La sedimentación, un problema que inutiliza presas en México

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  • sedimentación, problema que inutiliza presas México
    La sedimentación representa un problema, pues reduce el almacenamiento de agua en las presas.
  • Este fenómeno reduce la capacidad de almacenamiento de embalses medianos y pequeños, advirtió Jesús Gracia Sánchez, académico del II de la UNAM
  • En la entidad universitaria se brinda asesoría y se desarrolla investigación aplicada para la solución de esta problemática

La sedimentación de embalses en México es un problema cuya solución compete tanto a la ciencia como a la sociedad, pues reduce el almacenamiento de agua para usos vitales, advirtió Jesús Gracia Sánchez, investigador del Instituto de Ingeniería (II) de la UNAM.

Al disminuir la capacidad de las presas se genera menos electricidad y se menoscaba el aporte hídrico para riego y consumo humano. En grandes hidroeléctricas como Chicoasén y La Angostura en Chiapas; y, El Cajón en Nayarit, estos depósitos no son tan graves porque están en cuerpos acuosos grandes. De hecho, el sistema Cutzamala, en el Estado de México, encargado de surtir el recurso potable al DF, está bien cuidado, pero en las represas medianas y chicas (el 90 por ciento del país) el fenómeno es severo.

Además, agregó, a medida que los embalses envejecen (la mayoría data de los años 50-60 del siglo XX), el inconveniente se acentúa. Algunos están llenos de sedimentos o, peor aún, de basura, como los construidos antaño en la ciudad de México para contener avenidas y evitar inundaciones.

Al disminuir la capacidad de las presas se genera menos electricidad y se menoscaba el aporte hídrico para riego y consumo humano

Uno de estos vasos puede tener 60 kilómetros de largo y una cortina (propiamente la presa) de 100 metros de altura. ¿Cómo sacarlos? En ingeniería todo es posible, pero costoso. Muchas veces es más barato construir algo nuevo que desazolvar, aseveró Gracia Sánchez.

Si hay cargas de altura de 100 metros no se puede extraer el sedimento y es preciso vaciar vía descargas de fondo, es decir, por aberturas de la presa, aunque después lo complicado es cerrarlas. Con el flushing (una técnica de lavado) es factible arrastrar el material con el líquido fluvial. Un costo es que se emplea lo almacenado y sólo se hace de manera eficiente si los niveles son bajos.

En una edificación nueva es posible encauzar el sedimento para acercarlo a la cortina y retirarlo; sin embargo, esta solución no se puede aplicar en embalses de 60 años, como algunos en México. Además, el problema difiere y cada caso requiere una solución diferente. En el II, Gracia Sánchez, además de ofrecer asesoría, desarrolla investigación aplicada para solucionar especificidades.

En el diseño hidráulico para mitigar esta situación se utilizan tres tipos de herramientas. La primera es la empírica, basada en fórmulas clásicas que dan una idea aproximada del problema. Hace 60 años, a partir de su experiencia, los ingenieros las ajustaban para hacer cálculos.

La segunda son los modelos numéricos, efectuados vía computadora, con los que, con base en las peculiaridades del flujo, simulan cómo se mueven estas acumulaciones a través de las estructuras de contención. “Al final son simplificaciones”, subrayó.

La tercera son los modelos físicos, una versión a escala del prototipo de embalse. Con éstos, el universitario estudia tanto la sedimentación como lo contrario: la erosión. “Es una herramienta única (por ahora) que nos puede dar la característica tridimensional del flujo con estas características”.

El fenómeno referido se agrava por la vejez de los embalses y la erosión acelerada

En el II se fabrican compuertas, vertedores y cortinas a escala —en acrílico y en concreto— según cada caso. Algunas de las recreaciones empleadas por el académico llegan a medir 60 metros de largo.

Un trabajo reciente fue el de la bifurcación del río Mezcalapa, dividido en Samaria y El Carrizal, el cual lleva el recurso a Villahermosa, Tabasco, donde uno de los inconvenientes era la sedimentación, que impedía el flujo suficiente, por lo que se pidió desarrollar un diseño hidráulico para garantizar el abasto potable a Villahermosa.

Con base en un modelo físico y uno numérico, en diciembre pasado se propuso una solución: dragar El Carrizal, es decir, excavar un canal (dos kilómetros de largo por 20 metros de ancho) para permitir, aun si El Mezcalapa tiene poca agua, la entrada de un gasto mínimo de flujo y, al mismo tiempo, limpiar el conducto que llega a la capital tabasqueña.

Cada caso es diferente, no hay una solución única. No es fabricar algo aplicable en todos los embalses con este problema”, reiteró el investigador.

Por ejemplo, para conducir el sedimento se pueden diseñar espigones, es decir, piedras acumuladas y orientadas para que el agua viaje en una dirección, adquiera velocidad y transporte los depósitos. También hay otras alternativas, como el dragado, usar chiflones, arrastre hidráulico, sifones y desarenadores, así como el control de erosión en cuencas y en los cauces, entre otras.

También depende del cliente, pues se diseñan estructuras ad hoc para hacer pasar sólo cierta cantidad de material sólido. Actualmente, Gracia Sánchez trabaja en la presa Las Cruces, a construirse en Nayarit por la Comisión Federal de Electricidad (CFE).

Ahí realiza estudios para que el impacto ambiental sea lo menor posible y responder a emergencias. En Las Cruces, hacia abajo, hay otra represa, más chica; Gracia Sánchez y colaboradores habrán de proyectar herramientas para que el sedimento (hay grueso, muy problemático, y fino, que viaja en suspensión y da un color “chocolatoso” al líquido) no la tape y pase a la zona de manglares.

Como la solución dependerá de cómo viaja, en el trabajo de Gracia Sánchez son esenciales los sedimentogramas y los hidrogramas, es decir, registros del paso de material sólido y del gasto (caudal o volumen) en el tiempo.

El sedimentograma total es la suma de los registros de ambos tipos: grueso y fino. Uno está conformado por partículas desde medio milímetro hasta piedras de metros. El otro es arcilla, de comportamiento similar a la sal en un medio acuoso: es un sólido disuelto que se traslada suspendido, con un comportamiento especial.

En un embalse, explicó Gracia Sánchez, muchas veces el diminuto, en vez de mezclarse con el agua, forma corrientes de densidad que viajan por la base, en medio e incluso por su superficie.

Si se trasladara por el fondo y llegara a la cortina “los ingenieros seríamos felices” porque bastaría abrir la descarga de la parte inferior para sacar la materia depositada, pero esto no es frecuente. Otras veces viene disperso y enturbia el medio.

De estos dos comportamientos, completamente diferentes, depende el uso. Para la potable conviene que se forme la corriente de densidad, a fin de que quede limpia en la parte superior. Si está “chocolatosa, hay que instalar una planta de tratamiento para volverla apta para el consumo humano. Para riego, en cambio, ese cúmulo de material, por recoger nutrientes a su paso, es benéfico para las parcelas.

El fenómeno referido se agrava por la vejez de los embalses y la erosión acelerada. Con la mayoría de las presas se buscaba proteger a la ciudad de México de las avenidas que bajan de la Sierra del Chichinautzin. La más conocida es la de Anzaldo, que drena la parte del sur de la cuenca, pero hay otras 15, como la Becerra, que son basureros y están invadidas por asentamientos humanos a su alrededor.

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