ES2369952T5 - Procedimiento para el transporte de sedimentos en aguas embalsadas - Google Patents
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Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para el transporte de sedimentos en aguas embalsadas.
La presente invencion se refiere a un procedimiento para el transporte de depositos de sedimentos en aguas embalsadas, en particular, en instalaciones hidroelectricas, en embalses artificiales y depositos o instalaciones de almacenamiento y acumulacion de centrales de agua acumulada, centrales hidroelectricas acumuladoras por bombas y centrales electricas de agua fluyente, presas y esclusas segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Ademas del agua fluyente, las sustancias en suspension y sedimentos son fundamentalmente importantes partes integrantes de la morfologfa de las aguas fluyentes. Las sustancias en suspension y los sedimentos se encuentran practicamente en el agua de todos los rfos. En las aguas fluyentes en las cuales no se ha construido, los procesos de sedimentacion y erosion estan generalmente en equilibrio. En este estado, el lecho de las aguas varfa solo ligeramente. Sin embargo, si las aguas se embalsan, varfan localmente la seccion transversal de circulacion y la velocidad de circulacion. Como consecuencia de ello, se deposita sobre el lecho de las aguas mas sedimento. Ocurre lo mismo en los embalses artificiales de centrales hidroelectricas, tal como por ejemplo de centrales de acumulacion por bombeo, en las cuales entre los diferentes procesos de funcionamiento (funcionamiento de bombeo/de turbinas) el agua permanece en un reposo relativo. El sedimento depositado en estos casos no es erosionado, a diferencia de lo que sucede en las aguas fluyentes que se dejan en estado natural, sino que aumenta en cuanto a su cantidad con el paso del tiempo en el lecho de las aguas y reduce con ello el volumen util de retencion.
Los embalses artificiales, por ejemplo, de centrales hidroelectricas se pueden subdividir, dependiendo de la velocidad de circulacion que aparece y de la tension de cizallamiento de la solera correlacionada con ella, en dos zonas, es decir en una zona con velocidad de circulacion preferentemente pequena, en la cual tienen lugar preferentemente procesos de sedimentacion, y una zona en la cual aparecen, por lo menos temporal o parcialmente, por ejemplo, durante el funcionamiento de las bombas en centrales de acumulacion por bombeo, velocidades de circulacion mayores, que dan lugar a procesos de erosion. La primera zona se denomina en adelante zona de sedimentacion, en el sentido de la invencion, mientras que, por el contrario, la segunda zona se denomina en adelante zona de erosion. El lfmite entre las dos zonas se define como lfmite de erosion.
Los procedimientos utilizados en la actualidad para el transporte de sedimentos se limitan, esencialmente, a la retirada a mano, la cual es muy compleja y costosa. En la retirada a mano del sedimento, el sedimento retirado pasa a ser propiedad del que lo retira, que debe asumir el coste de su eliminacion.
Otros procedimientos para el transporte de sedimentos, conocidos por el estado de la tecnica, se dan a conocer, entre otros, en los documentos DE 101 09 039 A1 y DE 41 10 781 C2. Ambos procedimientos describen un procedimiento para el transporte de sedimentos, en el cual los depositos de sedimentos son arremolinados, mediante un chorro de agua, con el agua circundante para dar un lfquido turbio y son retirados entonces, mediante una corriente natural y/o generada artificialmente. En un embalse artificial, estos procedimientos conducirfan de todos modos unicamente a una distribucion uniforme de los sedimentos en la totalidad de las aguas embalsadas, donde volverfan a depositarse.
La patente US n° 2.082.964 divulga un embalse con lecho adecuado, el cual es delimitado por un dique principal en el extremo inferior y mediante paredes laterales. En el extremo superior del embalse, se extiende un dique auxiliar, el cual forma un deposito colector adicional para recoger fango.
El documento FR 2375395A1 divulga un procedimiento para el tratamiento de espacios de embalse, en los que se recibe de manera continua material de suelo con un dispositivo de bombeo y se transporta en un recipiente de agua hasta su apertura.
El problema que se plantea la invencion consiste en mejorar de tal manera los procedimientos ya conocidos para el transporte de sedimentos fuera de aguas embalsadas que la utilizacion del procedimiento sea lo mas sencilla y energeticamente eficaz posible.
Este problema se resuelve segun la invencion gracias a que los depositos de sedimentos recibidos son transportados a la zona de erosion del embalse artificial en la proximidad del o de los organo(s) de salida del embalse artificial en cuestion, donde los depositos de sedimentos transportados y sedimentados, mediante los cuales son transportados por los procesos de erosion causados por la corriente del agua que sale a las aguas siguientes. Es favorable que los depositos de sedimentos sean transportados, por el camino mas corto, desde la zona de sedimentacion a la proximidad de los organos de descarga. Los organos de descarga pueden ser denominados asimismo, de forma alternativa, organos de paso. Los depositos de sedimentos son recibidos, preferentemente, de forma mecanica o hidraulica y son desplazados, dentro de las aguas, a la proximidad de los organos de descarga, mediante procedimientos de draga flotante o de pulverizacion, dentro del embalse artificial. Al mismo tiempo, se tiene en cuenta preferentemente la zona de erosion del lado aguas arriba en la zona de
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delante de los organos de descarga, es decir que puede estar prevista, por ejemplo, una distribucion uniforme, en su caso con un perfil de seccion transversal predeterminado, de los sedimentos transportados.
El concepto de “en la proximidad” referido a los organos de descarga de la espacio de embalse en cuestion no comprende, en el sentido de la presente invencion, la introduccion directa de depositos de sedimentos en los organos de descarga o un deposito de los depositos de sedimentos recibidos directamente delante, es decir sin distanciamiento, de los organos de descarga.
Puesto que esto estarfa relacionado con el inconveniente esencial de que, por ejemplo, al poner en marcha una turbina para la generacion de corriente serfan atrafdas directamente cantidades notables de depositos de sedimentos, lo cual tiene un efecto desventajoso en vida util de la turbina. Ademas, el lugar y/o la distancia del deposito de los depositos de sedimentos recibidos depende tambien del diametro de los organos de descarga existentes. A este respecto, se cumple que cuanto menor sea el diametro del los organos de descarga, tanto mas cerca de ellos deben ser transportados los depositos de sedimentos. Se ha demostrado que un transporte de depositos de sedimentos hasta como maximo aproximadamente 1 m delante de los organos de descarga de un espacio de embalse en cuestion da muy buenos resultados con vistas a los diferentes diametros de organos de descarga existentes. De forma tambien preferida, el transporte de los depositos de sedimentos tiene lugar en una zona de por lo menos aproximadamente 1,5 m, de forma mas preferida de por lo menos aproximadamente 2 m, de forma aun mas preferida de por lo menos aproximadamente 3 m delante de los organos de descarga del espacio de embalse en cuestion. En grandes instalaciones de aguas embalsadas la distancia sera preferentemente de por lo menos aproximadamente 8 m, y estara de forma preferida en un intervalo comprendido entre aproximadamente 1 m y aproximadamente 100 m, de forma aun mas preferida de hasta aproximadamente 50 m.
Las distancias mencionadas para el transporte de depositos de sedimentos dependen de las condiciones de la salida temporal. Ademas del diametro de organo de descarga o de paso, son el paso propiamente dicho y las propiedades del agua (en especial la concentracion de sedimentacion ya existente en el agua del lado del curso superior) factores que tienen influencia. Tienen influencia sobre la zona o las zonas de erosion aguas arriba cuando el cierre del organo de descarga o de paso esta abierto.
Las distancias se determinan entre la desembocadura de apertura orientada hacia el interior del espacio de embalse de los organos de descarga en cuestion el de deposito de sedimentos transportado. El concepto de “transporte” utilizado en la presente invencion comprende al mismo tiempo, referido a los depositos de sedimentos, que estos se pueden depositar tambien distanciados de los organos de captacion, asimismo en sus proximidades, si bien tambien que estos pueden salir asimismo a traves de los organos de descarga debido a la corriente existente.
Gracias a la presente invencion se evita, debido al transporte de los sedimentos depositados unicamente en la proximidad de los organos de descarga, una mezcla directa de los sedimentos recibidos con el agua que sale a traves de los organos de descarga, y se consigue, dentro del espacio de embalse, un perfil de sedimentos mas bien similar a un estado natural. Los depositos de sedimentos son transportados al mismo tiempo desde la zona de sedimentos de las aguas embalsadas a la zona de erosion de las aguas embalsadas, evitandose un transporte al o directamente junto al organo de descarga de las aguas embalsadas, lo que puede conducir a una obstruccion del mismo.
Dicho por lo menos un organo de descarga del espacio de embalse en cuestion presenta preferentemente un dispositivo para la generacion de energfa, en especial una turbina. Fundamentalmente puede estar previsto, en el sentido de la presente invencion, que el embalse artificial presente unicamente un organo de descarga, si bien puede estar previsto tambien que esten previstos dos, tres, cuatro o como de costumbre mas organos de descarga.
En la presente invencion, es esencial ademas que los depositos de sedimentos transportados a la proximidad de organos de descarga, distanciados de igual manera de ellos, recibidos en la zona de sedimentos sean retirados en la zona de erosion mediante procesos de erosion, es decir mediante agua. De este modo, se consigue una aproximacion amplia al sistema de aguas no embalsadas natural.
El procedimiento se lleva a cabo de forma ventajosa, de tal manera que se ajusta una determinada concentracion de sedimentos en los organos de descarga. En la practica, se ha demostrado como ventajoso un valor de entre 10 mg y 100 g de sedimentos por litro de agua, preferentemente entre 10 mg y 10 g de sedimentos/litro. Sorprendentemente, una turbiedad de este tipo del agua saliente es admisible para turbinas previstas eventualmente en los organos de descarga. De manera puramente preventiva, puede estar previsto segun la invencion lavar las obturaciones de la turbina mediante agua con una turbiedad menor, para prevenir posibles danos en las turbinas. La concentracion de sedimentos puede tener en cada caso, dependiendo de la hidrogeomorfologfa o de la geometrfa de circulacion de las aguas, tambien valores claramente superiores a 100 g de sedimentos por litro de agua.
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Segun la invencion, los depositos de sedimentos son recibidos mediante procedimientos de draga flotante o de lavado y, en su caso, son transportados por una bomba de succion. Al mismo tiempo, es adecuado que los depositos de sedimentos sean removidos por una fresa, antes de ser recibidos.
Para la recepcion del sedimento, se ha demostrado que resultan adecuadas las dragas de succion. La cantidad de sedimentos recibidos se puede ajustar al mismo tiempo de manera especialmente sencilla a traves de la potencia y/o la duracion del funcionamiento de la draga de succion.
La recepcion de depositos de sedimentos en la zona de sedimento del embalse artificial se puede automatizar. Durante la utilizacion de una draga de succion, la cual puede estar formada como draga flotante y puede ser guiada con cabos, es ventajoso variar la posicion de la draga de succion de forma continua y automatica mediante cabos de control conectados con la orilla. Si los depositos de sedimentos son recibidos siempre segun la misma muestra, puede producirse la formacion de zanjas en el fondo de las aguas. Esto se impide de forma fiable mediante una variacion, regular o irregular, de la muestra, segun la cual son recibidos los depositos de sedimentos.
Dependiendo del grosor de los depositos de sedimentos en la zona de sedimentacion, el procedimiento se puede utilizar de manera intermitente o continua, si bien el procedimiento se utiliza preferentemente de manera continua. Por “continua”, en el sentido de la invencion, se entiende la realizacion constante del procedimiento a lo largo de varios ciclos de funcionamiento del agua embalsada, comprendiendo su llenado y vaciado. Por el contrario, por “intermitente” hay que entender, en el sentido de la invencion, que el procedimiento se lleva a cabo de forma regular unicamente durante un ciclo de funcionamiento especial, como por ejemplo, el vaciado del embalse artificial. Ademas, el procedimiento se puede utilizar, sin interrupciones esenciales, durante la totalidad de la duracion de la utilizacion del embalse artificial, o de manera temporalmente limitada, por ejemplo en el sentido de un saneamiento para la reposicion del volumen de retencion original.
Otras ventajas y detalles de la invencion se explican con mayor detalle a partir de ejemplos de formas de realizacion representados en los dibujos, en los que:
la Fig. 1 muestra una vista esquematica de un embalse artificial, con una subdivision del embalse artificial en diferentes zonas de erosion;
la Fig. 2 muestra una representacion esquematica de una posible recepcion automatizada de los depositos de sedimentos bajo el agua;
la Fig. 3 muestra una representacion esquematica de un posible transporte de depositos de sedimentos en la proximidad de un organo de descarga bajo el agua.
Cabe indicar, en primer lugar, que la invencion no esta limitada a las combinaciones de caracterfsticas mostradas en las figuras. Mas bien las caracterfsticas que se dan a conocer en cada caso en la descripcion, incluida la descripcion de las figuras, se puede combinar con las caracterfsticas indicadas en las figuras. Ademas, cabe mencionar que los signos de referencia contenidos en las reivindicaciones no deben limitar en modo alguno el alcance de proteccion de la presente invencion, sino que se refieren unicamente a los ejemplos de formas de realizacion mostrados en las figuras.
En la Fig. 1, esta representada una vista esquematica de un embalse artificial 8 de una central de acumulacion por bombeo. Una central de acumulacion por bombeo sirve para el almacenamiento de energfa generada pero que no se necesita por el momento. Para ello, una central de acumulacion por bombeo 6 bombea agua desde unas agua fluyentes 7 a un embalse artificial 8, lo que se denomina funcionamiento de bombeo. Si se necesita la energfa almacenada, se libera el agua del embalse artificial 8 de la central de acumulacion por bombeo 6 de nuevo a las aguas fluyentes 7, siendo accionadas al mismo tiempo turbinas, las cuales generan energfa. Este proceso se designa como funcionamiento de turbinas. Durante los dos estados de funcionamiento, el funcionamiento de bombeo y de turbinas, el agua esta en movimiento en el embalse artificial 8. En las pausas entre los estados de funcionamiento el agua permanece en un reposo relativo. Durante el funcionamiento de bombeo se bombean, junto con el agua, tambien sedimentos y sustancias en suspension al embalse artificial 8, las cuales se pueden depositar, debido a las condiciones de circulacion en el embalse artificial 8, en determinadas condiciones en el fondo de las aguas. Debido a las condiciones de circulacion el embalse artificial 8 es subdividido en dos zonas. Por un lado en una zona de sedimentacion 1, en la cual se depositan cada vez mas sedimentos, y por el otro en una zona de erosion 2, en la proximidad de organos de descarga 4, en la cual los depositos de sedimentos 12 son erosionados y retirados durante el proceso de salida. El lfmite entre estas dos zonas se define como lfmite de erosion 3. Para impedir un aumento constante de los depositos de sedimentos 12 en la zona de sedimentacion 1 se transportan, segun la invencion, los depositos de sedimentos 12 a la zona de erosion 2, desde la cual son retirados mediante procesos de erosion posteriores. Los depositos de sedimentos 12 son recibidos por una draga de succion 5 y son transportados, a traves de un conducto de transporte 9, el cual finaliza distanciado de los organos de descarga 4, en la proximidad de los organos de descarga 4. La totalidad del procedimiento se puede llevar a cabo tambien de manera automatizada, siendo la
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draga de succion 5 controlada por ejemplo mediante cabos de gufa 10. La ventaja del procedimiento segun la invencion es que los depositos de sedimentos 12 son transportados fuera de la zona de sedimentacion 1 sin retirarlos de las aguas.
En la Fig. 2, esta representado de manera esquematica, a tftulo de ejemplo, el transporte de los depositos de sedimentos 12 desde el fondo de las aguas 11, mediante una disposicion de draga de succion, formada por una unidad de bombas 15, una cabeza de lavado 13 y unos conductos de transporte 14 y 9. Para desprender los depositos de sedimentos 12 del fondo de las aguas 11 se utiliza una cabeza de lavado 13, siendo adecuado que la cabeza de lavado 13 comprenda una fresa para remover los depositos de sedimentos 12. Los sedimentos removidos son recibidos, con una unidad de bombas 15, mediante el conducto de recepcion 14. La unidad de bombas 15 se encarga, al mismo tiempo del transporte de los sedimentos, a traves del conducto de transporte 9, hacia la zona de erosion 2. Para que el procedimiento segun la invencion se puede llevar a cabo de forma automatizada, la unidad de bombas 15 de la disposicion de draga de succion esta montada en este ejemplo en un ponton 16. Este ponton 16 es guiado, mediante cabos de control 10, sobre la totalidad de la zona de sedimentacion 1 del embalse artificial 8, con lo cual la disposicion de draga de succion puede transportar los depositos de sedimentos 12 en la totalidad de la zona de sedimento 1. Si los depositos de sedimentos 12 son recibidos siempre segun una muestra determinada, esto conduce a la formacion de zanjas en el fondos de las aguas. Esto se impide mediante una variacion regular de la muestra.
La Fig. 3 muestra la zona de erosion 2 del embalse artificial 8 con un embalse 20 y un organo de descarga 4 dispuesto en el mismo, disponiendose a traves de un conducto de transporte 9, sujetado mediante flotadores 17 en la superficie del agua, distanciados de los organos de descarga 4, depositos de sedimentos 18 transportados. Estos son retirados en la direccion de las flechas 19 por procesos de erosion mediante el organo de descarga 4. El transporte de los depositos de sedimentos 18 sobre el fondo de las aguas 11 tiene lugar al mismo tiempo por ejemplo a una distancia de aproximadamente 10 m con respecto a una desembocadura de abertura 21 del organo de descarga 4. El extremo del conducto de transporte puede estar lastrado con un peso.
Listado de signos de referencia:
1 zona de sedimentacion
2 zona de erosion
3 lfmite de erosion
4 organos de descarga
5 draga de succion
6 espacio de embalse o volumen retenido
7 aguas fluyentes
8 espacio de embalse o de almacenamiento
9 conducto de transporte
10 lado de control
11 fondo de las aguas
12 depositos de sedimentos
13 cabeza de lavado
14 conducto de recepcion
15 unidad de bombas
16 ponton
17 flotador
18 deposito de sedimentos transportados
19 flechas
20 embalse
21 desembocadura de la abertura del organo de descarga 4 5
Claims (12)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Procedimiento para el transporte de sedimentos en aguas embalsadas, en particular de instalaciones hidroelectricas, que se produce por deposito debido a la falta de procesos de erosion, a causa de la falta de corriente, siendo los depositos de sedimentos (12) recibidos mediante procedimientos de draga flotante o de pulverizacion en una zona de sedimentos (1) del embalse artificial (8), caracterizado por que los depositos de sedimentos recibidos son transportados a la zona de erosion (2) del embalse artificial en la proximidad del organo o de los organos de descarga (4) del embalse artificial (8), siendo transportados los depositos de sedimentos transportados y sedimentados por los procesos de erosion causados por la corriente del agua saliente a aguas fluyentes.
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la cantidad de sedimentos que hay que transportar se selecciona de tal manera que en la zona de los organos de descarga (4) se ajusta una concentracion de sedimentos comprendida entre 10 mg y 100 g de sedimentos por litro de agua, preferentemente entre 10 mg y 10 g de sedimentos por litro de agua.
- 3. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que los depositos de sedimentos (12) son recibidos en la zona de sedimentacion (1) del embalse artificial (8) segun una muestra determinada.
- 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que la muestra es modificada con regularidad.
- 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la recepcion y el transporte de los depositos de sedimentos (12) se llevan a cabo de manera automatizada.
- 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la recepcion y el transporte de depositos de sedimentos (12) se lleva a cabo de manera intermitente.
- 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la recepcion y el transporte de los depositos de sedimentos (12) se lleva a cabo de manera continua.
- 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el transporte de sedimentos se utiliza durante toda la vida util del embalse artificial (8).
- 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el transporte de sedimentos se utiliza unicamente de forma temporalmente limitada para el saneamiento del embalse artificial (8).
- 10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que los depositos de sedimentos (12) son recibidos por una draga de succion (5).
- 11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, caracterizado por que la cantidad de sedimentos transportada es ajustada mediante la potencia y/o la duracion del funcionamiento de la draga de succion (5).
- 12. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que los depositos de sedimentos (12) son removidos con una fresa antes de la recepcion.
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