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EL METABOLISMO URBANO EN LA DISTRIBUCIÓN DEL CICLO HÍDRICO Y DE LA SUPERFICIE DEL SUELO EN EL MUNICIPIO DE

ZIPAQUIRÁ

LAURA CAROLINA RODRÍGUEZ H. LAURA YOLIMA SOLANO J.

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGEIERIA CIVIL

BOGOTÁ

2016

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EL METABOLISMO URBANO EN LA DISTRIBUCIÓN DEL CICLO HÍDRICO Y DE LA SUPERFICIE DEL SUELO EN EL MUNICIPIO DE

ZIPAQUIRÁ

LAURA CAROLINA RODRÍGUEZ H. LAURA YOLIMA SOLANO J.

Trabajo de grado para optar al Título de Ingeniería Civil

Director Mauricio González Méndez

Ingeniero Civil.

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ

2016

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NOTA DE ACEPTACIÓN

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FIRMA DEL PRESIDENTE DEL JURADO

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FIRMA DEL JURADO

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FIRMA DEL JURADO

BOGOTÁ, JUNIO 2015

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Contenido

1. INTRODUCCION ............................................................................................... 10

2.2 ANTECEDENTES .............................................................................................. 11

2.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 12

2.4 OBJETIVOS. ...................................................................................................... 13

2.4.1 OBJETIVO GENERAL: .................................................................................. 13

2.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ........................................................................ 13

2.5 JUSTIFICACION ................................................................................................ 14

2.6 MARCO DE REFERENCIA ................................................................................ 15

2.6.1 MARCO TEORICO ........................................................................................ 15

2.6.2 MODELOS DE INFILTRACION ..................................................................... 16

3. CARATERIZACION DEL TERRITORIO ......................................................... 24

3.2 Descripción Física: ............................................................................................. 25

4. METODOLOGIA ............................................................................................. 26

4.1. DIAGNOSTICO EN EL CAMBIO DE LOS MODELOS DE DESARROLLO PLANES DE ORDENAMIENTO O USOS DE SUELO EN EL MUNICIPIO. ...................... 26

4.2. ANÁLISIS HIDROLÓGICO DE LAS CUENCAS PRESENTES EN EL MUNICIPIO. ........................................................................................................................... 27

5. ANALISIS DE COBERTURAS POR AREAS .................................................. 29

6. ANALISIS DE CUENCAS Y PRECIPITACIONES .......................................... 36

7. ANALISIS INFILTRACION Y ESCORRENTIA ................................................ 40

8. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................ 52

9. CONCLUSIONES ........................................................................................... 57

10. RECOMENDACIONES ................................................................................... 58

11. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 59

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LISTA DE GRAFICAS.

GRAFICA 1. Porcentajes de áreas ocupadas según su año para la cuenca de

rio Negro…………………………………………………………………….34

GRAFICA 2. Porcentajes de áreas ocupadas según su año para la cuenca de rio Frio……………………………………………………………………….35

GRAFICA 3. Porcentaje de precipitación………………………………………..37

GRAFICA 4. Porcentaje del volumen de agua por cuenca……………………39

GRAFICA 5. Porcentaje del método de curva para la cuenca de rio negro…48

GRAFICA 6. Porcentaje del método de curva para la cuenca de rio frio…….49

GRAFICA 7. Porcentajes de infiltración y escorrentía………………………….51

GRAFICA 8. Porcentajes de infiltración y escorrentía………………………….52

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LISTA DE TABLAS

TABLA 1 valores de la capacidad de infiltración……………………………….18

TABLA 2. áreas ocupadas año 1998……………………………………………30

TABLA 3. áreas ocupadas año 2001………………………………..………….30

TABLA 4. Áreas ocupadas 2013……………………………………………......31

TABLA 5. Áreas ocupadas 2016……………………………………..…………31

TABLA 6. Áreas rurales ocupadas en el municipio…………………..………32

TABLA 7. Porcentaje de las áreas ocupadas en los 4 periodos………....33

TABLA 8. Áreas de cuencas y longitud del rio…………………………………37

TABLA 9. Porcentaje de volumen de precipitación por cuenca………………37

TABLA 10. Porcentaje del volumen de agua de municipio………..…………38

TABLA 11. valores para la cuenca de rio frio con el modelo de curva....41-42

TABLA 12. valores de la cuenca de rio negro con el modelo de curva....42-44

TABLA 13. Coeficientes de escorrentía………………..………………………46

TABLA 14. Porcentaje del método número de curva…………………..……47

TABLA 15. Tabla de cálculos finales…………………………..……………...50

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GLOSARIO.

ADOQUINES: se refiere a las piedras o bloques labrados de diversas formas y en diferentes materiales. El material más utilizado para su construcción ha sido el granito, debido a su resistencia y facilidad para el manejo.

CICLO HIDRICO: se refiere un proceso o ciclo bioquímico mediante el cual el agua puede circular entre los distintos compartimentos de la hidrósfera. Permitiendo también que esta cambie de estado físico.

CUENCA: se refiere a un territorio que es drenado por un único sistema de drenaje natural, esto quiere decir que vierte sus aguas al mar por medio de un único río.

ESCORRENTIA: se refiere al flujo de agua que circula sobre la superficie de un drenaje o cuenca.

IMPERMEABLE: se refiere a la característica que posee cierto tipo de material o estructura para repeler una amplia gama de líquidos haciendo que estos reboten en la superficie.

INFILTRACION: se refiere al proceso mediante el cual las aguas resultantes de las precipitaciones o de almacenes naturales (deshielo, ríos, lagos), descienden a la superficie de la tierra adentrándose en el subsuelo.

METABOLISMO URBANO: se refiere al intercambio de energía, metería prima y recursos naturales que se establece entre cualquier asentamiento urbano y su entorno natural o contexto geográfico. determinando a su vez las relaciones entre dichos materiales y los procesos sociales.

PAVIMENTOS ARTICULADOS: Se refiere aquellas estructuras en las que la capa superior está conformada por elementos prefabricados como: concreto, piezas de arcilla o piedras duras cortadas o en su forma natural, los cuales, empatan entre sí, sin recurrir al uso de otros materiales para fijarlos. Su objetivo es proporcionar resistencia estructural para favorecer el paso de vehículos o peatones y por medio de su capa superior permite controlar la erosión por acción del agua o el viento de los materiales que conforman dicha base.

PAVIMENTOS DRENANTES: se refiere a una capa rígida la cual está hecha a base de áridos que, a diferencia de los hormigones y asfaltos, permite el drenaje total de fluidos hídricos desde la superficie hasta la base.

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PERMEABLE: se refiere a la capacidad que posee cierto tipo de material o estructura para permitir el paso de cualquier tipo de líquido de la superficie al interior sin que este modifique su composición original.

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1. INTRODUCCION

Durante siglos de evolución el hombre ha utilizado los recursos que proporciona la biosfera para su beneficio, desarrollo y supervivencia, dichos recursos, propios de la hidrósfera (agua) la litosfera (tierra) y la atmosfera (aire) los cuales comprenden los elementos fundamentales para la correcta adaptación y la preservación de la especie humana. No obstante, el aprovechamiento de los recursos naturales, con el paso del tiempo se ha convertido más en una explotación desenfrenada en lugar de ser un simple beneficio y es así como el hombre ha destruido a su paso con el clima ambiental y ha roto este equilibrio, factores como: la contaminación, el deterioro de la capa de ozono, el agotamiento de los recursos hídricos, de fauna y flora entre otros, son producto de este desenfreno. [1]

Es por esto que durante las últimas décadas (1990 en adelante) se ha retomado y trabajado sobre el concepto que hoy es conocido como “metabolismo urbano” el cual se entiende como el equilibrio que debe existir entre el ecosistema y el desarrollo urbano, basado en el intercambio de materia, energía, e información entre los asentamientos y el ambiente natural. Dicho principio a su vez determina y busca equilibrar las exigencias de materias primas que el hombre requiere y el impacto que la utilización de estas tiene para el ecosistema, con el fin de lograr un aprovechamiento sano de los recursos, evitando el máximo el impacto ambiental y beneficiando también el desarrollo de la vida cotidiana.

Es importante resaltar que cualquier territorio apto para la explotación de recursos debe considerar en primera instancia las políticas del sostenimiento ambiental para la correcta utilización del medio, con base en esto el presente estudio analizarán los antecedentes de la explotación de los recursos de la superficie del suelo del municipio de Zipaquirá y el manejo de los ciclos hídricos en el mismo, con el fin de optimizar el uso de los recursos y plantear una solución para mitigar el impacto que ha sido causado por el mal manejo de estos, tomando en cuenta que el desarrollo desproporcionado de los cascos urbanos y de las zonas industriales han sido los principales desencantes de dichas afectaciones .

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2. GENERALIDADES

2.2 ANTECEDENTES

Como base para el desarrollo de este proyecto se tiene en cuenta el artículo (Kennedy, Pincetl, & Bunje, 2011) [2] el cual ofrece una visión del desarrollo del concepto de metabolismo urbano, En dicho artículo se presenta desde el inicio el uso del concepto, quienes fueron los creadores de este, y por qué y para qué es importante. Igualmente, describe la importancia de introducir este sistema en el desarrollo civil en general. Partiendo de estos propuestos es posible tener una mejor visión de los factores que se deben incluir en los POT (Plan de Ordenamiento Territorial) de Colombia, para mitigar el impacto que se está generando por el uso inadecuado de los recursos naturales.

Diversas investigaciones como la de (Álvarez, 2011) [3] han analiza el efecto positivo del metabolismo urbano en la capital de Colombia (Bogotá), siendo una ciudad cercana al municipio de Zipaquirá donde se va a desarrollar dicho proyecto, demostrando que este sistema ha beneficiado algunos sectores en la ciudad capital. Este artículo permite tener una idea más clara sobre el objetivo al que se quiere llegar con la implementación de este proyecto en el municipio de Zipaquirá.

Es pertinente dar una breve descripción del municipio el cual se localiza al norte del departamento de Cundinamarca en el centro del país, a escasos 30 kilómetros de Bogotá. Con una población de 122.347 habitantes, es el segundo municipio más grande y poblado de su provincia y es reconocido a nivel internacional por su Catedral de Sal, la cual recibió el reconocimiento como “Primera maravilla de Colombia” el 4 de febrero del 2007; además de su casco urbano, el cual fue declarado patrimonio histórico y cultural de Colombia.

El municipio de Zipaquirá por sus condiciones geográficas posee riquezas ambientales, sociales, económicas y culturales que despiertan en los ciudadanos un interés por conocer y visitar este territorio, la administración municipal en su compromiso con sus ciudadanos, desea ofrecer un espacio ambientalmente sostenible donde la sociedad logre satisfacer sus necesidades acorde con los requerimientos básicos de calidad ambiental que demanda la vida y sus interrelaciones diarias, para lograr este fin, se debe realizar un compromiso decidido y permanente de todos los entes gubernamentales, líderes comunitarios y de la comunidad en general para utilizar todos los medios físicos, económicos y sobre todo el recurso humano, para proteger y preservar el medio ambiente y evitar el impacto ambiental. Por lo anterior, las autoridades municipales han fomentado programas y

https://es.wikipedia.org/wiki/Cundinamarca

https://es.wikipedia.org/wiki/Bogot%C3%A1

https://es.wikipedia.org/wiki/Catedral_de_Sal

https://es.wikipedia.org/wiki/4_de_febrero

https://es.wikipedia.org/wiki/2007

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proyectos enfocados a la protección, conservación y reconocimiento de estos recursos.

2.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El crecimiento territorial de las ciudades es un factor primordial para el desarrollo de estas, no obstante, sin el debido control y el correcto aprovechamiento de los campos geográficos de los territorios es posible que el crecimiento o desarrollo urbano conlleve a un agotamiento de los recursos naturales, en especial los recursos hídricos y terrestres.

El municipio de Zipaquirá, durante los últimos años ha expandido su territorio y ha crecido de manera sustancial, promoviendo la construcción de nuevas urbanizaciones, nuevas vías e incluso nuevas zonas industriales, sin embargo, este progreso no ha sido proporcional a los recursos naturales del municipio y hasta la fecha, la falta de control de expansión territorial ha acarreado dificultades en cuanto a las distribuciones en los ciclos hídricos y la explotación de zonas rurales. Por las razones expuestas anteriormente es importante implementar un plan de control que permita el desarrollo y la expansión de la ciudad sin agotar los recursos, contando con la correcta distribución de las zonas, es decir, una división de los territorios aptos para el desarrollo urbano y para el desarrollo industrial, garantizando así la preservación de las áreas rurales y naturales del municipio. Lo anterior partiendo del control superficial del suelo y el mejoramiento en la distribución de los diferentes ciclos hídricos, garantizando con esto un mejor aprovechamiento de dichos recursos; cabe resaltar que ambos aspectos estarán orientados en base a lo propuesto por el metabolismo urbano y por el análisis de las debilidades y fortalezas del municipio.

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2.4 OBJETIVOS.

2.4.1 OBJETIVO GENERAL:

Analizar el impacto de la distribución y utilización de los recursos de la superficie del suelo a través de los conceptos de metabolismo urbano, en el ciclo hidrológico en el municipio de Zipaquirá, Colombia.

2.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Conocer cómo ha sido el desarrollo histórico de las actividades principales presentes en el suelo del municipio de Zipaquirá, Colombia.

Estudiar las modificaciones en el ciclo hidrológico del municipio teniendo en cuenta los conceptos de metabolismo urbano.

Hacer recomendaciones de acuerdo a la distribución de los usos del suelo para mitigar la afectación en los recursos hídricos del municipio.

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2.5 JUSTIFICACION

En vista del creciente deterioro ambiental generado por la expansión territorial no controlada y por el gasto de los recursos hídricos en el municipio de Zipaquirá es necesaria la implementación de nuevos mecanismo y técnicas que permitan el control de los recursos y el correcto aprovechamiento del espacio geográfico de la ciudad.

Como primera medida es necesario realizar un adecuado control en los ciclos hídricos de la ciudad dado que este es el eje central para la correcta distribución de agua en Zipaquirá, esto mediante la implementación de técnicas que favorezcan el ciclo hidrológico normal como: muros vegetales plantados, sistema de paneles modulare entre otros.

adicionalmente, luego de estudiar a fondo los espacios geográficos del municipio, se espera clasificar para un futuro los territorios de acuerdo a sus características, dividiéndolos en: zonas industriales, zonas para vivienda o desarrollo urbano, y zonas rurales, tomando en consideración que estas últimas son de gran importancia por su valor agrícola el cual es también fuente de ingreso económico y sostenimiento para el municipio.

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2.6 MARCO DE REFERENCIA

2.6.1 MARCO TEORICO

2.6.1.1 METABOLISMO URBANO

Se entiende como el equilibrio que debe existir entre el ecosistema y el desarrollo urbano, basado en el intercambio de materia, energía, e información entre los asentamientos y el ambiente natural.

“Metabolismo urbano es el intercambio de materia, energía e información que se establece entre el asentamiento urbano y su entorno natural o contexto geográfico. Esta formulación del concepto de metabolismo urbano viene dada por el Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo en el año 1990, tras el análisis llevado a cabo sobre el ambiente urbano. La biosfera como todo sistema abierto intercambia sustancias y disipa energía, y de este intercambio depende la capacidad reproductiva y de transformación del subsistema, por lo que es tan importante el sistema como el medio. Este sistema está formado por subsistemas, y el hombre, sus máquinas y sus redes de comunicación forman parte de sus diagramas energéticos y de información.” [2]

2.6.1.2 PRECIPITACION

Para el desarrollo de este trabajo de investigación se contó con las medidas de precipitación referenciadas en la CAR (Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca), la cual cuenta con equipos de monitoreo en la ciudad de Zipaquirá, de los anteriores fueron utilizados: la estación Ventalarga y la estación Zipaquirá proporcionando medidas en milímetros (mm), permitiendo realizar los cálculos respectivos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Metabolismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_abierto

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2.6.2 MODELOS DE INFILTRACION

En ingeniería, la infiltración se refiere al paso del agua que se encuentra en la superficie del suelo hacia el interior de este, en dicho proceso intervienen cuatro factores importantes lo cuales son: las cantidades de agua y aire presentes en el interior de la superficie terrestre, el agua disponible a infiltrar, el estado de la superficie y la naturaleza del suelo.

2.6.2.1 Proceso de infiltración

FIGURA 1 infiltración del agua

Desde el momento en que el agua ingresa a la superficie, las primeras capas del suelo se humedecen bidireccionalmente de arriba hacia abajo, alterando gradualmente la concentración de humedad. Este aporte de agua tiende a la saturación en toda la profundidad, sin embargo, normalmente la infiltración proveniente de precipitaciones naturales no es capaz de irrigar todo el suelo, por tanto, sólo son las capas más cercanas a la superficie de la tierra son las que en su mayoría alcanzan dicha saturación, de esta forma la concentración de humedad decrece con la profundidad.

Cuando finaliza el aporte de agua en la superficie, termina a su vez la infiltración, la humedad que se encuentra en el interior del suelo se redistribuye, generando un perfil de humedad inverso, es decir los residuos hídricos presentes en el interior de la superficie terrestre se conservan en mayor cantidad de tiempo, en contraste con la capa superficial la cual debido a su exposición muestra un tiempo de humedad menor.

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2.6.2.2 Capacidad de infiltración y tasa de infiltración

El concepto de capacidad de infiltración se refiere a la diferencia de potencial que tienen los distintos tipos de suelo para absorber agua a través de su superficie y el tiempo que requiere para ello.

Un modelo de tasa de infiltración real solamente puede darse cuando el aporte hídrico que proviene de las precipitaciones naturales o de escurrimientos superficiales de otras áreas, tiene una intensidad superior o igual a la capacidad de infiltración.

FIGURA 2 Curvas de capacidad y Tasas de infiltración

La figura 2 muestra el ciclo normal del proceso de infiltración en donde las curvas muestran la evolución temporal de la infiltración real y de la capacidad de infiltración ante una posible precipitación.

Cabe resaltar que para establecer el modelo de infiltración adecuado deben tomarse en consideración las ecuaciones existentes acordes a las

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características del suelo y la cantidad de agua, estas a su vez determinaran una capacidad y una tasa de infiltración diferente.

A continuación, en la tabla 1 se dan algunos valores promedios de capacidad de infiltración para distintos tipos de suelos:

TABLA 1 valores de la capacidad de infiltración

2.6.2.3 Redistribución interna

Es denominado drenaje o redistribución interna al proceso final de infiltración en donde el agua asentada en la superficie del suelo sigue un movimiento descendente al interior de este en respuesta a la presión y los gradientes gravitacionales, de acuerdo a condiciones ambientales existentes la velocidad con que la redistribución ocurre puede ser evidenciada en minutos, días o ser imperceptible.

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2.6.2.4 Modelo general de infiltración

𝑞 = 𝐾 ∗ 𝑔𝑟𝑎𝑑 ℎ [L2 T-1]

Donde:

q = velocidad de Darcy [L2 T-1]

K = conductividad hidráulica del suelo [LT-1]

h = carga piezométrica [L]

En suelos no saturados K varía con la humedad del suelo, teniendo como límite la conductividad hidráulica saturada Ksat. h, por su parte, tiene dos componentes principales en un suelo no saturado, en función de las energías involucradas:

h = ϕ + z [L]

Donde:

ϕ = potencial capilar, altura de agua equivalente que ejerce la misma tensión de succión capilar [L].

Z = potencial gravitacional (profundidad) [L].

2.6.2.5 MODELOS PARA EL CÁLCULO DE LA INFILTRACIÓN PUNTUAL.

2.6.2.5.1 Modelo de Horton

𝐼𝑡=𝐼𝑏+(𝐼𝑖+ 𝐼𝑏 )𝑒−𝑘𝑡

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Donde:

t = tiempo pasado desde la saturación superficial del suelo

k = constante de decaimiento [T-1]

It = tasa de infiltración en el tiempo t

Ii = tasa de infiltración inicial (t = 0)

Ib = tasa mínima de infiltración (asintótica).

volúmenes infiltrados acumulados en el tiempo:

𝑽𝒇 = 𝑰𝒊 + 𝑰𝒃

𝑲( 𝟏 − 𝒆−𝒌𝒕) + 𝑰𝒃𝒕

Donde:

Vf = volumen infiltrado acumulado hasta el tiempo t, contado a partir del momento en la superficie del suelo se saturó.

2.6.2.5.2 Modelo de Philip

𝑰 = 𝑪𝒕 −𝟏

𝟐+ 𝑨 + 𝑫𝒕

𝟏

𝟐+ 𝑬𝒕 …

Donde:

t es el tiempo pasado desde el inicio de la infiltración y C, A, D y E son coeficientes que dependen del medio poroso.

El volumen infiltrado acumulado:

𝑽𝒇 = 𝑺𝒕𝟏/𝟐 + 𝑨𝒕

Donde:

S = 2C es definida como la absorción del suelo.

𝑰 =𝟏

𝟐𝑺𝒕𝟏/𝟐 + 𝑨

l ajuste de esa ecuación a datos medidos en el campo.

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2.6.2.5.3 Modelo de Green-Ampt

𝑓 = K´ φf + L

L

Donde:

f = tasa o velocidad de infiltración [LT-1],

K’ = conductividad hidráulica saturada aparente del suelo [LT-1].

Considerando que: f = dF dt, el volumen infiltrado acumulado, F, está dado por:

F = L(θ − θi)

Donde:

f = tasa o velocidad de infiltración [LT-1],

K’ = conductividad hidráulica efectiva del suelo [LT-1].

θ’ = θsat -θair = contenido de humedad máximo

θsat = contenido de humedad detrás del frente húmedo, equivale al volumen de vacíos por unidad de volumen de suelo

θair = aire atrapado por unidad de volumen de suelo

θi = contenido de humedad inicial del suelo.

Integrando la ecuación 3.9 de Green y Ampt, el volumen infiltrado acumulado, F,

Está dado por:

𝒇 = 𝑲´ 𝑺𝒇 + 𝑭

𝑭

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Donde Sf es un factor de succión-almacenamiento:

𝑺𝒇 = 𝝋𝒇(𝜽´ − 𝜽𝒊)

Despejando F en la ecuación y analizando el momento de la saturación superficial se obtiene el volumen infiltrado desde el inicio de la precipitación hasta el encharcamiento:

𝐹𝑝 =𝑆𝑓

𝑟𝐾 ´ − 1

Siendo r la intensidad constante de precipitación que infiltra completamente en este período. Esto lleva a la deducción de la siguiente expresión del tiempo de encharcamiento:

𝑡𝑝 =1

𝑟

𝑆𝑓

(𝑟/ 𝐾´ − 1)

Como, f = dF/dt se puede obtener una ecuación implícita de F(t) integrando la ecuación, siendo los límites inferiores de integración t = tp y F = Fp . De este cálculo

Se obtiene:

𝐹(𝑡) = 𝐾´(𝑡 − 𝑡𝑝) + 𝐹𝑝 + 𝑆𝑓𝐿𝑛 (𝐹(𝑓) + 𝑆𝑓

𝐹𝑝 + 𝑆𝑓)

2.6.2.5.4 Método del número de curva

El modelo de número de curva se rige en base a lo establecido en Soil Conservation Service, la cual proporciona las tablas de medición útiles para medir la infiltración.

𝑄 =(𝑃 − 0,2𝑆)2

(𝑃 + 0,8𝑆)

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Donde:

Q: Es la escorrentía directa.

P: Es la precipitación.

S: Es la diferencia potencial máxima entre P y Q a la hora que se inicia la tormenta y representa proporcionalmente la pérdida de escorrentía por infiltración, intercepción y almacenamiento superficial.

Para obtener el valor de s:

𝑺 =𝟏𝟎𝟎

𝑪𝑵− 𝟏𝟎

Donde:

CN es el número de curva dato de la tabla de Soil Conservation Service.

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3. CARATERIZACION DEL TERRITORIO

El municipio de Zipaquirá se encuentra situado en la sabana del centro de Colombia, a unos 2.650 metros de altura sobre el nivel del mar; también llamada la “capital salinera del país”, cuenta con una temperatura media de 14ºC y una superficie de 197 kilómetros cuadrados, es un territorio fértil y de carácter agrícola, ganadero y minero. Su población se cercana a los 106.250 millones de habitantes y Su cercanía con la capital de la república es de tan sólo 47 kilómetros lo que permite una constante interacción con esta y con municipios aledaños.

En sus inicios, el territorio del municipio empezaba en lo que hoy es conocido como Pueblo Viejo, ubicado aproximadamente a unos 183 metros más elevado de su ubicación actual, luego de varios siglos, la ciudad se expande hacia el prominente campo donde hoy en día sigue su curso.

No obstante, en los últimos 20 años, la historia e infraestructura de la ciudad han cambiado de manera notable, incrementando las zonas urbanas e industriales y por consiguiente el aumento de obras viales y de acceso.

FIGURA 3 municipio de Zipaquirá.

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3.2 Descripción Física:

Extensión: Zipaquirá posee una extensión aproximada de 197 kilómetros cuadrados así: 8 kilómetros cuadrados de la zona urbana y 189 kilómetros cuadrados de la zona rural.

Altura sobre el nivel del mar: La altitud del casco urbano del municipio de Zipaquirá sobre el nivel del mar es de 2.650 metros.

Clima: Zipaquirá tiene una temperatura media de 14º centígrados. En los meses de sequía y verano sube a 16º centígrados y se han registrado excepcionalmente olas transitorias de calor hasta de 20º centígrados.

Relieve: Topográficamente esta sección territorial está dividida en dos regiones bien definidas: 1.- Región plana situada al oriente, rica en pastos aprovechados para la ganadería. 2.- Región montañosa situada al occidente, (rica en minerales) entre la que se destacan entre otras las siguientes alturas: a.- El cerro del Zipa bajo el cual se encuentra la mina y su monumental templo subterráneo de sal, el Páramo de Guerrero rico en yacimientos de carbón, la serranía de Ventalarga con Pantano Redondo b.- El cerro del Calzón.

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4. METODOLOGIA

Como primera medida para el desarrollo del proyecto fue necesario delimitar el territorio del municipio el cual cuenta con una superficie de 198530394,71 m² seguidamente de acuerdo con el P.O.T. de este se realizaron los cálculos de las coberturas por áreas de acuerdo a su uso: zona industrial, zona residencial, zona rural, zona vial y zona central para los años: 1998, 2001 y 2013, además de establecer las áreas permeables e impermeables, lo anterior teniendo en cuenta el tipo de zona. Posteriormente, para realizar el estudio del ciclo hidrológico referente a precipitaciones y caudales fue necesario recurrir a la información hidrometeorológica del municipio la cual se encuentra adjunta en la página oficial de la C.A.R. Con los datos obtenidos fue posible dividir la superficie del municipio de acuerdo a sus dos principales cuentas ( cuenca de Rio frío: estación de Ventalarga y cuenca de Rio negro: estación Zipaquirá) extrayendo de las tablas los datos de las precipitaciones y caudales para cada cuenca y año, Cabe resaltar que las precipitaciones debieron ser adaptadas a medición volumétrica, debido a que estas fueron obtenidas en el formato original en mm. Finalmente el caudal fue utilizado para determinar el volumen de agua por cuenca.

Luego de realizar dichos estudios, se procedió a investigar sobre los diferentes modelos de infiltración con el objetivo de determinar el más apropiado para las características y requerimientos del municipio, tomando como referencia artículos anexos en “Natural Resources Conservation Service soilse”; adicionalmente se extrajo información de “SWMM, modelo de gestión de aguas pluviales” y del libro “hidrología en la ingeniería”. Escogiendo finalmente el modelo de numero de curva como opción para determinar a infiltración y la escorrentía.

4.1. DIAGNOSTICO EN EL CAMBIO DE LOS MODELOS DE DESARROLLO PLANES DE ORDENAMIENTO O USOS DE SUELO EN EL MUNICIPIO.

El municipio se divide en zona rural y zonas urbana, con respecto a la zona urbana del municipio se delimita por cuatro áreas, la primera corresponde a la tradicional cabecera, en el cual se encuentra ubicado el centro histórico del y sector comercial; la segunda se encuentra Villas del Rosario donde encontramos zonas de viviendas; la tercera se encuentra la Paz-Santa Isabel en la que encontramos toda la zona industrial que al paso de los años se ha expandido llegando al punto de tomar áreas que estaban previstas para uso agrícola en la entrada del municipio; por ultimo encontramos el sector de

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Barandillas en el que se tienen usos de suelos en agricultura, vivienda, industria.

Para el suelo de expansión en el municipio se encuentran áreas destinadas delimitadas en: Algarra-San Rafael uso de vivienda; la fraguita para uso de vivienda de interés social.

En la zona rural se tienen todos los usos que corresponden agrícolas, pecuarios, forestales, minero, agroindustriales. Se encuentran también centros poblados rurales en los que se tienen sistemas estructurales,

servicios públicos, vías, espacios públicos. Los centros poblados se establecen como caseríos con veinte o más viviendas.

En esta zona también se encuentra el uso suburbano en el que se denominan las áreas que mezclan el uso del suelo (campo y vivienda).

4.2. ANÁLISIS HIDROLÓGICO DE LAS CUENCAS PRESENTES EN EL MUNICIPIO.

La ramificación de la cordillera occidental, da nacimiento a importantes quebradas de apacible caudal. Al este, es poco rica la hidrografía por ser esta la parte plana del municipio y la más seca.

Principales Ríos de Zipaquirá:

I. Al norte: El río Neusa, el cual nace en el Páramo de Guerrero y atraviesa la Vereda de Rio frío con dirección nordeste. Al sur: El Río Frío

II. Al oriente: El río Tibitó Al occidente: El Juratena La parte plana del municipio la riegan los ríos Neusa y Tibitó (que después se llama Funza o Bogotá).

Quebradas:

I. Al norte: Alizal, Versalles, Quiroga, Pescadero, La Calera, Los Coclíes y el Tejar.

II. Al oriente: Quebrada Honda, Del Mortiño, Los Laureles, (La Fuente), Chitagá, La Amarilla, La Toma y Susagua.

III. Al Occidente: Pantano largo, El Carrizal, Rodamontal, la Arteza, El Rio negro o Tosagua, llamado en su nacimiento La Tibia y El Tejar o Uricia.

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IV. Al sur: El Hornillo, El Gavilán o Chitagua, Aguaclara, Guabal, la Colorada y el Salitre.

En el documento se menciona el rio negro el cual es abastecido por diferentes quebradas, pero lastimosamente a través del tiempo por el uso inadecuado por parte de la comunidad este se ha convertido en un canal de paso de aguas contaminadas, ya que es un rio que pasa por el sector del casco urbano del municipio.

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5. ANALISIS DE COBERTURAS POR AREAS

Para el análisis de cobertura se tomó de acuerdo a la ubicación de las dos cuencas a tratar en el mapa del municipio, cada cuenca se dividió según el uso, en el caso de la cuenca rio negro esta toda la parte urbana de la ciudad en la que se ubican zonas industriales, vivienda, vías, centro algunas veredas que conforman esta parte. En el caso de la cuenca rio frio tenemos la gran parte del casco rural del municipio la cual está conformada con veredas y paramos donde están ubicados algunos nacimientos de agua que abastecen el municipio.

FIGURA 4 municipio de Zipaquirá ubicación de estaciones.

A continuación, se presentarán tablas donde se encuentran los promedios de cobertura por áreas, las cuales nos facilitara determinar las áreas permeables e impermeables para nuestro proyecto.

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TABLA 2. áreas ocupadas año 1998

PROMEDIO DE AREAS OCUPADAS AÑO 1998

ZONAS AREA (m²) %

1 ZONA INDUSTRIAL 597200 0,774

2 ZONA CENTRO ADOQUINADA

8980 0,012

3 ZONA VIVIENDA 2687600 3,485

4 ZONA VIAL 1493100 1,936

5 OTROS 72327227 93,792

6 TOTAL 77114107 100

En la tabla 2 se registran las áreas correspondientes al año de 1998 en el que el municipio contaba con un área de 77114107m² para zonas urbanas, donde la zona industrial de acuerdo con el P.O.T. se encontraba ubicada en la parte oriental del territorio, ocupando un 0.77% del área neta, la zona central se encontraba adoquinada contando con un 0.012%, la zona de vivienda ubicada a los alrededores de la zona central del municipio contaba con 3.485% del área neta. con respecto a las zonas viales contaba con un 1.936% y finalmente las veredas, los barrios aledaños a las afueras del municipio y las zonas vírgenes los cuales corresponden a “otros” en la tabla, ocupaban el 93, 792 % de área neta.

TABLA 3. áreas ocupadas año 2001


ZONAS AREA (m²) %



5433000 6,916


4 ZONA VIAL 2057630 2,619

5 OTROS 65362433 83,209

6 TOTAL 78552073 100

En la tabla 3 se evidencia el incremento en la zona industrial con un valor correspondiente a 0.339% con respecto al porcentaje del año 1998. En lo referente a la zona central tuvo un incremento del 6.904% esto debido al mejoramiento de las vías en donde fue remplazado el pavimento por adoquines, por su parte la zona de vivienda tuvo un incremento del 2. 657% dado por la instauración de proyectos de interés social, al generarse estos incrementos las zonas viales también mostraron un aumento del 0.683%. finalmente, las veredas, los barrios aledaños a las afueras del municipio y las

31

zonas vírgenes los cuales corresponden a “otros” en la tabla mostraron una disminución del 10. 583% ya que estas zonas libres fueron ocupadas para fines industriales o residenciales.

TABLA 4. Áreas ocupadas 2013


ZONAS AREA (m²) %



8431930 10,768


4 ZONA VIAL 3186680 4,069

5 OTROS 58581797 74,809

6 TOTAL 78308507 100

En la tabla 4 se evidencia un incremento de la zona industrial del 1.032% ocupando todo el territorio occidental el cual es conocido actualmente como “la paz” (su territorio inicia en la calle 4 hasta la calle 14 - Santa Isabel), por su parte la zona centro muestra un incremento del 10. 756% por las reformas realizadas en los periodos correspondientes a los años 2001-2013, la zona de vivienda tuvo un incremento de 5.063% por el incremento de viviendas de interés social, la zona vial está sujeta al crecimiento del municipio, por lo que muestra un aumento del 2.133% finalmente, las veredas, los barrios aledaños a las afueras del municipio y las zonas vírgenes los cuales corresponden a “otros” redujeron en un 18.983% debido al aumento en las otras zonas, todos estos valores porcentuales se estandarizan con respecto a los valores registrados del año 1998.

TABLA 5. Áreas ocupadas 2016


ZONAS AREA (m²) %



8431930 10,768


4 ZONA VIAL 5479600 6,997

5 OTROS 53284137 68,044

6 TOTAL 78308507 100

32

la tabla 5 se promediaron los valores registrados en los tres periodos de tiempo (1998, 2001, 2013) en relación a lo que se evidencia actualmente en el municipio.

TABLA 6. Áreas rurales ocupadas en el municipio

PROMEDIO AREAS OCUPADAS

ZONAS (m²) %

1 VEREDA PARAMO DE GUERRERO

48950296 40,7

2 VEREDA EMPALIZADO 3865208 3,2

3 VEREDA VENTA LARGA 16950296 14,1

4 VEREDA SAN ISIDRO 14758296 12,3

5 VEREDA RIO FRIO 7425199 6,2

6 VEREDA BARRO BLANCO 16950296 14,1

7 VEREDA SAN JORGE 11322296 9,4

La tabla 6 muestra el promedio de las áreas rurales occidentales del municipio, las cuales no han mostrado cambios a través de los periodos analizados (1998,2001,2013)

33

TABLA 7. Porcentaje de las áreas ocupadas en los 4 periodos.

En la tabla 7 se muestra el porcentaje de las áreas ocupadas de los cuatro años divididos por las cuencas que se van a trabajar (rio frio y rio negro). Cada porcentaje fue explicado en las tablas anterior mente expuestas.

34

GRAFICA 1. Porcentajes de áreas ocupadas según su año para la cuenca de rio negro.

En grafica 1 muestra el comportamiento de las áreas ocupadas en los diferentes años de acuerdo a su uso en la cuenca de rio negro, como se puede observar con respecto a la zona industrial tuvo un comportamiento no muy vareado llegando en el año 2016 a un 2,748% aproximadamente ya que actuales mentes se han ocupado áreas del municipio que no estaban contempladas en el POT como zonas industriales.

En la zona del centro adoquinada como lo quisimos llamar ya que esta área a tenido muchos cambios a paso de los años ha tenido un incremento del 10,768% con respecto al año de1998. El comportamiento de la zona de viviendas también se ha tenido un incremento generoso al que han implementado más viviendas de interés social, gracias a los programas que genera cada administración para dar una vivienda digna a los ciudadanos, por otra parte, al incrementar el casco urbano aumenta las zonas viales para facilitar el acceso al municipio y dentro del municipio como se muestra en la gráfica se tuvo un incremento del 6,997%.

Con respecto al comportamiento del índice denominado otros ya explicado en las tablas anteriores, se tienen una reducción al 68,044% ya que son zonas de expansión según el uso que se estipule en el POT, ya sea zona de vivienda, zonas agrícolas etc.

ZONAINDUSTRIAL

ZONACENTRO

ADOQUINADA

ZONAVIVIENDA

ZONA VIAL OTROS

0,7

74

0,0

12

3,4

85

1,9

36

93

,79

2

1,1

13

6,9

16

6,1

42

2,6

19

83

,20

9

1,8

06

10

,76

8

8,5

48

4,0

69

74

,80

9

2,7

48

10

,76

8

11

,44

3

6,9

97

68

,04

4

PROMEDIO AREAS OCUPADAS CUENCA RIO NEGRO%

1998 2001 2013 2016

35

GRAFICA 2. Porcentajes de áreas ocupadas según su año para la cuenca de rio frio.

En grafica 2 muestra el comportamiento de las áreas ocupadas en la cuenca de rio frio, el análisis de esta cuenca es diferente ya que es la parte rural del municipio y su división por ares se realizó de acuerdo a las veredas que se ubican en esta parte.

Como se puede ver en la gráfica 2 la vereda paramo de guerrero es el área con un porcentaje alto del 40,7% siendo la parte paramo del municipio donde se ubican la mayor parte de las fuentes hídricas que abastecen el municipio, con respecto a las otras veredas tienen unos porcentajes que varían entre los 3,2-14,1%.

40,7

3,2

14,1 12,36,2

14,19,4

PROMEDIO AREAS OCUPADAS CUENCA RIO FRIO%

36

6. ANALISIS DE CUENCAS Y PRECIPITACIONES

Para el análisis de cuenca se tuvo en cuenta la ubicación de las estaciones que tiene LA CAR en el municipio, estas fueron estación Ventalarga y Zipaquirá, en ellas ubican las cuencas rio frio y la de rio negro, posterior mente se determinó el área de cada cuenca dividiendo el mapa en dos partes por donde pasa cada rio, luego se determinó la longitud del rio para así hacer los cálculos correspondientes al análisis.

FIGURA 5 municipio de Zipaquirá ubicación de estaciones y ríos.

TABLA 8. Áreas de cuencas y longitud del rio.

AREA CUENTA RIO FRIO (m²) 120221887,8 Long. rio

12388,88 m

AREA CUENTA RIO NEGRO (m²) 78308506,91 Long. rio

7128,5 m

En la tabla 8 se encuentra la división del municipio por cuenca con su correspondiente área los cuales se tuvieron en cuenta por su ubicación.

Rio frio “nace en Zipaquirá en el Cerro Carrasposo y desemboca en el Río Bogotá en el municipio de Chía. Afluentes importantes: Quebrada del Tibar

37

comunica el río con el embalse de Pantano Redondo, Quebrada La Hoya: surte de agua al municipio y 90 quebrada más que lo alimentan” [10].

Río Negro “nace en el municipio de Cogua en el sector de las Quebradas de Amoladero y Villatina. Sus afluentes como las Quebradas: Del Codito, El Hospital, Salinas y Del Tigre cruzan el casco urbano y se encuentran con problemas de contaminación. [16]”

TABLA 9. Porcentaje de volumen de precipitación por cuenca.

PRECIPITACIONES VOLUMEN MUNICIPIO DE ZIPAQUIRÁ

AÑO

ESTACION

TOTAL % ZIPAQUIRÁ VENTALARGA

RIO NEGRO % RIO FRIO %

1998 47,218 35,538 82,756

2001 20,433 24,741 45,174

2013 32,349 39,721 72,070

TOTAL % 100 100 200

En la tabla 9 encontramos el porcentaje de la precipitación que se extrajo de la página de LA CAR, para este análisis los datos se encontraron en mm los cuales fueron pasados a m³ teniendo en cuenta el área de las cuencas.

Se observan para el año 1998 un porcentaje alto en la cuenca de rio negro con una precipitación del 47,218%, con respecto al año 2001 la precipitación alta correspondiente a la cuenca rio frio con un 24,741%, posteriormente encontramos en el año 2013 un porcentaje de 39,721% en la cuenca de rio frio.

38

GRAFICA 3. Porcentaje de precipitación

En la gráfica 3 se puede observar mejor el comportamiento de los porcentajes vistos en la tabla 9, en el año de 1998 se encuentra una precipitación alta de la cuenca de rio negro con un 47,218% mientras que el comportamiento de la cuenca de rio frio es del 35,538%.

En el año 2001 el comportamiento de la precipitación fue del 24,741% para la cuenca de rio frio, en cambio la cuenca de rio negro tiene un 20,433% se evidencia que la precipitación en el año 2001 para los dos ríos se redujo un 37,582% de la precipitación del año 1998.

Para el año 2013 la precipitación aumento 26,896%, donde se encuentra un 32,349% para la cuenca de rio negro y para la cuenca de rio frio se tiene el 39,721%

TABLA 10. Porcentaje del volumen de agua de municipio

VOLUMEN DE AGUA PROMEDIO MUNICIPIO DE ZIPAQUIRÁ

ÁREA DE LA CUENCA

AÑO

ESTACION

TOTAL % ZIPAQUIRÁ VENTALARGA


RIO FRIO (120221887,8 m²)

1998 0 0 0

2001 19,794 36,794 56,59

RIO NEGRO ( 78308506,91 m²)

2013 80,206 63,206 143,41

TOTAL % 100 100 200

En la tabla 10 encontramos el volumen de agua por cuenca, para este análisis te tomo el caudal que arroja las medidas de la página de LA CAR, en el año

1998 2001 2013

47,218

20,433

32,34935,538

24,741

39,721

% DE PRECIPITACION POR CUENTCA


39

1998 no se obtuvieron mediciones por parte de las respectivas estaciones, posteriormente en el año 2001 se encontró un porcentaje del 36,794% para la cuenca de rio frio, ya en el año 2013 encontramos un volumen porcentual del 80,206% en la cuenca de rio negro.

GRAFICA 4. Porcentaje del volumen de agua por cuenca

En la gráfica 4 se observa el comportamiento del volumen de agua por cuenca de acuerdo con los porcentajes obtenidos en la tabla 10. En el año 1998 se ve un 0% ya que no se tuvo un registro en las estaciones en este año.

Por otra parte, en el año 2001 el volumen de agua para la cuenca de rio negro tuvo un 19,794% mientras que el volumen en la cuenca de rio frio fue del 36,794%.

En tanto el comportamiento del año 2013 tuvo un incremento del 86,82% con respecto al año 2001, para la cuenca de rio negro tiene un 80,206% mientras que la cuenca de rio frio tiene un 63,206%.

1998 2001 2013

0

19,794

80,206

0

36,794

63,206

% VOLUMEN DE AGUA POR CUENCA


40

7. ANALISIS INFILTRACION Y ESCORRENTIA

Para el análisis de la infiltración y la escorrentía se estudiaron los diferentes métodos de acuerdo a las características del territorio y por facilidad para el proyecto se tuvo en cuenta el método del número de curva, el cual es un modelo empírico realizado por SCS (Soil Conservation Service) [18] para determinar la estimación directa de la escorrentía superficial, este método tiene en cuenta los valores de la precipitación para determinar el valor de la escorrentía y posteriormente determinar los valores de la infiltración.

A continuación, las tablas del numeral 11 al numeral 15 muestran el proceso del análisis de la infiltración y la escorrentía. En estas tablas se encuentran valores de coeficientes de escorrentía que dependen del tipo de suelo y el valor de la pendiente que tiene el suelo.

41

TABLA 11. valores para la cuenca de rio frio con el modelo número de curva.

CUENCA RIO FRIO NUMERO DE CURVA DE

ESCORRENTÍA

AREA 76969593,85

m²

AREA DE ACTIVIDAD PRECUARIA EXTENSIVA

VEREDA USO ACTUAL

PRINCIPAL

USO POTENCIAL PRINCIPAL

A B C D

PARAMO DE GUERRERO

Bosque natural

Conservación

36 60 73 79

Bosque pinos 36 60 73 79

Caminos en tierra 72 82 87 89

Cultivo de papa 67 78 85 89

Pastos y ganadería 49 69 79 84

EMPALIZADA

Bosque natural

Conservación.

36 60 73 79



Cultivo de papa 67 78 85 89

VENTALARGA

Minería Conservación y forestación. Agricultura con manejo especial.


Bosque natural 36 60 73 79

Cultivos de papa y zanahoria. 67 78 85 89


42

CUENCA RIO FRIO NUMERO DE CURVA DE

ESCORRENTÍA


VEREDA USO ACTUAL

PRINCIPAL

USO POTENCIAL PRINCIPAL

A B C D

AREA 76969593,85

m²

AREA DE ACTIVIDAD

AGROPECUARIA TRADICIONAL

SAN ISIDRO

Cultivo de papa y arveja Forestal y

Agricultura con manejo especial

67 78 85 89



RIO FRIO

Bosques

Agricultura con manejo especial. Forestación

36 60 73 79

Cultivos de papa, arveja y zanahoria 67 78 85 89



En la tabla 11 se encuentran los valores de numero de curva según la cuenca para el caso de rio frio y el uso de su área, estos valores se encuentras establecidos en el libro de hidrología en la ingeniería, capítulo de cálculo de la escorrentía y en el manual SWMM (modelo de gestión de aguas pluviales) [13].

43

TABLA 12. valores de la cuenca de rio negro con el modelo de curva.

CUENCA RIO NEGRO

NUMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA

A B C D

AREA 113130431

m²


SAN JORGE

Pastos y Ganadería Agricultura mecanizada, plantaciones forestales y ganadería con manejo adecuado. Conservación parte altas.

49 69 79 84

Arveja 67 78 85 89

Caminos de tierra 72 82 87 89

Bosques

36 60 73 79

SAN ANTONIO

Ganadería

Forestación

49 69 79 84

Hortalizas 67 78 85 89

Bosques de pinos 36 60 73 79

AREA DE ACTIVIDAD

AGROPECUARIA TRADICIONAL

SAN ISIDRO

Cultivo de papa y arveja Forestal y

Agricultura con manejo especial

67 78 85 89



RIO FRIO

Bosques

Agricultura con manejo especial. Forestación

36 60 73 79




BARRO BLANCO

Pastos y ganadería Agricultura semi-mecanizada, ganadería con manejo adecuado

49 69 79 84



44

CUENCA RIO NEGRO NUMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA

A B C D

AREA 113130431

m²

AREA URBANA

PORTACHUELO

Ganadería

Agricultura mecanizada, plantaciones forestales ganadería intensiva.

49 69 79 84

Plantaciones de pinos 36 60 73 79

Flores

PASOANCHO Expansión urbana 77 86 91 94

Ganadería 49 69 79 84

BARANDILLAS Ganadería 49 69 79 84

Expansión urbana 77 86 91 94

GRANJA

Expansión urbana Ganadería

Ganadería Cultivos en

invernadero con manejo adecuado.

49 69 79 84

Flores

Champiñones

Procesador de leche.

EL TUNAL

Fincas de recreo Conservación de la Hacienda El Abra. Ganadería semi-intensiva

30 58 71 78

Agricultura y ganadera en baja escala. 43 65 76 82

CENTRO pavimento vía 83 89 92 93

comercial y de negocios 81 88 91 93

LA PAZ industrial 81 88 91 93

RECIDENCIALES por promedio de tamaño

del lote

1/8 acre o menos 77 85 90 92

1/4 acre 61 75 83 87

1/3 acre 57 72 81 86

1/2 acre 54 70 80 85

1 acre 51 68 79 84

2 acre 46 65 77 82

45

En la tabla 12 se encuentran los valores de numero de curva según la cuenca para el caso de rio negro y el uso de su área, estos valores se encuentras establecidos en el libro de hidrología en la ingeniería de German Monsalve Sáenz, capítulo de cálculo de la escorrentía y en el manual SWMM (modelo de gestión de aguas pluviales) [13].

Para las tablas 11 y 12 se encuentra el tipo de suelo según el NRCS (National Resources Conservation Service) clasificados en cuatro tipos:

A: suelos con una alta tasa de infiltración y baja escorrentía cuando están

completamente mojados. Para suelo en arena y gravas.

B: tasa de infiltración media cuando está completamente mojados, para

suelos con textura de grano mediano y un drenaje profundo moderado.

C: suelos de tasa de infiltración baja cuando están completamente mojados,

para suelos que impiden el flujo de agua o textura de grano fino.

D: potencial de escorrentía alta, con una tasa de infiltración muy baja

cuando se encuentra completamente mojado, para suelos arcillosos con

alto potencial de expansión.

46

TABLA 13. Coeficientes de escorrentía

COEFICIENTES DE ESCORRENTIA C

TIPO DE AREA DE DRENAJE COEFICIENTE DE ESCORRENTIA C

PRADOS

Suelos arenosos, planos,2% 0.05-0.10

Suelos arenosos, promedio, 2-7% 0.15-0.20

Suelos pesados, planos, 2% 0.13-0.17

Suelos pesados, planos, 2-7% 0.18-0.22

Suelos pesados, pendientes, 7% 0.25-0.35

DISTRITOS COMERCIALES

Áreas de centro de ciudad 0.70-0.95

Áreas vecinas 0.50-0.70

RECIDENCIAL

Áreas casas individuales separada 0.30-0.50

Casas multifamiliares separadas 0.40-0.60

Casas multifamiliares unidas 0.60-0.75

Suburbana 0.25-0.40

Áreas de apartamentos de vivienda 0.50-0.70

INDUSTRIAL Áreas livianas 0.50-0.80

Áreas pesadas 0.60-0.90

PARQUES CEMENTERIOS 0.10-0.25

CAMPOS DE JUEGO 0.20-0.35

AREAS DE PATIOS DE FERROCARRILES 0.20-0.40

AREAS NO DESARROLLADAS 0.10-0.30

CALLES

Asfaltadas 0.70-0.95

concreto 0.80-0.95

adoquinadas 0.70-0.85

CALZADAS Y ALAMEDAS 0.75-0.85

TECHOS 0.75-0.95

47

TABLA 14. Porcentaje del método del número de curva.

METODO CURVA NUMERO Q (m³) Q %

CUENCA ZONAS 1998 2001 2013 1998 2001 2013

RIO NEGRO

1 ZONA INDUSTRIAL 8416755 4270972 6093596 20,007 20,017 20,010

2 ZONA CENTRO ADOQUINADA 8425419 4281874 6102961 20,027 20,068 20,041

3 ZONA VIVIENDA 8401810 4252224 6077459 19,971 19,929 19,957

4 ZONA VIAL 8425419 4281874 6102961 20,027 20,068 20,041

5 OTROS 8398372 4247922 6073750 19,963 19,909 19,945

TOTAL 42069774 21336869 30452740 100 100 100

RIO FRIO

6 VEREDA PARAMO DE GUERRERO 12095593 8894121 13353092 14,327 14,346 14,322

7 VEREDA EMPALIZADO 12074028 8870824 13331919 14,301 14,309 14,300

8 VEREDA VENTA LARGA 12070600 8867123 13328553 14,297 14,303 14,296

9 VEREDA SAN ISIDRO 12070600 8867123 13328553 14,297 14,303 14,296

10 VEREDA RIO FRIO 12074028 8870824 13331919 14,301 14,309 14,300

11 VEREDA BARRO BLANCO 12020405 8813020 13279246 14,238 14,215 14,243

12 VEREDA SAN JORGE 12020405 8813020 13279246 14,238 14,215 14,243

TOTAL 84425659 61996055 93232530,6 100 100 100

En la tabla 14 se observa el porcentaje del método del número de curva de acuerdo al año, cuenca y uso del suelo para la escorrentía.

48

GRAFICA 5. Porcentaje del método del número de curva para la cuenca de rio negro.

En la gráfica 5 se muestra el comportamiento de los porcentajes de la tabla 14 para la cuenca de rio negro, estos porcentajes corresponden a la escorrentía que se presenta en dicha cuenca, con un porcentaje alto en la parte de vías en un 20,063% en el año 2001, el valor más bajo fue encontrado en la etiqueta de otros con un porcentaje del 19,909%. Este valor depende de la precipitación y tanto en el tipo de suelo como en la pendiente que tiene este.

Los comportamientos de las demás zonas tienen una variación de escorrentía que van del 19,929 al 20,027%.

ZONAINDUSTRIAL

ZONACENTRO

ADOQUINADA

ZONAVIVIENDA

ZONA VIAL OTROS

20

,00

7

20

,02

7

19

,97

1 20

,02

7

19

,96

320

,01

7 20

,06

8

19

,92

9

20

,06

8

19

,90

9

20

,01

0

20

,04

1

19

,95

7

20

,04

1

19

,94

5

% MÉTODO DE CURVA NUMERO Q

1998 2001 2013

49

GRAFICA 6. Porcentaje del método del número de curva para la cuenca de rio frio.

En la gráfica 6 se muestra el comportamiento de los porcentajes de la escorrentía de la tabla 14 para la cuenca de rio negro, en el caso de esta cuenca se va a tener una escorrentía baja ya que en esta se ubica la parte rural del municipio donde la precipitación se va mas por infiltración que por escorrentía, los valores en los que varían la escorrentía con respecto al área de las diferentes zonas van del 14,346% valor más alto del año 2001 para la vereda del páramo de guerrero, al valor de 14,215% de la vereda barro blanco valor más bajo del mismo año .

14

,32

7

14

,30

1

14

,29

7

14

,29

7

14

,30

1

14

,23

8

14

,23

8

14

,34

6

14

,30

9

14

,30

3

14

,30

3

14

,30

9

14

,21

5

14

,21

5

14

,32

2

14

,30

0

14

,29

6

14

,29

6

14

,30

0

14

,24

3

14

,24

3

% METODO DE CURVA NUMERO Q

1998 2001 2013

50

TABLA 15. Tabla de cálculos finales

% DE PEMEABILIDAD

% PRECIPITACION

% INFILTRACION

% ESCORRENTIA

AREA PERMEABL

E

AREA IMPERME

ABLE 1998 2001 2013

1998

2001

2013

1998

2001

2013 CUE

NCA ZONAS

1998

2001

2013

2016

TOTAL

RIO NEGRO

1 ZONA INDUSTRIAL 0,77

4 1,11

3 1,80

6 2,74

8 11 0,5 1,58

47,2181

20,4333

32,3486

27,211

0,416

12,339

20,007

20,017

20,010


0,012

6,916

10,768

10,768 222

7,53 3,23 27,1

91 0,36

5 12,3

08 20,0

27 20,0

68 20,0

41

3 ZONA VIVIENDA 3,48

5 6,14

2 8,54

8 11,4

43 49 9,87 2,45

27,247

0,504

12,392

19,971

19,929

19,957

4 ZONA VIAL 1,93

6 2,61

9 4,06

9 6,99

7 27 0,2 6,56

27,191

0,365

12,308

20,027

20,068

20,041

5 OTROS

93,792

83,209

74,809

68,044 91

68,26 5,65 27,2

55 0,52

4 12,4

04 19,9

63 19,9

09 19,9

45

TOTAL 100 100 100 100 400 86,36 19,47 100 100 100

RIO FRIO

6 VEREDA PARAMO DE GUERRERO

40,7 40,7 40,7 40,7 163

28,56 11,2

35,5378

24,741

39,72112

21,211

10,395

25,399

14,327

14,346

14,322

7 VEREDA EMPALIZADO

3,2 3,2 3,2 3,2 13

1,3 0,4 21,2

36 10,4

32 25,4

21 14,3

01 14,3

09 14,3

00

8 VEREDA VENTA LARGA

14,1 14,1 14,1 14,1 56

10,32 2,58 21,2

41 10,4

38 25,4

25 14,2

97 14,3

03 14,2

96

9 VEREDA SAN ISIDRO 12,3 12,3 12,3 12,3 49

9,17 2,89 21,2

41 10,4

38 25,4

25 14,2

97 14,3

03 14,2

96

10

VEREDA RIO FRIO 6,2 6,2 6,2 6,2 25

4,5 1,7 21,2

36 10,4

32 25,4

21 14,3

01 14,3

09 14,3

00

11

VEREDA BARRO BLANCO

14,1 14,1 14,1 14,1 56 8,58 1,24

21,300

10,526

25,478

14,238

14,215

14,243

12

VEREDA SAN JORGE 9,4 9,4 9,4 9,4 38

7,6 2,79 21,3

00 10,5

26 25,4

78 14,2

38 14,2

15 14,2

43

TOTAL 100 100 100 100 400 70,03 22,8 100 100 100

51

En la tabla 15 se muestran los valores de los cálculos finales: porcentaje áreas permeables, precipitación, infiltración y escorrentía con respecto a las calculo y análisis anteriores.

GRAFICA 7. Porcentajes de infiltración y escorrentía.

En la gráfica 7 se observa el comportamiento porcentual de la infiltración y en la escorrentía de la cuenca rio negro, en el que se obtienen valores altos de infiltración para el año 1998 con un 27% aproximado para las diferentes zonas de esta cuenca, por su parte en el año 2001 se ve un comportamiento menor con respecto a la infiltración del 0,5% notándose un comportamiento alto en la escorrentía de este año del 20%, finalmente en el año 2013 el comportamiento de la escorrentía es del 20% y el de la infiltración corresponde al 12%.

Los porcentajes altos en la escorrentía de deben a los tipos de suelos y construcciones ya que estos corresponden a la parte central del municipio donde se encuentra la zona urbana.

1998 2001 2013 1998 2001 2013

% INFILTRACION % ESCORRENTIA

27

,21

1

0,4

16

12

,33

9 20

,00

7

20

,01

7

20

,01

027

,19

1

0,3

65

12

,30

8 20

,02

7

20

,06

8

20

,04

127

,24

7

0,5

04

12

,39

2 19

,97

1

19

,92

9

19

,95

727

,19

1

0,3

65

12

,30

8 20

,02

7

20

,06

8

20

,04

127

,25

5

0,5

24

12

,40

4 19

,96

3

19

,90

9

19

,94

5

% DE INFILTRACION Y ESCORRENTIA

ZONA INDUSTRIAL ZONA CENTRO ADOQUINADA

ZONA VIVIENDA ZONA VIAL

OTROS

52

GRAFICA 8. Porcentajes de infiltración y escorrentía.

En la gráfica 8 se observa el comportamiento porcentual de la infiltración y la escorrentía de la cuenca rio frio, en el año 1998 tiene un comportamiento con respecto a la infiltración de un 21% y en la escorrentía de un 14% para las diferentes zonas de esta cuenca, por su parte en el año 2001 el comportamiento de la infiltración se redujo a un 10% y la escorrentía se mantuvo en un 14,3% aproximado para las diferentes zonas de las cuencas, finalmente en el año 2013 la infiltración tuvo un incremento al 25% y en su escorrentía mantuvo el 14% para cada zona.

Estos valores porcentuales son altos en la infiltración debido al tipo de suelo perteneciendo este a la zona rural del municipio.

8. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los resultados finales expuestos en la tabla 15 evidencian el compendio de todos los factores analizados, áreas permeables, impermeables, precipitación. Infiltración y escorrentía. Además de mostrar la división del municipio en las dos cuencas respectivas (rio frio y rio negro) y el porcentaje de las áreas ocupadas para los tres periodos evaluados (1998,2001 y 2013), a la par, muestra los porcentajes para el año 2016 no obstante, estos promedios fueron obtenidos en base a los tres periodos iniciales; con respecto al análisis de permeabilidad e impermeabilidad se obtuvo un porcentaje de acuerdo a los coeficientes de los tipos de materiales que

1998 2001 2013 1998 2001 2013

% INFILTRACION % ESCORRENTIA

21

,21

1

10

,39

5

25

,39

9

14

,32

7

14

,34

6

14

,32

2

21

,23

6

10

,43

2

25

,42

1

14

,30

1

14

,30

9

14

,30

0

21

,24

1

10

,43

8

25

,42

5

14

,29

7

14

,30

3

14

,29

6

21

,24

1

10

,43

8

25

,42

5

14

,29

7

14

,30

3

14

,29

6

21

,23

6

10

,43

2

25

,42

1

14

,30

1

14

,30

9

14

,30

0

21

,30

0

10

,52

6

25

,47

8

14

,23

8

14

,21

5

14

,24

3

21

,30

0

10

,52

6

25

,47

8

14

,23

8

14

,21

5

14

,24

3

% DE INFILTRACION Y ESCORRENTIA

VEREDA PARAMO DE GUERRERO VEREDA EMPALIZADO VEREDA VENTA LARGA

VEREDA SAN ISIDRO VEREDA RIO FRIO VEREDA BARRO BLANCO

VEREDA SAN JORGE

53

componen las estructuras y los tipos de suelo, los resultados arrojados muestran que el nivel de permeabilidad para las zonas rurales es mayor con respecto al nivel de permeabilidad de las zonas urbanas, con relación a la medición de la precipitación y de acuerdo a los informes presentados por la C.A.R. esta fue más elevada en el año 1998 en contraste con los otros dos periodos evaluados.

Por su parte los resultados de infiltración reportan un alto valor para el año de 1998 sin que esta dependa de la precipitación dado a que, aunque ultima presentó también altos valores la infiltración depende del tipo de suelo. En cuanto a los resultados de las escorrentías, para la cuenca de rio negro los resultados mostraron que del valor total de la precipitación la mitad es evacuada por escorrentía y la otra mitad es evacuada por infiltración, en tanto al comportamiento de la cuenca de rio frio del valor total de la precipitación más de la mitad es evacuada por infiltración y el restante por escorrentía. Cabe resaltar que la primera cuenca, corresponde a la zona urbana del municipio, mientras que la segunda corresponde a la zona rural.

Los porcentajes que se encontraron para cada área con respecto a los diferentes puntos que se trabajaron en el ciclo hidrológico se obtuvo que:

A. para la cuenca de rio negro:

I. la zona industrial tuvo un incremento del 1,806% en el año 2013 para esta zona se encuentra un área permeable del 0,5% y un área impermeable del 1,58% con una precipitación alta en el año de 1998 del 47,218% en el cual el 27,211% se fue por infiltración y el 20,007% por escorrentía. A diferencia en el año 2001 la precipitación se redujo alrededor del 20%, por lo tanto, la infiltración fue de 0,4% y la escorrentía fue del 20,017. Con respecto al año 2013 su precipitación fue del 32,348% lo que le corresponde a la infiltración es un 12,339% y a la escorrentía un 20,010%

II. En la zona centro se tiene un incremento del 10,768% de área con respecto al año 1998, en el que se presenta un área permeable de 7,53% y un área impermeable de 3,23%. Para la precipitación del año de 1998 se tiene un 47,218% lo que corresponde por infiltración es un 27,191% y la escorrentía un 20,027%. Por otra parte, en el año del 2001 se tuvo una precipitación del 20,433% donde el 0,365% va por infiltración y el 20,68% por escorrentía. En cuanto al año 2013 el comportamiento de la precipitación fue del 32,348%, teniendo para la infiltración valores del 12,308% y una escorrentía de 20,041%

54

III. Con respecto a la zona de vivienda su incremento fue del 8,548% con un área permeable de 9,87% y un área impermeable de 3,23%, se tuvo en cuenta una precipitación del 47,218% para el año de 1998, el cual se distribuyó un 27,247% por infiltración y un 19,971 por escorrentía. El comportamiento del año 2001 en su precipitación fue del 20,433%, para una distribución del 0,504% infiltración y 19,929 escorrentía. En tanto para el año 2013 la precipitación fue de 32,348%, correspondiente a infiltración con un 12,392% y escorrentía 19,957%.

IV. Zona vial; su incremento fue del 4,069% en el que se presenta un área permeable de 0,2% y un área impermeable de 6,56%, para el año 1998 se tiene una precipitación del 47,218% correspondiente a una infiltración del 27,255% y una escorrentía de 19,963%. En el año 2001 se presentó una precipitación del 20,433% lo cual fue distribuido el 0,365% por infiltración y el 19,909% por escorrentía. Por lo tanto, en el año 2013 el comportamiento de la precipitación fue del 37,348%, para una infiltración del 12,308% y escorrentía 20,041%.

V. En otros se redujo del 93,792% en el año 1998 al 2013 a un 68,044% ya que en él se contemplan áreas de expiación para el municipio en el casco urbano con un área permeable del 68,26% y un área impermeable de 5,65%. Para el año 1998 su precipitación fue del 47,216% para una infiltración del 27,255% y una escorrentía de 19,963%. En cambio, en el año 2001 se tomó una precipitación del 20,433% para una infiltración del 0,524% y una escorrentía de 19,945%. Para el caso del año 2013 se presentó una precipitación del 37,348% lo que corresponde un 12,404% por infiltración y un 19,945% por escorrentía.

B. Cuenca rio frio:

I. Para la vereda Paramo de Guerrero se tiene un área del 40,7% el cual tiene un área permeable de 28,56% y un área impermeable de 11,2%, en tanto la precipitación para el año 1998 fue del 35,537% para una infiltración en el suelo del 21,211% y una escorrentía de 14,327%. En el año 2001 se encontró una precipitación del 24,741% infiltrándose un 10,395% y una escorrentía de 14,346%. Con respecto al año 2013 su precipitación fue de 39,721% con una infiltración del 25,399% y una escorrentía de 14,322%.

II. Vereda Empalizado se tiene un 3,2% de área, en el que se presenta un área permeable de 1,3% y un área impermeable de 0,4%. Para la precipitación del año de 1998 se tiene un 35,537% lo que corresponde por infiltración es un 21,236% y la escorrentía un 14,301%.

55

Por otra parte, en el año del 2001 se tuvo una precipitación del 24,741% donde el 10,432% va por infiltración y el 14,309% por escorrentía. En cuanto al año 2013 el comportamiento de la precipitación fue del 39,721%, teniendo para la infiltración valores del 25,421% y una escorrentía de 14,300%.

III. Vereda Ventalarga se tiene un 14,1% de área, en el que se presenta un área permeable de 10,32% y un área impermeable de 2,58%. Para la precipitación del año de 1998 se tiene un 35,537% lo que corresponde por infiltración es un 21,241% y la escorrentía un 14,297%. Por otra parte, en el año del 2001 se tuvo una precipitación del 24,741% donde el 10,438% va por infiltración y el 14,303% por escorrentía. En cuanto al año 2013 el comportamiento de la precipitación fue del 39,721%, teniendo para la infiltración valores del 25,425% y una escorrentía de 14,296%.

IV. Vereda San Isidro se tiene un 12,3% de área, en el que se presenta un área permeable de 9,17% y un área impermeable de 2,89%. Para la precipitación del año de 1998 se tiene un 35,537% lo que corresponde por infiltración es un 21,241% y la escorrentía un 14,297%. Por otra parte, en el año del 2001 se tuvo una precipitación del 24,741% donde el 10,438% va por infiltración y el 14,303% por escorrentía. En cuanto al año 2013 el comportamiento de la precipitación fue del 39,721%, teniendo para la infiltración valores del 25,425% y una escorrentía de 14,296%.

V. Vereda Rio Frio se tiene un área de 6,02% el cual tiene un área permeable de 4,5% y un área impermeable de 1,7%, en tanto la precipitación para el año 1998 fue del 35,537% para una infiltración en el suelo del 21,236% y una escorrentía de 14,301%. En el año 2001 se encontró una precipitación del 24,741% infiltrándose un 10,432% y una escorrentía de 14,309%. Con respecto al año 2013 su precipitación fue de 39,721% con una infiltración del 25,421% y una escorrentía de 14,243%.

VI. Vereda barro blanco se tiene un área del 14,1% en el que se presenta un área permeable de 8,58% y un área impermeable de 1,24%, para el año 1998 se tiene una precipitación del 35,537% correspondiente a una infiltración del 21,300% y una escorrentía de 14,238%. En el año 2001 se presentó una precipitación del 24,741% lo cual fue distribuido el 10,526% por infiltración y el 14,215% por escorrentía. Por lo tanto, en el año 2013 el comportamiento de la precipitación fue del 39,721%, para una infiltración del 25,478% y escorrentía 14,243%.

56

VII. Vereda San Jorge se tiene un área del 9,4% en el que se presenta un área permeable de 7,6% y un área impermeable de 2,79%, para el año 1998 se tiene una precipitación del 35,537% correspondiente a una infiltración del 21,300% y una escorrentía de 14,238%. En el año 2001 se presentó una precipitación del 24,741% lo cual fue distribuido el 10,526% por infiltración y el 14,215% por escorrentía. Por lo tanto, en el año 2013 el comportamiento de la precipitación fue del 39,721%, para una infiltración del 25,478% y escorrentía 14,243%.

57

9. CONCLUSIONES

En base a los resultados obtenidos referentes a los cálculos de las áreas es

posible afirmar que en el municipio se han construido zonas industriales en

lugres no aptos para el desarrollo de estas, acaparando espacios destinados

para otro tipo de uso como: industria de baja producción, urbanizaciones y

campos agrícolas.

Lo anterior es sustentado con base a los porcentajes obtenidos los cuales

muestran un valor de cobertura de área del 2,748% para la zona industrial

esto muestra que se está excediendo el límite en un 0,942% ya que la zona

industrias debería ocupar el 1,806% del área de cobertura.

De acuerdo a lo registrado y analizado en el POT del municipio se puede

concluir que el desarrollo y la expansión del territorio no ha sido acorde a lo

propuesto en este documento, en especial en las zonas de expansión

calificadas en el desarrollo del trabajo como otras, las cueles muestra

porcentajes desiguales en distribución de hectáreas con valores de:

93,792% para el año 1998, 83,209% año 2001, 74,809% año 2013 actual

mente se tiene un 68,944%.

En relación a los resultados óptenos correspondientes a las zonas de

vivienda es posible concluir que estas han tenido un incremento positivo y un

buen manejo de los territorios aptos para las construcciones de estas, las

cifras mostraron que actualmente esta área ocupa un valor total del 11,443%

estando está prevista para ocupar un 12,47% del territorio del municipio.

Luego de realizar el análisis de las cuencas es posible afirmar que la

correspondiente a rio frio es la principal abastecedora de agua del municipio,

dado que esta se encuentra en el territorio rural del municipio en contraste,

la cuenca de rio negro ha tenido un mal manejo y poco control, dado esta

contiene agentes contaminantes producto de los desechos del casco urbano.

Al revisar los estudios de las zonas se encontró que el POT del municipio no

son muy pocas las reformas que se han hecho al paso del tiempo.

Luego de realizar los estudios referentes al ciclo hidrológico fue posible

concluir que el municipio tiene un plan adecuado para la infiltración con

respecto al área rural (paramo veredas etc.) sin embargo, el ciclo hidrológico

en la parte urbana ha sido deficiente por el mal uso de las cunecas y

quebradas que pasan en el municipio siendo estas aguas contaminadas.

Finalmente es posible afirmar que una solución viable para mitigar el impacto ambiental generado por el mal manejo del ciclo hidrológico es la implementación de pavimentos ecológicos, de muros vegetales plantados, sistema Green Living Technologies, sistema de paneles modulares y techos verdes, todo lo anterior con el objetivo de recuperar el ciclo natural del agua.

58

10. RECOMENDACIONES

Para futuros estudios se recomienda realizar estudios más exactos para obtener los cálculos de la infiltración del suelo, este debe ser analizados en base a las muestras del suelo y posteriormente debe hacerse un balance del comportamiento de las precipitaciones en las diferentes zonas (rural/ urbana)

Para tener estudios más exactos se recomienda un ajuste adecuado en el POT (Plan de Ordenamiento Territorial) del municipio ya que en algunos puntos de este no se ha actualizado y no contemplan el comportamiento actual que tiene el municipio, cabe resaltar que en las diferentes administraciones han establecido acuerdo para el mejoramiento de numerales como: vivienda, ambiental, industria, comercio. Es importante actualizar estos documentos y así generar análisis adecuados.

59

11. BIBLIOGRAFÍA

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design. Kennedy, c, Pincetl, S y Bunje, P. 2011. 2011, Environmental

Pollution, págs. 1964-1973.

[19] Zipaquira, Alcaldia municipal de. 2015. sitio oficial de Zipaquira en

Cundinamarca, Colombia. [En línea] 2015. [Citado el: 29 de febrero de

2016.] http://www.zipaquira-

cundinamarca.gov.co/documentos_municipio.shtml?apc=bfx-1-

&r=Medio%20Ambiente.

el metabolismo urbano en la distribuciÓn del ciclo … · pavimentos articulados: se refiere...

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