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
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Seminario de formación en modelización hidrológica e hidráulica con RS MINERVE
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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.
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Proyecto aplicado
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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
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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"
Desembocadura del río Atienza al Mato
PROYECTO 1
Presa
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Proyecto aplicado
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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 €
Desembocadura del río Atienza al Mato
Coste de construcción
Archivo "Aliviaderos.xlsx"
PROYECTO 2
Presa
Confluencia subcuencas SC1 y SC2
Embalse
Archivo "Embalses.xlsx"
Mini-central hidroeléctrica
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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.
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- 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.
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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 inicial: 01.09.2004 a las 00:00
- 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 inicial: 01.09.2014 a las 00:00
- 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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