1. Introducción

1. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca Oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo • Raúl Pedraza1, Alejandro Felizia2, José Macor, Rosana Mazzon, Jorge Collins, Luis Lenzi, Alejandra Arbuet y Mariano Diez • Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas – Universidad Nacional del Litoral. • Centro Regional Litoral – Instituto Nacional del Agua.

2. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo 1. Introducción Convenio entre el Ministerio de Aguas, Servicios Públicos y Medio Ambiente de la Prov. de Santa Fe, la Municipalidad de la Ciudad de Santa Fe, el Instituto Nacional del Agua, la Universidad Nacional del Litoral y la Universidad Tecnológica Nacional (2008). Objetivo del Convenio: desarrollar el proyecto ejecutivo de obras de reacondicionamiento de los sistemas reservorio-estación de bombeo (RES-EB) existentes y de nuevas obras en la cuenca Oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo.

3. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo La ciudad está asentada en la confluencia de los ríos Salado y Paraná. Limita al Oeste con el río Salado, al Este con la laguna Setúbal y el Canal de Derivación y al Sur con el Riacho Santa Fe (imagen: abril de 2003).

4. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Los terraplenes de defensa contra inundaciones del río Salado (al Oeste) y de la Av. Mar Argentino (al Sur), interfieren el drenaje por gravedad de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo hacia los cursos de agua. Se han construido hasta la fecha 9 estaciones de bombeo (EB 1 a 9).

5. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo En marzo de 2007, las provincias de Santa Fe y Entre Ríos sufrieron inundaciones en zonas urbanas y rurales provocadas por lluvias intensas. En la ciudad de Santa Fe se notificó un pico de 26.000 evacuados.

6. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo 2. Hidrología de proyecto Los parámetros de diseño se adoptaron en base a una simulación hidrológica, considerando un escenario de urbanización futuro proyectado a 25 años, con los conductos troncales proyectados en el Plan Director de Desagües Pluviales de la Ciudad de Santa Fe (INA - CRL, 2001) en funcionamiento y una tormenta de diseño de 100 años de recurrencia y 5 días de duración. 2.1 Tormenta de Diseño (TD) Duración de la TD: se adoptó igual a 5 días, teniendo en cuenta un análisis del almacenamiento de detención para distintas duraciones de lluvia y considerando las duraciones de tormentas críticas registradas en la región.

7. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Tormentas críticas registradas: abril de 1914 (Observatorio del Colegio de la Inmaculada Concepción de Santa Fe), marzo de 2007 (Sauce Viejo - Aero).

8. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo La tormenta de abril de 1914 originó la inundación de vastos sectores de la ciudad de Santa Fe y una crecida histórica del río Salado en su tramo inferior. El periódico Nueva Época del 23/04/14, bajo el título “La gran lluvia de ayer inundó una parte de la ciudad”, describía que “varios sectores de la ciudad se encontraban completamente inundados con anegamientos de hasta 1 m de altura. Los bomberos se dedicaron a trasladar familias enteras”. “La nota curiosa del día la constituyó el hecho de ver circular algunos botes por las calles de la ciudad, que permitían llegar hasta las mismas puertas de las casas inundadas…”. El ejemplar del 29/04/14, bajo el título“El temporal y la campaña”,describía:“Santo Tomé, Candioti y Recreo. Estas tres localidades se encuentran inundadas. En las primeras hay 1.20 m de agua y algo parecido ocurre en Recreo”.

9. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Bajo el título “El Salado”, informaba “La rápida crecida del Salado, que en 24 h ha avanzado cuadra y media sobre la ciudad, es un nuevo motivo de alarma y de sinsabores para las gentes moradoras de los barrios del oeste (de la ciudad de Santa Fe)”. El gobierno debió evacuar decenas de familias inundadas.” Bajo el título “Los trenes”, se informaba: “En todas las líneas, los trenes circulan con grandes dificultades o están interrumpidos”. La duración adoptada incorpora un factor de criticidad relacionado con la saturación del suelo antes de la ocurrencia de los bloques de mayor intensidad de lluvia. Esta saturación puede deberse a que la intensidad de lluvia supera la capacidad de infiltración del suelo o a una elevación del nivel freático hasta proximidades de la superficie del terreno en zonas bajas. El ejemplar del 16/05/1914 informaba: “De la campaña. Recreo. La mayor parte de los pozos de agua se encuentran ya casi a nivel de tierra. Los sótanos de las casas de negocio están todos inundados”.

10. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Recurrencias de las TD: se adoptaron de 25, 50 y 100 años, en correspondencia con el rango recomendado por la literatura internacional para el diseño de dispositivos del sistema de drenaje mayor. Teniendo en cuenta la alta densidad poblacional y la elevada vulnerabilidad social de la zona de influencia de los reservorios de bombeo del Distrito Santa Fe, se adoptó una recurrencia de 100 años para el diseño los sistemas RES-EB. Obras civiles diseñadas para 100 años y equipamiento de bombeo modulado por etapas (25, 50 y 100 años).

11. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Altura de lluvia total de las TD y distribución temporal:análisis de frecuencia de lluvias máximas anuales para 1, 2, 3, 4 y 5 días consecutivos en las estaciones Paraná INTA y Sauce Viejo Aero (1972/73 – 2007/08), aplicando el programa AFMULTI (Paoli et al., 1991). Paraná Sauce Viejo

12. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Paraná Sauce Viejo

13. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo IDF Paraná Distribución espacial de la TD: uniforme. Condición inicial de humedad: promedio.

14. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo 2.2 Análisis de duración de alturas hidrométricas y de simultaneidad de ocurrencia de lluvias críticas y de crecidas de los cursos de agua receptores (1972/2008) Río Salado en Ruta Prov. Nº 70. Río Salado en Santo Tomé (INALI).

15. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Ríacho Santa Fe en Puerto Santa Fe Estas curvas se utilizaron en el diseño de los conductos de descarga de las EB, para determinar el porcentaje de tiempo que podrían funcionar por gravedad.

16. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Fecha: fecha de ocurrencia de P5 (día inicial), P5: precipitación máxima anual en 5 días consecutivos en Sauce Viejo, h: altura hidrométrica correspondiente a la fecha indicada, D: duración de la altura h, Med, Mín, Máx: valores medio, mínimo y máximo.

17. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo 2.3 Simulación hidrológica Se calcularon las crecidas de diseño aportantes a los sistemas RES-EB y se elaboró el diseño preliminar de las capacidades de bombeo y de almacenamiento requeridas, por aplicación del modelo ARHYMO (Maza et al., versión 2008), considerando como entradas las TD de 25, 50 y 100 años de recurrencia. Implementación del modelo Información planialtimétrica: Plan Director de Desagües Pluviales de la Ciudad de Santa Fe (INA - CRL, 2001). Plan Director de Desagües Pluviales de Recreo (INCOCIV, 2006). Proyecto de Actualización de las Cartas de Áreas de Riesgo Hídrico de Santa Fe (INA-CRL, 2007). Relevamientos realizados específicamente para este estudio en la zona de los reservorios, canales y alcantarillas de vinculación.

18. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Superficies impermeables total y directamente conectada: fotografías aéreas, información satelital (Google Earth, 2006) y reconocimiento de campo. Las impermeabilidades actuales se proyectaron a un escenario de urbanización futuro a 25 años. Dado el objetivo del estudio, no se representaron explícitamente en el esquema topológico las obras del micro-drenaje (bocas de tormenta, cunetas y conductos menores). La red de conductos principales se simuló por medio de conductos “equivalentes”. Los conductos “equivalentes” se desagregaron en tramos por medio de nodosen secciones correspondientes a puntos bajos o con obras condicionantes del flujo superficial.

19. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Se contemplaron los efectos originados por el desbordamiento del flujo. Se consideraron 2 situaciones en los nodos desbordados: a) En puntos bajos o con una obra condicionante del flujo superficial (ej. Terraplenes de FFCC), se incorporó un nodo de almacenamiento. b) En calles con pendiente positiva, se insertó un algoritmo de separación del flujo, de manera tal de propagar por conducto a sección llena y por calle el resto del flujo. Las cuencas se desagregaron a una meso-escala, con una superficie media de aprox. 100 ha para las subcuencas rurales y de entre 10 - 20 ha para las subcuencas urbanas.

21. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Esquema topológico para las cuencas Recreo Sur (580 ha) y Monseñor Rodríguez (333 ha), aportantes al RES 6.

23. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Hidrogramas por ramal de entrada a los sistemas RES-EB y diseño preliminar de capacidades de almacenamiento y de bombeo requeridas.

24. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo 3. Diseño hidráulico de las obras Los diseños hidráulicos finales y/o verificaciones de las capacidades de bombeo y de almacenamiento requeridas, de los canales de descarga por gravedad de las estaciones de bombeo y de las obras de control, canales y alcantarillas de vinculación entre reservorios, se obtuvieron por aplicación del modelo SWMM (Stormwater Management Model, U. S. Environmental Protection Agency, versión 2008). Se consideraron como entradas a los sistemas los hidrogramas simulados con ARHYMO para la recurrencia de 100 años.

25. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo 3.1 Capacidad de almacenamiento y de bombeo requeridas Existe una probabilidad no despreciable de ocurrencia simultánea de precipitaciones críticas y niveles de agua altos en los cursos de agua receptores. Se adoptó como criterio de diseño que cada sistema RES-EB debía sea capaz de evacuar la crecida de diseño sólo por bombeo. Se aplicó el modelo SWMM a los sistemas RES-EB, considerando que éstos funcionan en forma independiente (no conectados entre sí) y que cada uno descarga por bombeo hacia el río la escorrentía generada en su cuenca de aporte propia. Los conductos de descarga por gravedad se consideraron cerrados. Condición de funcionamiento independiente: no trasladar efectos perjudiciales hacia aguas abajo.

26. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Esquema topológico para modelación del RES-EB 4-5. A la derecha los nodos de conexión, donde se ingresan los hidrogramas por cada ramal principal calculados con ARHYMO, en el centro el nodo de almacenamiento (RES 4-5) y a la izquierda los nodos de vertido.

27. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Parámetros de diseño finales de los sistemas RES-EB.

28. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo 3.2 Conductos de descarga por gravedad Las estaciones EB 1 a EB 4 no disponen de conducto de descarga por gravedad; sí lo disponen las EB 5 a EB 9. Se incorporaron conductos de descarga por gravedad con compuerta a las EB 0, EB 1, EB 2, EB3 y EB 4, por las siguientes razones: a) como dispositivo de seguridad, en caso acontecer una situación de emergencia de extrema gravedad, como la falla total del bombeo y/o la rotura de terraplenes de defensa contra inundaciones. b) para descargar por gravedad el agua pluvial desde los reservorios al río, cuando el nivel del río esté por debajo del nivel de agua en el reservorio.

29. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Se aplicó el modelo SWMM considerando a los sistemas RES-EB funcionando en forma independiente (no conectados entre sí), cada uno descargando hacia el río el agua pluvial de su cuenca de aporte propia a través de su conducto de descarga por gravedad, estando el bombeo inactivo. Se consideraron diferentes niveles del río y se obtuvo: Velocidades máximas en los conductos y los niveles de agua máximos alcanzados en cada reservorio. Nivel del río máximo para el cual se puede evacuar por gravedad la crecida de diseño, sin superar el nivel máximo admisible en el reservorio.

30. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Características geométricas de los conductos de descarga por gravedad.

31. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Se adoptó el diseño final teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: a) Los conductos adoptados permiten evacuar por gravedad la crecida de diseño sin superar los respectivos niveles máximos admisibles para niveles del río con permanencias que varían entre aproximadamente el 50% del tiempo para las EB ubicadas al Sur (EB0, EB1 y EB2) al 96 % del tiempo para la EB9. b) Las velocidades de flujo máximas a la salida (de hasta 3 m/s) son compatibles con las obras de protección contra erosión adoptadas.

32. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo 3.3 Obras de control, canales y alcantarillas de vinculación entre reservorios Las obras de control (OC) tienen por objeto controlar o anular los caudales de vinculación entre reservorios contiguos y consisten en terraplenes con eventuales alcantarillas de paso. En acuerdo con el Comitente, se adoptaron los siguientes criterios: Se independizó el funcionamiento de los sistemas RES-EB 7, 8 y 9 del resto de los sistemas RES-EB 6 a RES-EB 0, para evitar ingresos de escorrentía generada en zonas rurales y suburbanas del Distrito Recreo a zonas densamente pobladas del Distrito Santa Fe. Se independizó el funcionamiento de los sistemas RES-EB 7, 8 y 9 entre sí.

33. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Se aplicó el modelo SWMM al tramo RES-EB 6 a RES-EB 0, considerando los sistemas proyectados interconectados de Norte a Sur, con los conductos de descarga por gravedad cerrados y con bombeo en funcionamiento. Esquema topológico para la modelación: se conformó de nodos (de almacenamiento, de conexión y de vertido) y de links (de bombeo, de vertedero, de orificio y de canales).

34. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Características de las OC proyectadas. (*) cota inferior sobre la traza de la OC. B: ancho, H: altura, D: diámetro. (1): OC sin alteo. (2) OC con alteo, (3): alcantarilla existente a conservar, (3*): alcantarilla existente a remover, (4) alcantarilla proyectada.

35. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Niveles máximos simulados para distintos escenarios. E.1: TD, reservorios funcionando en forma independiente, con bombeo y sin descarga por gravedad. E.2: TD, reservorios conectados en el tramo EB 6 – EB 0, con bombeo y sin descarga por gravedad. E.3: tormenta de marzo de 2007, reservorios conectados en el tramo EB 6 – EB 0, con bombeo y sin descarga por gravedad.

36. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Para los 3 escenarios, los niveles de agua máximos resultantes en los reservorios no se superan los niveles máximos admisibles. Para el escenario E.2 se obtuvieron niveles máximos inferiores a los del E.1, excepto para los RES 2 y 3. Para el escenario E.3 se obtuvieron niveles máximos inferiores a los del E.2. Para los 3 escenarios no se superan las cotas de coronamiento de las OC. Para los escenarios E.2 y E.3, los niveles de agua máximos en los canales de vinculación son menores a las cotas de desborde, por lo que no es necesario reacondicionar los mismos. Existe flujo y reflujo entre reservorios contiguos a través de los canales de vinculación.

37. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo Este efecto hidrodinámico es originado por la diferencia del nivel de agua en los reservorios, variable con el tiempo. Los caudales pico en todos los canales de vinculación son inferiores a ± 5 m3/s para el E.2 y a ± 2 m3/s para el E.3. Hidrograma en la alcantarilla de vinculación OC 4/5 - 3.

38. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo • Conclusiones • Para este estudio se adoptó una duración de 5 días para la TD, teniendo en cuenta un análisis del almacenamiento de detención para distintas duraciones de lluvia y considerando las duraciones de tormentas críticas registradas en la región. • Se adoptó una recurrencia de 100 años para el diseño los sistemas RES-EB, teniendo en cuenta la alta densidad poblacional y la elevada vulnerabilidad social de la zona de influencia de los reservorios de bombeo del Distrito Santa Fe. • Se determinó que la probabilidad de ocurrencia simultánea de precipitaciones críticas y niveles de agua altos en los cursos de agua receptores no es despreciable. Por lo tanto, se adoptó como criterio que cada sistema RES-EB sea capaz de evacuar la crecida de diseño sólo por bombeo.

39. Criterios de diseño hidrológico aplicados para las obras de los sistemas de reservorios - estaciones de bombeo de la cuenca oeste de las ciudades de Santa Fe y Recreo • Conclusiones • Para el diseño, se planteó una condición de funcionamiento independiente de los sistemas RES-EB con el objeto de que las capacidades de almacenamiento y de bombeo proyectadas para cada uno permitan evacuar por bombeo la totalidad del agua pluvial generada en su propia cuenca, sin trasladar efectos perjudiciales hacia aguas abajo. • Para evitar ingresos de escorrentía generada en zonas rurales y suburbanas del Distrito Recreo a zonas densamente pobladas del Distrito Santa Fe, se independizó el funcionamiento de los sistemas RES-EB 7, 8 y 9 del resto de los sistemas RES-EB 6 a RES-EB 0. • Se conservan los canales de vinculación existentes entre RES 6 y RES 0 sin incorporar obras con compuertas. El uso de estos dispositivos es complejo desde un punto de vista operativo y puede generar conflictos entre diferentes sectores durante la ocurrencia de eventos críticos.

40. Muchas gracias !!