ESTUDIO HIDROLOGICO DEL RÍO TUNJUELO

ESTUDIO HIDROLOGICO DEL RÍO TUNJUELO – BOGOTÁ COLOMBIA

CRISTHIAN CAMILO CÁRDENAS CÁRDENAS

JENNIFER PAOLA LÓPEZ VACA

JOSE LUIS MENDEZ GONZALEZ

BRIAN CAMILO PERÉZ RAMIREZ

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA MINUTO DE DIOS

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA CIVIL

HIDROLOGÍA

2012 – ll

ESTUDIO HIDROLÓGICO DEL RÍO TUNJUELO

La cuenca del río Tunjuelo es la segunda de mayor importancia después del río Bogotá y abastece de agua al sur del Distrito Capital, tiene su origen en los ríos Chisacá, mugroso y Curubital y desemboca en el Río Bogotá a la altura de la vereda Bosatama. Esta cuenca se divide en tres sectores, la parte alta comprende desde la laguna de los Tunjos hasta el Embalse de la Regadera, la zona media que comprende la Regadera a la zona de canteras que se caracteriza por tener territorios rurales de páramo ricos en agua y biodiversidad, y la parte baja conformada por suelo urbano. La cuenca tiene una extensión de 73Km.

Actualmente en la cuenca se realiza una captación de agua potable para una población de 25000 habitantes mediante el sistema sur de abastecimiento de la EAAB.

DATOS BÁSICOS

Caudal:1,743 m3/segLongitud del cauce: 73 kmAncho: 7kmTemperatura ambiente de la cuenca: 10CLugar de nacimiento: Laguna Chisacá a 3700 m.s.n.mLugar de desembocadura :Vereda Bosatama a 2560 m.s.n.mLatitud:4°25’Longitud: 74°09’

Imagen 1: Vista en planta del rio Tunjuelo. Fuente: Propia

CLIMATOLOGÍA

Para determinar el clima predominante en la cuenca del Río Tunjuelo se utilizaron varios índices de clasificación los cuales utilizan diferentes parámetros según su necesidad entre ellos están:

Índice de Martore: Este índice utiliza la temperatura media y la precipitación anual como puntos de partida para determinar el macroclima en relación a las escorrentías.

Dónde:

Pprom: Precipitación promedio anual.Tm: Temperatura media del año.

Año Pprom Tm Im CLIMA1989 981,10 12,90 42,84 Exceso de escorrentía1990 1015,90 13,00 44,17 Exceso de escorrentía1991 988,30 12,90 43,16 Exceso de escorrentía

1992 890,50 13,10 38,55Escorrentía fuerte y continua (existencia de bosques)

1993 1086,80 13,40 46,44 Exceso de escorrentía1994 1027,10 13,40 43,89 Exceso de escorrentía


1996 1120,20 13,40 47,87 Exceso de escorrentía


1998 1011,70 13,50 43,05 Exceso de escorrentía1999 1081,90 13,40 46,24 Exceso de escorrentía2000 1149,00 13,00 49,96 Exceso de escorrentía


2002 1057,00 13,20 45,56 Exceso de escorrentía2003 970,70 13,50 41,31 Exceso de escorrentía2004 1184,70 13,10 51,29 Exceso de escorrentía2005 953,80 13,10 41,29 Exceso de escorrentía2006 1072,20 13,20 46,22 Exceso de escorrentía2007 971,70 13,10 42,06 Exceso de escorrentía2008 1166,70 12,90 50,95 Exceso de escorrentía2009 945,50 13,60 40,06 Exceso de escorrentíaTabla 1: Índice de Martore determinados en la cuenca del rio Tunjuelo

entre 1989 a 2009. Fuente: Propia

Índice de Thornthwaite: Este índice determina por parte separada la precipitación y la temperatura efectiva con el fin de hallar el clima y la vegetación predominante de la zona.

Dónde:

T: Temperatura media del año.Pi: Precipitación mensual correspondiente al mes “i”.Ti: Temperatura media mensual correspondiente al mes “i”.

TABLA RESUMEN

AÑO PE (mm) CLIMAVEGETACIÓ

N TE € CLIMAVEGETACIÓ

N

1989 74,74 HúmedoFloresta media 69,66 Mesotermal

Floresta media


Floresta media


Floresta media


Floresta media


Floresta media


Floresta media

1995 64,70Semihúmed

o Sabana 72,36 MesotermalFloresta media


Floresta media




Floresta media


Floresta media


Floresta media



2002 78,21 Húmedo Floresta 71,28 Mesotermal Floresta

media media


Floresta media


Floresta media


Floresta media


Floresta media


Floresta media


Floresta media


Floresta media

Tabla 2: Índice de Thornthwaite determinados en la cuenca del rioTunjuelo entre 1989 a 2009. Fuente: Propia

Durante el tiempo de análisis la cuenca del Río Tunjuelo posee un clima húmedo mesotermal con una vegetación de floresta media

NOTAMesotermal:Áreas con meses de temperaturas frías promedio entre -3C y 18C, y temperaturas cálidas por encima 10C.Floresta media:Tipo de vegetación basada en un terreno frondoso con varios arboles

Índice de Knoche:Este índice clasifica la zona de la cuenca según la aridez del sitio

Dónde:

P: Precipitación promedio anual.T: Temperatura media del año.N: número de días de lluvia en el año.

Año Pprom (mm) Tm € n ik Aridez 1989 981,10 12,90 229,00 98,11 Moderada1990 1015,90 13,00 221,00 97,61 Moderada1991 988,30 12,90 220,00 94,95 Moderada1992 890,50 13,10 215,00 82,88 Moderada1993 1086,80 13,40 217,00 100,78 Pequeña1994 1027,10 13,40 186,00 81,64 Moderada

1995 870,80 13,40 213,00 79,27 Moderada1996 1120,20 13,40 215,00 102,92 Pequeña1997 735,90 13,50 168,00 52,61 Normal1998 1011,70 13,50 175,00 75,34 Moderada1999 1081,90 13,40 199,00 92,01 Moderada2000 1149,00 13,00 214,00 106,91 Pequeña2001 872,60 13,20 166,00 62,44 Normal2002 1057,00 13,20 170,00 77,45 Moderada2003 970,70 13,50 188,00 77,66 Moderada2004 1184,70 13,10 206,00 105,65 Pequeña2005 953,80 13,10 208,00 85,88 Moderada2006 1072,20 13,20 212,00 97,98 Moderada2007 971,70 13,10 202,00 84,97 Moderada2008 1166,70 12,90 212,00 108,01 Pequeña2009 945,50 13,60 206,00 82,53 Moderada

Tabla 3: Índice de Knochedeterminados en la cuenca del rio Tunjuelo entre 1989 a 2009. Fuente: Propia

Durante los 20 años de análisis de la cuenca predomino una aridez moderada es decir que posee un ik entre 75 a 100.

Índice de Blair: Este índice relaciona la precipitación anual con el clima predominante de la zona

Dónde:

P: Precipitación anual.

Año Pprom (mm) Ip CLIMA1989 981,10 981,10 Subhúmedo1990 1015,90 1015,90 Húmedo1991 988,30 988,30 Subhúmedo1992 890,50 890,50 Subhúmedo1993 1086,80 1086,80 Húmedo1994 1027,10 1027,10 Húmedo1995 870,80 870,80 Subhúmedo1996 1120,20 1120,20 Húmedo1997 735,90 735,90 Subhúmedo1998 1011,70 1011,70 Húmedo1999 1081,90 1081,90 Húmedo2000 1149,00 1149,00 Húmedo2001 872,60 872,60 Subhúmedo2002 1057,00 1057,00 Húmedo2003 970,70 970,70 Subhúmedo

2004 1184,70 1184,70 Húmedo2005 953,80 953,80 Subhúmedo2006 1072,20 1072,20 Húmedo2007 971,70 971,70 Subhúmedo2008 1166,70 1166,70 Húmedo

2009 945,50 945,50 SubhúmedoTabla 4: Índice de Blair determinados en la cuenca del

rio Tunjuelo entre 1989 a 2009. Fuente: Propia

Para el Río Tunjuelo predomina un clima húmedo con un índice de Blair entre 1000 a 2000.

MÉTODOS PARA DETERMINAR EL CAUDAL EN LA CUENCA

Existen diferentes métodos para calcular el caudal en la fuente de una cuenca o río, entre ellos están:

1. Método del flotador:Este método consiste en medir el tiempo, la velocidad y el área de la cuenca entre dos puntos utilizando un objeto con densidad menor al agua (es decir que flote). Por ejemplo, dos personas se ubican en un punto A y B respectivamente, posteriormente se suelta el objeto flotante y se toma el tiempo que dura en atravesar el punto A y B, con estos datos y la distancia entre los puntosse determina la velocidad. Por otra parte, se realiza el aforo en una sección del rio transversal promedio y se toman las alturas.Después de tener la altura promedio y tener el ancho del rio hallamos el área, con estos

datos obtenemos el caudal utilizando la fórmula de continuidad ( )

2. Método volumétrico: Este método consiste en aforar el cauce del río utilizando un recipiente con volumen definido, cronometrando el tiempo en que se demora para llenarse y luego mediante la siguiente fórmula se halla el

caudal.( )

Para nuestro caso particular del Río Tunjuelo, el caudal se obtuvo mediante la recolección de datos realizados durante el periodo de tiempo de 20 años (1989 a 2009) por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá en donde el caudal medio es de 1743 m3/seg.

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

Tiempo necesario para la estabilización del flujo de agua al momento de un fenómeno de lluvia, formando recorridos de agua constantes

Según la fórmula de Kirpich

En donde:

Reemplazando S en K se obtiene

Sustituyendo en la fórmula de Kirpich:

Dónde:

tc: tiempo de concentración, en minutos.L: longitud máxima de recorrido, en metros. (73000 m)H: diferencia de elevación entre los puntos extremos del cauce principal, en metros. (3700 m.s.n.m- 2560 m.s.n.m=1140m)S: Pendiente promedio de la cuencaK:Relación entre la longitud y la pendiente de la cuenca.

Para nuestra cuenca el tiempo de concentración, es decir, el tiempo que tarda en llegar la última gota de lluvia al extremo más alejado de la cuenca es de 538 minutos o aproximadamente 8,9 horas.

PROPIEDADES DE FORMA DE LA CUENCA

Entre las principales propiedades de forma presentes en la cuenca se encuentran:

Índice de compacidad: Relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo igual al área.

Dónde P: Perímetro de la cuenca.A: Área circular de la cuenca.

Para la cuenca del Río Tunjuelo el índice de compacidad es >1 y se tiende a ser 2, lo cual representa que dicha cuenca es alargada y reduce la probabilidad de ser cubierta en su totalidad por una tormenta. De igual manera, al ser alargada posee un mayor tiempo de concentración (538 min) y por eso es menos propensa a una inundación en tiempos de lluvia. Alejamiento medio: Factor que relaciona la longitud de la cuenca y el área de la cuenca de la siguiente manera:

Dónde

Lc: Longitud del curso de agua más largo (km) A: Área de la cuenca (km2)

Este índice relaciona el recorrido de los cauces colectores del drenaje en el interior de la cuenca.

Ancho promedio: Relación entre el área de la cuenca y la longitud mayor del curso del río, esta expresado por:

DondeA: Ancho de la cuencaL: Longitud de la cuenca

Este factor nos indica que el ancho de nuestra cuenca posee un valor de 7km lo cual al ser comparado con la cartografía nos verifica este resultado.

Factor de forma: Expresa la relación existente entre el área promedio de la cuenca y la longitud máxima o longitud axial de la misma.

DóndeL: longitud de la cuenca. Aprom: Área promedio de la cuenca.

Para nuestra cuenca, el factor de forma arroja un valor pequeño lo cual indica que tiene probabilidades de inundación en épocas de lluvia intensa.

Ancho máximo: Acho que generalmente se toma por el centro de gravedad la cuenca. (E), para el Río Tunjuelo dicha medida es de 10km, este dado fue hallado mediante la cartografía digital adquirida en el Instituto Geográfico Agustin Codazzi

Longitud de la cuenca: Distancia entre la salida y el punto más alejado, cercano a la cabecera del cauce principal, medida en línea recta. Este valor esta dado por la cartografía en donde este da un aproximado de 246,78km.

Para finalizar, los parámetros antes estudiados nos representan la tendencia que posee nuestra cuenca a crecientes, la distribución de las descargas del agua a lo largo de la cuenca y el comportamiento de la misma en época de lluvia.

RELACIONES ÁREA-ELEVACIÓN

Perfil vertical de la cuenca

Curva hipsométrica

Representación grafica entre las curvas de nivel y el área comprendida entre las mismas entre la zona de la cuenca, esta representación es utilizada para determinar la relación hipsométrica la cual indica el estado de equilibrio dinámico de la cuenca.

En dondeAs: Área debajo de la curvaAi: Área sobe la curva

COTAS (m.s.n.m) ÁREA (km²)3100 3,110273443000 97,90882812900 155,0044922800 212,619182700 242,6048442600 306,9478132500 326,9734382400 364,840547

TOTAL 1710,00941

Rectángulo equivalente

COTAS (m.s.n.m) ÁREA (km²) CODIGO ANCHO (km)3100 3,11027344 A1 0,192705913000 97,9088281 A2 6,066222312900 155,004492 A3 9,603747972800 212,61918 A4 13,17343122700 242,604844 A5 15,0312792600 306,947813 A6 19,01783222500 326,973438 A7 20,25857732400 364,840547 A8 22,6047427

RED DE DRENAJE DE LA CUENCA

La red de drenaje se basa, en la manera como la cuenca responde a la precipitación logrando el escurrimiento del agua en un tiempo determinado (definido como tiempo de concentración), entre mayor sea el grado de bifurcación del sistema mayor será la respuesta a la precipitación. A continuación se realizará el análisis del gasto vs tiempo en un tiempo de 20 años, la respuesta de la cuenca ante una precipitación y si la cuenca es apta para la construcción de una obra hidráulica.

Histograma de la cuenca

6,06km 9,6km 13,17km 15,03km 19,01km 20,25km 22,6km

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

105,91km

16

,14

km

0,19km

31

00

30

00

29

00

28

00

27

00

26

00

25

00

24

00

23

00

Primeros años

1989MESES GASTO

Enero 0,063Febrero 0,032Marzo 0,330Abril 0,086Mayo 0,129Junio 0,207Julio 2,878Agosto 0,633Septiembre 0,264Octubre 0,696Noviembre 0,025Diciembre 0,078

1990

MESESGAST

OEnero 0,085Febrero 0,093Marzo 0,197Abril 0,668Mayo 6,103Junio 3,889Julio 2,169Agosto 2,039Septiembre 0,543Octubre 0,939Noviembre 0,850Diciembre 0,752

1991

MESESGAST


Analizando el comportamiento de la gráfica, se observa un periodo de tiempo comprendido entre los meses de mayo a agosto dónde las precipitaciones se disparan,

valores que contrastan con los de cierre e inicio de año en los cuales la lluvia se reduce al mínimo. Los saltos en los caudales de los meses intermedios son muy altos, tanto que exceden 6 o 7 veces los caudales medios.

Últimos años

2007

MESESGAST


2008

MESESGAST


2009MESES GASTO

Enero 1,236Febrero 0,153

Marzo 1,114Abril 2,535Mayo 1,528Junio 2,032

Julio 5,620Agosto 3,185Septiembre 1,151Octubre 0,505Noviembre 3,668Diciembre 1,114

En esta gráfica de los últimos tres de los veinte años estudiado observamos que disminuyen las precipitaciones que tienden a ser cero caracterizadas por ser el inicio y el cierre de cada año. Ahora en la cuenca hay un aumente de caudal mes a mes, eso si, siendo los meses de mayo a agosto los más lluviosos que duplican y triplican los precipitaciones promedio. Siendo el último año en la estadística el del 2009 dónde se

evidencio aumento de caudal en los meses atípicos, aunque este no tuvo el pico más alto de la comparación.

Ahora haciendo una comparación de los caudales de los tres primeros y tres últimos años no tenemos un patrón de semejanza, para resaltar hay que mencionar que los últimos tres años el gasto aumento mes a mes, en relación con los anteriores.

Orden de la cuenca

El orden de la cuenca del Río Tunjuelo, puede definirse según el número de subcuencas presentes en el área que desembocan en el río principal, el cual relaciona la red de drenaje con el tamaño de la cuenca, la sección del cauce y el gasto, para determinar el orden de la cuenca se debe primero conocer los siguientes parámetros

1. Escorrentía esporádica2. Unión de escorrentías (Quebradas y arroyos)3. Unión de quebradas y arroyos4. Río principal

Con el fin de facilitar los cálculos se utiliza la siguiente fórmula, la cual relaciona el número de cauces con el número de orden

En donde: Nu: Número de ordenRb: Relación de bifurcación de Horton

En resumen, en la cuenca del Río Tunjuelo existen 27 ríos secundarios, 9 ríos terciarios, 3 ríos terciarios y un río principal. Longitud promedio de los afluentes

Para determinar la longitud aproximada de los afluentes de la cuenca se asume una relación de longitud de 1 a 4, para nuestro caso se asumirá un valor de 2

22

22

22

2

33

34

5

22

2

2

2 22

222

2

222

222

222

2 222

222 2

2222

2

22

2

2

2

222 2

2

22

2

2

22

22 222

2

22

222

3 2

223

4

3

33334

3

3

3

22

22

222

2

3

34

3 43

33

3

34

5

5

55

56

En donde: Lu: Longitud de la cuenca a determinarRL: Relación de longitud (2)Li: Longitud

Longitud total

Para la determinación de la longitud total de las cuencas se utiliza la siguiente formula

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