo hidrológico para el estado actual de la cuenca (sininfraestructuras hidráulicas)

Utilice la delimitación de la cuenca del Atienza, los datos hidrometeorológicos y las

informaciones del enunciado para elaborar un modelo hidrológico completo del estado

actual de la cuenca (sin ningún Proyecto implementado).

3. Calibración del modelo

Realice la calibración del modelo construido utilizando los datos de caudales aforados en la

toma de agua.

Tome un periodo de calibración de 1 año (por ejemplo del 01.09.2004 al 31.08.2005), yutilice el resto del periodo de registro para la fase de validación. Básese en los ejercicios del

curso para definir los parámetros a calibrar y los indicadores de eficiencia1.

Analice y valide los resultados obtenidos (indicadores de eficiencia, sensibilidad del modelo,

importancia de los parámetros, etc.).

B. Proyecto de construcción (situación futura)

4. Modelización del proyecto propuesto para el futuro

Partiendo del modelo hidrológico construido y calibrado previamente con RS MINERVE,utilice los datos del proyecto de construcción elegido y las previsiones de precipitación y

temperatura para los próximos 50 años y elabore los siguientes modelos:

- Modelo hidrológico de la cuenca sin ninguna medida implementada, para los

próximos 50 años.

1 Tenga en cuenta que la duración de la calibración depende del tamaño del modelo y del número de

parámetros a calibrar.




8

- Modelo hidrológico de la cuenca habiendo implementado el Proyecto elegido, para

los próximos 50 años.

5. Justificación del proyecto adoptado

Se pide justificar de forma razonada la implementación del proyecto elegido. Para elloevalúe, tanto en el caso SIN medidas como en el caso del PROYECTO elegido, lo siguiente:

a. Los déficits de demandas energéticas y de agua potable entre 2014 y 2064, y el

coste en € que suponen al Parque industrial.

b. Comparación de los costes netos (los costes totales2 menos los beneficios por la

venta de electricidad) entre el caso SIN medidas y el caso del PROYECTO.

c. Una estimación de cuándo la inversión económica del PROYECTO se amortizará (es

decir, a partir de qué año los costes netos en el caso SIN medidas serán mayores

que los costes netos habiendo implementado el PROYECTO).

2 Costes totales=costes de construcción + costes por importación de agua y/o electricidad debido a los déficits.



Proyecto aplicado

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DATOS DISPONIBLES

Se dispone de un estudio que prevé las precipitaciones y temperaturas en las 2 estaciones

meteorológicas para los próximos 50 años (2014-2064).

En la Tabla 3 se presentan los archivos necesarios para el desarrollo del ejercicio.

Tabla 3. Lista de archivos disponibles para la elaboración de los modelos hidrológicos

Otros datos

Settings: Method Interpolation: Shepard

Settings: Evapotranspiration data: Turc con latitud 46° y longitud 8°

Simulation time step: 1 hora

Recording time step: 1 hora

Nombre del archivo Ubicación Descripción

Datos_meteo.xlsxDossier para los participantes\Proyecto

aplicado\Datos\Datos_meteo

Registro de datos meteorológicos horarios de

precipitación (mm/h) y temperatura (°C) de las 2

estaciones de la cuenca.

- Fecha inicial: 01.09.2004 a las 00:00

- Fecha final : 01.09.2014 a las 00:00

Datos_hidro.xlsxDossier para los participantes\Proyecto

aplicado\Datos\Datos_hidro

Datos horarios de cuadales en la estación de

aforo.


- Fecha final : 01.09.2014 a las 00:00

Datos_meteo_prevision.xlsxDossier para los participantes\Proyecto

aplicado\Datos\Datos_meteo

Previsión de precipitación (mm/h) y temperatura

(°C) en las 2 estaciones de la cuenca para los

próximos 50 años.


- Fecha final : 31.12.2064 a las 23:00

Subcuencas.shpDossier para los participantes\Proyecto

aplicado\Datos\Subcuencas

Shapefile de las 3 subcuencas SC1, SC2 y SC3 con

información de su su área A, su pendiente media

J0 y sus centros de gravedad (Xcdg, Ycdg, Zcdg).

Río Atienza.shpDossier para los participantes\Proyecto

aplicado\Datos\Río Atienza

Shapefile del río Atienza (desde la confluencia

de las subcuencas SC1 y SC2 hasta la

desembocadura al río Mato) con información de

su longitud L, su pendiente J0 y su anchura B0.

Estaciones meteorologicas.txtDossier para los participantes\Proyecto

aplicado\Datos

Archivo de texto con las coordenadas

meteorológicas que se encuentran en la cuenca:

- Estacion 1 (192'905 ; 8'981'880 ; 3'566)

- Estacion 2 (204'388 ; 8'972'482 ; 2'978)

Aliviaderos.xlsx

Dossier para los participantes\Proyecto

aplicado\Datos\Infraestructuras

hidráulicas

Curvas de desagüe de los aliviaderos de las

presas consideradas en el Proyecto 1 y en el

Proyecto 2.

Embalses.xlsxDossier para los participantes\Proyectoaplicado\Datos\Infraestructuras

hidráulicas

Curvas características de los embalses

considerados en el Proyecto 1 y en el Proyecto 2.

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