Guía metodológica para el análisis de la gestión de embalses. Caso de estudio embalse la copa.

Abstract

This document was developed as a contribution to manage the problematic related to availability and control of water on regulated basins, during wet or dry hydrologic periods. The main purpose of this document is to develop a methodology to study and manage reservoirs through quantitative methods. A suggested process to construct a reservoir simulation model employing the HEC-ResSim software is analyzed through a case study. The process will allow to improve the operation for a given reservoir (whether it is projected or existing) with the definition of the optimal reservoir guide curve. To achieve this objective secondary processes are carried out, some of those are: continuous hydrological modeling (employing HEC-HMS with SMA as the loss method) which, after its calibration, will provide with annual time series of daily average discharge; the construction of a 2D-hydrodynamic model (using HEC-RAS 2D) which will allow to know the benefits of reservoir regulation when modeling the current and the optimal operation situations; and all the complementary processes necessary to build those models. La Copa reservoir is selected as the case study, it is located between the cities of Tunja and Paipa, in the department of Boyaca, Colombia. La Copa reservoir’s release form the Tuta river. After being discharged from the reservoir, the Tuta river confluences with the Jordán river to become the Chicamocha river, which supplies water to an irrigation district. It is important to mention the Jordán river is also regulated by La Playa reservoir; however, the study of this reservoir is out of the scope of this research. Determination of the guide curve is a key step in order to achieve a reservoir’s optimal operation, this is because both field reservoir operation and reservoir simulation (using the software HEC-ResSim) are function of the reservoir guide curve. In this study, several methodologies to determine a system’s guide curve are proposed, those curves are modeled and their results are compared. This is done without disregarding alternative methodologies that can give a better guide curve. For the case study, numerous guide curves were found using different methodologies; however just four of them were selected to make the comparison. The curves were tested through the analysis of the reservoir simulation results; a quantification of the excess and deficit volumes were conducted based on the simulated releases. Finally, a guide curve was selected for La Copa reservoir being the one which minimizes the excess and deficit water volume in both dry and wet hydrological conditions.

Como aporte a la solución de la problemática asociada al agua, tanto en épocas de sequías como de crecientes súbitas en cuencas reguladas, se desarrolla en el siguiente trabajo una metodología por medio de la cual es posible estudiar mediante métodos cuantitativos la gestión y operación de los embalses. Se plantea y ejemplifica, a través de un caso de estudio, un proceso que tiene como objetivo elaborar un modelo de simulación de embalses con la herramienta HEC-ResSim que permita mejorar la operación de un embalse dado a través de la determinación de una curva guía óptima; así como tomar decisiones de operación partir de los resultados del mismo. Para lograr este objetivo se realizan procesos complementarios, entre los cuales destacan la creación de un modelo hidrológico de simulación continua (utilizando la herramienta HEC-HMS y el método de pérdidas o abstracciones SMA) que tras su debida calibración brindará las series anuales de caudales diarios que ingresan al modelo de embalses; la creación de un modelo hidrodinámico bidimensional utilizando (HEC-RAS 2D) que permitirá conocer las bondades de la regulación a través de las simulaciones de condiciones actual y con regulación óptima; y todos los procesos complementarios que se desprendan de estas labores. El caso de estudio corresponde al embalse La Copa ubicado en el departamento Boyacá, entre las ciudades de Tunja y Paipa. El efluente de este embalse es conocido como río Tuta que posteriormente confluye con el río Jordán y forman el río Chicamocha, del cual se alimenta un distrito de riego del sector. Es importante mencionar que el río Jordán está regulado por el embalse La Playa; sin embargo, este embalse no se estudiará en este documento. La determinación de la curva guía es un paso clave para la consecución de la operación óptima de un embalse, puesto que tanto en la actualidad como en el software HEC-ResSim las descargas que se realizan del embalse se realizan en función de la curva guía de cada embalse. En el estudio se proponen distintas metodologías para determinar la curva guía óptima del sistema y se comparan sus resultados; esto sin cerrar la puerta a metodologías alternas que puedan proporcionar un mejor acercamiento a la curva guía óptima. Para la evaluación de la operación se desarrolló un número de curvas guía, entre las cuales se seleccionan 4; estas se ponen a prueba utilizando el modelo HEC-ResSim a través de la cuantificación de fallos en la descarga de volúmenes mínimos y máximos. Finalmente se seleccionó la curva guía que presenta menor cantidad de fallos y por tanto la que proporciona la mejor operación del sistema.