Escenario #6-Alto Maipo 2-JPS

Plan Director para la Gestión de los Recursos Hídricos Cuenca del Río Maipo

Descripción Proyecto Hidroeléctrico Alto Maipo (PHAM)

De acuerdo a la información presentada en el estudio de impacto ambiental, el PHAM se emplazará al sur-sureste de la ciudad de Santiago, en la comuna de San José de Maipo, Provincia Cordillera, Región Metropolitana, específicamente en la cuenca alta del Río Maipo, tal como se indica en la Figura 1.

FIGURA 1UBICACIÓN GENERAL CENTRALES ALTO MAIPO

Fuente: AES GENER

De acuerdo al proyecto, la central “Alfalfal II” se localiza en la cuenca del río Colorado, aguas abajo de la actual Central Hidroeléctrica Alfalfal I, mientras que la central “Las Lajas”, se ubica en las proximidades de la confluencia del río Maipo con el estero ElManzano. La Central Alfalfal II aprovechará principalmente las aguas provenientes de la zona alta del río Volcán y del embalse El Yeso, mientras que la Central Las Lajas aprovechará las aguas que se generan en la central Alfalfal II y la central existente Alfalfal I, más aquellas provenientes de la captación de la hoya intermedia del río

LUIS ARRAU DEL CANTOConsultores en Ingeniería Hidráulica y de Riego Alto Maipo - 1


Colorado. Para lo anterior, el proyecto contempla la construcción de un total de 70 km. de túneles de los cuales aproximadamente 60 km. corresponden a los túneles de aducción de ambas centrales y el resto lo constituyen las ventanas (túneles) de acceso a los túneles principales, los túneles de acceso a las cavernas de máquinas y los respectivos túneles de descarga de las centrales.

El proyecto, se iniciará en la zona alta del río Volcán, a través de la captación de unos 11 m3/s mediante 4 bocatomas de alta montaña ubicadas en los esteros Engorda (1m3/s), Colina (5m3/s), Las Placas (1m3/s) y El Morado (4m3/s), los que serán conducidos mediante el túnel “El Volcán” hasta el valle del río Yeso. En su recorrido recibirá el aporte de 1 m3/s, proveniente de la Quebrada Cortaderas. En el valle del río Yeso, en la descarga del embalse del mismo nombre, se captará un caudal máximo de 15 m3/s, el que a su vez será conducido a través de un canal y túnel hasta conectarse con el túnel El Volcán. El caudal total será conducido por medio de un sifón bajo el río Yeso, que a su vez se conectará a un corto túnel y un canal hasta la laguna LoEncañado. Esta laguna servirá como cámara de carga y regulación horaria de la Central Alfalfal II.

Desde la laguna Lo Encañado se captará, mediante una bocatoma profunda, un caudal máximo de 27 m3/s, que incluyen además de las aguas provenientes del Volcán y Yeso aproximadamente 2 m3/s provenientes de la hoya afluente a la laguna. Todo este caudal será conducido mediante un túnel en presión hasta el pique inclinado de la Central Alfalfal II. Luego del pique en presión, se construirá la caverna que alojará los equipos de generación, donde se instalarán 2 turbinas tipo Pelton, con una altura neta de caída de 1.166 m, y una potencia de 275MW. Posteriormente las aguas ya generadas en la caverna de máquinas serán transportadas por el túnel de descarga de Alfalfal II, hasta el túnel de aducción de la Central Las Lajas. El túnel de descarga de Alfalfal II también podrá descargar las aguas de esta central al río Colorado en caso de que la Central Las Lajas se encuentre fuera de servicio.

El túnel Las Lajas en tanto, antes de su conexión con el túnel Alfalfal I, transportará un caudal de 30 m3/s correspondiente a las aguas de la descarga de la Central Alfalfal I y 13 m3/s provenientes de la captación de la Central Maitenes junto con los aportes del estero Quempo (1 m3/s). Las aguas de Alfalfal I y las del estero Quempo descargarán a un estanque que operará como cámara de carga de la central Las Lajas y/o estanque de contrapunta para la central Alfalfal II en caso de que esta última opere en punta. El estanque, localizado al poniente de la actual central Alfalfal I, tendrá una capacidad total de 425.000 m3 y entregará las aguas a un canal, el cual previo cruce en sifón bajo el río Colorado, se conectará con el túnel Las Lajas.

El túnel de aducción de la central Las Lajas, recibirá además los aportes de la Quebrada Aucayes (2 m3/s), y posteriormente cruzará en túnel bajo el río Colorado concluyendo su recorrido en la zona de caída de dicha central.



La central Las Lajas también ha sido proyectada en caverna y equipada con dos turbinas, con un caudal de 65 m3/s, una caída bruta de 454 m, y una potencia de 256 MW. La descarga del caudal generado por esta central, será directamente al río Maipo a una cota aproximada de 820 m.s.n.m, a través de un túnel que cruzará unos 100 m bajo el estero El Manzano.

FIGURA 2ESQUEMA GENERAL DE OBRAS PHAM

Fuente: Estudio Impacto Ambiental PHAM, Arcadis-Geotécnica 2007

Implementación del PHAM en el Modelo MAGIC-Maipo

Para implementar el proyecto en el modelo MAGIC-Maipo, en primer lugar se identificó topológicamente en que lugar debería ubicarse el proyecto con respecto a la topología original del modelo. De esta manera se identificó el nodo 10, ubicado aguas abajo del embalse El Yeso como punto de partida, y el nodo 21, ubicado aguas abajo de la devolución desde la central Las Lajas, como punto final para el análisis. Posteriormente, se determinó necesario modificar la ubicación de este nodo para representar fielmente la ubicación del PHAM. Posteriormente se definieron 5 nodos nuevos para representar los elementos nuevos en el sistema:

Nodo 157: Representa la aducción del túnel el Volcán desde el Río Volcán. Nodo 158: Representa la aducción desde el Río Yeso hacia el túnel el Volcán. Nodo 159: Representa la devolución desde la central Alfalfal II al río Colorado. Nodo 160: Se usa para representar la entrada del túnel Las Lajas. Nodo 161: Representa la devolución desde la central Las Lajas al río Maipo



Desde el punto de vista de las tablas y la estructura topológica de los objetos modificados, a continuación se entrega un resumen y la figura correspondiente a la condición con proyecto:

CH_PARAM: Se incorporan los parámetros principales de diseño de las centrales, quedando:

Código Nombre Nodo Inicial Nodo Final Qmax mensual, [m3/s] Rendimiento, [°/1] Hb, [m] k = 0.05*Hb/Qd^2, [°/1] Potencia Instalada, [kW] Tipo de Turbina CH_UNIDADES Año Ini Mes Ini Propietario

CH-08 ALFALFAL II NO-010 NO-159 27 0.7 1166 0.08 275 Pelton de pasada 2 1950 12 AES GENER

CH-09 Las Lajas NO-160 NO-161 65 0.7 454 0.0054 256 Pelton de pasada 2 1950 7 AES GENER

CH_Q: Corresponde a los caudales demandados por las centrales a nivel mensual, quedando:

Código Qddo ABR, [m3/s] Qddo MAY, [m3/s] Qddo JUN, [m3/s] Qddo JUL, [m3/s] Qddo AGO, [m3/s] Qddo SEP, [m3/s] Qddo OCT, [m3/s] Qddo NOV, [m3/s] Qddo DIC, [m3/s] Qddo ENE, [m3/s] Qddo FEB, [m3/s] Qddo ABR, [m3/s]

CH-08 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27

CH-09 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65

NO_DIST: Se crearon los siguientes nodos: NO-157; NO-158; NO-159; NO-160; 161. Y se modificó el NO-10.

NO_PARAM: Se incorporaron las coordenadas de los nodos nuevos, quedando:

Codigo Norte EsteNO-157 412000 6260000NO-158 398550 6273081NO-159 385800 6290500NO-160 387500 6291500NO-161 368000 6284000

RI_TRAMOS: Se modificaron tramos de río al incorporar nuevos nodos, lo que implicó crear nuevos tramos, los cuales son los siguientes:

Codigo del tramo Rio Nº NOini NOfin Acuífero Largo Ancho Espesor K N i SecciónTR-153 RI-05 153 NO-160 NO-159 N/A 3380 70 1.2 1E-07 0.04 0.019 SEC-06TR-154 RI-05 154 NO-159 NO-015 N/A 2659 70 1.2 1E-07 0.04 0.019 SEC-06TR-155 RI-01 155 NO-161 NO-019 N/A 1343 100 1.2 1E-07 0.04 0.01 SEC-06TR-156 RI-02 156 NO-157 NO-004 N/A 7830 70 1 1E-07 0.04 0.035 SEC-06TR-157 RI-04 157 NO-007 NO-158 N/A 2120 70 1 1E-07 0.04 0.067 SEC-06

CA_PARAM: Para efectos de alimentar el sistema de Alfalfal II, se debió crear canales alimentadores, denominados CA-118 y CA-119.

CA_TRAMOS: Conforme a la creación de los canales anteriormente señalados, se incluyeron las características de estos, quedando:

Código Canal Nodo Inicial Objeto Final Acuífero Nº del Tramo Capacidad, [m3/s] Eficiencia [º/1] Largo, [m]CT-145 CA118 NO-157 NO-010 AC-10 0 20 1 19400CT-146 CA119 NO-158 NO-010 AC-10 0 7 1 2450



Con el objeto de entender mejor la estructura topológica de este escenario, en las siguientes figuras se muestra la solución adoptada construida en formato SIG.



Metodología para el Análisis de Resultados

Para la presentación de resultados, se seleccionaron 14 nodos que representan los siguientes cinco tramos (ver Figura 3):

Tramo 1: Río Volcán hasta confluencia con río Maipo. Incluye los Nodos 005, 004 y 003.

Tramo 2: Río El Yeso hasta confluencia con río Maipo. Incluye los Nodos 010, 008 y 006.

Tramo 3: Río Maipo aguas abajo del río Yeso hasta confluencia con el río Colorado. Incluye los Nodos 006, 011 y 013.

Tramo 4: Río Colorado hasta confluencia con río Maipo. Contempla los Nodos 014, 016 y 013.

Tramo 5: Río Maipo aguas abajo del Río Colorado. Conformado por los Nodos 018,161, 019 y 020.



FIGURA 3UBICACIÓN DE NODOS EN SISTEMA MAIPO ALTO

Para cada uno de los nodos se analizó la información generada para la situación base, o situación sin proyecto, con la situación con proyecto, o sea, con las centrales operando. En estos 2 casos se consideró la hidrología del periodo 1950- 2006.

Es necesario indicar que para fines de análisis, el modelo se operó sin considerar el caudal ecológico, de modo que los resultados representan un caso más conservador que lo en realidad debería esperarse

Específicamente se realizaron los siguientes análisis:

Evolución de los Caudales Medios Mensuales: Se presentan los caudales generados en el periodo 1950-2006, el que se resume a través de gráficos de series de tiempo, los que se presentan para un nodo de cada uno de los tramos considerados en el análisis

Adicionalmente, el análisis de las series de tiempoEste análisis busca determinar la cantidad de veces en que el caudal medio mensual de cada nodo en la



situación base es menor que su equivalente en la situación con proyecto. Para esto sólo se consideran diferencias significativas, mayores a 5%, dado que el modelo matemático tiene en sí un error que no debe olvidarse al momento de analizar sus resultados.

Análisis Comparativo con Caudal Ecológico: Se evaluó en primer lugar el número de episodios en que el caudal de la situación con y sin proyecto fue menor que el caudal ecológico del nodo respectivo, procedimiento que se replicó para la situación con proyecto. Luego se realizó un análisis conjunto, poniendo especial énfasis en los meses en que los caudales generados en la situación con proyecto fueron menores que el caudal ecológico contemplado, sin que ocurriera lo mismo en la situación base. Lo anterior resulta muy relevante, ya que representa el impacto neto del proyecto con respecto al mantenimiento del caudal ecológico.

Análisis de Impacto Promedio Anual, Trimestral y Mensual a Nivel de Tramo: Para tener una mejor aproximación al efecto del proyecto en cada tramo, se obtuvo un coeficiente de impacto denominado Ci para cada nodo del tramo respectivo, bajo la siguiente relación:

Donde:

Qcp: Caudal medio (anual, trimestral o mensual) en el periodo 1950-2006 para la situación con proyecto.Qsb: Caudal medio (anual, trimestral o mensual) en el periodo 1950-2006 para la situación base.Al observar la fórmula se puede deducir que mientras más cercano a 0 el coeficiente de impacto el efecto del proyecto es mayor. Un valor mayor a 1 significa que hay un aumento en el caudal debido al proyecto.

En los gráficos respectivos de resultados se pueden ver tanto la variación temporal anual, trimestral y mensual promedio del factor de impacto, como también espacial, ya que los nodos representados están ordenados según este criterio.

Análisis de Resultados

Evolución de los Caudales Medios Mensuales: En primer lugar se presenta el análisis de resultados de las series de tiempo. Con este fin se seleccionó un nodo por cada tramo analizado, los que se indican a continuación:

Tramo 1: Nodo 05 Tramo 2: Nodo 08



Tramo 3: Nodo 11 Tramo 4: Nodo 16 Tramo 5: Nodo 18

Se presenta en las Figuras 4 a 8 la serie de tiempo asociada a cada uno de estos nodos.

FIGURA 4Tramo 1: Nodo 05

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1950

1951

1952

1953

1954

1955

1957

1958

1959

1960

1961

1962

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Cau

dal (

m3 /s

)

S in C H Alto Maipo

FIGURA 5



Tramo 2: Nodo 08

0

20

40

60

80

100

120

1950

1951

1952

1953

1954

1955

1957

1958

1959

1960

1961

1962

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Cau

dal (

m3 /s

)

S in C H Alto Maipo


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1950

1951

1952

1953

1954

1955

1957

1958

1959

1960

1961

1962

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Cau

dal (

m3 /s

)

S in C H Alto Maipo

FIGURA 7



Tramo 4: Nodo 16

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1950

1951

1952

1953

1954

1955

1957

1958

1959

1960

1961

1962

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Cau

dal (

m3 /s

)

S in C H Alto Maipo


0

100

200

300

400

500

600

700

1950

1951

1952

1953

1954

1955

1957

1958

1959

1960

1961

1962

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Cau

dal (

m3 /s

)

S in C H Alto Maipo

Al analizar los resultados presentados en estas figuras, se observa claramente el efecto de las centrales en el caudal del río, ya que en casi todos estos casos el caudal después de la entrada en operación de las centrales es menor que el caudal medido antes de las centrales. El análisis de las series de tiempo continúa evaluando en que



porcentaje del tiempo, el caudal en la nueva situación es menor al caudal medido. Ahora, dado que los caudales son el producto de una modelación matemática existe un cierto error en su cálculo, por lo que para un adecuado análisis, se acepta que los caudales (sin proyecto v/s con proyecto) son diferentes sólo si la diferencia es superior a un 5%. Los resultados de este análisis se muestran en el Cuadro 1.

CUADRO 1ANÁLISIS COMPARATIVO CAUDALES

SITUACIÓN SIN RPOYECTO V/S CON PROYECTO

Tramo NodoComparación de Caudales

MenorSignificativamente

Menor

14 0,0 0,05 0,0 0,03 0,0 0,0

210 100,0 100,08 100,0 100,06 100,0 81,8

36 100,0 81,8

11 100,0 81,713 100,0 100,0

4

14 0,0 0,015 100,0 100,016 100,0 100,013 100,0 99,4

5

18 100,0 99,4161 20,4 0,019 20,4 0,020 16,2 0,0

En primer lugar se observa que en el primer tramo no hay efecto de las centrales. Por otra parte, en los siguientes tramos se observa un efecto del 100%, pero que disminuye cuando se considera sólo aquellas diferencias realmente significativas. Esto es muy importante al analizar el último tramo, ya que antes de la devolución de las aguas desde la central las Lajas, el efecto de disminución es de un 100%, y después de la devolución es del orden de un 20%, pero al considerar las diferencias realmente significativas, se tiene que el caudal en la nueva situación es al menos igual al caudal antes de la operación de las centrales. Esto muestra que el efecto de las centrales se circunscribe al tramo del río ubicado entre las tomas para las centrales y la devolución.



Análisis Comparativo con Caudal Ecológico: Para continuar con el análisis se evalúa el cumplimiento del caudal ecológico en el río. Este análisis es muy importante, ya que anteriormente se explicó que el modelo no considera la existencia de este caudal mínimo, de modo de tener un análisis más conservativo. Al igual que para el caso anterior, el análisis se presenta para los nodos elegidos en los diferentes nodos, resultado que se muestra en el Cuadro 2. Para este análisis se consideró el caudal ecológico definido para diferentes tramos, representado por un caudal ecológico definido para un nodo. Se asumió que este caudal es válido hasta el siguiente nodo en el que se definió un nuevo caudal ecológico.

CUADRO 2ANÁLISIS VERIFICACIÓN CAUDALES ECOLÓGICOS

Tramo NodoViolación Caudal Ecológico

Base CentralesCentrales Sin

Falla Base

14 83,6 20,5 0,05 83,6 20,5 0,03 0,0 0,0 0,0

210 0,0 15,5 15,58 0,0 0,9 0,96 0,0 0,0 0,0

36 0,0 0,0 0,0

11 0,0 0,0 0,013 0,0 0,0 0,0

4

14 0,0 0,0 0,015 0,0 0,0 0,016 0,0 0,0 0,013 0,0 0,0 0,0

5

18 0,6 0,0 0,0161 0,0 0,0 0,019 0,0 0,0 0,020 0,0 0,0 0,0

Los resultados muestran que desde el punto de vista de los caudales ecológicos, en general, la violación es mínima. De hecho, la violación introducida por el proyecto se limita al tramo 2. En el resto de los tramo, aunque existe una disminución de caudales, al menos circula por el río el caudal ecológico en forma consistente.



Análisis de Impacto Promedio Anual, Trimestral y Mensual a Nivel de Tramo: Esta es la última componente del análisis, en el que se presenta la variación espacial y temporal del coeficiente de impacto definido anteriormente.

En primer lugar, se presentan en las Figuras 9 a 13 el coeficiente de impacto a nivel anual.

FIGURA 9VARIACIÓN DEL COEFICIENTE DE IMPACTO ANUAL

TRAMO 1

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

NO-004 NO-005 NO-003

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to


TRAMO 2

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

No-010 NO-008 NO-006

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to




TRAMO 3

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

NO-006 NO-011 NO-013

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to


TRAMO 4

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

NO-014 NO-015 NO-016 NO-013

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to




TRAMO 5

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

NO-018 NO-161 NO-019 NO-020

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to

De los resultados a nivel anual se tiene que el presenta variaciones importante a lo largo de los cauces afectados por PHAM. Por ejemplo, en el segundo tramo, el coeficiente de impacto se incrementa debido a que el aporte de las cuencas intermedias atenúa el efecto de la extracción de agua para las centrales. De la misma manera, en el tramo 3 se observa una disminución del coeficiente de impacto al llegar a la confluencia, lo que podría explicarse por el ejercicio de derechos adicionales a los ejercidos para abastecer a las centrales. En el tramo 4 se observa una tendencia similar a la del segundo tramo, e igual a la que se presenta en el último tramo. Es más, en este último tramo el coeficiente de impacto tiende a la unidad, lo que muestra que la devolución de agua desde las centrales recupera el caudal del río, a su valor sin la existencia del proyecto.

En todo caso, para un mejor análisis, se presenta en las Figuras 14 a 18 la variación trimestral del coeficiente de impacto para los nodos antes seleccionados.



FIGURA 14VARIACIÓN DEL COEFICIENTE DE IMPACTO

A NIVEL TRIMESTRALTRAMO 1

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

NO-004 NO-005 NO-003

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to

ABR-JUN

JUL-SEP

OCT-DIC

ENE-MAR



0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

No-010 NO-008 NO-006

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to

ABR-JUN

JUL-SEP

OCT-DIC

ENE-MAR





0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

No-010 NO-008 NO-006

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to

ABR-JUN

JUL-SEP

OCT-DIC

ENE-MAR



0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

NO-014 NO-015 NO-016 NO-013

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to

ABR-JUN

JUL-SEP

OCT-DIC

ENE-MAR





0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

NO-018 NO-161 NO-019 NO-020

Nodos

Co

efic

ien

te d

e Im

pac

to

ABR-JUN

JUL-SEP

OCT-DIC

ENE-MAR

Al analizar las figuras anteriores, se observa que se presentan las mismas tendencias que presentaban los gráficos a nivel anual, pero, queda claro que las mayores reducciones en el coeficiente de impacto están dadas en los meses de Primavera-Verano. Esta situación puede explicarse por un aumento en los montos de extracción vinculados a los derechos eventuales. También puede explicarse por la activación del ejercicio de los derechos por parte de otros usuarios, (por ej. Riego) en los meses de verano, lo cual se constituye en una mayor extracción de agua en el mismo período y una disminución de los caudales, y por lo tanto un mayor impacto de las centrales sobre los caudales en el río.

Conclusiones

Antes de presentar las conclusiones, se presentan las limitaciones que presenta la modelación con MAGIC-Maipo para analizar el comportamiento del río frente a la operación de las centrales del Alto Maipo:

El modelo sólo permite evaluar balances másicos que se traducen en caudales medios mensuales

El modelo no permite evaluar velocidades de escurrimiento, por lo que no es posible evaluar el transporte de sólidos o arrastre de sedimentos, que se genera en el río, y especialmente la variación de éste debido a la operación de las centrales

El modelo no permite evaluar el eje hidráulico, por lo que no es posible analizar si la disminución del caudal se traduce en problemas para la captación de las aguas



Soluciones Propuestas

En vista a lo anteriormente expuesto


Escenario #6-Alto Maipo 2-JPS

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