Diferencia entre revisiones de «Abastecimiento de agua a Pedro Bernardo»
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Anejo II. Plano de cuencas hidrográficas y conducciones. | Anejo II. Plano de cuencas hidrográficas y conducciones. | ||
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Anejo III. Tabla resumen cálculo de costes. | Anejo III. Tabla resumen cálculo de costes. | ||
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Anejo IV. Tabla resumen de costes e impactos medioambientales y sociales. | Anejo IV. Tabla resumen de costes e impactos medioambientales y sociales. | ||
Revisión del 18:49 21 may 2024
| Trabajo sobre SIG | |
|---|---|
| Título | Abastecimiento de agua a Pedro Bernardo |
| Autores | Andrés Eduardo Cohen Hernández, Sandra Orta Gascón, Camila España Nata |
| Asignatura | Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil |
| Curso | Curso 23/24 |
| Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura | |
1 Resumen
El objetivo de este trabajo es diseñar un plan de abastecimiento de agua para la localidad de Pedro Bernardo, situada en la Sierra de Ávila, utilizando herramientas SIG y conocimientos fundamentales sobre infraestructuras hidráulicas.
El proceso comienza con un análisis visual y geológico del terreno utilizando planos del Instituto Geográfico Nacional. Se exploran varias ubicaciones para la presa mediante la digitalización de cuencas hidrográficas, determinando el aporte de agua a cada embalse. Se calcula el volumen necesario para abastecer la localidad y áreas agrícolas, y el volumen embalsable en cada alternativa. Se eligen alturas de presa adecuadas según la topografía y se selecciona un emplazamiento para el depósito de agua en el pueblo, asegurando el abastecimiento por gravedad. Se incluye una pantalla de impermeabilización para la alternativa elegida. Luego, se trazan las conducciones desde el embalse al depósito para las distintas ubicaciones de la presa. Finalmente, se realiza un análisis de las soluciones, considerando costos de construcción y explotación, impactos sociales y ambientales, y servicios afectados.
Los resultados del estudio revelan una opción claramente más favorable para la ubicación de la presa, debido a un coste significativamente menor, relacionado con que el tipo de abastecimiento es puramente por gravedad, mientras que las demás opciones estudiadas consideran un abastecimiento por bombeo.
Sin embargo, se sugieren mejoras para futuras investigaciones: Se recomienda una evaluación más detallada de los impactos ambientales, considerando oportuno llevar a cabo una Evaluación de Impacto Ambiental, por pertenecer el área estudiada a un espacio protegido por la Red Natura 2000. También resultaría óptimo realizar un análisis con más detalle de la regulación hidráulica, para optimizar la capacidad del embalse y poder ahorrar costes de construcción con una presa de menor altura. Finalmente, resultaría óptimo considerar más tipologías de presa para poder adoptar la solución más adecuada.
2 Introducción
2.1 Situación general
Pedro Bernardo se encuentra en una zona montañosa con un considerable desnivel, situado sobre el "Balcón del Tiétar" en la Sierra de Gredos. Su superficie municipal está totalmente integrada en la Red Natura 2000, lo que implica la protección ambiental de sus recursos naturales.
La población actual de Pedro Bernardo es de 771 habitantes, pero se proyecta que alcance los 3568 habitantes en los próximos 50 años (año horizonte). Durante los meses de verano, se espera un aumento estacional del 17%, impulsado por el turismo y otras actividades propias de la temporada.
La demanda de agua en Pedro Bernardo se divide en dos categorías principales: la demanda de los habitantes y la demanda de riego para la agricultura. Para una dotación de 250 litros por habitante y día, considerando los cambios estacionales, la demanda anual se estima en 334.770 m³ para uso doméstico. En cuanto a la agricultura, encontramos en la zona 343 hectáreas de cultivo (especialmente leñosos), con una necesidad de agua estimada de 541.300 m³, resultando un total de agua demandada anual de 876.070 m³.
La precipitación media anual calculada en la región es de aproximadamente 1.125,60 l/m², con un coeficiente de escorrentía medio del 30% y una producción de sedimentos estimada en 50 t/km² al año.
2.2 Estudio geológico
El área de estudio está predominantemente compuesta por rocas graníticas, una característica común en cadenas montañosas como la Sierra de Gredos. En particular, Pedro Bernardo y la mayoría de la región están sobre Granodiorita y Granitos biotíticos porfídicos. Al oeste del pueblo, encontramos una gran masa de Granito de dos micas facies equigranular. En el noroeste, donde se localizan dos de nuestras propuestas, se presentan Facies no porfídica de dos micas. Estas rocas comparten una alta dureza y resistencia, lo que será fundamental a la hora de cimentar la presa.
3 Metodología
El proyecto se inicia con la obtención de cuencas utilizando la herramienta GRASS de QGIS, empleando la hoja del MTN 50 correspondiente a la localidad de Pedro Bernardo. Este paso es fundamental para identificar las áreas de drenaje y definir las zonas potenciales para la construcción de embalses.
Una vez identificados tres emplazamientos potenciales para las presas, se procede a digitalizar las cuencas hidrográficas asociadas a cada uno de ellos. Esta digitalización se realiza utilizando también el software QGIS y se basa en criterios topográficos y de flujo de agua aproximados en el terreno.
Con el dato de la superficie de cada cuenca hidrográfica, se estima la aportación de agua de cada una, considerando características como la precipitación media anual y el coeficiente de escorrentía, para calcular la cantidad de agua que efectivamente llega a cada embalse potencial.
Una vez determinada la contribución de agua a cada embalse, se procede a digitalizar las superficies de los embalses y obtener las curvas de embalse correspondientes. Esto permite estimar el volumen de agua embalsable en cada opción y determinar la altura de presa requerida para satisfacer la demanda de agua del área de estudio.
A continuación, se emplea la herramienta profile.tool en QGIS para hallar el perfil de cada cerrada y tener una mejor idea del volumen de material necesario para ejecutar la presa. Se consideran presas de gravedad para las tres alternativas estudiadas debido a la gran resistencia del terreno, pero el cálculo y dimensionamiento de cada una no es objeto de estudio de este trabajo. Pero sí se procede al diseño de una pantalla de impermeabilización para la presa seleccionada, empleando la herramienta Buffer en QGIS.
Además, se trazan las conducciones desde cada embalse hasta el depósito previamente ubicado en el pueblo de Pedro Bernardo. Estas conducciones se diseñan teniendo en cuenta la topografía del terreno, tanto en vista en planta como en alzado, empleando las herramientas de digitalización y Terrain profile (GRASS) en QGIS, respectivamente.
Finalmente, se realiza un breve análisis de los costos de construcción y explotación aproximados de cada opción, los posibles impactos ambientales y sociales, para poder evaluar las ventajas y desventajas de cada alternativa y tomar una decisión informada sobre la mejor opción para el abastecimiento de agua en Pedro Bernardo.
4 Resultados
4.1 Obtención de cuencas
Para la obtención de cuencas se ha utilizado la herramienta water.shed de GRASS, en QGIS.
El plano obtenido permite conocer las diferentes cuencas del área de estudio para decidir con un mejor criterio el emplazamiento de la presa.
La distinción entre las diferentes cuencas hidrográficas se puede lograr fácilmente mediante la escala de color, que representa las diferentes altitudes dentro de la cuenca, utilizando colores más oscuros para áreas más elevadas y colores más claros para áreas más bajas.
4.2 Selección de emplazamientos
La selección de los emplazamientos se llevó a cabo utilizando tanto el plano de cuencas obtenido como la vista en 3D de la zona proporcionada por Iberpix (IGN). Se utilizaron criterios de proximidad al pueblo y de identificación de cerradas estrechas y vasos amplios, para minimizar el volumen de presa requerido.
Se han identificado tres ubicaciones potenciales para la construcción de la presa. Se sabe que al menos dos de estas ubicaciones requerirán bombeo para garantizar el suministro adecuado, debido a que se encuentran a una cota inferior al depósito de destino (cota 860m). En cuanto a la tercera opción (marcada en amarillo), será necesario un análisis más detallado durante el estudio de las conducciones para determinar si necesitará bombeo o no.
4.3 Obtención de cuencas hidrográficas
Mediante la herramienta de digitalización en QGIS se han obtenido las diferentes cuencas hidrográficas que vierten a cada uno de los embalses propuestos.
Nota: La Cuenca “Nogales” incluye tanto el área verde como el área amarilla.
Este procedimiento nos ha permitido conocer la superficie de cada cuenca hidrográfica, útil para la estimación de la aportación que tendrá cada embalse estudiado.
Se han obtenido los siguientes valores:
Con la siguiente fórmula se ha calculado de manera aproximada la aportación de agua al embalse.
Aportación (m³) = Sup. Cuenca (m²) * Precipitación (mm) * Coef. Escorrentía /1000
Obteniéndose los siguientes valores:
Vemos que la aportación es muy superior a la demanda de agua por lo que no habrá problemas de abastecimiento con las cuencas estudiadas.
4.4 Cálculo del embalse
Empleando la herramienta de digitalización en QGIS, se han obtenido las superficies inundables de cada embalse a diferentes cotas:
Con estas superficies podemos hallar el volumen de agua total embalsable en cada alternativa para una cota determinada de presa:
A continuación, se presentan las curvas de embalse resultantes para cada alternativa, útiles para determinar el tamaño de presa requerido para cada emplazamiento dado el volumen de agua necesario para embalsar. Este volumen se ha estimado en un 70% de la demanda total anual, considerando la regulación del embalse.
Para la alternativa Nogales resulta una altura de presa de 34 m, para Hornillo de 58 m y para Gavilanes de 40 m.
4.5 Perfil de las cerradas
Se realiza un estudio del perfil de las cerradas para determinar el volumen de hormigón requerido para la construcción de la presa según la tipología del terreno (valle en U, valle en V o valle rectangular).
Empleando la herramienta Profile Tool del complemento Terrain Profile en QGIS hallamos el perfil transversal de cada cerrada:
Cerrada de Nogales Para una altura de presa de 34 m obtenemos una longitud de la cuerda de 130 metros aproximadamente.
Cerrada de Hornillo Para una altura de presa de 58 m se obtiene una cuerda de 150 metros.
Cerrada de Gavilanes Para una presa de 40 m tendremos una cuerda de 380 m, un valor excesivamente alto.
Se observa que el tipo de valle en las cerradas de Nogales y Hornillo es en V, mientras que la cerrada de Gavilanes presenta una forma de valle intermedio entre V y U. sin embargo, para simplificar los cálculos se toma valle en V para los tres tipos de cerradas para el estudio de alternativas.
Fórmula de volumen de presa para valle en V: Vol. = m*H²*L/6, donde m es la suma de pendientes de los taludes aguas arriba y aguas abajo (se toma 0,8).
4.6 Trazado de las conducciones
Empleando la herramienta de digitalización se han trazado las conducciones que conectan cada embalse con el depósito ubicado en la localidad de Pedro Bernardo, situado a una altitud de 860 metros, para cumplir con el criterio de abastecimiento por gravedad desde dicho depósito.
El tipo de conducción elegido ha sido en presión, debido a la cantidad reducida de caudal a transportar y con el fin de poder salvar ciertos tramos ascendentes en algunos puntos de la conducción.
Tanto en la solución de Nogales como en la de Gavilanes es necesario un bombeo para poder salvar la distancia hasta el depósito. En el caso de Hornillo se opta por un abastecimiento por gravedad, aprovechando la cota superior del embalse sobre el depósito.
Se ha determinado también el perfil longitudinal de cada solución, empleando la herramienta Profile Tool del complemento Terrain Profile en QGIS.
Observando el perfil longitudinal podemos determinar que la conducción de Nogales tendrá un tramo de aspiración de 900 m hasta la bomba, situada en la cota 660 m, para luego seguir por un tramo de impulsión hasta el depósito. La longitud de la conducción es de 2,06 km.
La conducción es puramente por gravedad, pero es necesario emplear la metodología de conducción en presión para poder salvar ciertos tramos ascendentes. El perfil también nos permite identificar puntos altos y bajos, donde será necesario disponer de ventosas y desagües, respectivamente. La longitud de la conducción es de 3,46 km.
La conducción comienza con un bombeo a la salida del embalse por medio de una tubería de impulsión hasta la cota 890 m, para lugar descender por gravedad hasta el depósito. La longitud de la conducción es de 9,35 km.
4.7 Comparación de alternativas
Se realiza a continuación una comparativa de las tres soluciones propuestas en detalle, resumidas en la siguiente tabla:
Se han seguido los mismos criterios prestablecidos para la evaluación de cada solución, para poder obtener una solución objetiva del mejor emplazamiento por coste.
Adicionalmente, se presenta una breve comparativa en costes y desde el punto de vista social y ambiental de las tres soluciones estudiadas para determinar la más favorable.
En cuanto a costes podemos ver que la opción claramente favorecida es la alternativa de Chorreras del Hornillo, debido principalmente al ahorro en los gastos de explotación relacionados con el coste de la energía al tratarse de una solución de abastecimiento por gravedad. En cuanto al impacto medioambiental, toda el área de estudio se encuentro dentro de una zona LIC o ZEPA, por lo que un estudio de evaluación de impacto ambiental será requerido en caso de actuación futura. Desde el punto de vista social, los impactos no son demasiado relevantes para las presas de Nogales y de Hornillo, salvo por cercanía a otros servicios. Pero en el caso de Gavilanes sí que se requerirá un estudio adicional debido a la cercanía el propio pueblo de Gavilanes.
Por estas razones, la opción escogida para el emplazamiento de la presa ha sido Chorreras del Hornillo.
4.8 Pantalla de impermeabilización
Una vez seleccionado el emplazamiento adecuado para la presa (Hornillo), se requerirá la instalación de una pantalla de impermeabilización para prevenir posibles filtraciones a través de las fracturas naturales del terreno. Para garantizar una distribución uniforme de los puntos de inyección alrededor de la presa, se puede emplear la herramienta Buffer. Esta herramienta permitirá crear una zona de impermeabilización alrededor del cuerpo de la presa de gravedad, manteniendo una distancia adecuada previamente calculada.
5 Conclusiones
Sobre el uso de herramientas SIG:
El proyecto de abastecimiento de agua a Pedro Bernardo ha involucrado el uso de herramientas de Sistemas de Información Geográfica (SIG), específicamente el software QGIS, para la evaluación y selección del emplazamiento óptimo para la presa. A continuación, se presentan las conclusiones derivadas del uso de estas herramientas.
La utilización de QGIS permitió la integración y análisis de grandes volúmenes de datos espaciales y no espaciales, proporcionando una visión holística y detallada del territorio. La precisión en la recopilación y manejo de datos geográficos ha mejorado significativamente la exactitud de los resultados obtenidos en comparación con métodos tradicionales. Este enfoque ha sido crucial para entender las diversas variables y factores que influyen en la selección del sitio para la presa.
Además, se desarrollaron modelos espaciales para simular diversos escenarios, como la capacidad de almacenamiento, el volumen de la presa necesario y el trazado de las conducciones. Estas simulaciones ayudaron a prever posibles problemas y permitieron realizar cambios en el diseño del abastecimiento antes de la construcción. La capacidad de anticipar y resolver problemas potenciales mediante simulaciones espaciales es una ventaja significativa del uso de QGIS.
Finalmente, el uso de QGIS contribuyó a la estimación de los costes de construcción, permitiendo una planificación más precisa y la identificación de rutas y áreas óptimas para la construcción. La capacidad de estimar costos de manera detallada y precisa es esencial para la viabilidad económica del proyecto.
Sobre la selección de la Alternativa Óptima:
Tras la evaluación de las alternativas mediante herramientas SIG, se concluye que la Alternativa de Chorreras del Hornillo es la opción más adecuada para el emplazamiento de la presa en Pedro Bernardo. Esta decisión se basa en varias razones clave.
En primer lugar, la Alternativa de Hornillo se encuentra en una ubicación cercana al pueblo, lo que significa que la longitud de la conducción será menor. Esta proximidad no solo facilita la construcción y el mantenimiento, sino que también reduce los costos asociados con el transporte de materiales y la mano de obra.
En segundo lugar, el tamaño de la cuenca hidrográfica en la Alternativa de Hornillo es menor. Dado que se trata de una zona relativamente lluviosa, esta área ofrece una gran aportación de agua al embalse. Una cuenca hidrográfica más pequeña en este contexto resulta beneficiosa, ya que indica un menor vertido y una menor necesidad de regulación del embalse para cumplir con las garantías de demanda. Esto simplifica la gestión del recurso hídrico y asegura un suministro más constante y fiable.
Por último, desde el punto de vista de la eficiencia económica, la optimización de recursos y costos realizada a través de QGIS revela que la Alternativa de Hornillo es la más rentable y sostenible a largo plazo. La combinación de menores costos iniciales de construcción, menor necesidad de regulación y proximidad al pueblo se traduce en una opción económicamente más viable y sostenible.
6 Referencias
QGIS Geographic Information System (2021). Versión 3.16.10.
Visor Iberpix IGN (s.f.) Instituto Geográfico Nacional. Dispobile en: https://www.ign.es/iberpix/
Apuntes de la asignatura de infraestructuras hidráulicas (2024). Universidad Politécnica de Madrid.
Pereira Santos, A., Gonzalez Rivas, N. y Garcés Rodríguez, A. (2017) Proyecto de abastecimiento de Burgohondo. Universidad Politécnica de Madrid.
Canalda Moreu, F., Rodríguez Morales, F., Trujillo, F. y Vallejo Valle, P. (2021) Proyecto de abastecimiento de Colindres. Universidad Politécnica de Madrid.
7 Anejos
Anejo I. Plano de cuencas
Anejo II. Plano de cuencas hidrográficas y conducciones.
Anejo III. Tabla resumen cálculo de costes.
Anejo IV. Tabla resumen de costes e impactos medioambientales y sociales.
