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Manual EnerGis
Ricardo Hernández Arango
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Minas, Escuela ambiental y medio
ambiente Medellín, Colombia
2016
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Contenido
Pág.
1. Instrucciones de instalación .................................................................................... 5
2. Recomendaciones Generales .................................................................................. 7
3. Mapa de elevaciones corregido ............................................................................... 8
4. Mapa de Direcciones ................................................................................................ 8
5. Trazar Corrientes ...................................................................................................... 9
6. Trazar Cuencas ......................................................................................................... 9
7. Propiedades Cuencas ............................................................................................ 10
8. Mapa de Área Acumulada ...................................................................................... 10
9. Mapa de Caudal Acumulado .................................................................................. 11
10. Mapa de Disponibilidad Hídrica ............................................................................. 11
11. Serie de Caudales ................................................................................................... 12
12. Calculadora de Potencia ........................................................................................ 13
13. Perfilador Energético ............................................................................................. 14
14. Identificador Filo de Agua ...................................................................................... 14
15. Identificador Pie de Presa ...................................................................................... 15
16. Curva Cota Vs Volumen ......................................................................................... 16
17. Caudal de Diseño ................................................................................................... 17
18. Volumen Útil de Diseño .......................................................................................... 17
19. Comportamiento Qdiseño Filo de Agua................................................................ 18
20. Comportamiento Qdiseño Pie de Presa ................................................................ 18
21. Costo Unitario de Instalación ................................................................................ 19
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1. Instrucciones de instalación
Para la utilización de la herramienta, lo primero que se debe hacer es descargar el
software QGIS de la siguiente página web (La versión que se debe descargar es la
versión 2.8.9-2(teniendo en cuenta el sistema operativo del equipo) del software, en toras
versiones los complementos podrían presentar problemas):
http://www.qgis.org/en/site/forusers/download.html
Es importante tener en cuenta que para que la herramienta funcione correctamente se
debe descargar la versión corporativa del QGIS, la cual es gratuita y de uso libre:
Una vez se tenga instalado el QGIS deben copiarse las carpetas del EnerGis al directorio
de Plugins del programa. El directorio de Plugins está en una ruta similar a la que se
presenta a continuación, sin embargo, ésta podría variar según la estructura de carpetas
del ordenador donde se instale el programa:
C:\Program Files\QGIS Wien\apps\qgis-ltr\python\plugins
6 Manual EnerGis
Carpetas EnerGis
Luego de tener copiadas las carpetas del EnerGis en el directorio de Plugins del QGIS,
se debe activar la herramienta utilizando el Administrador de complementos. El
administrador de complementos. Dicho administrador se encuentra en la barra superior
del QGIS, en la opción Complementos.
Una vez se ejecute el administrador de complementos se deben habilitar cada uno de los
módulos de la herramienta, marcándolos con un X. Se debe ser cuidadoso en que todos
los módulos queden correctamente habilitados. Es posible que los complementos del
EnerGis aparezcan resaltados en rojo, y se indique que el complemento está roto, sin
embargo, esto no constituye ningún problema y se debe a que internamente los módulos
cuentan con descripciones o códigos que utilizan tildes u otros caracteres que no son
reconocidos por el QGIS, sin embargo, esto no implica problemas en el buen
funcionamiento de la herramienta.
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Una vez se habiliten los complementos se recomienda cerrar y abrir nuevamente el
QGIS, para así empezar a utilizar la herramienta. Sobra decir que el procedimiento de
instalación descrito solo debe realizarse la primera vez que vaya a utilizarse, y que de
aquí en adelante los complementos quedan instalados de forma permanente en la
plataforma del QGIS.
2. Recomendaciones Generales
Como recomendaciones generales para el correcto funcionamiento de la herramienta se
enumeran las siguientes:
1. Se recomienda que en la configuración regional y de idioma del ordenador se
defina como símbolo decimal el punto (.), y como símbolo de separación de miles
la coma (,).
2. Se recomienda que todos los mapas que se vayan a utilizar como mapas de
entrada al modelo tengan definida una proyección espacial en coordenadas
planas. Para el caso de Colombia se recomienda utilizar el sistema Magna Sirgas
con sus diferentes orígenes. El hecho de utilizar mapas sin proyección, o con
proyecciones geográficas, puede generar resultados del modelo inesperados.
8 Manual EnerGis
3. Mapa de elevaciones corregido
Esta herramienta sirve para hacer el pre-procesamiento del Modelo Digital de Elevación.
Su objetivo es remover del modelo problemas asociados con huecos, sumideros, zonas
planas o bifurcaciones, y de esta manera preparar el modelo para la generación del
mapa de Direcciones.
Buscar archivo
MDT de
entrada
Definir
archivo MDT
de salida
4. Mapa de Direcciones
Esta herramienta sirve para generar el Mapa de direcciones que será el insumo principal
de varios de los procedimientos que se explicarán más adelante. Hay que resaltar que el
Modelo Digital de Elevación que se debe utilizar como insumo debe ser aquél generado
mediante la herramienta descrita en el numeral anterior (Mapa de elevaciones corregido).
Si no se utiliza dicho mapa se pueden obtener resultados inesperados.
Buscar archivo
MDT de
entrada
Definir
archivo MDT
de salida
Contenido 9
5. Trazar Corrientes
Esta herramienta sirve para trazar Corrientes de acuerdo al Mapa de Direcciones
generado mediante el módulo explicado en el numeral anterior. En la pestaña de la
ventana se debe seleccionar el Mapa de Direcciones, el cual debe estar cargado en el
mapa actual. Además, mediante el botón “Seleccionar” se debe indicar, sobre el mapa, la
coordenada desde donde se quiere generar la Corriente. Hay que aclarar que las
Corrientes se trazan de aguas arriba hacia aguas abajo, es decir, el programa indica cual
sería la trayectoria que tomaría una gota de agua que caiga en la coordenada
seleccionada.
Seleccionar
Coordenada
Seleccionar Mapa de
Direcciones
6. Trazar Cuencas
Esta herramienta sirve para trazar Cuencas de acuerdo al Mapa de Direcciones
generado mediante el módulo explicado en el numeral 4. En la pestaña de la ventana se
debe seleccionar el Mapa de Direcciones, el cual debe estar cargado en el mapa actual. Además, mediante el botón “Seleccionar” se debe indicar, sobre el mapa, la coordenada
donde se quiere trazar la Cuenca. Es importante que antes de trazar una cuenca se trace
primero la Corriente, lo anterior teniendo en cuenta que la coordenada seleccionada para
trazar la Cuenca debe ser exactamente sobre la corriente. De lo contrario, lo más
probable es que el programa trazaría la cuenca sobre una ladera, lo cual entregaría un
resultado errado.
Seleccionar
Coordenada
Seleccionar Mapa de
Direcciones
10 Manual EnerGis
7. Propiedades Cuencas
Si se quieren conocer algunas características importantes de una cuenca trazada, es
conveniente utilizar el módulo de Propiedades Cuencas. Este módulo utiliza como
parámetros de entrada la Cuenca que se quiere analizar, el Mapa de Elevaciones
Corregido, el Mapa de Direcciones, la coordenada donde inicia nuestro cauce principal y
la coordenada de la divisoria de la cuenca más cercana a dicho punto. Una vez se
ingresan dichos parámetros se oprime el botón “Calcular”, y se obtendrá información
relevante tal como el Tiempo de Concentración, Área, Perímetro, entre otras.
8. Mapa de Área Acumulada
Esta herramienta sirve para generar el Mapa de Áreas Acumuladas. Este mapa sirve
para conocer el área tributaria de una corriente en cada uno de los pixeles del raster.
Esta información es útil debido a que a partir de este mapa es posible construir mapas de
disponibilidad hídrica, lo anterior si se conoce información acerca de rendimientos
hídricos específicos de la zona de estudio, simplemente llevando a cabo una
multiplicación raster entre el mapa de áreas y el rendimiento (m³/s/km²). Como insumo
para generar el Mapa de Áreas acumuladas únicamente se debe utilizar el Mapa de
Direcciones (el cual obviamente, y según se ha venido resaltando, debe estar en
proyección de coordenadas planas).
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9. Mapa de Caudal Acumulado
Esta herramienta sirve para generar el Mapa de Caudales Acumulados a partir de
Balance Hídrico. Como insumo para el balance se necesita contar con un mapa de
precipitación media anual (mm/año), así como un mapa de evapotranspiración real media
anual (mm/año). Además, también se utiliza el Mapa de Direcciones. Si no se cuenta con
mapas de Precipitación y Evapotranspiración real, de la zona analizada, oprimiendo los
botones “BD”, se pueden utilizar mapas que trae la herramienta por defecto. Estos mapas
corresponden a los mapas con los que cuenta la plataforma HidroSIG de la Universidad
Nacional, específicamente a aquellos construidos por Oscar Álvarez en el año
2007(Precipitación CKCM y EVR_ Cenicafe). Cabe resaltar que para el funcionamiento
de la herramienta no es necesario que los mapas de Direcciones, Precipitación y
Evapotranspiración tengan el mismo tamaño de pixel, ni el mismo tamaño en su
extensión, ni el mismo sistema de referencia.
10. Mapa de Disponibilidad Hídrica
Teniendo en cuenta que el Mapa de Caudales generado según la herramienta descrita
en el numeral anterior, no considera la posible intervención antrópica de las cuencas
(Trasvases, Vertimientos, etc.), este módulo permite realizar modificaciones que
incorporen dichas restricciones.
Además, con el fin de analizar el potencial hidroeléctrico de determinado territorio, la
herramienta también permite descontarle al mapa de caudal un valor estimado del caudal
ecológico, basado en su relación con el caudal medio.
12 Manual EnerGis
Para utilizar este módulo de la herramienta se debe seleccionar la coordenada donde se
tiene la condición de trasvase, y luego indicar el caudal a descontar (signo -) o a agregar
(signo +). Finalmente se presiona el botón agregar y de esta manera esta condición se
anexa a la tabla. Este procedimiento se repite las veces que sea necesario. Finalmente
se cargan el mapa de Direcciones, el Mapa de Caudal Medio y se establece la ruta y
nombre con el que se quiere guardar el mapa de Disponibilidad Hídrica.
11. Serie de Caudales
Este módulo sirve para generar curvas de duración de Caudales en un sitio determinado
de la zona de estudio. El método de generación de la curva de duración parte del hecho
de que se conoce el caudal medio del sitio de interés, ya sea con los módulos
presentados en los numerales anteriores, o calculado de manera externa
(regionalización, transposición, etc). Lo único que se necesita es escoger la estación
pivote, definir el caudal medio del sitio de interés, y definir la resolución de los registros a
utilizar (diarios o mensuales). Finalmente, para definir la estación pivote se puede utilizar
el botón “Mostrar estaciones”, el cual carga un shape de puntos con la ubicación
geográfica de las estaciones disponibles. Hay que resaltar que este módulo únicamente
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12. Calculadora de Potencia
Este módulo sirve para definir la potencia de un determinado proyecto teniendo en
cuenta la coordenada del sitio de captación y el sitio de descarga. Como insumos se
deben tener los mapas de Direcciones, de Elevaciones Corregidas, de Disponibilidad
Hídrica o Caudal Medio y las coordenadas de Captación y Descarga. Además, se puede
indicar para qué caudal se quiere calcular la potencia. Por ejemplo si se deja esta casilla
en 1 quiere decir que se calculará para el caudal medio, por el contrario, si se define en
1,2 quiere decir que se calculará para un caudal 20% mayor al caudal medio del sitio de
captación.
14 Manual EnerGis
13. Perfilador Energético
Este módulo sirve para construir un perfil energético de un determinado tramo de río.
Para la construcción del perfil se deben definir la coordenada donde inicia y donde
termina el tramo de río a analizar. Por su parte, se deben cargar los mapas de
Direcciones, Elevaciones Corregidas y Disponibilidad Hídrica o Caudal Medio. La
herramienta construirá tres perfiles. El primero será el perfil de elevaciones en el río. El
segundo el perfil de caudales en el tramo analizado. El tercero será un perfil de potencia,
el cual mostrará la potencia de cada pixel de tramo de río fijando el nivel de la descarga
en el punto final del tramo analizado. Este último perfil nos permitirá determinar el
máximo proyecto instalable (en un solo aprovechamiento), en el tramo de río analizado.
Adicionalmente, la herramienta cargará un archivo del tipo CSV con la información de los
perfiles (Abscisa, Elevación, Caudal, Potencia, Coordenada X, Coordenada Y).
14. Identificador Filo de Agua
Este módulo de la herramienta sirve para identificar el mejor proyecto con Derivación
según ciertos parámetros definidos por el usuario. Para ejecutarlo el usuario debe definir
la coordenada inicial y final del tramo de corriente donde quiere buscar un proyecto.
Adicionalmente debe cargar los mapas de Direcciones, Elevaciones Corregidas y
Disponibilidad Hídrica o Caudal Medio. Debe definir si el proyecto lo quiere buscar con
túnel o con conducción superficial (por la margen del río). Finalmente, debe definir la
potencia mínima buscada, la longitud de conducción máxima aceptable, y la variable a
priorizar (Potencia o longitud). De acuerdo con lo anterior, la herramienta buscará todos
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los proyectos que cumplan con las características definidas por el usuario, y escogerá el
mejor de todos ellos de acuerdo a la variable a priorizar (Potencia o longitud). Como
resultado la herramienta creará un shape de puntos con la captación del proyecto
identificado, y mostrará un perfil con la localización de los mismos y sus características
principales.
15. Identificador Pie de Presa
Este módulo de la herramienta sirve para identificar el mejor proyecto del tipo Pie de
Presa, según ciertos parámetros definidos por el usuario. Para ejecutarlo el usuario debe
definir la pendiente mínima de ladera buscada, el caudal mínimo aceptado en el sitio de
presa, y ancho de corona de presa a evaluar. Adicionalmente debe cargar los mapas de
Elevaciones Corregidas y de Disponibilidad Hídrica o Caudal Medio. De acuerdo con lo
anterior, la herramienta buscará todas las zonas que cumplan con estas características y
agregará un raster que podrá ser analizado de acuerdo con cartografía de infraestructura
existente.
16 Manual EnerGis
16. Curva Cota Vs Volumen
Este módulo de la herramienta sirve para generar un archivo de CSV que contenga la
curva de cota volumen de un embalse determinado. Como datos de entrada se necesita
seleccionar el mapa de elevaciones Corregidas y el shape de la cuenca trazada en el
sitio de presa definido. Además, el usuario debe definir la corta máxima hasta la que
debe construirse la curva, así como el intervalo de cálculo. Este archivo de entrada es un
insumo para el modelamiento energético de los proyectos a Pie de Presa (numeral 20).
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17. Caudal de Diseño
Este módulo de la herramienta sirve para determinar el caudal de diseño óptimo según
criterios hidrológicos. Para este módulo únicamente se debe ingresar la curva de
duración con resolución Mensual, del sitio de interés. A partir de esta curva, la
herramienta utiliza la metodología propuesta por el doctor Lucio Chiquito (Chiquito, L.
(2012). Optimum point in a river regulation curve. Proceedings of the ICE - Water
Management, 165(7), 393–402. http://doi.org/10.1680/wama.10.00079), para determinar
el caudal de diseño óptimo según la serie analizada.
18. Volumen Útil de Diseño
Este módulo de la herramienta sirve para determinar el volumen útil óptimo según
criterios hidrológicos. Para este módulo únicamente se debe ingresar la curva de
duración con resolución Mensual, del sitio de interés, y el intervalo de análisis. A partir de
esta curva, la herramienta utiliza la metodología propuesta por el doctor Lucio Chiquito
(Chiquito, L. (2012). Optimum point in a river regulation curve. Proceedings of the ICE -
Water Management, 165(7), 393–402. http://doi.org/10.1680/wama.10.00079), para
determinar el volumen útil óptimo según la serie analizada.
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19. Comportamiento Qdiseño Filo de Agua
Este módulo de la herramienta sirve para analizar el comportamiento de producción
energética de una central con operación a Filo de Agua, según diferentes valores de
Caudal de Diseño. Como datos de entrada se deben ingresar la serie de caudales con
resolución Diaria, así como los diferentes parámetros energéticos. Los parámetros
energéticos que se indican en porcentaje deben ser ingresados en valores absolutos, no
decimales, es decir, si se quiere ingresar el 98%, se debe ingresar 98 y 0,98. Finalmente,
el programa permitirá leer los valores de producción energética media, firme, factor de
planta y potencia de diferentes escenarios de Caudal de Diseño.
20. Comportamiento Qdiseño Pie de Presa
Este módulo de la herramienta sirve para analizar el comportamiento de producción
energética de una central con operación según la Regla Normal de Operación, y de
acuerdo a diferentes valores de Caudal de Diseño. Como datos de entrada se deben
ingresar la serie de caudales con resolución Diaria, la curva de Cota Vs Volumen
generada según lo explicado en el numeral 16, así como los diferentes parámetros
energéticos. Los parámetros energéticos que se indican en porcentaje deben ser
ingresados en valores absolutos, no decimales, es decir, si se quiere ingresar el 98%, se
debe ingresar 98 y 0,98. Finalmente, el programa permitirá leer los valores de producción
energética media, firme, confiabilidad, factor de planta y potencia de diferentes
escenarios de Caudal de Diseño.
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21. Costo Unitario de Instalación
Este módulo de la herramienta sirve para determinar el máximo costo unitario de
instalación que puede soportar un aprovechamiento de acuerdo con su capacidad
instalada y su generación de energía media y firme. Los datos de entrada al modelo son
la potencia, la energía media y la energía firme.
Además, otros datos de entrada son el precio de venta de la energía media y firme, y el
porcentaje de devolución del cargo por confiabilidad. También se debe incorporar
información de la distribución probable del presupuesto del aprovechamiento,
dividiéndolo en rubros tales como terrenos, obras civiles, equipos y estudios.
Adicionalmente se debe definir el tiempo de depreciación de cada componente, y los
años de construcción.
Por otro lado, se debe dar información de los diferentes costos en los que incurrirá el
aprovechamiento (AOM como porcentaje de la inversión, Tarifa de venta en bloque de la
energía (transferencias)), Impuestos, seguros, entre otros.
Finalmente, se debe ingresar la tasa de cambio, la inflación de referencia, la tasa de
descuento (en corrientes) y el horizonte de evaluación. A partir de estos datos, la
herramienta lleva a cabo una evaluación de un modelo financiero simplificado en pesos
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constantes que permite construir un perfil de valor presente neto y tasa interna de
retorno, el cual finalmente permite definir el CUI máximo que soporta el aprovechamiento.
