Optimización del aprovechamiento del Sistema Cutzamala

  • Javier Ramírez Otero Director adjunto de Planeación y Proyectos de Ingeniería, S.C. Consultor en proyectos de ingeniería hidráulica e hidroelectricidad. Miembro emérito del CICM. Académico de número de la Academia de Ingeniería A.C.
  • Jesús Adolfo Ruiz Salazar Consultor en ingeniería hidráulica, actualmente en Planeación y Proyectos de Ingeniería, S.C.

Se llevaron a cabo 18 modelos diferentes de operación del Sistema Cutzamala realizados a través de la adecuación de diversos programas. Con ellos, y a partir de las condiciones iniciales, fue posible determinar la mejor forma de aprovechamiento del conjunto del Sistema Cutzamala.

El Sistema Cutzamala comenzó a operar en 1982 aprovechando gran parte de la infraestructura ya construida para la generación de energía eléctrica en el extinto Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán. El conjunto de esta infraestructura está compuesto por siete presas; las de mayor almacenamiento son Valle de Bravo, en el Estado de México, con 385 Mm³ de capacidad; Villa Victoria, también en el Estado de México, con 185 Mm³, y El Bosque, en Michoacán, con capacidad de 190 Mm³. El almacenamiento de las otras cuatro –Tuxpan, Ixtapan del Oro, Colorines y Chilesdo– no es representativo, ya que operan como presas derivadoras, y tampoco lo son las conducciones de Tuxpan a El Bosque, con 22 km, y de El Bosque a Colorines, con 52 km. En las figuras 1 y 2 (planta y perfil) aparecen las principales instalaciones que conforman el Sistema Cutzamala; además de la infraestructura señalada, se incluye la construida en su momento por la Comisión de Aguas del Valle de México, dependiente de la Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos: plantas de bombeo, conducciones y la planta potabilizadora Los Berros, entre otras.

Cabe mencionar que antes de que se iniciara la operación del Sistema Cutzamala se aprovechaba un promedio de 25 m³/s para la generación de energía eléctrica en seis plantas hidroeléctricas que componían el Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán. Al definirse el cambio de uso para fines de abastecimiento de agua al Valle de México se planeó la captación en tres etapas, utilizando los escurrimientos que llegan a la presa Villa Victoria (4 m³/s), a la presa Valle de Bravo (7 m³/s) y a las presas Tuxpan y El Bosque (8 m³/s), para cubrir un total de 19 m³/s, dejando el resto del escurrimiento para generación de energía durante las horas de máxima demanda (picos) en la zona central del país.

Análisis de gastos entregados

El Sistema Cutzamala entró en operación a partir de 1982 en su primera etapa, y se concluyó en 1993 al entrar en operación la segunda y tercera etapas para abastecer en promedio, como ya se ha señalado, 19 m³/s; sin embargo, según los registros, de 1993 a 2020 se han estado abasteciendo en promedio 14.77 m³/s (véase tabla 1).

Consideraciones sobre el estado del sistema

Esta situación ha motivado un detallado análisis para determinar el aprovechamiento real que podría proporcionar el Sistema Cutzamala hoy en día, tomando en consideración que todas las obras se construyeron para alcanzar una dotación promedio de 19 m³/s para abastecer al Estado de México y la zona metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM), mientras que el escurrimiento en la cuenca es de 25 m³/s. Es importante señalar que parte de este escurrimiento se pierde en filtraciones de la presa El Bosque, problema que no se han podido solucionar aunque se ha intentado incluso desde antes de entrar en operación el Sistema Cutzamala. Las filtraciones son variables, dependen de los distintos niveles de almacenamiento; en promedio se han calculado del orden de 2 m³/s, aunque, cuando la presa está a su mayor capacidad, llegan a ser hasta de 3 m³/s. Desde hace más de 30 años ha habido intentos de corregir el problema; sin embargo, estos esfuerzos deberían renovarse utilizando las nuevas tecnologías para detectar las grietas y realizar lo necesario para sellarlas.

Un pequeño volumen de agua procedente de las filtraciones se utiliza para regar algunas áreas en las laderas de la cortina, pero la que no se aprovecha se concentra aproximadamente 2.2 km aguas abajo de la cortina, donde se llegó a construir una pequeña presa derivadora cuyas aguas podrían ser bombeadas directamente a la conducción El Bosque-Colorines, sin pasar nuevamente por la presa de almacenamiento El Bosque. Otra consideración respecto a la presa El Bosque es la posibilidad de incrementar la capacidad de almacenamiento en 26 Mm³ adaptando el vertedor actual e instalando compuertas; de esta manera se obtendría mayor capacidad de regulación de los volúmenes escurridos y derivados de la presa Tuxpan.

Por otra parte, se han hecho algunas derivaciones para cubrir ciertas zonas de riego, que hoy en día suman aproximadamente 4,325 ha en el Módulo 7 del Distrito de Riego 045 y en la Unidad de Riego Las Moras-Florida. Esta área total de riego fue determinada por la Comisión Nacional del Agua (Conagua) luego de un estudio muy detallado para detectar las derivaciones autorizadas y las clandestinas; de acuerdo con este estudio, el área consume 3.46 m³/s en promedio al año.

Posible aprovechamiento

En resumen: si a los 25 m³/s que escurren en el Sistema Cutzamala se restan los 2 m³/s de las filtraciones y los 3.46 m³/s del riego, quedan aproximadamente 20 m³/s que pueden ser finalmente utilizados para el abastecimiento al Estado de México y a la ZMCM.

Sin embargo, el cuestionamiento que surge es claro: ¿por que sólo se han alcanzado en promedio 14 m³/s desde el año 1993? Éste fue el punto de partida para llevar a cabo un análisis detallado del funcionamiento del conjunto del Sistema Cutzamala. Para ello se estudió una serie de funcionamientos combinados de las tres presas de mayor almacenamiento y de las derivadoras Tuxpan y Colorines, auxiliados por las otras dos presas derivadoras, con las premisas de evitar derrames en cualquiera de las presas y conservar los niveles mínimos y máximos de operación en cada una de ellas, de tal manera que no se afecten las necesidades propias de la región, incluidas las recreativas y turísticas de la presa Valle de Bravo.

En la información disponible del periodo 1958-1985 se registra que de la presa derivadora Tuxpan se derramaban en promedio 117 Mm³ por año, equivalentes a 3.7 m³/s. En el ejercicio del funcionamiento combinado se trata de evitar al máximo estos derrames, para lo cual se propone que toda el agua que llegue a la presa Tuxpan se derive hacia la conducción Tuxpan-El Bosque a su capacidad máxima, que sería de 21 m³/s –aunque varía en el tramo El Bosque-Ixtapan del Oro (16 m³/s) y de Ixtapan del Oro a Colorines (19 m³/s)–, incluyendo el aprovechamiento del río Zitácuaro.

Siguiendo con el ejercicio, toda el agua que llega a la presa Colorines procedente de esas derivaciones se envía directamente a la conducción Colorines-Los Berros, hasta una capacidad de 20 m³/s; en caso de que no se lleguen a cubrir los 19 m³/s, la presa Valle de Bravo envía los escurrimientos faltantes, conjuntamente con las derivaciones de las presas Chilesdo y Villa Victoria.

Para los funcionamientos se tomó un periodo de análisis de 28 años (1988-2015); el escurrimiento en cada una de las presas se obtuvo con diferentes métodos: mediciones directas con estaciones hidrométricas, cálculos con base en información obtenida directamente del funcionamiento de cada una de las presas e información obtenida con métodos indirectos de relaciones lluvia-escurrimiento.

Con la operación planteada se evita la mayor parte de los derrames en la presa derivadora Tuxpan, ya que éstos se reducen de 117 a 40 Mm³.

Se recopiló y procesó una gran cantidad de información, que fue integrada para llevar a cabo 18 modelos diferentes de operación del Sistema Cutzamala realizados a través de la adecuación de los programas LabSid Acquanet y MODSIM; con ellos, y a partir de las condiciones iniciales, fue posible determinar la mejor forma de aprovechamiento del conjunto del Sistema Cutzamala. El promedio de captación que se obtuvo de todos los modelos resultó de 18.65 m³/s. Finalmente, se seleccionó el modelo que más se apega a las condiciones actuales, respetando el nivel mínimo que se ha tenido para la operación de cada una de las presas, y resultó un promedio 18.35 m³/s (véase figura 3). En este modelo, de los 336 meses analizados, únicamente en 35 no se entregó el gasto deseado de 19 m³/s, lo que representa un 10.4% menos.

Conclusión

Mediante un ejercicio para el funcionamiento combinado de las tres presas de mayor almacenamiento del Sistema Cutzamala se llevaron a cabo 18 modelos de operación para determinar la mejor forma de aprovechamiento del conjunto del sistema; con el modelo que más se apega a las condiciones reales, se obtuvo un nivel de captación cercano a los 19 m³/s, salvo en algunos meses en los que se propone completar los gastos con los pozos del Valle de México

Referencias

Banco Mundial (2015). Cutzamala. Diagnóstico integral. Ciudad de México.

Comisión Nacional del Agua, Conagua (2005). Sistema Cutzamala. Agua para millones de mexicanos. México.

Conagua (2014). Anteproyecto para las conducción Tuxpan-El Bosque y El Bosque-Colorines, independizando las demandas de riego y agua potable, estados de Michoacán y México. Ciudad de México.

Planeación y Proyectos de Ingeniería, S. C. y Conagua (2016). Estudio para optimizar el aprovechamiento de los escurrimientos que llegan a la presa Tuxpan-presa El Bosque, Michoacán, Sistema Cutzamala. Ciudad de México.

Sistema Nacional de Información del Agua, SNIA (marzo de 2021). http://sina.conagua.gob.mx/sina/tema.php?tema=sistemaCutzamala