1er Taller sobre Gestión de Sedimentos en Embalses en Colombia
Presentación de experiencias en otros paises: Marco regulatorio, Implementación de programas de manejo sostenible de sedimentos Maximo A. Peviani Ing. PhD. Prof.
RSE – Ricerca sul Sistema Energetico
Ing. Maximo Peviani 27 - 28 Mayo, 2015 •UNESCO-IHE
Università degli Studi della Tuscia
1er Taller sobre Gestión de Sedimentos en Embalses en Colombia
INDICE 1 . Marco regulatorio de la Comunidad Europea 2 . Marco regulatorio en Italia 3 . Manejo sostenible de sedimentos en la cuenca 4 . Ejemplos de implementacion de planes de manejo de embalses 5 . Projectos europeos relacionados con la gestión sostenible de embalses
Maximo Peviani 28 Mayo, 2015 •UNESCO-IHE
Unidad Fisiografica del fenómeno
Cuenca aguas arriba del embalse
Embalse generado por la obra de presa
Red fluvial aguas abajo del embalse Maximo Peviani
Técnicas de gestión de sedimentos Clima - régimen hidrológico - territorio
Acciones en la Cuenca aguas arriba
Manejo del Embalse y de su sedimentación
Continuidad y control de la Red fluvial aguas abajo
Uso múltiple del agua - seguridad - compatibilidad ambiental Maximo Peviani
Cuenca aguas arriba del embalse
1 Origenes y movimiento de los sedimentos 2 Evaluación de la producción de sedimentos 3 Técnicas de gestión para la reducción del aporte de sedimentos a los embalses
Maximo Peviani
Origenes y movimiento de los sedimentos Processos en la cuenca
Di Silvio (2006)
6 Maximo Peviani
Origenes y movimiento de los sedimentos Erosión superficial Movimientos de masa
Cuenca Iruya - Rafaelli, 2001
DISTRIBUIDA espacio y el tiempo decenas ton /km2 /año
Cuenca Iruya - Rafaelli, 2001
CONCENTRADA espacio y el tiempo centenas - miles ton /km2 /año
7
Maximo Peviani
Origenes y movimiento de los sedimentos Zona intermedia : canales de erosion y transporte
Movimientos de masa Zona terminal : conoides de deposito
Proceso a pulsos (relacionados con eventos hidrológicos intensos)
Alpes, Italia
Alpes, Italia
8 Maximo Peviani
Evaluación de la producción de sedimentos Utilizo de cartografia temática, imágenes satelitales, técnicas GIS
Mapa de la producción de sedimentos 9 Maximo Peviani
Evaluación de la producción de sedimentos
Utilizo de cartografia de detalle, imagenes satelitales, relevamiento de campo Nombre: Torreggio
Localizacion: Val Torreggio
Volumen otencial: Tipologia de sedimentos:
500.000 m3 masos - piedras - arena - finos 20 30 30 10 landslide rotacional desprendimiento de 150.000 m3 el julio 2005
Schema del movimiento: Notas:
No: 25
Mapa de los movimientos de masa (deslizamientos + gullies + debris flow)
Debris Landslide Gullies
10 Maximo Peviani
Sediment management techniques NON STRUCTURALS
Sequence of structural measures along a mountain stream Rivers longitudinal slopes
Sediment grain sizes and volume
high
STRUCTURALS
intermediate
Rivers longitudinal slopes
Sediment grain sizes and volume
piedmont
downstream USU creak at Toya, Japan
11
Sediment management techniques
Sequence of structural measures along a mountain stream Hill-side slopes high
Soil retain works Small check dams Selective dams
intermediate
Sabo dams Sand pocket
piedmont
Channel works downstream USU creak at Toya, Japan
12
Algunas técnicas de gestión para la reducción del aporte de sedimentos a los embalses Reducir la producción de sedimentos en la cuenca Reducir la capacidad de transporte hacia aguas abajo Atenuar e/o aumentar el tiempo respuesta
Di Silvio (2006)
13 Maximo Peviani
Reducción del aporte de sedimentos a los embalses
Manejo de suelos
Acción distribuida en toda la cuenca Reforestamiento
Xanthi, Grecia
… reducir la erosión del suelo 14 Grecia Xanthi, Maximo Peviani
Reducción del aporte de sedimentos a los embalses Acción en la red fluvial alta (mayores pendientes)
Obras de contención de gruesos
Obras transversales de fijación
Parque dell’Adamello, Italia Valcamonica, Italia
… disminuir la erosión del cauce y contener el moviento del sedimento
15 Maximo Peviani
Reducción del aporte de sedimentos a los embalses Acción en la red fluvial intermedia
Presa de intercepción (auto limpiante)
Presa de intercepción (selectiva)
Parco dell’Adamelo, Italia
Valmalenco, Italia
… contener los sedimentos más gruesos (y finos en la matriz) 16 Maximo Peviani
Reducción del aporte de sedimentos a los embalses
Acción en la red fluvial intermedia
Obras transversales ( < pendiente)
Obras transversales ( > ancho)
Friuli, Italia
Valmalenco, Italia
… reducir la capacidad de trasporte y colaborar a la sedimentación
17 Maximo Peviani
Reducción del aporte de sedimentos a los embalses
Acción en la red fluvial baja (menos pendientes)
Cuencas de deposición
Expansión del cauce (pulmones)
Macul, Chile
Osaka, Japón
… reducir la capacidad de trasporte y colaborar a la sedimentación (material medio - finos en la matriz) 18
Maximo Peviani
Embalse generado por la obra de presa
1 Evaluación y caracterización de la colmatación del embalse
2 Ténicas de gestión de los sedimentos en los embalses
Maximo Peviani
Evaluación y caracterización de la colmatación del embalse Estratigrafia de los sedimentos al interno del embalse
20 Maximo Peviani
Evaluación y caracterización de la colmatación del embalse Estratigrafia de los sedimentos al interno del embalse
Clases granulometricas: 1- limos y areans finas 0.01-0.5 mm 2- arenas gruesas 0.5- 2 mm 3- gravas 2-60 mm 4- piedras 60-600 mm
21
Evaluación y caracterización de la colmatación del embalse Caracterización de la calidad del agua y de los sedimentos
Estaciones de monitoreo en continuo Campañas de medición periódica de nutrientes, clorofila, fitoplancton Integración con previsiones modelísticas (hidrodinámica y calidad del agua: T, DBO,OD, nutrientes, clorofila, biomasa).
22 Maximo Peviani
Embalse generado por la obra de presa
Algunas ténicas de gestión de los sedimentos en los embalses Bypass para los sedimentos Slucing (descargar crecidas) Venting (corrientes de densidad) Flushing (descarga de sedimentos) Excavación en seco y dragado Recrecimiento de la presa Decomissioning y construcción de una nueva presa Maximo Peviani
Di Silvio (2006)
Eficiencia de operaciones de gestión de los sedimentos • Simulación del trasporte de sedimentos (2-D y 3-D modeling) – Input: nivel embalse, abertura outlet y caudales. – Output: volumen de sedimentos
Velocidad del flujo 24 Maximo Peviani
Eficiencia de operaciones de gestión de los sedimentos
Bottom outlet
Actual Reservoir
Bed shear stress 3D mathematical modeling
? Digital Elevation Model
25 Maximo Peviani
Ténicas de gestión de los sedimentos en los embalses Slucing (descargar crecidas)
Clasificación de los embalses basado en los volumenes
26 Maximo Peviani
Ténicas de gestión de los sedimentos en los embalses
cual es el mejor método ?? combinación de acciones …?
Clasificación de los embalses basado en los volumenes, forma y selección de sedimentos
27 Maximo Peviani
Red fluvial aguas abajo del embalse
1 Efectos del embalse 2 Cambio morfológicos y riesgo asociados 3 Seguridad durante la operación de la presa en condiciones de crecidas
4 Efectos ambientales (ecosistemas) causados por la operación del ambalse
Maximo Peviani
Cambio morfológicos y riesgo asociados Descarga de sedimentos
hof: umbral de inundación (m) h: tirante hidráulico (m) ∆z: deposito sedimentos (m) h5 / 3 Cof = (hof − ∆z )5 / 3 Valfurva, Italia
Overflow Hazard Index
29 Maximo Peviani
Seguridad de operación de la presa en condición de crecidas
Peligrosidad : extensión de las zonas inondables, niveles y velocidad del agua;
Riesgos
:
daños potenciales a los bienes
Análisis costo-beneficio evaluar potenciales daños y costos de intervenciones de mitigación. 30 Maximo Peviani
Operación “dinámica” de la presa Previsiones meteo + modelos
Dati e previsioni meteo
Gestión del embalse para laminar una crecida (minimizar el vaciado preventivo y efectuar eventual descarga de sedimentos)
Afflussi-Deflussi
Rilascio dalla diga Simulazione evento di piena del 15-20 nov 2000 a Santa Giustina 0,0000
350,00
Rapp_volumi calc/oss= 0.99
300,00
EFF = 0.81
Pioggia 250,00
Q calcolata
2,0000 4,0000 6,0000
Qsub(mc/s)
8,0000
Effetti a valle diga
Q osservata 10,0000
Qbase
150,00
P (mm)
Q (mc/s)
200,00
12,0000 14,0000
100,00
16,0000 50,00 18,0000 0,00 1
25
49
73
97
121
145
169
193
217
241
20,0000 265
T(ore)
HALTFLOOD model 31 Maximo Peviani
Seguridad de operación de la presa
Evaluación preventiva de los efectos aguas abajo provocadas por operaciones de las obras de descarga de la presa (eventos de crecidas) Software SISCAL Calcolo automatico idrogramma in uscita dalla diga
Interrogazione database con aree allagabili precalcolate
Costruzione di mappe di allagamento per il caso specifico
Q
Manovra su organi di scarico
t
32 Maximo Peviani
Seguridad de operación de manutención de la presa Evaluación preventiva de los efectos aguas abajo provocadas por las operaciones de descarga de sedimentos: flushing & slucing Sediment released vs. Reservoir elevation vs. Dam discharge Esempio abaco: Livello - Apertura scarico di fondo - Volume Sedimento Rilasciato Durata apertura scarico di fondo: 30 minuti
2,60
ψ3
2,40
ψ2
ψ1 2,20
2,00
ψ1:- Opening apertura=100% = 100% 1,80
ψ2 -: apertura=75% Opening = 75% ψ3 :- Opening apertura=50% = 50%
1,60
1,40
1,20
ψ1
Curve livello-portata scaricata outlet work curves
ψ3
1,00
ψ2
Volume sedimento rilasciato [-]
Livello [m s.l.m.]
based on modeling results
338 337 336 335 334 333 332 331 330 329 328 327 326 325 324 323 322 321 320 319 318 317 316 315 314 313 312 311 310 309 308 307 306 305 304 303 302 301 300 299 298 297
0,80
0,60 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
3
Q (m /s) Dam Discharge [m3/s]
33 Maximo Peviani
Componentes del ecosistema fluvial •FAJA PERIFLUVIAL
•MACROINVERTEBRATOS BENTONICOS
•PERIPHYTON
•FAUNA ITICA •MACROFITAS ACUATICAS 34 Maximo Peviani
Evaluación del ecosistema fluvial •
AQEM: – Habitat, macroinvertebrados y comunidad ítica (especies, masa biológica) – Evaluación del Indice di calidad del rio – Considerar aspectos “eco-regionales” (WFD European Water Frame Directive)
•
Heterocypris incongruens
Caracterización de sedimentos: – Riffles and pools – Toxicidad (nuevo protocolo para el ecotoxicity test (Ostracodes microrganism)
35 Maximo Peviani
Potenciales efectos ambientales (descarga de sedimentos) • Reducción de oxigeno (DBO, OD) • Evaluación del impacto aguas abajo con modelos numéricos de calidad de aguas (oxígeno disuelto) Svaso di Mignano - novembre 2004 Reservoir emptying – nov. 2004
120
14
Deficit in O2 disciolto ~ Concentrazione solidi sospesi (per S.S.>7000 mg/l)
8
5 4 3
y = 1.1E-04x - 3.8E-02 R2 = 9.4E-01
2 1 0 0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
10 80
S.S. misurato DO calcolato DO misurato
60
8 6
40 4
Ossigeno (mg/l) Oxygen [mg/l]
6
Solidi sospesi (g/l) Turbidity [g/l]
Deficit in O2 disciolto (mg/l)
12
100
7
Solidi sospesi (mg/l) inv. n°9 - Appenn. sett. inv. n°5 - Alpi orient.
inv. n°4 - Appenn. sett. inv. n°11 - Appenn. centr.
inv. n°2 - Alpi occ.
20
2
0
0
Correlationes basadas en embalses italianos
0
1
2
3
4
Time [h] Tempo (h)
5
6
7
8
36 Maximo Peviani
Potenciales efectos ambientales (descarga de sedimentos) Aumento de la concentración de sedimentos en suspensión Reducción del oxígeno disuelto Aumento de contaminantes
Organismos aquaticos son sensibles a: Concentración en suspención Falta de oxígeno Amonia Tóxicos en general
37 Maximo Peviani
Potenciales efectos ambientales (descarga de sedimentos) • Operaciones del embalse – Evaluación del efecto del deposito de finos aguas abajo “Embeddedness”
SASSI INTERRATI
Cobbles partly covered
SASSI LIBERI DALLA MATRICE
Cobbles not covered
-1 Embeddedness dueInte to Reservoir emptying Indice di Spa zio rstizia le (m )
5 4
Sediment layer P , piano di interrimento
Svaso 300 m da diga (T. Arda)
Svaso 5 km da diga (T. Arda)
3 Pre-emptying
E
2 1 0 Post-emptying
38 Maximo Peviani
Potenciales efectos ambientales (descarga de sedimentos)
Calidad y continuidad del habitat fluvial Migración de peces Refugios Nuevas areas fluviales
Zonas de reproducción
Mejorar la calidad del agua (ej. T, O2)
Nutrimiento
39 Maximo Peviani
Gracias de vuestra atención
[email protected] [email protected] Maximo Peviani
