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CARACTERIZACIN HIDROLGICA DE LA CUENCA DEL RO
GUACHACA Y EVALUACIN DE SU OFERTA HDRICA COMO
FUENTE ALTERNATIVA PARA EL ABASTECIMIENTO DEL
DISTRITO T.C.H. DE SANTA MARTA
CARLOS AUGUSTO GMEZ GARCAJUAN CARLOS SALGADO PREZ
Proyecto para optar el titulo de INGENIERO CIVIL
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERA
PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL
PROYECTO DE GRADO
SANTA MARTA D.T.C.H.
2005
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CARACTERIZACIN HIDROLGICA DE LA CUENCA DEL RO
GUACHACA Y EVALUACIN DE SU OFERTA HDRICA COMO
FUENTE ALTERNATIVA PARA EL ABASTECIMIENTO DEL
DISTRITO T.C.H. DE SANTA MARTA
CARLOS AUGUSTO GMEZ GARCAJUAN CARLOS SALGADO PREZ
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERA
PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL
PROYECTO DE GRADO
SANTA MARTA D.T.C.H.
2005
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CARACTERIZACIN HIDROLGICA DE LA CUENCA DEL RO GUACHACAY EVALUACIN DE SU OFERTA HDRICA COMO FUENTE ALTERNATIVAPARA EL ABASTECIMIENTO DEL DISTRITO T. C. H. DE SANTA MARTA
Carlos Augusto Gmez GarcaJuan Carlos Salgado Prez - 3 -
TABLA DE CONTENIDO
1 PRESENTACIN .............. ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ......11
2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .........................................................................................................................14
3 ANTECEDENTES ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ................ ...16
4 MARCO TERICO .............. ................ ................. ................ ................ ................ ................ .................... ................ ...18
4.1 CUNTO SABEMOS DEL AGUA? ............... ................ ................ ................. ................ ................ ................ ...........18
4.2 EL AGUA EN LA TIERRA Y SUS PROPIEDADES.....................................................................................................19
4.3 EL AGUA EN COLOMBIA ...........................................................................................................................................20
4.4 RECURSO EN CRISIS................................................................................................................................................23
5 JUSTIFICACIN ............... ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ......24
6 OBJETIVOS ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ................ ...........27
6.1 OBJETIVO GENERAL.............. ................. ................ ................ ................ ................ .................... ................ .............. 27
6.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ...27
7 FORMULACIN Y GRAFICACIN DE HIPTESIS ..................................................................................................29
8 FUNDAMENTOS HIDROLGICOS DE APLICACIN EN EL CASO GUACHACA...................................................30
8.1 CARACTERSTICAS GEOMORFOLGICA DE UNA CUENCA................................................................................30
8.1.1 REA DE DRENAJE (A) ............... ................ ................ ............... ................ ................ .................... ................ ...........30
8.1.2 LONGITUD DE LA CORRIENTE PRINCIPAL (L) ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..31
8.1.3 PERMETRO DE LA CUENCA (P)................ ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...........31
8.1.4 ANCHO DE LA CUENCA (W) ............... ................ ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...32
8.1.5 FORMA DE LA CUENCA ............... ................ ................ ................ ................. ................ .................... ................ ........32
8.1.6 SISTEMA DE DRENAJE ............... ................ ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...........33
8.1.7 CARACTERSTICAS DEL RELIEVE:................. ................ ................ ................ ................ .................... ................ .....34
8.1.8 TIEMPO DE CONCENTRACIN (TC): ................. ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...38
8.1.9 HIDROGRAMA UNITARIO SINTTICO .....................................................................................................................40
8.2 CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS DE UNA CUENCA...................................................................................45
8.2.1 PRECIPITACIN.........................................................................................................................................................45
8.2.2 EVAPOTRANSPIRACIN...........................................................................................................................................49
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8.2.3 INFILTRACIN............................................................................................................................................................53
8.3 DISPONIBILIDAD DEL RECURSO AGUA EN UNA CUENCA............... ................. ................ ................. ................ ..56
8.4 MODELOS DIGITALES DE TERRENOS (MDT)................ ................. ................ ................ ................. .................. .....61
8.4.1 CREACIN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO (MDT). .................................................................................62
8.4.2 CORRECCIN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO (MDT). ...........................................................................62
8.4.3 APLICACIONES DE LOS MDT ................ ................ ............... ................ ................ ................ .................... ................ 65
8.4.4 ESTIMACIONES HIDROLGICAS................ ................ ................ ................. ................ .................... ................ ........66
8.5 CAUDAL ECOLGICO .............. ................ ................ ................ ................. ................ ..................... ................ ...........68
9 DISEO METODOLGICO ............... ................. ................ ................ ................ ................ ..................... ................ ...70
9.1 SELECCIN DE LAS VARIABLES Y RECOPILACIN DE INFORMACIN................ ................ ................ ............. 70
9.2 DIGITALIZACIN Y PROCESAMIENTO DE DATOS.... ................ ................ ................ ................ ................... ..........71
9.3 IMPLEMENTACIN DE SOFTWARE................... ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...71
10 LIMITACIONES ................ ................ ................ ................ ................ ................. .................... ................ ................ ......73
11 EVALUACIN DE LA DISPONIBILIDAD DE RECURSO HDRICO EN LA CUENCA DEL RO GUACHACA...........74
11.1 GENERALIDADES DE LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RO GUACHACA.........................................................74
11.1.1 LOCALIZACIN Y EXTENSIN ............... ................ ................ ................. ................ ................... ................. ............. 74
11.1.2 FISIOGRAFA Y GEOMORFOLOGA ............... ................ ................. ................. ................ ................... ................ .....76
11.1.3 CLIMA..........................................................................................................................................................................76
11.1.4 GEOLOGA..................................................................................................................................................................77
11.1.5 VEGETACIN ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ................ .........78
11.1.6 HIDROGRAFA............................................................................................................................................................81
11.2 HIDROLOGA DE LA CUENCA DEL RO GUACHACA............... ................ ................ ................ ................ ...............84
11.2.1 CARACTERSTICAS DEL REA DE ESTUDIO .............. ................ ................ ................ ................ ................... ........84
11.2.2 PARMETROS GEOMORFOLGICOS DE LA CUENCA DEL RO GUACHACA....................................................86
11.2.3 PARMETROS CLIMATOLGICOS DE LA CUENCA DEL RO GUACHACA........................................................100
11.3 CLCULO DE LA DISPONIBILIDAD DEL RECURSO HDRICO EN LA CUENCA DEL RO GUACHACA.............116
11.3.1 PRECIPITACIN MEDIA SOBRE LA CUENCA.......................................................................................................117
11.3.2 TEMPERATURA MEDIA SOBRE LA CUENCA................ ............... ................ ................ ................ ................... ......127
11.3.3 EVAPOTRANSPIRACIN POTENCIAL ...................................................................................................................131
11.3.4 INFILTRACIN..........................................................................................................................................................132
11.3.5 MODELO ABCD O THOMAS ................ ................ ................. ................ ................ ................ ..................... .............. 135
11.3.6 ANLISIS SERIES DE TIEMPO ...............................................................................................................................139
11.4 EVENTOS MXIMOS ...............................................................................................................................................143
12 MODELOS DIGITALES DE TERRENO ....................................................................................................................146
12.1 CARACTERIZACIN GEOMORFOLGICA A PARTIR DEL HIDROSIG JAVA......................................................147
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12.1.1 PARMETROS GEOMORFOLGICOS................. ................ ................ ................. ................ ................... .............. 159
12.1.2 VARIABLES HIDROLGICAS ............... ................ ................ ................. ................ ................. ................ ................. 162
12.1.3 CALCULO DE LA DISPONIBILIDAD HDRICA DE LA CUENCA DEL RO GUACHACA USANDO HIDROSIG.....174
13 CONCLUSIONES......................................................................................................................................................177
14 RECOMENDACIONES .............................................................................................................................................178
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Lista de Figuras
Figura N1 Precipitacin Media Anual multianual (1975-1995) ...................................................22
Figura N2 rea de una Cuenca .............................................................................................30
Figura N3 Longitud de una corriente principal .........................................................................31
Figura N4 Permetro de una Cuenca ......................................................................................31
Figura N5 Ancho de una Cuenca ...........................................................................................32
Figura N6 Orden de Horton ...................................................................................................33
Figura N7 Curvas hipsomtricas caractersticas......................................................................35
Figura N8 Perfil altimtrico cauce principal .............................................................................36
Figura N9 Pendiente media y media Ponderada .....................................................................37
Figura N10 Hidrograma unitario sinttico de Williams y Hann ...................................................42
Figura N11 Relacin entre los parmetros B y n .....................................................................44
Figura N12 Representacin grfica de un Hietograma de Precipitacin.....................................45
Figura N13 Polgonos de Thiessen ........................................................................................47
Figura N14 Isoyetas o lneas de igual precipitacin .................................................................47
Figura N15 Representacin grfica de un anlisis de frecuencia hidrolgica..............................48
Figura N16 Modelo Digital de Terreno (MDT)..........................................................................61
Figura N17 Idealizacin del Modelo D8 ..................................................................................63
Figura N18 Mapas de variables hidrolgicas...........................................................................64
Figura N19 Perfiles de Terreno y corriente principal sobre un MDT ...........................................65
Figura N20 Mapa de Variable Hidrolgica ..............................................................................66
Figura N21 Visualizacin de resultados por el software HidroSig ..............................................67
Figura N22 Localizacin General de la Cuenca de Guachaca ..................................................75
Figura N23. Roca predominante en la Cuenca de Guachaca ..................................................77
Figura N24. Cobertura Vegetal sobre la Cuenca del Ro Guachaca (Fuente Pro-Sierra) .............79
Figura N25. Vegetacin en las Zonas Medias de la Cuenca de Guachaca ................................80
Figura N26. Bosques en la parte alta de la Cuenca de Guachaca.............................................80
Figura N27. Red de Drenaje..................................................................................................82
Figura N28. Quebrada Negra ................................................................................................83
Figura N29. Agua Blanca ......................................................................................................83
Figura N30. Curvas de Nivel .................................................................................................85
Figura N31. Imagen satelital Cuenca del Ro Guachaca ..........................................................86
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Figura N32. Cuadricula sobre las curvas de nivel para la evaluacin de la pendiente media .......89
Figura N33 Ubicacin de las estaciones climatolgicas sobre el rea de estudio .....................101
Figura N34 Polgonos de Thiessen para evaluacin de la Precipitacin Media sobre la cuenca .119
Figura N35 Polgonos de Thiessen entre los meses de Enero a Abril ......................................122Figura N36 Polgonos de Thiessen entre los meses de Mayo a Agosto ...................................123
Figura N37 Polgonos de Thiessen entre los meses de Septiembre a Diciembre ......................124
Figura N38 Isoyeta Media mensual multianual sobre la cuenca ..............................................125
Figura N39 Polgonos de Thiessen para evaluacin de la Temperatura Media sobre la cuenca .128
Figura N40 Lneas de igual temperatura sobre la cuenca del Ro Guachaca ............................130
Figura N41 Modelo Digital de Terreno de la zona en estudio ..................................................147
Figura N42 Modelo Digital de Terreno de la zona en estudio (3D) ..........................................148
Figura N43 Modelo Digital de Terreno Corregido (3D) ...........................................................149Figura N44 Mapa de direcciones de Drenajes.......................................................................150
Figura N45 Mapa de reas Acumuladas ..............................................................................151
Figura N46 Mapa Orden de Horton .....................................................................................152
Figura N47 Mapa Longitud Canal Principal ...........................................................................153
Figura N48 Mapa Longitud total de canales ..........................................................................154
Figura N49 Mapa Magnitud .................................................................................................155
Figura N50 Mapa Pendientes Mximas ................................................................................156
Figura N51 Mapa Dimetros Topolgicos.............................................................................157
Figura N52 Mapa Red de Drenaje .......................................................................................158
Figura N53 Cuenca del Ro Guachaca trazada por Hidrosig Java ...........................................159
Figura N54 Parmetros Geomorfolgicos y Curva Hipsomtrica por Hidrosig Java ..................160
Figura N55 Cuenca del Ro Guachaca trazada por Hidrosig Java ...........................................161
Figura N56 Mapa VHC Precipitacin mensual entre los meses de Enero a Abril ......................163
Figura N57 Mapa VHC Precipitacin mensual entre los meses de Mayo a Agosto ...................164
Figura N58 Mapa VHC Precipitacin mensual entre los meses de Septiembre a Diciembre ......165
Figura N59 Mapa VHC Precipitacin total Multianual a partir de HidroSig ................................166
Figura N60 Mapa VHC Evpotransiracin mensual entre los meses de Enero a Abril .................168
Figura N61 Mapa VHC Evpotransiracin mensual entre los meses de Mayo a Agosto ..............169
Figura N62 Mapa VHC Evpotransiracin mensual entre los meses de Septiembre a Diciembre 170
Figura N63 Mapa VHC Evapotranspiracin Potencial a partir de HidroSig ...............................171
Figura N64 Caudal Promedio a partir del HidroSig ................................................................172
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Figura N65 Balance Hdrico por el software HidroSig-Java.....................................................174
Lista de Graficas
Grfica N1 Agua existente en el mes Vs oportunidad de Evapotranspiracin .............................59
Grfica N2 Curva de distribucin de pendientes de la cuenca del ro Guachaca .........................91
Grfica N3 Curva hipsomtrica de la cuenca del ro Guachaca.................................................92
Grfica N4 Perfil longitudinal de la corriente principal del ro Guachaca.....................................95
Grfica N5 Hidrograma Unitario.............................................................................................99
Grfica N6 Precipitaciones medias mensuales multianuales de las estaciones .......................104
Grfica N7 Temperaturas medias mensuales de las estaciones ............................................106
Grfica N8 Evaporacin media mensual de la estacin San Lorenzo .....................................108
Grfica N9 Caudales medios mensuales multianual registrado en la estacin guachaca..........111
Grfica N10 Caudales registrados en la estacin guachaca (1965-1998) ...............................113
Grafica N11 Caudales mximos en la estacin guachaca ......................................................115
Grfica N12 Precipitacin media mensual multianual de la cuenca del ro Guachaca ...............120
Grfica N13 Temperatura media mensual multianual de la cuenca del Ro Guachaca ..............129
Grfica N14 Valores de Infiltracin en la cuenca del ro Guachaca .........................................135
Grfica N15 Caudales promedios mensuales multianuales ....................................................136
Grfica N16 Caudales Calculados y Caudales Observados ...................................................138
Grfica N17 Caudales Calculados utilizando metodologia ABCD o de Thomas ........................140
Grfica N18 Caudales Medidos y Calculados .......................................................................141
Grfica N19 Caudales mximos para diferentes periodos de retorno ......................................144
Grfica N20 Caudales mximos para diferentes periodos de retorno ......................................145
Grfica N 21 Caudales medios mensuales multianuales del ro Guachaca ..............................176
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Lista de Tabla
Tabla N1 Concesiones de agua para el Distrito de Santa Marta .................................................... 11
Tabla N2 Valores de volmenes agua en el planeta....................................................................... 19
Tabla N3 ndice de escasez............................................................................................................. 21
Tabla N4 Factores de ajustes La para la ecuacin de Thorntwaite ................................................52
Tabla N5 Tipos de suelos................................................................................................................54
Tabla N6 Parmetros fundamentales de la cuenca de Guachaca.................................................. 87
Tabla N7 Evaluacin de la susceptibilidad a crecientes del Ro Guachaca.................................... 87
Tabla N8 Evaluacin del sistema de drenaje del Ro Guachaca .................................................... 88
Tabla N9 Pendiente media sobre la cuenca del Ro Guachaca...................................................... 90
Tabla N10 Calculo de la curva hipsomtrica del Ro Guachaca..................................................... 93
Tabla N11 Tiempos de Concentracin del Ro Guachaca .............................................................. 96
Tabla N12 caractersticas principales de la cuenca del Ro Guachaca .......................................... 98
Tabla N13 Valores de Hidrograma unitario de Escorrenta............................................................. 99
Tabla N14 Caractersticas principales de las estaciones climatolgicas ......................................102
Tabla N15 Precipitaciones medias mensuales multianuales ........................................................105
Tabla N16 Temperaturas medias mensuales de las estaciones..................................................107
Tabla N17 Evaporacin media mensual de la estacin San Lorenzo..........................................108
Tabla N18 Precipitaciones mximas en 24 horas para diferente tiempo de retorno..................... 109
Tabla N19 Caudales medios mensuales multianual registrado en la estacin guachaca ............ 110
Tabla N20 Caudales mximos en la estacin guachaca............................................................... 114
Tabla N21 Precipitacin media mensual multianual sobre la cuenca del ro Guachaca............... 118
Tabla N22 Precipitacin media mensual multianual sobre la cuenca del ro Guachaca............... 126
Tabla N23 Temperatura media mensual multianual sobre la cuenca del ro Guachaca .............. 127
Tabla N24 Evapotranspiracin Potencial sobre la cuenca del ro Guachaca ............................... 132
Tabla N25 Parmetros fsicos para la determinacin de la infiltracin.......................................... 133
Tabla N26 Infiltracin mensuales para la cuenca del ro Guachaca............................................. 134
Tabla N27 Caudales promedios mensuales multianuales ............................................................ 136
Tabla N28 Caudales Calculados y Caudales Observados............................................................ 138
Tabla N29 Caudales mximos para diferentes tiempo de retorno................................................ 144
Tabla N30 Comparacin de Caudales mximos para diferentes tiempo de retorno..................... 145
Tabla N31 Comparacin de parmetros geomorfolgicos ............................................................ 162
Tabla N 32 Caudales medios mensuales del ro Guachaca .........................................................173
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Tabla N 33 Caudales medios mensuales multianuales del ro Guachaca....................................175
Lista de Anexos
Anexo N1Datos Climatolgicos Registro IDEAM
Anexo N2 Registro Fotogrfico
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1 PRESENTACIN
El distrito turstico e histrico de Santa Marta en los ltimos aos ha presentando
un continuo crecimiento de la poblacin, de manera que se forja la necesidad de
mejorar el abastecimiento de agua para satisfacer las necesidades de los
habitantes actuales y garantizar la demanda futura.
En la actualidad el Distrito T.C.H se abastece de 3 fuentes superficiales (Ro
Piedra, Ro Manzanares y Ro Gaira) y 2 fuentes subterrneas (Acufero del ro
Gaira y el ro Manzanares). Como se puede apreciar en la siguiente tabla se citanlos valores de concesiones de las diferentes fuentes, en las que se extrae 1.6
m3/s. Caudal que tendr que aumentar en los prximos aos para satisfacer la
demanda. A la fecha estas fuentes de agua no cuentan con anlisis que sean
tiles para tomar decisiones y confrontar a futuro la oferta natural y la demanda del
recurso hdrico, en trminos de las disponibilidades tanto de las citadas fuentes
superficiales como de las subterrneas.
CONCESIONES DE AGUA
Nombre FuenteCaudal
(l/s)Fechainicio
Vigenciaen aos
PozosProfundos
Pozos Universidad, Federacin,Taminaca, Trujillo , Bolivariano , crcel,
estadio ;Santa Catalina y Ciudadela 29 deJulio
211 15/02/1996 10
PozosProfundos
Pozos 4 , 7, 8 10 , 11 y 12 Nota: secancelo la concesin de los pozos 8, 10 y
12180 10
AguaSubterrnea
Pozos Los Naranjos, Santa Cruz de
Curinca, Teyuna, La Carbonera; SantaClara y Lbano
180 22/03/2000 10
Ro Piedra Ro Piedra 210 15/03/2002 5Ro Gaira Ro Gaira 280 15/03/2002 5
RoManzanares
Ro Manzanares 330 15/03/2002 5
Tabla N1 Concesiones de agua para el Distri to de Santa Marta
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Dada la preocupacin que actualmente ocupa la atencin sobre el abastecimiento
de agua a la poblacin del DTCH de Santa Marta, y en consideracin a las
diferentes hiptesis que se tejen sobre la suerte de las actuales fuentes y su
estado (cantidad y calidad del recurso), y con el fin de realizar los aportes queenriquezcan el conocimiento sobre la disponibilidad del recurso hdrico de las
cuencas de la Sierra Nevada de Santa Marta, el presente documento es un
esfuerzo de sus autores, director y asesor, para adelantar las investigaciones y
valoraciones que concluyan, para el caso de la cuenca del Ro Guachaca, en la
realizacin de un estudio hidrolgico, de manera que se facilite con la ayuda de
aplicacin de modeladores numricos, obtener y calibrar los caudales medios
mensuales multianuales para as evaluar la disponibilidad del recurso en lasdiferentes pocas del ao y ofrecer la informacin necesaria para la toma de
decisiones a futuro, bien sea para orientar el uso del recurso o para generar
pautas que propicien el ordenamiento de la cuenca hidrogrfica del Ro Guachaca,
de forma que la informacin aqu condensada sea complementada con aspectos
poblacionales, sociales econmicos, lneas y tendencia de desarrollo, ambientales,
de usos de suelos manejo territorial, de saneamiento bsico, energtico y de agua
para usos humanos, domsticos, agrcola pecuario industrial, turstico, navegacin
etc.
Cabe anotar que este estudio aportar nuevas herramientas de anlisis para la
evaluacin de la disponibilidad del recurso hdrico de corrientes superficiales
empleando Modelos Digitales de Terreno (MDT) que describen la variacin
espacial de las diferentes elevaciones de la cuenca sobre el nivel del mar y la
caracterizacin hidrolgica en funcin de los registros histricos de los ltimos 20
aos de tal manera que se obtenga el diagnostico hdrico del comportamientocercano al de la cuenca en estudio.
Todos los parmetros evaluados de la cuenca se procesarn de manera manual,
para as poder comparar con los resultados que se obtengan mediante la
utilizacin de software aplicados en el desarrollo de este trabajo, cuyas rutinas y
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herramientas de sistema son empleadas para la elaboracin de estimaciones
hidrolgicas de una cuenca, contando con los parmetros de precipitacin,
evaporacin y parmetros fsicos de la cuenca, (Longitud principal del cauce,
forma de la cuenca, tiempo de concentracin, entre otros); para as obtenerresultados como hidrogramas de escorrenta, donde conoceremos la variacin de
los caudales de salida en funcin del tiempo para cualquier periodo de diseo
(tiempo de retorno). Complementariamente, el uso de Modelos Digitales de
Terreno (MDT), los cuales son estructuras numricas de datos que representa la
distribucin espacial de una variable cuantitativa y continua con respecto al nivel
del mar se constituye en una herramienta importante que facilita el anlisis
hidrolgico y minimiza la incertidumbre sobre la componente del terreno (relieve yorografa) la cual no era atendida de forma suficiente por los mtodos y estudios
clsicos sobre hidrolgica aplicadas a cuencas.
Para el procesamiento de estas variables, MDT, se emplear el software
HIDROSIG creado por el Postgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidrulicos
de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medelln, el cual nos dar
finalmente el modelo calibrado de la cuenca para as obtener informacin en
cualquier punto de la misma y en cualquier tiempo que se desee.
La implementacin de tecnologas combinadas con el conocimiento y criterio
adquirido en la academia y con el apoyo de la informacin recopilada, constituyen
condiciones de excepcional relevancia para el xito del presente trabajo, el cual se
traduce en escenarios de investigacin para los graduandos, y de fusin de
experiencias y ensayos de alto rendimiento en otros puntos geogrficos del pas,
la Costa Norte Colombiana, Amrica del Norte y Amrica del Sur.
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2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente en Colombia el 50% de la poblacin urbana sufre problemas de
suministro de agua y se anuncia que en el ao 2025, el 69% de la poblacin
enfrentar riesgos de desabastecimiento de agua (El agua un bien publico N
26); esta cifra alarmante genera inquietudes para pensar en preservar y mitigar
efectos nocivos que perjudiquen los recursos hdricos existentes, los cuales son
base fundamental para el desarrollo socioeconmico del pas. En el mbito poltico
y social se ha promovido un proyecto de Ley (N 365 /2005) que aspira que se
impulsen procesos de planificacin en las cuencas hidrogrficas, con base en una
serie de metas con beneficio al desarrollo auto -sostenible de las misma.
En caso de el departamento del Magdalena y en el casco urbano de Santa Marta
en lo concerniente a sus presentes fuentes de abastecimiento superficiales, (Ro
Gaira, Piedras y Manzanares) y fuentes subterrnea (Acufero del Ro Gaira y
Manzanares) a la fecha no poseen estudios que muestren el estado actual de
cada una de ellas ni seguimientos del deterioro en la fauna, flora y calidad de agua
a la que han sido sometidas indebidamente por el comportamiento de los
ciudadanos y la ausencia de un debido ejercicio de competencias de las
autoridades del sector que propician el aprovechamiento, uso y comercializacin
del recurso agua de todas las corrientes superficiales y subterrneas mediante
polticas de tipos extractiva y depuradora de vertidos contaminantes sin
pretratamiento alguno. De manera que para los pobladores de la ciudad la
cantidad de agua requerida para su uso peligra a medida que no se realicenanlisis y estudios que permitan tomar medidas que ayuden a aminorar el
agotamiento, contaminacin de los recursos hdricos y establecer la presin de la
demanda sobre la oferta de agua (ndice de escasez ), de manera que se conozca
la disponibilidad de las fuentes y ampliar la bsqueda de alternativas que reduzcan
el ndice de de escasez, no sin antes agotar la posibilidad de trabajar sobre las
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actuales fuentes de abastecimiento del DTCH de Santa Marta, sin llegar a la sobre
explotacin y mejorar la calidad del servicio buscando la conservacin de las
fuentes Gaira, Manzanares, Piedras y los Acuferos Gaira y Manzanares, como
objetivo prioritario y de paso como es de esperar, iniciar un proceso integral paraexplorar otras fuentes, para lo cual el presente estudio marca un patrn de
conducta (pro-activo e investigativo), el cual exige ser complementado con la
Reglamentacin del Recurso Hdrico de la Cuenca del Guachaca y con al Plan de
Ordenamiento de la Cuenca Hidrogrfica de la Cuenca del Guachaca.
Pensando ampliar fuentes para el abastecimiento de agua como alternativas
viables (desde el punto de vista de mejoramiento o como solucin para el principiode auto Sostenibilidad de las actuales fuentes) se ha estimado que la cuenca del
Ro Guachaca es apta para satisfacer las necesidades de la poblacin por un
largo periodo, pero esta afirmacin no es lo suficientemente segura debido a la
escasez de antecedentes y herramientas de estudios que se aplicaron en el
pasado a sta.
Por ello cuestionar la disponibilidad de la oferta de la cuenca sin fundamento es un
problema que perjudica directamente estos recursos debido a que la denominan
apropiada independientemente del objeto de estudio sin un previo anlisis que
garantice las condiciones ptimas de esta. As que surge la necesidad de realizar
evaluaciones por medio de metodologas que permitan ampliar: conocimientos de
hoyas hidrogrficas, comportamiento de caudales en los meses del ao y conocer
la disponibilidad del recurso agua presente en la zona (por medio datos
hidrolgicos) y que queden como insignia de manuales de procedimiento para
futuros estudios de manera que no se atente con el bien comn El AGUA.
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3 ANTECEDENTES
La historia del acueducto de la ciudad de Santa Marta se remonta a la poca de
finales del siglo XVIII, donde los gobernantes de esas pocas permitieron la
construccin de una acequia sacada del ro y distribuido desde all a distintas
partes: una entrada a la ciudad hasta la caja de agua, de ah a la plaza de armas
y otra corra por la parte norte.
Al inicio del funcionamiento de la acequia se generaron mltiples protestas por
partes de los hacendados ubicados en la cercana del rea de influencia delrecorrido de esta; debido que el gobernador Astigarraga propuso la toma o
expropiacin de las tierras cercanas al sector, sin embargo no se produjo lo
anterior por que los propietarios de las tierras se opusieron con sus ttulos legales
a la medida del cabildo. No obstante aos mas tarde se resolvi que el municipio
tomara solo las franjas de tierras que necesitara para el paso de la acequia y
dejara el resto de su hacienda a sus respectivos dueos.
El punto de captacin de la acequia fue construido en medio del Ro Manzanares,
entre las fincas Junn , San Pedro Alejandrino y San Antonio del Pin .pasaba por
la Revuelta y el Pereguetano donde era almacenada en unas albercas y en su
recorrido regaba todas la posesiones de ese vasto sector .
La caja de agua era una antiqusima construccin para almacenar y distribuir las
aguas del ro Manzanares. Tenia 4 lados orientados en direccin a los signos
cardinales, cerrados los costados Norte y Sur con una abertura por el este para
darle entrada al agua que llenaba el interior de la caja y sala por el costado Oesteuna pequea alberca exterior, con un tubo por donde sala el agua para que la
recogieran los Samarios
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Obviamente este sistema primitivo en la actualidad se desvaneci totalmente
ahora el Distrito T.C.H de Santa Marta se abastece actualmente de 3 fuentes
superficiales y 2 fuentes subterrneas distribuidos en toda Santa Marta incluyendo
el sistema sur del Rodadero.
Para la parte sur del Rodadero, compuesta por Gaira, Playa Salguero, Rodadero y
Rodadero Sur, se abastecen del ro Gaira junto con los pozos existentes en la
zona .y el del casco urbano de la ciudad de Santa Marta, se abastece de dos
fuentes superficiales que son Ro Piedras, Ro Manzanares y su respectivo
acufero, cuyas aguas llegan a la Planta de Tratamiento de Agua Potable de Santa
Marta. El caudal extrado de estas fuentes segn las concesiones para abastecerlas poblaciones es de 1.6 m3/seg.
El procedimiento de captacin actual para el Distrito de santa Marta, se encuentra
de la siguiente forma:
La captacin de Ro Piedras y Manzanares esta constituida por un sistema a
Gravedad cuyas aguas recolectadas llegan a la Planta de Tratamiento de Agua
Potable de Mamatoco para luego ser distribuida a la Poblacin. Cuando se
presentan pocas de bajo caudales, entran en funcionamiento los pozos que
constituyen el acufero de Santa Marta.
La captacin del Ro Gaira, sistema a gravedad, recoge las aguas y son tratadas
en la Planta de Tratamiento El Roble y luego enviadas la Estacin de Rebombeo
ubicada en la ciudad de Gaira, en donde se hace la mezcla de esta con el agua
captada por los pozos del acufero de Gaira, de manera que se distribuye a la
parte sur del Rodadero.
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4 MARCO TERICO
Una evaluacin de la cantidad de agua disponible es un pre-requisito para el
desarrollo socio econmico y administracin del recurso hdrico, ya sea para el
propsito de suministrar agua a una poblacin, emplearla para la agricultura, usos
industriales o para la produccin de energa, entre otras muchas aplicaciones.
En todos los ecosistemas, el agua interacta con la tierra firme, la atmsfera y los
seres vivientes. El agua es la caracterstica integrante que fluye a travs de
nuestras vidas. Ella refleja nuestro cuidado y preocupacin por los alrededores. Laadministracin sustentable de nuestros recursos hdricos est por lo tanto
ntimamente unida con nuestra habilidad de estimar adecuadamente estos
recursos.
4.1 CUNTO SABEMOS DEL AGUA?
Empezar por decir que el agua es un bien finito, demasiado vulnerable hoy en da,
un recurso fundamental tanto para el desarrollo socio econmico, como para la
preservacin de la salud de los ecosistema, son todos argumentos totalmente
ciertos, pero lamentablemente esta conceptologa muchos la desconocen y lo ms
triste es saber que nuestros antepasados tenan ms cuidado en preservar este
recurso que nuestra generacin, que piensa que es una fuente inagotable y que
este problema no nos cobija a nosotros ignorando que todas las especies de este
planeta incluida la nuestra estn en peligro de extincin.
El agua del planeta esta conforma por ros, lagos, mares, ocanos, nubes y
glaciares estimada en un volumen de 1460 millones de kilmetros cbicos
aproximadamente.
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En cantidades absolutas las cifras son enormes. En la siguiente tabla se citan los
valores absolutos del agua en la tierra.
FUENTE VOLUMEN KM3Ocanos y Mares 1370.000.000Corteza terrestre 60000.000
Glaciares y Nieves perpetuas 29000000Lagos 750000
humedad del suelo 65000Vapor atmosfrico 14000
Ros 1000
Total 1460000000Tabla N2 Valores de volmenes agua en el planeta
Podemos observar que la cantidad de agua dulce en la tierra es un escaso 2.5%
del total del agua en el planeta; de este tan solo 11 millones de kilmetros cbicos,
es decir un 0.77% cuenta como parte del ciclo hidrolgico del agua que circula de
forma relativamente rpida. No obstante el agua de lluvia slo es renovable con
cada precipitacin.
En pocas palabras las personas y las especies de la tierra slo contamos con tansolo 34.000 kilmetros cbicos de lluvia que anualmente forma la escorrenta que
vuelve a los ocanos por los ros y agua subterrnea.
4.2 EL AGUA EN LA TIERRA Y SUS PROPIEDADES
El agua se presenta principalmente como un lquido de caractersticas poco
comunes, es un recurso natural indispensable para todos los seres vivos y en
general forma parte de toda la materia viva. El hombre la utiliza para realizar
muchas de sus actividades como la agricultura, la industria, el transporte y otras
actividades diarias, pero el ser humano en estas continuas rutinas se ha esmerado
por alterar su medio natural de manera cada vez mas intensa, ejemplo en la era
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industrial la humanidad comenz a modificar profundamente los flujos naturales y
producir desechos que iban mas all de la capacidad de reciclaje y depuracin de
la naturaleza.
Los siguiente datos estadsticos son curiosos y sirven para reflexionar: el agua en
la tierra ocupa alrededor del 70% del globo terrestre y el cuerpo humano contiene
un promedio de 71% de agua; as como nosotros tenemos la necesidad y el
derecho de consumir agua cuando tenemos sed para mantenernos hidratados; la
tierra y todas sus especies incluidos nosotros mismos, necesita mantenerse
hidratada para ser preservada.
4.3 EL AGUA EN COLOMBIA
Colombia es unos de los pases ms ricos en recursos hdricos y hasta hace poco
no se consideraba que tuviera problema de disponibilidad de agua para el
abastecimiento de la poblacin. El crecimiento paulatino de la poblacin, el uso
poco eficiente del agua y deforestaciones continuas han sido causas de problemas
de disponibilidad, afectando de esta manera la calidad de vida de la poblacin all
asentada.
La situacin actual de algunas regiones del pas son poco alentadoras, en algunas
zonas secas como la Andina, el Caribe an ms en las regiones extra andinas
con mejores condiciones referente a disponibilidad de agua la situacin tambin es
de preocupar, esto se debe al desarrollo industrial, agrcola y pecuario. Donde el
consumo de altos volmenes de agua crece proporcionalmente con desechosslidos que generalmente son vertidos a los causes con sus efluentes sin
tratamiento previo. Adicionalmente esta oferta se ve afectada en muchos casos
por los altos volmenes de sedimentos depositados en las corrientes de agua
originados por los procesos de erosin natural o por la accin antrpica.
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Para observar cual es el comportamiento del recurso agua en esas regiones es
necesario realizar evaluaciones del ndice de escasez, permitiendo establecer 2
indicadores sencillos de sostenibilidad del recurso agua, buscando simplificar,
analizar y priorizar actividades que tienen que ver con el uso y manejo del agua.
ndice de escasez: este termino expresa el nivel de abundancia o escasez de agua
relacionando la oferta especifica con la demanda correspondiente. Su valor varia
en trminos de porcentajes (%). De acuerdo con las Naciones Unidas no es
alarmante cuando el ndice de escasez varia entre 10% y 20 %, pero si se deben
realizar procesos de ordenamiento de cuencas hidrogrficas. En cambio en
aquellos casos en el cual el ndice de escasez supere el 50% es prioritario analizarla relacin oferta demanda para evitar crisis futuras. A continuacin se expresan
algunos parmetros que califican los rangos segn los valores alcanzados por el
ndice de escasez y las acciones por abordar.
Categora Rango CaractersticaAl to Mayor de 50% Situacin de disponibilidad critica
Medio Alto 21% - 50 % tomar medidas preventivas para crisis futurasMedio 11% - 20% Disponibilidad limitada
Mnimo 1% - 10% Demanda muy baja en relacin a la ofertaNo signi ficativo Menor de 1% Demanda no significati va en relacin con la ofertaTabla N3 ndice de escasez
Vulnerabilidad por disponibilidad de agua: Trmino que hace referencia a la
fragilidad de un recurso hdrico para garantizar la disponibilidad de agua para el
abastecimiento de la comunidad ante serias amenazas de un periodo seco o un
escenario ms crtico; ejemplo, un evento como el fenmeno del nio.
Precipitacin media anual multianual: este trmino hace referencia a la
precipitacin promedio de todos meses de aos de referencia, generada por la
precipitacin media de los meses del ao.
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Segn los registros IDEAM durante el periodo de 1978 y 1995 en Colombia se
present una precipitacin total anual de 3000 mm ao, para un volumen
nacional neto de precipitacin de 2112 Kilmetros Cbicos.
En el siguiente grafico se muestra los valores de escorrenta (mm/ ao ) producidapor la precipitacin media mensual multianual para el 25 aos de periodo.
Figura N1 Precipitacin Media Anual mu ltianual (1975-1995)
600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000 1800000
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1600000
1800000
0 200 400 800 1500 3000 5000 7000 9000 11000 13000
Escorrenta [mm/ao]
PRECIPITACION MEDIA ANUAL MULTIANUAL
PERIODO 1970 -1995
Fuente IDEAM-2001
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4.4 RECURSO EN CRISIS
Situaciones como la de Nger (frica) donde 3.8 millones de 12 millones de sus
habitantes es decir mas del 30% del total de la poblacin esta sufriendo
problemas severos de desnutricin y deshidratacin pero para no dejarse morir de
la sed las personas caminan alrededor de 5 Km pero la cantidad de agua
conseguida no es la suficiente; y eso sin contar que parte de esta agua esta
contaminada as que sino mueren deshidratados mueren por enfermedades .Hoy
en da muchos no damos la mayor importancia a estos hechos reales , ignorando
que regiones como la Andina y la Caribe donde la demanda de agua crecedesmedidamente la distribucin espacial del agua no es homognea en territorio
Colombiano con abundancia s en ciertas regiones y escasez en otras como las
mencionadas. Sin llegar a exagerar es vulnerable que este panorama se viva muy
pronto no solo aqu si no tambin a nivel mundial cuando nos gastemos la poca
cantidad de agua potable existente en la tierra. Segn las estadsticas se calcula
que en algunas naciones del mundo el aumento de su poblacin crecer entre
45% y 75% hasta el 2025, incluso se teme que la poblacin de Pakistn se
doblara.
No obstante el aumento de la poblacin a nivel mundial crecer de 6100 millones
de personas a 9600 es decir un 57% de crecimiento. Las Naciones Unidas
anuncian que para alimentar tal cantidad de seres humanos la produccin agrcola
tendr que aumentar un 50%, consecuentemente la demanda de agua
indudablemente se multiplicar es decir en trminos coloquiales mientras que la
nica fuente renovable de agua dulce es la lluvia en la zonas continentales, lapoblacin del mundo sigue creciendo 85 millones de personas cada ao. As pues,
la disponibilidad de agua dulce por cabeza esta disminuyendo rpidamente; sin
contar que el consumo por habitante se duplica cada 20 aos.
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5 JUSTIFICACIN
La situacin crtica que esta atravesando el planeta entero en lo referente al agua
(donde millones de personas mueren anualmente bien sea por circunstancias de
escasez o de calidad) es una realidad que muchos viven y que pocos conocen
pero cuyo escenario lo estaremos viviendo todos, si no cambiamos nuestras
idiosincrasia y de no darle un giro de 180 a las tendencia actuales que se
presentan a continuacin.
Los seres humanos tenemos la creencia que el agua es una fuente inagotable,
pero lamentablemente esta suposicin no es verdad. Si bien el volumen de agua
es de 1460 millones de Km3 la cual esta constituida por los Ocanos, Glaciares,
Lagos y Ros y el volumen de agua dulce apta para consumo humano no supera
el 1 % del total esto sin contar que el uso poco eficiente del agua , la escasa y la
no gestin integral de manejo de cuencas por parte de las autoridades
competente y acciones destructivas del hombre como la deforestacin han hecho
que se reduzca la calidad y el volumen de agua presente en las fuentes hdricas.Pero sin ser pesimista si no realista existen otros factores que desfavorece como
la poblacin, se estima que para dentro de 25 aos aproximadamente la tierra
acoger un 57 % mas de la poblacin actual es decir que para el 2030 la tierra
tendr 9600 millones de habitantes el cual es un indicador que muestra que el
consumo mundial de agua se dobla cada 20 aos por y cada vez mas la taza de
volumen de agua por habitante decrece exponencialmente.
El mundo de hoy, en su afn de progreso y desarrollo tecnolgico ha obligado a
sectores agrcola, pecuario e industriales a incrementar su produccin con el fin de
mejorar la calidad de vida de los seres humanos .Pero parece que este fin no es
logrado en su totalidad; debido estos sectores en especial el industrial es unos de
los mayores consumidores de agua, gastando billones de litros de agua destilada
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sus Acuferos) en las cuales no existen ningn tipo de estudios ni seguimientos
que den conocer el estado actual de la misma .
Si bien hoy por hoy solo existen 2 estudios que hacen referencia a cuencashidrogrficas: el primero realizado en el Ri Toribio que da a conocer el
comportamiento de caudales multianuales mediante un balance hdrico y el
segundo acerca de la quebrada Tamac, Ro Manzanares pero fueron enfocados
a la evaluacin de caudales Mximos, niveles de inundacin y restauracin de
cauce en la parte baja.
Por ello realizar evaluaciones que accedan a conocer la disponibilidad de la ofertahdrica en los ros, realizar balances hdricos y planes de manejo, rehabilitacin y
conservacin de cuencas es indispensable para que situaciones en bsqueda de
mejoramiento de abastecimiento de poblaciones no atenten con el desarrollo
autosostenible de la misma.
Con este documento se estara contribuyendo a dar un inicio a investigaciones
para estudios de cuencas hidrogrficas en el departamento del Magdalena en este
caso la cuenca del Ro Guachaca las cuales involucren parmetros
climatolgicos, hidrolgicos y geomorfolgicos que determinen su disponibilidad
de la oferta hdrica presente en la cuenca para satisfacer la demanda de agua
en el casco urbano de Santa Marta.
La vida es un derecho que tiene todo ser humano desde que nace y sin
llegar a exagerar el agua tambin lo es; ya que sin agua no hay vida.
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6 OBJETIVOS
6.1 OBJETIVO GENERAL
Caracterizar hidrolgicamente la cuenca del ro Guachaca y evaluar su
oferta hdrica.
6.2 OBJETIVOS ESPECFICOS
Disponer de informacin climatolgica de las estaciones metereolgicas en
el rea de influencia de la cuenca de estudio.
Brindar nuevas herramientas para la caracterizacin de cuencas.
Evaluar parmetros caractersticos de la cuenca mediante la
implementacin del software HidroSig Java (modelador hidrolgico a partir
de Modelos Digitales de Terreno).
Evaluar la disponibilidad del recurso agua mes a mes, a partir del Balance
Hdrico sobre la cuenca del ro Guachaca, teniendo presente el caudal
ecolgico o volumen de agua necesario para la autosostenibilidad del
entorno fauna y flora.
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Calibrar el modelo de la cuenca para evaluaciones hidrolgicas en cualquier
punto dentro del rea de estudio.
Establecer comparaciones entre los balances obtenidos a partir de los
modeladores hidrolgicos implementados y los clculos manuales
elaborados.
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7 FORMULACIN Y GRAFICACIN DE HIPTESIS
Las actuales fuentes superficiales de abastecimiento de agua en la ciudad de
Santa Marta (Ro Piedras, Ro Manzanares) poseen una infraestructura de
captacin las cuales han cumplido con su periodo de diseo. El incremento de la
demanda hizo pensar en la ampliacin de instalaciones al sistema, las cuales lo
han hecho trabajar correctamente estos ltimos aos. Tomar otro punto de
captacin para un futuro en otra cuenca diferente a las actuales, ayudara a
satisfacer el dficit actual sin sobreexplotar la misma, respetando el principio de
autosostenibilidad.
Como alternativa ms viable para la ampliacin de la cobertura de servicio de
agua es la de tomar como alternativa la cuenca del ro Guachaca.
Para la escogencia de una cuenca que sirva como portadora, es indispensableuna serie de estudios con fundamentos que determinen el potencial hdrico
presente en los diferentes meses del ao y especialmente en los periodos de
sequas donde los caudales de los ros son bajos. Esta clase de soporte no se ha
efectuado en los estudios elaborados para esta cuenca; por consiguiente, la
evaluacin de la oferta hdrica del ro Guachaca nos dar parmetros para definir
la potencialidad de esta como fuente alternativa para el abastecimiento al Distrito
de Santa Marta u otra poblacin aledaa a la zona.
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8.1.2 LONGITUD DE LA CORRIENTE PRINCIPAL (L)
Definida como la distancia horizontal del ro principal entre un punto aguas abajo y
otro punto agua arriba donde la tendencia general del ro principal corte la lnea de
contorno de la cuenca
Figura N3 Longitud de una corriente principal
8.1.3 PERMETRO DE LA CUENCA (P)
Magnitud definida por la longitud de la lnea de separacin cerrada o de contorno
trazada por toda la divisoria de la cuenca. Es un parmetro que nos muestra en
funcin con el rea, caractersticas en lo concerniente a la forma de la cuenca.
Figura N4 Permetro de una Cuenca
L
P
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8.1.4 ANCHO DE LA CUENCA (W)
Se define como la relacin entre el rea (A) y la longitud de la corriente principal
(L)
L
AW=
Figura N5 Ancho de una Cuenca
8.1.5 FORMA DE LA CUENCA
Aqu se cuantifican caractersticas por medio de ndices o coeficientes, los cuales
relacionan el movimiento del agua y las respuestas de la cuenca a tal movimiento;
entre estos parmetros tenemos:
8.1.5.1 ndice de Gravellius (Kc):
Tambin conocido como coeficiente de compacidad (Kc), el cual se obtiene a
partir de la relacin entre el permetro de la cuenca y la longitud de la
circunferencia de rea igual al rea de la cuenca.
A
PKc 28.0=
Cuando su valor tiende a la unidad, significa que hay mayor tendencia a las
crecientes.
W
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8.1.5.2 Factor de Forma (Kf):
Es la relacin entre el ancho medio y la longitud del cauce mayor o corriente
principal de la cuenca siguiendo el curso de agua ms largo.
2L
AKf =
8.1.6 SISTEMA DE DRENAJE
Est constituido por el ro principal y todos sus afluentes; este parmetro tambin
es conocido como Red de Drenaje.
8.1.6.1 ndices de Horton:
Indica el grado de ramificacin o bifurcacin dentro de una cuenca; define el
carcter de complejidad de la Red de Drenaje.
Figura N6 Orden de Horton
Segn el IDEAM, las corrientes se le atribuyen el grado de ramificacin o
bifurcacin de la siguiente forma:
Corrientes de primer orden: son las que tributan directamente al mar.
Corrientes de segundo orden: son las que contribuyen a las de primer orden.
Corrientes de tercer orden: son las que contribuyen a las de segundo orden.
1
2
3
n-1n
2
3
3
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Corrientes de orden n: son las que contribuyen a las de orden n-1
8.1.6.2 Densidad de Drenaje (Dd)
Relacin entre la longitud de los cursos de agua y el rea de la cuenca.
A
LDd total=
8.1.6.3 Sinuosidad de las corrientes (S)
Facilita una medida de velocidad de la escorrenta del agua a lo largo de la
corriente.
Lt
LS=
Siendo L, la longitud del cauce principal por el eje del mismo y Lt longitud del valle
del ro medida en lnea recta o curva
8.1.7 CARACTERSTICAS DEL RELIEVE:
Son muy importantes ya que el relieve de una cuenca puede tener ms influencia
sobre la respuesta hidrolgica que la forma de la cuenca.
8.1.7.1 Pendiente de la cuenca:
Caracterstica importante en la evaluacin de las cuencas, ya que la pendiente de
la cuenca controla en buena parte la velocidad que se presenta en la escorrenta
superficial y condiciona el poder de arrastre y la erosin fluvial sobre la misma y
por tanto afecta el tiempo que emplea el agua de lluvia para concentrarse en los
lechos fluviales que constituye la red de drenaje de las cuencas. Claro esta que
este parmetro esta asociado tambin al tipo de suelo y el tipo de vegetacin
sobre ella y su cobertura y estado.
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Un mtodo que puede ser usado para el clculo de la pendiente de una cuenca es
por medio de cuadriculas asociadas a un vector, que consiste en determinar la
distribucin de las pendientes de los terrenos por medio de una muestraestadstica de las pendientes normales a las curvas de nivel dentro de la cuenca.
8.1.7.2 Curva hipsomtrica:
Esta curva representa el rea drenada en funcin con la altura de la superficie de
la cuenca. Tambin podra verse como la variacin media del relieve de la cuenca.
La curva hipsomtrica se construye llevando al eje de las abscisas los valores dela superficie drenada proyectada en km2 o en porcentaje, obtenida hasta un
determinado nivel, el cual se lleva al eje de las ordenadas, generalmente en
metros. Normalmente se puede decir que los dos extremos de la curva tienen
variaciones abruptas. La funcin hipsomtrica es una forma conveniente y objetiva
de describir la relacin entre la propiedad altimtrica de la cuenca en un plano y su
elevacin.
Figura N7 Curvas hipsomtricas caractersticas
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8.1.7.2.1 Elevacin media de la cuenca (E)
Se define como la sumatoria de las cotas medias de cada intervalo multiplicada
por el rea de dicho intervalo entre la sumatoria de las reas
=
)(
)..(
Area
AreaIntervaloMediaCotaE
8.1.7.3 Perfil altimtrico de la corriente principal
El perfil altimtrico es simplemente el grfico de altura en funcin de la longitud alo largo del ro principal. Con base en la forma del perfil altimtrico del ro se puede
inferir rasgos generales de la respuesta hidrolgica de la cuenca en su expresin
de la hidrgrafa, o sea, la variacin del caudal con el tiempo. Tambin los perfiles
se usan para estudios de: prefactibilidad de proyectos hidroelctricos, produccin
de sedimentos, ubicacin de posibles sitios susceptibles de avalanchas, etc.
Generalmente cuencas con pendientes altas en el cauce principal tienden a tener
hidrgrafas ms variables que cuencas con pendientes menores, en donde las
hidrgrafas son mas cortas.
Figura N8 Perfil altimtrico cauce principal
8.1.7.3.1 Pendiente Media
La pendiente es un parmetro que controla la velocidad de escurrimiento de la
cuenca, es decir, a mayor pendiente, mayor velocidad.
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Existen dos conceptos de pendientes:
La Pendiente media (S1)
Es la diferencia total de la elevacin del lecho del ro entre su nacimiento y
desembocadura, dividido por su longitud entre esos dos puntos.
01
21
LL
hohS
=
La Pendiente media ponderada (S2):
Este valor es mas razonable y se calcula trazando una lnea inclinada que
intercepte los dos ejes, tal que el rea comprendida entre esa lnea y los ejes
coordenados sea igual a la comprendida entre la curva del perfil del ro y dicho
ejes.
01
012
LL
hhS
=
La siguiente figura N9 muestra las dos pendientes
Figura N9 Pendiente media y media Ponderada
E
levacin(m.s.n.m.)
Longi tud cauce mayor (Km.)
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8.1.8 TIEMPO DE CONCENTRACIN (TC):
Este es el tiempo que toma una gota de lluvia que cae en el punto ms distante de
una cuenca, para llegar a una determinada seccin de dicha corriente. El tiempo
de concentracin mide el tiempo que se necesita para que toda la hoya contribuya
con escorrenta superficial en una seccin considerada. Se mide en minutos u
horas.
Hay numerosas expresiones para determinar el tiempo de concentracin, Tc,
desarrolladas en pases con clima y morfologa totalmente diferentes a las de
Colombia. Algunas expresiones que se usan en el anlisis son las siguientes:
Temez (1978)
75.0
25.03.0
=So
LTc
Tc: tiempo de concentracin, en horas.
L: longitud del cauce principal, en kilmetros.
So: diferencia de cotas entre los puntos extremos de la corriente sobre L, en %.
Kirpich (1990)
77.0
066.0
=
So
LTc
Tc: tiempo de concentracin, en horas.
L: longitud desde la estacin de aforo hasta la divisoria, siguiendo el cauce
principal en kilmetros.
So: diferencia de cotas entre los puntos extremos de la corriente sobre L, en m/m.
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California Culverts Practice (1942)
385.03
=
H
LTc
Tc: tiempo de concentracin, en horas.
L: longitud del canal principal, en kilmetros.
H: diferencia de cotas entre el punto de inters y la divisoria, en metros.
Giandiotti (1990)
SoL
LATc
+=
3.25
5.14
Tc: tiempo de concentracin, en horas.
A: rea de la cuenca, en kilmetros cuadrados.
L: longitud del cauce principal, en kilmetros.
So: diferencia de cotas entre puntos extremos de la corriente sobre L, en m/m.
Prez Monteagudo (1985)
RV
LTc=
L: longitud de la corriente principal.
VR: velocidad por el cauce principal de la onda de creciente.
VR: se expresa como:
6.0
72
= L
AE
VR
VR: Velocidad, en Km/h.
AE: diferencia de cotas, en kilmetros, en el cauce principal, desde el punto ms
alto al ms bajo.
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8.1.9 HIDROGRAMA UNITARIO SINTTICO
La determinacin de Hidrograma Sinttico para una duracin dada, en una cuenca
particular, depende de la existencia simultnea de registros de precipitacin y
caudal, que no siempre estn disponibles. Se han desarrollado tcnicas que
relacionan caractersticas morfomtricas de la cuenca (rea, permetro, pendiente,
etc.) con caractersticas del hidrograma unitario (tiempo al pico, caudal pico,
tiempo base, etc.). Estas relaciones se conocen con el nombre de hidrogramas
unitarios sintticos. La mayora de ellas son empricas, obtenidas con base en
datos de varias cuencas.
Las hidrgrafas unitarias sintticas pueden ser de tres tipos (Chow, 1994):
1) Las que relacionan las caractersticas de la hidrgrafa (caudales, tiempos al
pico, tiempo base, etc.) con las caractersticas de la cuenca. De este tipo son la de
Snyder (1938) y la de Gray (1961).
2) Aqullas basadas en hidrgrafas unitarias adimensionales: la del Soil
Conservation Service (SCS) y la de William y Hann.
3) Las basadas en modelos de almacenamiento de la cuenca: Clark (1943).
Muchos son los mtodos o modelos de hidrograma unitarios sintticos reportados
en la literatura; ninguno de ellos ha sido desarrollado para las condiciones
hidrolgicas propias de un pas tropical como Colombia. Sin embargo, esta
metodologa (los hidrogramas unitarios sintticos) es extensivamente usada en
Colombia. Los modelos del hidrograma unitario sinttico ms utilizados en
Colombia son:
Snyder Servicio de Conservacin de Suelos (SCS)
Williams y Hann
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Investigaciones realizadas en la Facultad de Minas, Universidad Nacional de
Colombia, Sede Medelln (Ochoa, Toro, 1992), muestran que las aplicaciones de
estos mtodos y modelos han originando resultados que son muy distantes para
una misma cuenca, con variaciones en los resultados de hasta 1000%. En esasinvestigaciones se concluy que el modelo del hidrograma unitario sinttico ms
apropiado para usar en nuestro medio es el de Williams y Hann.
8.1.9.1 Hidrograma Unitario de Williams y Hann
A principios de la dcada del setenta, Jimmy R. Williams y Roy W. Hannpropusieron un modelo para calcular el Hidrograma Unitario Sinttico producido
por una lluvia instantnea en una cuenca, a partir de sus principales
caractersticas geomorfolgicas, como son el rea, la pendiente del canal principal
y la relacin largo-ancho entre otros.
Las caractersticas geomorfolgicas de la cuenca estn representadas en el
modelo mediante dos coeficientes, que son la constante de recesin (K), y el
tiempo al pico (Tp).
El Hidrograma Unitario Sinttico desarrollado por Williams y Hann puede
expresarse en forma adimensional, dividiendo las abscisas y las ordenadas por el
tiempo al pico (Tp), y el caudal pico (Up), respectivamente, aunque tambin
pueden aplicarse con unidades de caudal (U) y tiempo (t).
Las ecuaciones propuestas por Williams y Hann para la determinacin de la formade su Hidrograma Unitario Sinttico son las siguientes:
( )
=
111
1 PT
tn
n
P
P eT
UUPara t < to
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= Ktt
o
o
eUU Para to< t < t1
= Ktt
o eUU31
Para t > t1
La ecuacin para el caso cuando t < toes aplicable a la curva de concentracin, es
decir, hasta el punto de inflexin, t0, de la rama decreciente (ver Figura).
Las ecuaciones para el caso to< t < t1 y t > t1 conforman la curva de recesin.
La ecuacin para el caso to< t < t1slo es vlida entre los puntos t0y t1, los cuales
estn separados por una distancia igual a dos veces la constante de recesin ,2K,
(ver Figura N10).
Figura N10 Hidrograma unitario sin ttico de Williams y Hann
Parmetros K y Tp del modelo. En el modelo de Williams y Hann, los parmetros
K y TP fueron determinados mediante anlisis de regresin, realizados sobre una
muestra de 34 cuencas localizadas en diversos lugares de los EE.UU., cuyas
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reas oscilan entre 1.30 Km2y 650 Km2. Dichos anlisis arrojaron como resultado
las siguientes ecuaciones:
124.0
777.0231.0
0.27
=
C
C
CPC W
L
SAK
133.0
46.0422.063.4
=
C
CCPCP
W
LSAT
En donde:
ACes el rea de la cuenca en mi2.
SCPes la pendiente media del canal principal en pies/milla.
LC/WCes la relacin largo ancho de la cuenca.
K es la constante de recesin en horas
TPes el tiempo al pico en horas.
Tiempos y Parmetros. La determinacin de los tiempos t0y t1y de los parmetros
n y B es necesaria para la obtencin del Hidrograma Unitario Sinttico. Estos
tiempos y parmetros fueron deducidos por Williams y Hann; las expresiones
obtenidas son las siguientes:
( )
+=5.0
1
11
nTt Po
El punto t1 est localizado a una distancia igual a dos veces la constante de
recesin de la cuenca, (2K), contada a partir de t0, es decir:
Ktt o 21 +=
n es conocido como el parmetro de forma del Hidrograma Unitario Sinttico de
Williams y Hann, y se puede encontrar con la siguiente expresin:
2
2
1
4
1
2
11
+
+
+=
PPP T
KT
KT
Kn
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8.2.1.2 Precipitacin media de la cuenca
La precipitacin se mide generalmente con pluvimetros, que son recipientes
estandarizados en los cuales puede medirse la lmina precipitada.
Los registros obtenidos de un pluvimetro o de un pluvigrafo representan
solamente un dato puntual dentro de un rea determinada. Para los anlisis
hidrolgicos, se requiere conocer la precipitacin sobre la regin de estudio, por lo
que se hace necesario convertir los valores puntuales de varias estaciones en un
valor promedio para la zona de estudio. Para esto, existen procedimientos tales
como:
8.2.1.2.1 Mtodo de la media aritmtica.
Este mtodo debe emplearse cuando la precipitacin de las estaciones cercanas
muestra poca variacin. Para la obtencin de esta se determina como el promedio
de las precipitaciones de las estaciones en el rea:
nPnPPP
n
Pn
Pm
n
++++== ...3211
8.2.1.2.2 Polgonos de Thiessen.
En este mtodo, los registros correspondientes a cada estacin son ponderados
por el rea de influencia de la estacin sobre el rea total de la cuenca.
El procedimiento para determinar estos factores de ponderacin es el siguiente: sedeterminan las estaciones que se van a usar en el anlisis y se unen por medio de
rectas; a estas rectas se les halla la mediatriz, y quedan definidos una serie de
polgonos que permiten definir el rea de influencia de cada estacin.
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Para la obtencin de la precipitacin media tenemos:
Figura N13 Polgonos de Thiessen
At
AnPnAPAPAP
At
AiPi
Pm
n
++++=
=
...3322111
Este mtodo determina las reas de influencia usando nicamente un criterio
geomtrico, sin tener en cuenta influencias climticas o topogrficas.
8.2.1.2.3 Isoyetas
Las isoyetas son las lneas que unen los puntos de igual precipitacin. Se trazan
lneas de igual precipitacin, tal como se trazan las curvas de nivel.
Figura N14 Isoyetas o lneas de igual p recipitacin
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Para la obtencin de la precipitacin media se suma el producto del valor de la
isoyeta media por su rea entre el rea total de la cuenca.
AtAnPnAPAPAP
At
AiPi
Pm
n
++++=
= ...3322111
8.2.1.3 Frecuencias Hidrolgicas
Es un procedimiento para estimar la frecuencia de ocurrencia o probabilidad de
ocurrencia de eventos pasados o futuros.
Para las estimaciones se utilizan distribuciones de probabilidad de valores
extremos, para definir precipitaciones o caudales mximos asociados a diferentes
perodos de retorno.
Frecuencia Hidrolog ica
120
170
220
270
320
370
0 20 40 60 80 100
Tiempo de retorno (aos)
Precipitacion
Figura N15 Representacin grfica de un anlisis de frecuencia hidrolg ica
La expresin del factor de frecuencia esta definida por
PMAXPMAXTr kP +=
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Donde:
PTr: Precipitacin para un periodo de retorno TR.
PMAX: Media estimada de las precipitaciones mximas.
PMAX: Desviacin estndar de las precipitaciones mximas
K: Factor de frecuencia que depende de la distribucin y del periodo de retorno.
Para la distribucin por el mtodo de Gumbel, el factor k se estima de la siguiente
manera:
+
=1
5772.06
Tr
TrLnLnK
En la ciudad de Medelln (Antioquia), se han aplicado diversas metodologas para
la estimacin de probabilidades de ocurrencia, pero se han encontrado que la
metodologa de Gumbel y Lognormal son las mas aceptables y con resultados
muy cercanos a los medidos.
8.2.2 EVAPOTRANSPIRACIN
Es uno de los componentes ms importantes del ciclo hidrolgico, y tal vez el ms
difcil de cuantificar. Este es el operador natural mediante el cual parte de la
precipitacin que cae sobre la tierra regresa de nuevo al sistema atmosfrico, en
forma de vapor de agua. Aproximadamente, el 75% de la precipitacin promedio
anual retorna a la atmsfera por medio de la evapotranspiracin (Mutreja 1986).
En climas tropicales, como el colombiano, las prdidas por evaporacin en
embalses, ros y canales son significativos respecto al agua total disponible.
La evapotranspiracin se define, pues, como la suma de la evaporacin desde la
tierra (superficies de agua, suelo o vegetal) y la transpiracin de los vegetales y
seres vivientes.
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La evaporacin depende de varios factores que no son independientes entre s:
- Radiacin solar
- Temperatura del aire y del agua
- Presin- Humedad relativa
- Viento
- Calidad de agua de la fuente de evaporacin
- Geometra de la superficie del agua
8.2.2.1 Evapotranspiracin potencial
El concepto de la evapotranspiracin potencial (conocido tambin por su
abreviatura EVP) se ha definido con el objeto de tratar de cuantificar las "prdidas"
por evaporacin para una cuenca, desde superficies distintas a la del agua. Este
valor pretende suministrar la informacin sobre el lmite mximo de la
evapotranspiracin que realmente ocurrir sobre una determinada rea, si el
suministro de agua es ilimitado tanto para las plantas como para la superficie del
suelo. Se ha encontrado que es una funcin esencialmente de las variables
meteorolgicas y de la rugosidad de la superficie.
En resumen, la Evapotranspiracin potencial es la prdida de agua, sea por
evaporacin y por transpiracin de las plantas, observada en la superficie lquida o
slida saturada, que ocurrira en el caso que hubiera un adecuado abastecimiento
de humedad de agua al suelo en todo momento.
La evaporacin desde la superficie libre de agua de un lago podra ser un ejemplode la evapotranspiracin potencial. An ms, en muchas investigaciones
aplicadas, se puede asumir la evapotranspiracin potencial como igual a la
evaporacin desde un lago en la misma zona. Tericamente, esta observacin no
es correcta, pues el albedo para la superficie del agua y del suelo puede ser muy
distinto, y de hecho se pueden presentar grandes errores.
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8.2.2.1.1 Ecuaciones para estimar la Evapotranspiracin potencial
La falta de datos confiables de campo y las dificultades para obtener registros de
evapotranspiracin han dado origen a numerosos mtodos que buscan, medianteel uso de datos climatolgicos, estimar la evapotranspiracin potencial.
(Subramanya 1984). Hay un gran nmero de expresiones disponible; unas
puramente empricas y otras respaldadas por fundamentos tericos, las ms
conocidas son las siguientes:
Ecuacin de Penman.
Ecuacin de Turc.
Ecuacin de Thornthwaite.
Ecuacin de Blaney-Cridle.
Ecuacin de Ceni
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