Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del Perú,
aplicación a un caso típico
Determination of the ecological ow in hydroelectric power plants of Peru,
application to a typical case
DOI: http://dx.doi.org/10.21704/ac.v81i1.1630
Autor de correspondencia (*): Email: [email protected]
© Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú.
Forma de citar el artículo: Alata, J. 2020. Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del
Perú, aplicación a un caso típico. Anales Cientícos 81 (1):204-219(2020).
Josue Eliezer Alata Rey
1
1
Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú. Email: [email protected]
Recepción: 27/08/2019; Aceptación: 15/05/2020
Resumen
En las diferentes leyes y reglamentos del Perú sobre el uso del agua se trata supercialmente
sobre la importancia del caudal ecológico, pero no se determina su obligatoriedad y la
cantidad que se debe dejar en el cauce del río para la subsistencia del hábitat en la zona
afectada. En los ríos de nuestra Amazonía este problema es irrelevante puesto que siempre
disponen de caudales abundantes, aún en la época de estiaje, por lo que en dicha región no
se presentan dicultades con el caudal ecológico, lo que si sucede en los ríos costeros, ya
que en algunos cauces el caudal se anula y en todo el tiempo de estiaje no se dispone de este
vital elemento, causando efectos adversos silvícolas, ecológicos y de salud humana. En este
trabajo se pretende elaborar una metodología en base a la experiencia internacional, a n
de calcular exactamente el caudal ecológico que debe dejar aguas debajo de la captación
cualquier central hidroeléctrica que utilice las aguas de los ríos costeros del Perú. Como parte
práctica se evaluó experimentalmente la central hidroeléctrica de Molloco-Arequipa, a partir
de mediciones de caudales mensuales del rio Molloco.
Palabras clave: Caudal ecológico; medio ambiente; central hidroeléctrica; deserticación;
cuenca hidrográca; estiaje.
Abstract:
In the dierent Laws and Regulations of the Peru on the use of the Water, it is supercially
about the importance of the ecological ow, but it is not determined there should and the
quantity that it should be left in the bed of the river for the subsistence of the habitat in the
aected area. In the rivers of our Amazonia this problem is irrelevant since they always
have abundant ows, still in the low water time, for what in this region diculties are not
Anales Cientícos
ISSN 2519-7398 (Versión electrónica)
Website: http://revistas.lamolina.edu.pe/index.php/acu/index
Anales Cientícos 81(1) 204-219 (2020)
205
Alata, J. / Anales Cientícos 81(1): 204-2019 (2020)
Enero - Junio 2020
presented with the ecological ow, that that if it happens in the coastal rivers, since in some
beds the ow is annulled and in the whole time of low water it doesn’t have this vital element,
causing eects adverse silvícols, ecological and of human health. In this work it is sought
to elaborate a methodology based on the international experience, in order to calculate the
ecological ow that it should leave waters under the reception any Hydroelectric Power
station that uses the waters of the coastal rivers of the Peru exactly. As part practice it was
evaluated the hydroelectric power station of Molloco-Arequipa experimentally, starting from
mensurations of monthly ows of the river Molloco.
Keywords: Ecological ow; Environment; hydroelectric power; desertication; hydrographic
basin; low wáter.
1. Introducción
El caudal ecológico es un concepto y a la
vez una exigencia, para el desarrollo de
actividades extractivas, de producción,
transformación y servicios, que tienen
relación con los recursos hídricos, con la
nalidad de contribuir a la protección y
conservación ambiental y consecuentemente
a la sostenibilidad de las actividades. El
caudal ecológico es el caudal mínimo que
se requiere para conservar la biodiversidad
y los servicios ecológicos de los ríos, el cual
debe permitir a los organismos desarrollarse
y mantener su población en un buen estado,
arman Jamett y Rodríguez (2010).
La idea de caudal ecológico nace en
EEUU en los años 60 como una preocupación
por preservar los sistemas acuáticos de los
salmones, una especie importante desde el
punto de vista económico. Con el transcurrir
del tiempo se fueron adicionando nuevos
conceptos en los cuales no solamente se
tomaban en cuenta peces, sino también otros
organismos que forman parte del desarrollo,
arman Meza et al. (2017). A continuación,
veamos algunos conceptos que existen sobre
caudal ecológico:
Según el reglamento de la Ley de
Recursos Hídricos en el artículo 153
menciona: Se entenderá como caudal
ecológico al volumen de agua que se debe
mantener en las fuentes naturales de agua
para la protección o conservación de los
ecosistemas involucrados, la estética del
paisaje u otros aspectos de interés cientíco
o cultural.
Se asocia al caudal mínimo necesario
para asegurar la supervivencia de un sistema
acuático preestablecido, cuando no se tienen
datos de antecedentes biológicos del río
se utilizarán los métodos hidrológicos. El
caudal ecológico debe pensarse o denirse
con el propósito de mantener los atributos
característicos de un ecosistema, arma
Baeza (2008).
En los ríos donde se construyen
estructuras hidráulicas de captación
(bocatomas), o regulación (embalses), se
considera como caudal ecológico, el ujo
aguas abajo de dichas estructuras, cuya
cantidad debe permitir la vida acuática en
el río, en condiciones adecuadas, así como
también satisfacer las necesidades de las
poblaciones, animales y vegetales si fuera
el caso. Este caudal también debe permitir
la dilución de euentes, la conducción
de sólidos y el mantenimiento de las
características estéticas y paisajistas del
medio, arma Scotta (2014).
Si bien no se indica, que los valores de
caudal ecológico serán mantenidos en los
períodos de estiaje, queda sobre entendido
que el término de caudal ecológico es
aplicable para las condiciones más críticas
de disponibilidad de agua, es decir para los
meses de estiaje que se presentan entre los
meses de abril a noviembre. Los siguientes
meses, la disponibilidad de agua es mayor,
por lo tanto, los caudales ecológicos se verán
superados ampliamente.
Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del Perú, aplicación a un caso típico
206
Enero - Junio 2020
La modicación del ujo hídrico para el
funcionamiento de centrales hidroeléctricas
o por la extracción del agua ha causado
cambios en la estructura y funcionalidad de
los ecosistemas acuáticos. Por esta razón
surge el concepto de “caudal ecológico” que
pretende proteger mediante la mantención
de un cierto volumen de agua dentro del
cauce los valores ecológicos de los ríos. Sin
embargo, las aproximaciones metodológicas
utilizadas para determinar esa cantidad
de agua necesaria han sido ampliamente
criticadas por estimar caudales mínimos
constantes sin criterios ecológicos y sin
considerar la importancia de la variabilidad
natural del régimen arma Peredo-Parada
et al. (2014). En este trabajo, por tanto, se
presentan y analizan los distintos tipos de
métodos utilizados a nivel mundial para la
estimación de un caudal ecológico apropiado
al Perú.
La gestión ambiental de los recursos
hídricos afronta un gran desafío puesto a
que se maneja un recurso imprescindible
para la vida que ha sido reconocido como
escaso y que seguirá siendo demandado a
altas tasas. Por otra parte, se intenta asegurar
la disponibilidad del agua para múltiples
usos dentro de los cuales se reconocen
aquellos de tipo ambiental, como lo son la
navegación, la recreación y la conservación
de los ecosistemas acuáticos, entre otros
arma García de Jalón (1998).
2. Material y métodos
Metodologías existentes a nivel mundial
No existe un método óptimo o ideal, para
determinar el caudal ecológico apropiado en
forma general. Pero si existen una serie de
métodos para determinar el caudal ecológico
de acuerdo a criterios, objetivos y los servicios
ambientales que ofrece la fuente hídrica a lo
largo de su recorrido, arman Marraco
et al.
(2012). Entre los más comunes, tenemos:
Métodos hidrológicos. Métodos hidráulicos.
Métodos hidrobiológicos. Métodos
holísticos. Métodos eco hidrológicos.
En la Tabla 1, se comparan los métodos
en base a aspectos ecológicos y de gestión.
Se detalla si los métodos contienen
indicadores para su revisión, así como su
grado de aplicabilidad en distintos tipos
de ecosistemas. Se consideran de baja
aplicabilidad métodos que no pueden ser
utilizados en la mayoría de los ecosistemas
acuáticos, como por ejemplo, los métodos
hidráulicos que consideran ríos con cauces
estables y secciones rectangulares. En
cuanto a métodos de aplicabilidad alta con
precaución, se reere a que pueden ser
aplicados en una alta variedad de ecosistemas
acuáticos, pero con el cuidado de no adoptar
los valores que se determinan con los
métodos en diferentes ecosistemas; solo
serían generalizables sus procedimientos.
Los costos que en ella se presentan son
relativos a los costos de los métodos con
que se comparan, así mismo la complejidad
fue estimada por estos investigadores
tomando en cuenta el tiempo requerido para
llevar a cabo la determinación, el grado de
conocimientos y la necesidad de personal
calicado o número de especialistas.
Situación actual en el Perú
En el Perú la autoridad competente
“Autoridad Nacional del Agua” dependencia
que pertenece al Ministerio de Agricultura,
aún no ha denido la metodología a aplicar,
sin duda debido a la heterogeneidad de
regímenes hídricos de cada una de las
cuencas del país, tal como se menciona:
“Las metodologías para la determinación
del caudal ecológico, serán establecidas
por la Autoridad Nacional del Agua,
en coordinación con el Ministerio del
Ambiente, con la participación de las
autoridades sectoriales competentes, en
función a las particularidades de cada curso
o cuerpo de agua y los objetivos especícos
a ser alcanzados”. Dejando a potestad de las
empresas ejecutoras, la estimación de los
caudales ecológicos, con criterios subjetivos
y aplicables a cada uno de los espacios
donde se desarrollan los proyectos.
207
Alata, J. / Anales Cientícos 81(1): 204-2019 (2020)
Enero - Junio 2020
Tabla 1. Comparación de métodos
Aspectos Ecológicos Aspectos de Gestión
Tipo
Objetivos de
conservación
Indicador Aplicabilidad Complejidad
Costos
relativos
Hidrológico
En general, poblaciones
y peces
SI Baja Baja Bajos
Hidráulico Ecosistemas SI
Alta con
precaución
Baja a media Medios
Hidro-biológico
En general, poblaciones
y peces
SI Baja Baja a media
Bajos a
medio
Holístico
En general, poblaciones
y peces
SI Baja Media a alta Altos
Eco-hidrológico
Ecosistemas, valores
económicos y culturales
SI Alta Media
Medios
a altos
Fuente: (Jamett y Rodrigues, 2010).
Los caudales ecológicos se jarán en los
planes de gestión de los recursos hídricos
en la cuenca. Para su establecimiento, se
realizarán estudios especícos para cada
tramo del río. Actualmente, el Perú cuenta
con 14 macro cuencas y 103 cuencas
hidrográcas ( Figura 1), es por ello que
para determinar los caudales ecológicos
no se puede considerar un solo método
generalizado a diferencia de otros países
europeos.
Figura 1. Cuencas hidrográcas del Perú
Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del Perú, aplicación a un caso típico
208
Enero - Junio 2020
Evaluación de la calidad del agua
Los parámetros de calidad del agua que
deben ser monitoreados entre la captación y
la descarga de las instalaciones hidráulicas,
y/o mineras, tienen que guardar relación con
los contaminantes potenciales que pueden
estar presentes en las aguas residuales. Los
parámetros que se muestran a continuación,
deben estar incluidos, como mínimo, en
cualquier programa de monitoreo de calidad
del agua, como en centrales hidráulicas,
extracción de petróleo, aguas residuales
de las renerías de petróleo, y explotación
minera.
Parámetros de monitoreo
Los parámetros de monitoreo son:
Temperatura, pH, Aceites y grasas, Demanda
bioquímica de Oxigeno, Sólidos Totales
Disueltos, Oxígeno Disuelto, Conductividad
eléctrica, Cianuro libre, Sólidos totales
suspendidos, Nitritos, Nitratos, Fosfatos,
Cloruros, Sulfatos, Demanda Química de
Oxigeno, Nitrógeno Amoniacal, Sulfuros,
Fenoles, Hidrocarburos totales de Petróleo,
Metales totales, Mercurio, Coliformes
Totales; arma Palomino (2016). Los
requisitos y estándares de calidad del agua
se observan en las Tablas 2, 3 y 4.
Tabla 2. Requisitos para muestras de agua
Parámetro
Material
del frasco
Volumen
requerido
Conservación o
preservación
Tiempo máximo
para análisis
pH determinación en campo
Temperatura determinación en campo
Turbiedad P o V 200 mL refrigerar a 4°C 24 horas
Alcalinidad P o V 200 mL refrigerar a 4°C 24 horas
Color P o V 500 mL refrigerar a 4°C 48 horas
Sólidos sedimentables P o V 1000 mL refrigerar a 4°C 48 horas
P o V 1000 mL refrigerar a 4°C 7 días
Cloruros P o V 200 mL refrigerar a 4°C 28 días
Fluoruros P o V 300 mL refrigerar a 4°C 28 días
Sulfatos P o V 100 mL refrigerar a 4°C 28 días
Conductividad P o V 200 mL refrigerar a 4°C 28 días
Dureza P o V 500 mL Agregar HNO3 hasta pH <2 3 meses
Oxígeno disuelto determinación en campo
DBO P o V 1000 mL refrigerar a 4°C 24 horas
Fosfato V 200 mL refrigerar a 4°C 18 horas
Cianuros P o V 1000 mL
Agregar HaOH hasta pH = 12 refrigerar a
4°C
14 días
24 h / sulfuros
Nitritos P o V 200 mL refrigerar a 4°C 48 h
Nitratos P o V 200 mL refrigerar a 4°C
48 horas
28 /clorada
Aceites y grasas
V ámbar
boca ancha
1000 mL Agregar H2SO4 hasta pH <2 refrigerar 4°C 28 días
DQO P o V 200 mL Agregar H2SO4 hasta pH <2 refrigerar 4°C 28 días
Metales
En general P o V 1000 mL Agregar HNO3 hasta pH <2 2 meses
Arsénico P o V 500 mL Agregar HNO3 hasta pH <2 refrigerar 4°C 2 meses
Mercurio P o V 500 mL Agregar HNO3 hasta pH <2 refrigerar 4°C 28 días
Hidrocarburos V 1000 mL Agregar CHl hasta pH <2 refrigerar 4°C 28 días
Fuente: DIGESA
209
Alata, J. / Anales Cientícos 81(1): 204-2019 (2020)
Enero - Junio 2020
Tabla 3. Estándares de calidad del agua, categoría 1: poblacional y recreacional
PARÁMETRO UNIDAD
Aguas superciales destinadas a la
producción de agua potable
Aguas superciales
destinadas para recreación
A1 A2 A3 B1 B2
Aguas que
pueden ser
potabilizadas
con
desinfección
Aguas que
pueden ser
potabilizadas
con
tratamiento
convencional
Aguas que
pueden ser
potabilizadas
con
tratamiento
avanzado
Contacto
primario
Contacto
secundario
VALOR VALOR VALOR VALOR VALOR
FÍSICOS Y QUÍMICOS
Aceites y grasas
(MEH)
mg/L 1 1 1
Ausencia
de película
visible
**
Cianuro Libre mg/L 0,005 0,022 0,022 0,022 0,022
Cianuro Wad mg/L 0,085 0,08 0,08 0,08 **
Cloruros mg/L 250 250 250 ** **
Color
Color
verdadero
escala Pt/Co
15 100 200
Sin cambio
normal
Sin cambio
normal
Conductividad US/cm(a) 1500 1600 ** ** **
D.B.Q. mg/L 3 5 10 5 10
D.Q.O. mg/L 10 20 30 30 50
Dureza mg/L 500 ** ** ** **
Detergentes (SAAM) mg/L 0,5 0,5 Na 0,5
Ausencia
de material
otante
Fenoles mg/L 0,003 0,01 0,1 ** **
Floruros mg/L 1 ** ** ** **
Fósforo Total mg/LP 0,1 0,15 0,15 ** **
Materiales Flotantes
Ausencia
de material
otante
** **
Ausencia
de material
otante
Ausencia
de material
otante
Nitratos mg/LN 10 10 10 10 **
Nitritos mg/LN 1 1 1 1(5) **
Nitrógeno amoniacal mg/LN 1,5 2 3,7 ** **
Olor Aceptable ** ** aceptable **
Oxígeno Disuelto mg/L >= 6 >=5 >=4 >=5 >=4
pH Unidad de pH 6,5-8,5 5,5-9,0 5,5-9,0 6-9 (2,5) **
Sólidos Disueltos
Totales
mg/L 1000 1000 1500 ** **
Sulfatos mg/L 250 ** ** ** **
Sulfuros mg/L 0,05 ** ** 0,05 **
Turbiedad UNT(b) 5 100 ** 100 **
Fuente: DIGESA
Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del Perú, aplicación a un caso típico
210
Enero - Junio 2020
Tabla 4. Estándares de calidad del agua, categoría 2: actividades marino costeras
PARAMETRO UNIDADES
AGUA DE MAR
Sub Categoría 1 Sub Categoría 2 Sub Categoría 3
Extracción y cultivo
de Moluscos
Bivalvos (C1)
Extracción y cultivo
de otras especies
hidrobiológicas (C2)
Otras Actividades
(C3)
ORGANOLÉPTICOS
Hidrocarburos de Petróleo No Visible No Visible No Visible
FÍSICO QUÍMICOS
Aceites y grasas mg/L 1 1 2
DBO5 mg/L * 10 10
Oxígeno Disuelto mg/L >=4 >=3 >=2,5
pH Unidad de pH 7-8,5 6,8-8,5 6,8-8,5
Sólidos Suspendidos Totales mg/L ** 50 70
Sulfuro de Hidrogeno mg/L ** 0,06 0,08
Temperatura Celsius ***delta 3ºC ***delta 3º C ***delta 3º C
INORGÁNICOS
Amoniaco mg/L ** 0,08 0,21
Arsénico total mg/L 0,05 0,05 0,05
Cadmio total mg/L 0,0093 0,0093 0,0093
Cobre total mg/L 0,0031 0,05 0,05
Cromo Vi mg/L 0,05 0,05 0,05
Fosfatos (P-P04) mg/L ** 0,03-0,09 0,1
Mercurio total mg/L 0,00094 0,0001 0,0001
Níquel total mg/L 0,0082 0,1 0,1
Nitratos (N-NO3) mg/L ** 0,07-0,28 0,3
Plomo total mg/L 0,0081 0,0081 0,0081
Silicatos (Si-SiO3) mg/L ** 0,14-0,70 **
Zinc total mg/L 0,081 0,081 0,081
ORGÁNICOS
Hidrocarburos de petróleo
totales (fracción aromática)
mg/L 0,007 0,007 0,01
MICROBIOLÓGICOS
Coliformes Termotolerantes NMP/100mL
* £14 (área
aprobada)
£30 1000
Coliformes Termotolerantes NMP/100mL
* £ 88 (área
restringida)
Fuente: DIGESA
Información de la Central Hidroeléctrica
En la cuenca del rio Molloco, se cuenta con
dos centrales hidroeléctricas a la vez, sus
especicaciones técnicas lo vemos en la
Tabla 5.
C.H. Molloco I (4 grupos Pelton de 50
MW c/u), con la bocatoma en el embalse
Japo, túnel de aducción a presión de 7630
m de longitud y 2,8 m de diámetro con 16,4
m
3
/s de capacidad de conducción, chimenea
de equilibrio con cámara de expansión
superior e inferior, cámara de válvulas en
caverna, conducto forzado en subterráneo
de 1757 m de longitud, casa de máquinas en
caverna y subestación al exterior.
211
Alata, J. / Anales Cientícos 81(1): 204-2019 (2020)
Enero - Junio 2020
C.H. Molloco II (2 grupos Pelton de 55
MW c/u), toma en Llatica para 16,4 m
3
/s,
túnel de conducción en presión de 3630 m de
longitud, 2,8 m de diámetro y 16,4 m
3
/s de
capacidad, chimenea de equilibrio, cámara
de válvulas, conducto forzado de 915 m de
longitud al exterior y en subterráneo, casa
de máquinas en subterráneo y subestación al
exterior.
Los embalses están ubicados en los
distritos de Choco, Chachas y Orcopampa,
en la provincia de Castilla y Caylloma en la
región Arequipa. Para la aplicación, se tomó
los datos existentes de la Presa Japo.
Información Hidrológica Existente
Para el presente estudio se ha desarrollado en
forma exhaustiva la hidrología de la cuenca
del río Molloco y la cuenca alta del río Palca
(derivación al río Molloco), entre los que se
destacan la determinación de los caudales
de los ríos Molloco y Palca. Sin embargo
es preciso aclarar que la información
hidrológica a nivel nacional es generalmente
baja, o con períodos de registro muy cortos,
lo cual obliga a utilizar modelos matemáticos
para la extensión y generación de descargas
o caudales en los puntos de interés.
Para la cuenca del río Molloco se ha
utilizado las series históricas de los caudales
mensuales del río Molloco. Asimismo, se
ha determinado el rendimiento hídrico en
la cuenca baja, generando caudales en las
sub cuencas que componen la cuenca baja
del río Molloco entre la Presa Japo hasta el
río Colca. Para la generación de caudales en
dichas sub cuencas fue necesario recurrir
a la estación de caudales registrados en la
Estación La Calera.
En la Tabla 6, se presentan los caudales
promedios mensuales del río Molloco en
la Presa Japo; se presentan las descargas
medias mensuales desde 1984 hasta el 2007;
obteniéndose una descarga media anual de
12,85 m
3
/s.
Tabla 5. Especicaciones técnicas de las CHs de Molloco
C.H. Molloco 1 C.H. Molloco 2
Potencia Instalada 200 MW 110 MW
Turbinas 4 turbinas Pelton, 50 MW c/u 2 turbinas Pelton, 55 MW c/u
Tubería forzada (subterráneo) 1757 m. 915 m.
Diámetro de la tubería 2,8 m. 2,8 m.
Caudal nominal 16,4 m
3
/s 16,4 m
3
/s
Fuente: MINEM
Tabla 6. Caudales mensuales del río Molloco
Año
Meses
Media
Anual
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
1984 30,20 53,60 81,80 25,40 10,50 4,90 3,80 3,40 2,40 2,50 8,80 5,70 19,26
1985 3,90 24,30 52,50 24,80 10,90 5,00 3,90 3,70 3,10 2,40 3,10 4,90 11,81
1986 27,30 47,20 71,10 33,80 14,30 5,80 5,00 3,90 2,90 2,40 2,30 3,60 18,16
1987 32,40 21,20 14,30 7,40 2,90 2,50 1,80 1,40 0,99 2,20 2,20 4,40 7,78
1988 17,70 44,10 61,20 26,00 10,60 5,00 4,00 2,90 2,10 2,80 2,30 3,50 15,03
Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del Perú, aplicación a un caso típico
212
Enero - Junio 2020
1989 23,50 46,80 46,60 13,53 5,20 3,50 2,40 2,30 1,90 2,10 2,40 5,30 12,45
1990 20,20 27,30 24,50 9,10 3,10 2,70 1,80 1,20 0,56 1,40 3,50 4,80 8,26
1991 18,60 41,40 48,90 16,30 6,00 3,70 2,80 2,00 1,80 1,70 2,60 4,30 12,36
1992 11,30 3,40 3,40 6,20 2,40 2,40 1,60 0,93 0,50 0,66 1,70 3,00 4,84
1993 31,60 35,50 42,50 18,90 6,70 4,10 3,20 2,50 2,00 2,70 4,80 5,30 13,21
1994 40,00 54,70 29,60 13,20 6,60 3,60 2,60 2,10 1,50 0,77 1,80 3,20 13,00
1995 10,60 20,10 72,90 15,40 4,50 3,40 2,50 1,30 0,80 0,82 1,70 3,40 11,45
1996 23,10 48,20 24,70 14,10 4,30 3,20 2,60 1,40 0,90 0,87 1,70 2,80 10,44
1997 20,00 48,70 43,70 10,50 3,60 3,10 2,20 1,50 1,80 1,70 1,80 3,10 11,61
1998 49,60 50,30 35,90 11,30 6,80 4,00 2,90 2,00 0,98 0,39 1,80 4,00 14,00
1999 25,90 54,00 68,70 30,90 16,20 6,20 5,20 2,70 2,00 3,80 2,40 3,50 17,33
2000 34,30 56,00 54,40 13,70 5,50 3,60 2,60 1,90 1,30 2,00 2,20 3,10 14,69
2001 43,40 49,60 56,20 25,80 10,70 5,00 4,00 3,20 2,60 2,10 1,70 3,70 17,68
2002 18,60 51,30 55,30 21,60 9,00 4,50 3,50 2,70 2,40 1,80 2,90 4,20 14,49
2003 37,30 51,00 65,00 20,70 8,00 4,50 3,50 2,50 1,70 0,77 1,60 2,90 16,49
2004 32,50 42,70 43,00 17,20 6,70 4,00 3,10 2,40 2,10 1,20 1,60 3,50 13,83
2005 14,10 50,50 48,80 17,50 5,30 3,80 2,90 1,20 0,72 0,40 1,30 2,60 11,61
2006 36,10 40,10 60,40 19,10 8,30 4,40 3,30 2,40 2,00 1,40 2,40 4,20 16,05
2007 17,00 40,16 44,20 16,30 6,30 3,90 3,10 2,10 1,30 0,96 1,90 3,60 11,58
Media
25,73 41,30 46,39 16,86 6,77 3,93 2,99 2,20 1,95 1,85 2,79 4,12
12,85
Máximo
67,80 56,30 81,80 33,9 16,20 6,30 5,60 3,90 4,90 4,00 11,50 11,60 20,72
Mínimo
2,00 7,00 13,80 6,20 2,40 2,20 1,60 0,93 0,50 0,39 1,20 1,80 4,84
Fuente: Informe de Hidrología e Hidráulica del estudio para la Viabilidad Técnico Económico de la C.H. Molloco
2008
Metodología en la determinación del caudal
ecológico
La metodología a considerar en el presente
estudio con el objeto de calcular el caudal
ecológico en el Perú consiste en:
A) Disponer de un régimen de caudales
mensuales de los últimos 10 años del rio
Continuación Tabla 6.
Asimismo, en la Figura 2 se presenta el
comportamiento del caudal máximo, medio
y mínimo del río Molloco.
a evaluar.
B) Aplicar los métodos más usados a
nivel internacional, como el Método
Ecuatoriano, Escocés, Suizo y Asturiano.
C) Construir un canal articial y con la
ayuda de un correntómetro controlar el
ujo de agua, de acuerdo a los resultados
anteriores.
D) Con los resultados de cada método,
realizar mediciones de calidad del agua,
a n de contrastarlo con las normas
existentes.
213
Alata, J. / Anales Cientícos 81(1): 204-2019 (2020)
Enero - Junio 2020
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
ENE FEB MA R A BR MA Y JUN JUL A GO S EP O CT NOV DIC
Meses
Caudal (m³/s)
mi ni mo medi a maxi mo
Figura 2. Caudales mensuales del río Molloco
E) Seleccionar la especie representativa.
F) Finalmente, el caudal ecológico se
determina al promediar los caudales
que cumplan con todas las normas
establecidas, referentes a la calidad del
agua.
Aplicación de los métodos planteados
Tomando como referencia los métodos
planteados, considerando los métodos más
usados a nivel mundial, siendo conscientes
de la necesidad de preservar las especies
más representativas del rio Molloco y
considerando el factor ecológico y medio
ambiental de la zona; se ha tomado como
referencia 4 métodos del presente estudio,
estos son:
• Método Ecuatoriano.
• Método Escocés.
• Método Suizo.
• Método Asturiano.
Método Ecuatoriano (5% del promedio
anual)
Q
ECO
= 5% * Q
MEDIA ANUAL
Q
MEDIA ANUAL
= 12,85 m
3
/s
Q
ECO
= 0,05 * 12,85 m
3
/s
Q
ECO
= 0,6425 m
3
/s
En la Figura 3, se muestra grácamente el
caudal ecológico mínimo que se deberá
de dejar pasar por la presa Japo según el
método del 5% del caudal medio anual que
es de 0,6425 m
3
/s.
Evaluación Experimental
Para la evaluación de este método se tuvo que
construir un canal articial y con la ayuda de
un correntómetro se pudo ir controlando los
ujos de agua en forma progresiva. Para este
método se dispuso de un caudal de 0,6425
m
3
/s, luego se procedió a tomar las muestras
del agua a n de determinar la calidad (Tabla
7).
Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del Perú, aplicación a un caso típico
214
Enero - Junio 2020
Tabla 7. Resultados de las mediciones con el Método Ecuatoriano
Indicadores
Unidades Valor Medido Valor Normado ¿Aprueba las
Normas?
Demanda Bioquímica de Oxigeno mg/L 17 <10 NO
Oxígeno Disuelto mg/L 3 >5 NO
Sólidos Suspendidos Totales mg/L 13 25-100 NO
Aceites y Grasas mg/L - 0 SI
Plomo mg/L - <0,001 SI
Mercurio mg/L - <0,0001 SI
Índice de Iones de Hidrogeno (pH) unidad 5,5 6,5-8,5 NO
CAUDAL ECOLÓGICO DEL RIO MOLLOCO
Método Ecuatoriano o 5% del Promedio Anual
0
2
4
6
8
10
12
14
16
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Meses
Caudal (m³/s)
Cuadal Minimo Mensual Método Ecuatoriano
Figura 3. Caudal ecológico: Método Ecuatoriano
De los resultados podemos concluir que
dicho caudal no es conveniente, ya que no
cumple con todas las normas establecidas.
Método Escocés (3 meses críticos)
Consiste en tomar el 20% del caudal medio
mensual de 3 meses críticos consecutivos,
de acuerdo a este concepto tenemos que los
valores más bajos corresponden a los meses
de Agosto, Setiembre y Octubre de 1992.
Q
PROM. 3 MESES CRIT. (1992)
= (0,93 + 0,50 + 0,66)
/ 3
Q
PROM. 3 MESES CRIT. (1992)
= 0,6967 m
3
/s
Q
ECO
= 0,20 * 0,67 m
3
/s
Q
ECO
= 0,139 m
3
/s
En la Figura 4, se muestra grácamente el
caudal ecológico mínimo que se deberá
de dejar pasar por la presa Japo según el
método Escocés ó método de los tres meses
más bajos, cuyo resultado es 0,139 m
3
/s.
215
Alata, J. / Anales Cientícos 81(1): 204-2019 (2020)
Enero - Junio 2020
CAUDAL ECOLÓGICO DEL RIO MOLLOCO
Método Escocés o 20% de 3 meses más bajos
0
2
4
6
8
10
12
14
16
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Meses
Caudal (m³/s)
Cuadal Minimo Mensual Metodo Escocés
Figura 4. Caudal ecológico: Método Escoces
Evaluación Experimental
Para la evaluación de este método se usó el
canal articial ya construido, y con la ayuda
de un correntómetro se pudo ir controlando
los ujos de agua en forma progresiva. Para
este método se dispuso de un caudal de 0,139
m
3
/s, luego se procedió a tomar las muestras
del agua a n de determinar la calidad; los
resultados de las mediciones se ven en la
Tabla 8.
Método Suizo
Considerando el caudal medio anual de los
últimos 10 años, se tiene un caudal medio
anual de 12,85 m
3
/s; y considerando un
coeciente de 1,8; valor promedio de lo
recomendado, tenemos:
Q
ps
= (a*Q
M-A
)/10
a = 1,8
Q
M-A
= 12,85
Q
ps
= 2,313 m
3
/s
Q
ps
= 2313 l/s
Q
ps
= 560 + 1753 l/s
Aplicando la metodología, se tiene:
Para Q
ps
> 560 l/s; el caudal ecológico
mínimo sería 280 l/s, añadiéndose 31 l/s por
cada 100 l/s adicionales.
Q
E
= 280 + 1753/100*31
Q
E
= 280 + 543,43
Q
E
= 823,43 l/s
Q
E
= 0,823 m
3
/s
En la Figura 5, se muestra grácamente
el caudal ecológico mínimo que se deberá
de dejar pasar por la presa Japo según el
método Suizo, cuyo resultado es 0,823 m
3
/s.
Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del Perú, aplicación a un caso típico
216
Enero - Junio 2020
Tabla 8. Resultados de las mediciones con el Método Escocés
INDICADORES Unidades Valor Medido Valor Normado
¿Aprueba las
Normas?
Demanda Bioquímica de Oxigeno mg/L 13 <10 NO
Oxígeno Disuelto mg/L 2 >5 NO
Sólidos Suspendidos Totales mg/L 27 25-100 SI
Aceites y Grasas mg/L - 0 SI
Plomo mg/L - <0,001 SI
Mercurio mg/L - <0,0001 SI
Índice de Iones de Hidrogeno
(pH)
unidad 4,5 6,5-8,5 NO
CAUDAL ECOLÓGICO DEL RIO MOLLOCO
Método Suizo
0
2
4
6
8
10
12
14
16
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Meses
Caudal (m³/s)
Cuadal Minimo Mensual Metodo Suizo
Figura 5. Caudal ecológico: Método Suizo
Evaluación Experimental
Para la evaluación de este método se usó el
canal articial ya construido, y con la ayuda
de un correntómetro se pudo ir controlando
los ujos de agua en forma progresiva. Para
este método se dispuso de un caudal de 0,823
m
3
/s, luego se procedió a tomar las muestras
del agua a n de determinar la calidad; los
resultados de las mediciones se ven en la
Tabla 9.
Método Asturiano
El caudal ecológico mínimo se calcula a
partir del Qps, obtenido mediante la fórmula
aceptada por la legislación suiza antes
mencionada. Para el nivel de protección,
el caudal ecológico mínimo será el mayor
de los valores obtenidos de las siguientes
fórmulas:
217
Alata, J. / Anales Cientícos 81(1): 204-2019 (2020)
Enero - Junio 2020
Q
ECO
= 50 l/s (1)
QECO= 0,35*Qps (2)
Q
ECO
= (15*Q
ps
)/(LnQ
ps
)
2
(3)
Q
ECO
= 0,25*Q
ps
+ 75 l/s (4)
En este caso, con un Q
ps
= 2313 l/s,
obtenemos los siguientes resultados
Q
ECO
= 50 l/s (1)
Q
ECO
= 810 l/s (2)
Q
ECO
= 578,2 l/s (3)
Q
ECO
= 653,3 l/s (4)
Por lo tanto, Q
E
= 0,810 m
3
/s
En la Figura 6, se muestra grácamente el
caudal ecológico mínimo que se deberá de
dejar pasar por la presa Japo según el método
Asturiano, cuyo resultado es 0,810 m
3
/s.
Evaluación Experimental
Para la evaluación de este método se usó el
canal articial ya construido, y con la ayuda
de un correntómetro se pudo ir controlando
los ujos de agua en forma progresiva. Para
este método se dispuso de un caudal de 0,810
m
3
/s, luego se procedió a tomar las muestras
del agua a n de determinar la calidad; los
resultados de las mediciones se ven en la
Tabla 10.
Tabla 9. Resultados de las mediciones con el Método Suizo
Indicadores Unidades Valor Medido Valor Normado
¿Aprueba las
Normas?
Demanda Bioquímica de Oxigeno mg/L 8 <10 SI
Oxígeno Disuelto mg/L 7 >5 SI
Sólidos Suspendidos Totales mg/L 35 25-100 SI
Aceites y Grasas mg/L - 0 SI
Plomo mg/L - <0,001 SI
Mercurio mg/L - <0,0001 SI
Índice de Iones de Hidrogeno (pH) unidad 7,5 6,5-8,5 SI
CAUDAL ECOLÓGICO DEL RIO MOLLOCO
Método Asturiano
0
2
4
6
8
10
12
14
16
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Meses
Caudal (m³/s)
Cuadal Minimo Mensual Metodo Asturiano
Figura 6. Caudal ecológico: Método Asturiano
Determinación del caudal ecológico en centrales hidroeléctricas del Perú, aplicación a un caso típico
218
Enero - Junio 2020
Tabla 10. Resultados de las mediciones con el método de Asturiano
Indicadores Unidades Valor Medido Valor Normado
¿Aprueba las
Normas?
Demanda Bioquímica de Oxigeno mg/L 9 <10 SI
Oxígeno Disuelto mg/L 8 >5 SI
Sólidos Suspendidos Totales mg/L 30 25-100 SI
Aceites y Grasas mg/L - 0 SI
Plomo mg/L - <0,001 SI
Mercurio mg/L - <0,0001 SI
Índice de Iones de Hidrogeno (pH) unidad 7,2 6,5-8,5 SI
3. Resultados y discusión
Debido al alcance del estudio que constituye
una primera aproximación de caudal
ecológico, para la determinación de los
caudales ecológicos se adopta el promedio
entre el valor del caudal ecológico obtenido
por el método suizo y el método asturiano.
Para complementar esta evaluación se
recomienda desarrollar programas de
monitoreo que permitan completar por lo
menos los ciclos hidrológicos característicos.
De la Tabla 11, se obtiene el caudal ecológico
mínimo de 0,8165 m
3
/s.
Con respecto al Método Ecuatoriano;
podemos observar en la Tabla 11, que no
todos los indicadores de calidad de agua
han cumplido las exigencias normativas,
por lo que no es recomendable usar dicho
caudal (0,6425 m
3
/s) ya que pondría en
riesgo el hábitat existente entre la bocatoma
y la descarga de la central hidroeléctrica, así
como la ecología y el medio ambiente.
Con respecto al Método Escocés;
podemos observar en la Tabla 11, que no
todos los indicadores de calidad de agua
han cumplido las exigencias normativas,
por lo que no es recomendable usar dicho
caudal (0,1390 m
3
/s) ya que pondría en
riesgo el hábitat existente entre la bocatoma
y la descarga de la central hidroeléctrica, así
como la ecología y el medio ambiente.
Con respecto al Método Suizo; podemos
observar en la Tabla 11, que todos los
indicadores de calidad de agua han cumplido
las exigencias normativas, por lo que sí es
recomendable usar dicho caudal (0,8230
m
3
/s) ya que no pondría en riesgo el hábitat
existente entre la bocatoma y la descarga
de la central hidroeléctrica; preservando la
ecología y el medio ambiente.
Con respecto al Método Asturiano;
podemos observar en la Tabla 11, que
todos los indicadores de calidad de agua
han cumplido las exigencias normativas,
por lo que sí es recomendable usar dicho
caudal (0,8100 m
3
/s) ya que no pondría en
riesgo el hábitat existente entre la bocatoma
y la descarga de la central hidroeléctrica;
preservando la ecología y el medio ambiente.
Con respecto al caudal mínimo
recomendado (0,8165 m
3
/s), podemos
observar en la Tabla 11, que dicho caudal
se obtiene de promediar los caudales de
los métodos que si cumplen las normas
establecidas, es decir con el Método Suizo
y el Método Asturiano; descartando los
primeros dos Métodos (Ecuatoriano y
Escocés) debido a que sus indicadores
de calidad del agua no están en el rango
establecido por las normas.
Finalmente, esta metodología diere de
lo planteado por Peredo-Parada et al. (2014),
ya que en los ríos costeros del Perú el caudal
es bajo, esto debido a que la mayor cantidad
de agua que cae en la sierra de nuestro país se
va hacia la selva, desembocando nalmente
en el océano atlántico.
219
Alata, J. / Anales Cientícos 81(1): 204-2019 (2020)
Enero - Junio 2020
Tabla 11. Resumen de los métodos aplicados – fuente propia
Nº Métodos
Caudal Ecológico
(m
3
/s)
¿Es aplicable en
el Perú?
Observaciones
1 Ecuatoriano 0,6425 NO NO cumple las normas vigentes
2 Escocés 0,1390 NO NO cumple las normas vigentes
3 Suizo 0,8230 SI SI cumple las normas vigentes
4 Asturiano 0,8100 SI SI cumple las normas vigentes
Promedio
(3 y 4)
0,8165
4. Conclusiones
La metodología propuesta en este trabajo
es aplicable sólo a los ríos costeros de
nuestro país, en los cuales se tienen serias
limitaciones en las épocas de estiaje. Los
métodos hidrológicos e hidráulicos no
consideran parámetros biológicos; tienen
pocos antecedentes sobre requerimientos
ambientales y requieren levantamiento de
línea de base de alto costo. Las razones por
las cuales se escogieron a los métodos Suizo
y Asturiano son por que más se acercan a
nuestra realidad debido a que consideran los
aspectos ecológicos y medio ambientales. El
monitoreo de los parámetros ambientales de
los ríos requiere de una cuidadosa evaluación
sobre donde recolectar las muestras aguas
arriba y aguas debajo de la captación y de
la descarga de la central hidroeléctrica,
respectivamente.
5. Agradecimientos
A mis profesores de pre-grado y post-grado
de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la
Universidad Nacional de Ingeniería.
6. Literatura citada
Baeza, D.; Vizcaíno, P. 2008. Estimación de
caudales ecológicos en dos cuencas
de Andalucía: uso conjunto de aguas
superciales y subterráneas.
García de Jalón, D. 1998. El régimen
ecológico de caudales: bases y
criterios para su aplicación en los ríos
españoles.
Jamett, G.; Rodrigues, A. 2010. Evaluación
del instrumento caudal ecológico,
panorama legal e institucional en
Chile y Brasil.
Marraco, G.; Hillman, G.; Cabildo, D.;
Pagot, M.; Pozzi, C.; Plencovich, G.;
Juncos, R.; Rodríguez, A.; Farias, H.
2012. Estudio de caudal ecológico
para el sistema del rio dulce y sus
humedales.
Meza, D.; Martínez, L.; Mercado, N.; García,
D.; Gonzales, M.; Marchamalo, M.;
De la Mora, C. 2017. Propuesta de
caudal ecológico en la cuenca del Río
Ayuquila-Armería en el Occidente de
México. ISSN 0718-560X
Palomino, P. 2016. Evaluación de la
calidad del agua en el río Mashcón,
Cajamarca.
Peredo-Parada, M.; Salcedo, G.; Quevedo,
D. 2014. Determinación del caudal
ecológico mediante el método caudal
básico de mantenimiento en el río
Bureo.
Scotta, E. 2014. Cálculo para el paso del
caudal ecológico en la Central
Hidroeléctrica del Rio Picoiquén,
Italia.