Curvas de capacidad de embalses

El diseño de presas es una tarea descomunal. Desde escoger la tipología (de gravedad, tipo bóveda o de materiales sueltos) hasta el tipo de aliviadero (escalonado, de perfil estricto, con cuento amortiguador, etc.), pasando, como no, por la elección de la mejor ubicación. Dejando de lado las características geológicas del terreno y las necesidades de agua de la zona, la ubicación debe cumplir una serie de características a fin de minimizar los costes constructivos y maximizar el volumen almacenado.

Las curvas de capacidad han sido, desde los inicios de la ingeniería de presas, una de las herramientas más importantes para el diseño de nuevos embalses. Permiten determinar la idoneidad de un embalse, es decir, evaluar si la ubicación de la cerrada permite almacenar la mayor cantidad de agua posible al menor coste. Son curvas que relacionan la cota y el volumen o área del embalse.

Embalse vacío del Bayco (fuente: IGN)

La dificultad de calcularlas residía, y reside a día de hoy, en la obtención de una buena topografía. Antiguamente todo se hacía "a pico y pala": tras recibir los (escasos) datos del topógrafo, se calculaba la superficie media entre dos cotas y con ella se determinaba el volumen de agua almacenado, y así sucesivamente hasta poder representar dicha curva. En la actualidad con las herramientas GIS resulta mucho más fácil obtener tanto la topografía como las curvas de capacidad mediante diversos software.

Obtención de las curvas de capacidad

En la inmensa red de (des)conocimiento que es Internet, es posible encontrar mucha información referente a cómo obtener las curvas de capacidad. Aquí os queremos mostrar, a través de este mini-tutorial, una metodología que mezcla parte una parte moderna y otras más "a pico y pala". Para ello emplearemos un software GIS (ArcGIS) y una hoja de cálculo (MS Excel). Seguramente no sea la manera más rápida, pero estas dos herramientas suelen ser de uso común y no ello deja de ser menos eficaz.

Nota: el caso que mostramos se basa en información geográfica del Embalse del Bayco (Albacete) obtenida a partir del geoportal de IGN. Por suerte o por desgracia, este embalse estaba vacío cuando se realizó el vuelo LIDAR, de modo que disponemos de la topografía del vaso del embalse. En otro post os hablaremos de los problemas relacionados con los LIDAR y las masas de agua.

• Descargamos el MDT y la ortofoto (nos ayudará a determinar la zona de la presa).
• Cargamos el MDT (los archivos ASCII necesitan transformarse a raster) y la ortofoto en el GIS. Normalmente el MDT suele ocupar una extensión muy grande. En este caso se ha recortado la ortofoto a la zona de estudio (Embalse del Bayco) con un programa de edición de imágenes georeferenciadas para ser la base del siguiente paso, pero puede realizarse con el mismo GIS como mostraremos a continuación.

• Recortamos el MDT tomando como base la ortofoto ("Extract by mask").

• Vamos a calcular el volumen que hay en función de una cota dada, es decir, el programa GIS calculará el volumen entre la superficie del terreno (MDT) y una superficie horizontal a una cota dada. Antes de realizar esta operación, es necesario conocer la superficie de máximo nivel del embalse para recortar el MDT. En caso de no conocerla, la alternativa es recortar el embalse por el eje del cuerpo de presa ("Clip" de Data Management Tools). De este modo, todo lo que corte dicha superficie pertenecerá al embalse.

• Definimos una serie de cotas que nos servirán para determinar la curva de capacidad. Estas cotas deben estar entre el nivel mínimo y máximo del embalse que estamos diseñando.
• Determinamos el volumen entre el MDT y la superficie a cota fija a través de la opción "Volume" del 3D Analysis Tools. Definimos la superficie a partir de la cual calcular el volumen (Input surface), el tipo de plano de referencia (Bellow suele ser lo común, ya que mide la diferencia entre la superficie horizontal y el MDT) e indicamos la cota de la superficie horizontal (Plane Height).

• Presionamos "OK" y el programa comenzará a calcular. Tras el cálculo emergerá una ventana con los valores calculados (y otros parámetros): área en planta (2D Area), área proyectada sobre el MDT (3D Area) y el volumen (Volume).

• Repetimos la operación con las diferentes cotas.
• Finalmente las graficamos con nuestro editor de texto.

Esperamos que este mini-tutorial os sirva de ayuda cuando os enfrentéis al descomunal mundo de las presas.