Simulación y modelación del arrastre de sedimentos de la cuenca de rio toachi para la operación y mantenimiento de la central hidroeléctrica hidrotoapi
Date
2025-12-09
Authors
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Publisher
Ingeniería Civil y Mecánica. Carrera Ingeniería Civil. Maestría con mención en Obras Hidráulicas
Abstract
There is currently an alteration of the hydro-sedimentological regime in the Toachi River basin (Ecuador), caused by the operation of the Hidrotoapi Hydroelectric Power Plant, generating erosion processes downstream and silting of the reservoir that compromise the sustainability of the infrastructure. Objective: to simulate and model sediment transport in order to optimize the operation and maintenance of the plant. Methodology: A quantitative approach based on numerical modeling with HEC-RAS software (version 6.7) was used, employing a coupled 1D and 2D approach to simulate hydrodynamics and sediment transport. The model was calibrated and validated with historical data on flow (1964-2006), topography, bathymetry, and granulometry of the basin. Results: Sediment dynamics were accurately characterized, identifying that the Toachi River contributes a significantly higher load of 20,656 tons, compared to the Sarapullo tributary, which contributes 10,932 tons, and that the retention efficiency of the reservoir is 76.3%. Critical areas of accumulation in the reservoir were also identified, with thicknesses of up to 2.2 meters, as well as erosion in the main channel, with scouring reaching -2.5 meters. In addition, the simulation of a mitigation measure, such as a wall dam, demonstrated its effectiveness in reducing the magnitude of morphological changes and the density of active erosion and deposition zones. Conclusion: The study validates the hypothesis by demonstrating that modeling with HEC-RAS software is a robust tool for diagnosing and predicting sediment dynamics. The findings allow for the proposal of operational management strategies, such as the optimization of sediment purges and the protection of critical slopes, which contribute to prolonging the useful life of the plant and ensuring its energy and environmental sustainability, offering a model applicable to similar infrastructures in Andean basins.
Description
Actualmente existe una alteración del régimen hidrológico y sedimentológico en la cuenca del río Toachi (Ecuador), causada por la operación de la Central Hidroeléctrica Hidrotoapi, generando procesos de erosión en aguas abajo y colmatación del embalse que comprometen la sostenibilidad de la infraestructura. Objetivo: realizar la simulación y modelación del arrastre de sedimentos para optimizar la operación y el mantenimiento de la central. Metodología: Se utilizó un enfoque cuantitativo basado en la modelación numérica con el software HEC-RAS (versión 6.6), utilizando un enfoque acoplado 1D y 2D para simular la hidrodinámica y el transporte de sedimentos. El modelo fue calibrado y validado con datos históricos de caudal (1964-2006), topografía, batimetría y granulometría de la cuenca. Resultados: se caracterizó la dinámica sedimentaria, identificando que el río Toachi aporta una carga significativamente mayor de 20,656 toneladas, en comparación con el afluente Sarapullo que aporta 10,932 toneladas, y que la eficiencia de retención del embalse es del 76,3%. Asimismo, se identificaron zonas críticas de acumulación en el embalse, con espesores de hasta 2,2 metros, y de erosión en el cauce principal, con socavaciones que alcanzaron los -2,5 metros. Además, la simulación de una medida de mitigación, como una presa tipo muro, demostró su efectividad para reducir la magnitud de los cambios morfológicos y la densidad de zonas activas de erosión y deposición. Conclusión: se concluye que el estudio valido la hipótesis al demostrar que la modelación con el software HEC-RAS es una herramienta aceptable para diagnosticar y predecir la dinámica de sedimentos. Los hallazgos permiten proponer estrategias de gestión operativa, como la optimización de las purgas de sedimentos y la protección de taludes críticos, que contribuyen a prolongar la vida útil de la central y asegurar su sostenibilidad energética y ambiental, ofreciendo un modelo aplicable a infraestructuras similares en cuencas andinas
Keywords
SEDIMENTACIÓN, HEC-RAS, HIDROTOAPI, EROSIÓN FLUVIAL, GESTIÓN DE EMBALSES.