PROYECTO DE INVESTIGACIÓN MODELACIÓN HIDROLÓGICA …

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN MODELACIÓN HIDROLÓGICA MEDIANTE TETIS PARA EL ESTUDIO DE EVENTOS

EXTREMOS MÁXIMOS EN LA CUENCA DEL RÍO GUAYURIBA

Por: Clavijo Rodríguez Laura Jimena

Salazar Cuellar Juan Camilo

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL VILLAVICENCIO

2019

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN MODELACIÓN HIDROLÓGICA MEDIANTE TETIS PARA EL ESTUDIO DE EVENTOS

EXTREMOS MÁXIMOS EN LA CUENCA DEL RÍO GUAYURIBA

Por: Clavijo Rodríguez Laura Jimena

Salazar Cuellar Juan Camilo

Documento final presentado como opción de grado para optar al título profesional de

ingeniero civil

Aprobado por:

Ing. Iván Darío Acosta Sabogal, Mg ©. Director

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL VILLAVICENCIO

2019

MODELACIÓN HIDROLÓGICA MEDIANTE TETIS PARA EL ESTUDIO DE EVENTOS EXTREMOS EN LA CUENCA DEL RÍO GUAYURIBA

Facultad de Ingeniería Civil – USTA Villavicencio III

AUTORIDADES ACADÉMICAS

Fray José Gabriel Mesa Angulo, O.P. Rector General

Fray Eduardo González Gil, O.P. Vicerrector Académico General

Fray José Antonio Balaguera Cepeda, O.P. Rector Sede Villavicencio

Fray Rodrigo García Jara, O.P. Vicerrector Académico Sede Villavicencio

Julieth Andrea Sierra Tobón Secretaria de División Sede Villavicencio

Ing. Jhon Jairo Gil Peláez, Ph.D. Decano Facultad de Ingeniería Civil


Facultad de Ingeniería Civil – USTA Villavicencio IV

Nota de aceptación

ING. JHON JAIRO GIL PELÁEZ

Decano Facultad Ingeniería Civil

Iván Darío Acosta Sabogal

Director Trabajo de Grado

Villavicencio, 01 de Noviembre de 2019


Facultad de Ingeniería Civil – USTA Villavicencio V

DEDICATORIA

De manera muy especial dedico este trabajo a mis padres, porque si he de adoptar el deseo de superación y el anhelo de triunfo en la vida es gracias a ellos, porque creyeron en mí y me sacaron adelante. Mi madre que estuvo siempre a mi lado, brindándome una palabra de aliento a cada instante y su amor incondicional. Mi padre por ser mi ejemplo de rectitud, trabajo y dedicación.

Juan Camilo Salazar Cuellar

Este trabajo está dedicado principalmente a Dios por darme vida y bendecirme a diario, a mi familia Gloria Rodríguez, Aureliano Clavijo y Felipe Clavijo porque con su apoyo, compañía, sacrificio y dedicación logre culminar otra etapa de mi vida, a los ingenieros y docentes de la Universidad Santo Tomás que participaron en mi formación académica como Ingeniera Civil y como persona y agradezco a todas aquellas personas que de una u otra manera formaron parte de mi vida como estudiante y estuvieron a mi lado durante este proceso motivándome continuamente.

Laura Jimena Clavijo Rodríguez


Facultad de Ingeniería Civil – USTA Villavicencio VI

AGRADECIMIENTOS

Expresamos nuestros más sinceros agradecimientos a Dios por brindarnos la vida, la voluntad y la oportunidad de culminar nuestros estudios universitarios, de afrontar las dificultades y poder salir adelante con nuestros proyectos de vida, agradecemos a nuestros padres por ser siempre un apoyo incondicional, por ser pacientes, colaboradores y por creer en nosotros, a la Universidad Santo Tomás de Villavicencio y la Facultad de Ingeniería Civil por brindarnos los conocimientos necesarios para el desarrollo de la carrera profesional y especialmente agradecemos a nuestro director de trabajo de grado el Ingeniero Iván Darío Acosta Sabogal por guiarnos y dedicarnos su tiempo.

Agradecemos al IDEAM por proporcionarnos los datos necesarios para poder desarrollar este proyecto de grado el cual generó un amplio conocimiento. Finalmente, damos gracias a nuestras familias por ser fuente de motivación y felicidad.


Facultad de Ingeniería Civil – USTA Villavicencio VII

RESUMEN

El presente trabajo se centra en realizar un estudio hidrológico, el cual está orientado en determinar los caudales máximos del cauce principal de la cuenca del río Guayuriba, de manera que se pueda forjar información hidrológica que servirá como pilar para el planteamiento posterior de medidas de mitigación de desastres destinadas a reducir el riesgo ocasionado por inundaciones.

Esta concentra sus esfuerzos en la cuenca del río Guayuriba, la cual está ubicada en el área rural de los municipios de Guayabetal en el departamento de Cundinamarca, Villavicencio, Acacías, San Carlos de Guaroa y Puerto Lopez en el departamento del Meta, sobre la parte baja de la cordillera oriental en Colombia, dicha cuenca se encuentra instrumentada con estaciones hidrológicas y climáticas del IDEAM.

Se desarrolló basándose en la aplicación del modelo hidrológico distribuido TETIS, donde los datos requeridos para la modelación son de carácter geológico, hidrometeorológico, de cultivos/cobertura vegetal y uso de suelos. En lo concerniente a los usos del suelo, esta información es procedente de Corine Land Cover de 2006 y es adaptada al área de estudio.

Una vez recopilada y analizada la información mencionada anteriormente, se generaron los inputs o mapas de entrada que el modelo requiere. Esto se hizo haciendo uso de la herramienta ArcGis, la cual sirvió como base para la generación de los mapas asociado a la cuenca del rio Guayuriba.

Finalmente, con la información presentada en la cuenca se procedió a realizar el análisis de la respuesta hidrológica a escala diaria y posteriormente realizar el proceso de calibración y validación del modelo, mediante la aplicación del modelo hidrológico distribuido TETIS y la estación de aforo seleccionada (Caseteja- delicias).

Palabras Clave: estudio hidrológico, caudales máximos, modelo hidrológico distribuido, calibración, modelación.


Facultad de Ingeniería Civil – USTA Villavicencio VIII

ABSTRACT

This paper focuses on conducting a hydrological study, which is aimed at determining the maximum flows of the main riverbed of the Guayuriba river basin, so that hydrological information can be forged that will serve as a pillar for the subsequent approach of mitigation measures of disasters designed to reduce the risk caused by floods.

This concentrates its efforts in the Guayuriba river basin, which is located in the rural area of the municipalities of Guayabetal in the department of Cundinamarca, Villavicencio, Acacías, San Carlos de Guaroa and Puerto Lopez in the department of Meta, on the part low of the eastern mountain range in Colombia, this basin is instrumented with hydrological and climatic stations of the IDEAM.

It was developed based on the application of the TETIS distributed hydrological model, where the data required for modeling are geological, hydrometeorological, crop / plant cover and soil use. Regarding land uses, this information is from the 2006 Corine Land Cover and is adapted to the study area.

Once the information mentioned above was collected and analyzed, the inputs or input maps that the model requires were generated. This was done using the ArcGis tool, which served as the basis for the generation of the maps associated with the Guayuriba river basin.

Finally, with the information presented in the basin, the analysis of the hydrological response on a daily scale was carried out and subsequently the process of calibration and validation of the model was carried out, through the application of the distributed hydrological model TETIS and the selected capacity station (Caseteja - delight).

Keywords: hydrological study, maximum flows, distributed hydrological model, calibration, modeling.


Facultad de Ingeniería Civil – USTA Villavicencio IX

CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN .........................................................................................13 2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .............................................................14 3. JUSTIFICACIÓN .........................................................................................15 4. OBJETIVOS ................................................................................................16 4.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................................16 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................16 5. ALCANCE ....................................................................................................17 6. MARCO DE REFERENCIA .........................................................................18 6.1. MARCO TEÓRICO ......................................................................................18

Hidráulica fluvial ........................................................................................18 Modelo Hidrológico TETIS ........................................................................19 Formulación del modelo ............................................................................19 Estimación anticipada de los parámetros ..................................................22 Factores correctores .................................................................................23 Condiciones iniciales de la variable de estado ..........................................23 Calibración automática del modelo mediante SCE-UA .............................24

6.2. MARCO CONCEPTUAL ..............................................................................25 6.3. ESTADO DE ARTE .....................................................................................26

Generalidades ...........................................................................................26 Modelación hidrológica en TETIS .............................................................26

6.4. MARCO NORMATIVO.................................................................................28 6.5. MARCO GEOGRÁFICO ..............................................................................29

Cuenca del Río Guayuriba ........................................................................29 Hidrografía ................................................................................................29

7. EQUIPO DE INVESTIGACIÓN Y TRAYECTORIA ..................................... …31 8. METODOLOGÍA ..........................................................................................33 8.1. DESCRIPCIÓN DE ETAPAS Y TAREAS ................................................... 33 9. ETAPA 1 (RECOLECCIÓN Y PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN)

.................................................................................................................... 34 9.1. INFORMACIÓN GEOESPACIAL, CARTOGRAFIA BASE Y DIGITAL ....... 34 9.2. INFORMACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA ................................................ 34 9.3. INFORMACIÓN GEOLÓGICA .....................................................................37 10. ETAPA 2 (PREPARACIÓN DE LOS DATOS DE ENTRADA PARA LA

MODELACIÓN) .......................................................................................... 42 10.1. PARAMETROS GEOMORFOLÓGICOS DE LA CUENCA ......................... 42

Área de la cuenca y perímetro .............................................................. 42 Longitud del cauce principal (L) y ancho (W) ........................................ 42 Desnivel altitudinal (DA) ........................................................................ 43 Parámetros de forma ............................................................................ 43 Parámetros de relieve ........................................................................... 45

10.2. CÁLCULO DE LOS MAPAS DERIVADOS DEL MDE ................................ 47 Mapa de direcciones de flujo ................................................................ 47 Mapa de acumulación de flujo............................................................... 48 Mapa de cobertura de suelo ................................................................. 49


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Mapa de pendientes (Slope) ................................................................. 53 Mapa de velocidad de ladera ................................................................ 54 Almacenamiento estático del suelo (Hu) ............................................... 55 Ks: Capacidad de infiltración – Conductividad hidráulica del suelo....... 62 Kp: Capacidad de percolación del sustrato ........................................... 68 Kps, Ksa, Kss ........................................................................................ 70 Valores mensuales del factor de vegetación ......................................... 71 Mapa de interceptación de lluvia con las coberturas vegetales ............ 72

11. ETAPA 3 (IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO) ......................................... 74 11.1. PARAMETROS GEOMORFOLÓGICOS .................................................... 74 11.2. CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN A ESCALA DIARIA .................................. 75

Fase de calibración ............................................................................... 75 Resultados de la calibración ................................................................. 75 Fase de validación ................................................................................ 77

12. ETAPA 4 (TRANSPOSICIÓN DE CAUDALES) .......................................... 80 13. ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................... 81 14. RESULTADOS E IMPACTOS .................................................................... 84 15. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS .............................................. 86 15.1. CONCLUSIONES ....................................................................................... 86 15.2. TRABAJOS FUTUROS............................................................................... 86 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 88 ANEXOS (OPCIONAL) ......................................................................................... 90


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LISTA DE TABLAS

Tabla 6-1 Factores correctores ............................................................................. 23 Tabla 9-1 Área de influencia de las estaciones seleccionadas en el método de Thiessen ................................................................................................................ 35 Tabla 9-2 Información de series con registros históricos monitoreados por el IDEAM instaladas en la cuenca Guayuriba y sus alrededores. ......................................... 36 Tabla 9-3 Composición textural de las unidades de suelo presentes en el área de estudio de la cuenca del río Guayuriba ................................................................. 38 Tabla 10-1 Datos generales de área y perímetro de las cuencas ......................... 42 Tabla 10-2 Desnivel altitudinal de la cuenca total .................................................. 43 Tabla 10-3 Desnivel altitudinal del área de estudio ............................................... 43 Tabla 10-4 Coeficiente de Gravelius ..................................................................... 44 Tabla 10-5 Rectángulo equivalente de la cuenca y área de estudio ..................... 45 Tabla 10-6 Uso de suelo área de estudio según Corine Land Cover .................... 51 Tabla 10-7 Cálculo de almacenamiento estático – Hu para la subcuenca del río Guayuriba .............................................................................................................. 57 Tabla 10-8 Cálculo de la conductividad hidráulica del suelo para el área de estudio .............................................................................................................................. 63 Tabla 10-9 Índices mensuales por cobertura vegetal ............................................ 71 Tabla 10-10 Valores de intercepción por cobertura vegetal en el área de estudio 72 Tabla 11-1 Coeficientes y exponentes empleados en las relaciones geomorfológicas .............................................................................................................................. 74 Tabla 11-2 Factores correctores obtenidos de la calibración automática .............. 75 Tabla 11-3 Valores del balance hídrico ................................................................. 76 Tabla 11-4 Características del evento de simulación TETIS para los factores correctores ............................................................................................................ 76 Tabla 11-5 Características del evento de simulación TETIS de 2002 a 2005 ....... 77 Tabla 11-6 Características del evento de simulación TETIS de 1995 a 1998 ....... 78 Tabla 13-1 Características del evento de simulación TETIS de 1995 - 2012 ........ 81 Tabla 14-1 Resultados esperados ......................................................................... 84 Tabla 14-2. Impactos ............................................................................................. 84


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LISTA DE FIGURAS

Figura 6-1 Esquema conceptual de tanques a nivel de celda del modelo TETIS.. 20 Figura 6-2 Movimiento horizontal propuesto por el modelo TETIS ........................ 21 Figura 6-3 Área de cobertura del Río Guayuriba ................................................... 29 Figura 8-1 Fases de la metodología para el desarrollo de la investigación ........... 33 Figura 9-1 Modelo de elevación digital de la cuenca del río Guayuriba ................. 34 Figura 9-2 Aplicación del método de Polígonos de Thiessen de las estaciones en el área de estudio correspondiente a la cuenca del río Guayuriba ............................ 35 Figura 9-3 Mapa de suelos de la subcuenca del Río Guayuriba ........................... 38 Figura 10-1 Curva hipsométrica de la cuenca del río Guayuriba ........................... 46 Figura 10-2 Curva hipsométrica de la subcuenca del río Guayuriba ..................... 47 Figura 10-3 Direcciones de flujo según ArcGIS ..................................................... 48 Figura 10-4 Mapa de direcciones de área de estudio ............................................ 48 Figura 10-5 Funcionamiento del mapa de dirección y el de acumulación de flujo. 49 Figura 10-6 Mapa de acumulación de área de estudio .......................................... 49 Figura 10-7 Mapa de cobertura de suelo área de estudio (Corine Land Cover) .... 50 Figura 10-8 Mapa de profundidad de raíces área de estudio ................................ 52 Figura 10-9 Mapa de pendientes del área de estudio ........................................... 53 Figura 10-10 Mapa de velocidades de ladera del área de estudio ........................ 54 Figura 10-11 Capacidad máxima de almacenamiento estático del suelo para el área de estudio .............................................................................................................. 61 Figura 10-12 Conductividad hidráulica del suelo – Ks para el área de estudio ..... 67 Figura 10-13 Conductividad hidráulica del substrato rocoso Kp ............................ 68 Figura 10-14 Capacidad de percolación para el área de estudio .......................... 69 Figura 10-15 Capacidad de pérdida del área de estudio ....................................... 70 Figura 10-16 Índices mensuales por cobertura vegetal presentes en el área de estudio ................................................................................................................... 72 Figura 10-17 Distribución espacial de la intercepción (mm) .................................. 73 Figura 11-1 Caudales y niveles simulados por el software TETIS......................... 77 Figura 11-2 Caudales y niveles simulados por el software TETIS para 2002 – 2005 .............................................................................................................................. 78 Figura 11-3 Caudales y niveles simulados por el software TETIS para 1995 – 1998 .............................................................................................................................. 79 Figura 12-1 Caudales observados, simulados y transpuestos para la cuenca del río Blanco-Negro-Guayuriba ....................................................................................... 80 Figura 13-1 Caudales y niveles simulados por el software TETIS (1995-2012) del área de drenaje abarcada por la estación CASETEJA-DELICIAS ........................ 81


USTA Sede Villavicencio – Facultad de Ingeniería Civil 13

1. INTRODUCCIÓN

El río Guayuriba desde su nacimiento en la unión de los Ríos Blanco y Negro hasta la desembocadura en el río Metica recorre una longitud aproximada de 118,1km, el área de la cuenca es de 1132.5 km2 de los cuales 491.8 km2 pertenecen al municipio de Villavicencio, 438.1 km2 al municipio de Acacias, 160.7 km2 al municipio de San Carlos de Guaroa y 42.0 km2 al municipio de Puerto López, la precipitación media anual es de 3416 mm teniendo como meses críticos a enero y febrero. [1]

Actualmente, el río Guayuriba hace parte de las principales corrientes hídricas del Meta gracias al gran caudal de agua que viene de la cordillera Oriental, siendo así transportador y transformador de depósitos aluviales, las cuales suelen depositarse en la parte central del cauce dando paso así a la minería; actividad que constituye una gran fuente de trabajo para el departamento, pero debido a una inadecuada explotación de estos materiales el río tiende a cambiar su cauce produciendo grandes inundaciones en los terrenos aledaños a este.

Las entidades gubernamentales no han logrado mitigar dicha problemática ya que las soluciones que han planteado únicamente están enfocadas en infraestructura (construcción de jarillones y diques) sin llegar a tener en cuenta un análisis hidrológico optimo del crecimiento del cuerpo hídrico y omitiendo de igual manera los requerimientos de la sociedad, “es por esto que la comunidad lleva desde 2001 organizando reuniones comunitarias con las entidades relacionadas, presentando tutelas, acciones populares, derechos de petición, quejas a la Alcaldía de Villavicencio, la Unidad de Gestión de Riesgos, La Gobernación del Meta, entre otras”. [2]

De allí nace la necesidad de realizar un estudio hidrológico con el fin de lograr la identificación de grandes eventos climatológicos derivados del río Guayuriba en zonas instaladas en la vecindad de su cauce como lo son: El Cocuy, Vegas del Guayuriba, Santa Rosa, La Concesión Baja, Zuria, Rio Negrito, La Vigía, Rosaleño, Rincón de Pompeya, Paraderito, Pto Colombia, Pto Tembleque y Pachaquiaro; mediante el software de modelación hidrológica TETIS, programa que requiere como variables de entrada, hidrometeorológicos, de usos de suelo y cobertura vegetal.



2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Los periodos grandes de precipitación suelen dejar como resultado inundaciones eventuales y crecidas mayoritarias. Estos procedimientos naturales han impulsado en gran medida a la alteración de los suelos existentes, debido a su constante ocurrencia a lo largo de los años. Por otra parte, una vez que el escurrimiento del río logra aventajar la capacidad de conducción de la corriente, tiende a desbordarse conllevando a una inundación. Este es el caso del río Guayuriba, ya que las fuertes precipitaciones conllevan a un desborde de su caudal y posteriormente a la inundación de las zonas aledañas a este. [2]

Ahora bien, si entramos en detalle encontraremos a la carencia de un adecuado tratamiento de dragado y a la minería irresponsable como principales causantes de la problemática relacionada al río Guayuriba [2], ya que estos se concentran únicamente en la extracción de los minerales ubicados a la orilla del río lo cual debilita los límites del río que con cada crecida se desborda, convirtiéndolo en un peligroso cauce con poder para estimular grandes inundaciones que conllevan a la necesidad de implementar control y prevención en zonas aledañas.



3. JUSTIFICACIÓN

Con el desarrollo de este modelo se pretende dar un insumo para el proyecto de Plan de Ordenamiento de Manejo de la Cuenca (POMCA), que basado en un instrumento tecnológico como el Software TETIS, puede facilitar la toma de decisiones frente a un posible suceso de zona en riesgo de inundación, además para las posibles personas que tienen sus viviendas ubicadas a las orillas del cauce y también para aquellos que tienen sus cultivos en las riberas del río Guayuriba, teniendo en cuenta la afectación socio económica que conllevaría el desborde del caudal.

La valoración de los recursos hídricos es de gran importancia para una eficiente proyección hidrológica, y actualmente sigue sujeta a incertidumbres constantes. Lograr caracterizar una cuenca mediante la estimación cualitativa y cuantitativa de sus parámetros hidrológicos acarrea altos niveles de costos y complejidad, debido a que se deben tratar de forma directa por medio de tomas reales y mediciones. Actualmente la estimación de zonas con peligro de inundación y de caudales son temas de gran importancia dentro de la Ingeniería hidrológica, analizando el agua a partir de dos perspectivas como lo son el riesgo y el recurso. Estos factores nos hacen acudir a una simulación matemática del ciclo hidrológico pudiendo así reconstruir el régimen fluvial a partir de la caracterización de la cuenca y datos meteorológicos.

Al realizar el modelo hidrológico, este nos puede suministrar información acerca de posibles sobrecargas en el cuerpo hídrico. El estudio del comportamiento del suelo y la climatología serán la base principal para realizar una adecuada estimación de crecidas mediante la Modelación Hidrológica en TETIS.



4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL

Analizar mediante modelación hidrológica los eventos extremos en la cuenca del río Guayuriba en el municipio de Villavicencio.

4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar la información y los estudios previos existentes usados en la simulación de modelos hidrológicos.

Determinar las características hidrológicas y climatológicas de la zona de estudio.

Estimar el modelo mediante el software TETIS que represente los métodos presentes en la naturaleza, con el fundamento de pronosticar los mismos en condiciones futuras. Mediante esbozos matemáticos y físicos confiables de las metodologías hidrológicas.

Desarrollar la calibración del modelo obtenido para conseguir una mejor aproximación de los flujos simulados frente a los observados.



5. ALCANCE

Durante el desarrollo de la investigación se utilizarán y realizaran estudios con la finalidad de abastecer el proyecto de toda la información posible; con la información recopilada se dará inicio al proceso de modelación el cual culminará con los siguientes entregables:

Caracterización y análisis de las coberturas.

Estudio de las condiciones climatológicas en el área de estudio.

Memoria con los resultados y la validación.

Flujograma de procesos del TETIS.



6. MARCO DE REFERENCIA

6.1. MARCO TEÓRICO

Hidráulica fluvial

La hidráulica fluvial es una disciplina que consiste en el estudio de los procesos que tienen origen en los cauces naturales con el fin de contribuir información a la planificación, diseño, construcción y operación de variedad de obras que se desarrollan en los ríos, siendo estas útiles a las necesidades humanas sin llegar a generar una degradación del ecosistema.

El propósito del estudio de los cauces naturales (fluviales o torrenciales) es el conocimiento de las características de los mismos. Debido a que estos se pueden aplicar a la solución de problemas en los cuales se vean involucrados los siguientes aspectos:

Mitigación de consecuencias desfavorables, entre las cuales pueden desatacar las erosiones, procesos erosivos en estructuras y inundaciones.

Aprovechamiento del cuerpo hídrico, para que así logre abastecer el uso consuntivo o no consuntivo.

La característica que se busca solventar mediante la corrección del curso de agua en un cuerpo hídrico es la estabilización de un canal a lo largo de un tramo determinado cuyas propiedades permitan satisfacer todos o algunos de los siguientes objetivos:

Eficiente evaluación de las crecientes.

Control de la dirección de la corriente a lo largo del tramo que se analiza.

Minimizar los procesos erosivos o de socavación.

Transporte eficaz del material solido en arrastre y suspensión.

Lograr una tendencia de estabilización en el canal.

Para lograr satisfacer dichos estudios es necesaria la realización de diferentes estudios, los cuales se clasifican en:

a) Estudios hidrológicos: la hidrología es la ciencia que estudia la circulación y distribución del agua en la tierra, sus propiedades físicas y químicas y su interacción con el medio ambiente. En esta se ve implicada la determinación de los regímenes de caudales que presenta el cuerpo hídrico, la medición del material sólido en suspensión y arrastre transportado por el agua.

b) Estudios hidráulicos: los cuales involucran estudios de la mecánica fluvial, su

dinámica etc…



Modelo Hidrológico TETIS

“El modelo TETIS ha sido desarrollado por el Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA) de la Universitat Politècnica de València”, para que de esta manera se puede dar marcha a la simulación hidrológica en las cuencas, pretendiendo así recopilar información de los diferentes procesos físicos implicados hasta encontrar una respuesta hidrológica mediante la modelación distribuida de tipo conceptual. [3]

Cuando nos ponemos a analizar la caracterización de un modelo hidrológico es clave encontrar que este busca representar los diferentes procesos involucrados en la distribución de la precipitación y la generación de caudales en una cuenca, logrando adherir correctamente la variabilidad espacial de los ciclos hidrológicos y su base conceptual. Es a causa de esto que la modelación requiere de datos observados que logren permitir su calibración, llegando a cumplir con el principio de parsimonia, “seleccionando así el modelo con una cantidad reducida de número de parámetros y cuyas ecuaciones destaquen simplicidad, logrando así representar los diferentes procesos significativos”. [4]

A continuación, se presenta una descripción general del modelo TETIS, enseñando las condiciones observadas, su estructuración, la parametrización y finalmente el algoritmo de calibración automática (SCE-UA) el cual nos llevara a la simulación de los eventos sobresalientes. [5]

Formulación del modelo

Hoy día es común encontrar una gran variedad de esquemas conceptuales para una idónea determinación de la producción de escorrentía. Generalmente estos escritos datan una exhibición esquemática que incluye varios tanques interconectados entre sí. Destacando el uso exitoso de estos esquemas los cuales han sido utilizados con éxito tanto en modelos conceptuales agregados de simulación continua (Stanford, Sacramento, Tankmodel, GR-3, etc.) como en modelos que se pueden considerar distribuidos (Watflood, DVSM, SLURP, etc.). Resumiendo, en todos estos modelos se utiliza un grupo de tanques para representar conceptualmente la producción de escorrentía en lo que se puede considerar “una unidad de respuesta hidrológica, HRU”. [1]

La escorrentía dentro del modelo hidrológico TETIS suele producirse mediante la implementación de un balance hídrico en cada celda, el cual se encarga de asumir la distribución del agua en seis tanques de almacenamiento conceptuales interconectados entre sí como se muestra en la Ilustración 1. [5]

Una vez se cuente con la producción se procede a plasmar está mediante esquemas conceptuales de carácter simple los cuales se encuentran acondicionados a la escala de la celda (inferior al tamaño de las laderas) y al intervalo de tiempo que se desee estimar en la modelación de eventos (entre 1 hora y 10 minutos). Si se pretende ocupar otra escala espacio-temporal se deberá tener



en cuenta la aparición de efectos adversos en los valores de los parámetros. Pero si se trata de un periodo de simulación continua (un periodo largo y no un evento) el intervalo puede llegar a variar hasta 1 día, pero nunca superior. [5]

Figura 6-1 Esquema conceptual de tanques a nivel de celda del modelo TETIS Fuente: Manual del usuario Programa TETIS v.8.1

La precipitación, infiltración, perdidas subterráneas, percolación y en el hipotético caso de presenciar nieve son conexiones localizadas de forma vertical entre la sucesión de tanques. Ahora bien, el interflujo, escorrentía directa, el flujo superficial y el flujo de base están representados por conexiones horizontales. Generalmente los procesos involucrados se simulan a través de ecuaciones simples y con pocos parámetros a estimar. [5]

“La representación del modelo TETIS radica en una malla interconectada en tres dimensiones como se puede observar en la Ilustración 2. Los tres últimos almacenamientos drenan hacia el correspondiente tanque aguas abajo, manteniendo la secuencia de las direcciones de flujo obtenidas a partir del Modelo de Elevación Digital (DEM).” [5]



Figura 6-2 Movimiento horizontal propuesto por el modelo TETIS Fuente: Calibración de un modelo conceptual distribuido del ciclo de sedimentos

(Bussi, 2011)

Por ende, la disimilitud dentro de la conducta de los tres elementos (el cauce, la ladera y las cárcavas es notoria). Dentro de la ladera, el flujo superficial logra centralizarse en una cárcava mediante el área máxima. En el momento en que la escorrentía colisiona con un canal, ya sea una cárcava o cauce la ladera concluye. El interflujo regresara a la superficie únicamente si los principios de las cárcavas coinciden con el área requerida, es común que el interflujo emigre a la superficie cuando se tropieza con una fisura constante en el terreno, la cual impide la infiltración permanente del agua. Estas fisuras, reconocidas como cárcavas, imprimen la iniciación del interflujo. Las cárcavas suelen ocasionar que la escorrentía superficial en las celdas sea de un área mayor de captación que el área umbral para el interflujo y menor que el área umbral para el flujo base. La sumatoria de la escorrentía directa y el interflujo va a dar como resultado la escorrentía superficial. El área requerida para el flujo subterráneo en el acuífero alcance las superficies del terreno estarán descritas por las celdas cauces. El flujo base coincide con la presencia de cauces que persistentemente llevan agua. En las celdas con área de atracción mayor que área umbral para el flujo base, el flujo total se exhibe en cauces y es la suma de la escorrentía directa, el interflujo y el flujo base. [5]

El transporte de la escorrentía a lo largo de la cuenca se establece a razón de que el agua no disuelta circule sobre las laderas hasta conseguir algún canal referente a la red de drenaje natural de la cuenca, a partir de allí circula por la red drenaje. Cuando se cuente con las cuantificaciones propias de la cuenca (o de regiones en caso de no contar con los otros) extraídas de la información geomorfológica de la cuenca se procederá a obtener las particularidades hidráulicas de los cauces. Debido a esto, se le ha otorgado el nombre de Onda Cinemática Geomorfológica a la metodología propuesta por Vélez (2001). [3]

Las relaciones a emplear dentro del modelo son:



“Relación entre el caudal a sección llena Qb en un sitio y el área de la cuenca que drena a través de este sitio Λ. Siendo κ y ϕ constantes de validez regional." [3]

𝑄𝑏 = 𝜅 ∗ 𝛬𝝓 Ecuación 6-1 Relación entre caudal a sección llena y el área acumulada.

“Relación entre el ancho de la sección transversal a sección llena Wb y el caudal a sección llena Qb. Siendo c1 el coeficiente y ε1 el exponente según la expresión:” [5]

𝑊𝑏 = 𝑐1 ∗ 𝑄𝑏𝜀1

Ecuación 6-2 Relación entre el ancho de la sección transversal y el caudal a sección llena

“Relación entre el ancho de la sección transversal W y el caudal Q. Siendo c2 (*) el coeficiente y ε2 el exponente según la expresión:” [5]

𝑊𝑡 = 𝑐2 ∗ 𝑄𝑡𝜀2

Ecuación 6-3 Relación entre el ancho de la sección transversal y el caudal

“(*): En la expresión anterior, no es necesario estimar un valor para el coeficiente c2, al estar completamente determinado en función del caudal a banca llena y del

ancho de la sección dominante. En efecto, si 𝑄𝑡 = 𝑄𝑏: 𝑊 = 𝑊𝑏∴ 𝑐2 = 𝑊𝑏 ∗ 𝑄𝑏−𝜀2 “ [5]

“Relación entre el diámetro característico del sedimento d, la pendiente del

cauce s0 y el calado y. Siendo cd el coeficiente y θ el exponente, según la expresión:” [5]

𝑑 = 𝑐𝑑 ∗ (𝑦 ∗ 𝑠0)𝜃 Ecuación 6-4 Relación entre el diámetro, la pendiente y el calado.

“Relación entre el coeficiente de rugosidad n y el diámetro característico del

sedimento d. Siendo cn el coeficiente y ξ el exponente según la expresión:” [5]

𝑛 = 𝑐𝑛 ∗ 𝑑𝜉 Ecuación 6-5 Relación entre el coeficiente de rugosidad y el diámetro.

Estimación anticipada de los parámetros

Los parámetros requeridos por el modelo hidrológico pueden hacer referencia a información que se encuentra disponible dentro del área de estudio, es por esto que estos deben ser estimados con anterioridad. [5]



Factores correctores

Dentro del modelo de transporte y producción presentados en el TETIS y nombrados con anterioridad se involucran unos factores correctores los cuales tienen como función subsanar de forma global los diferentes parámetros, dando paso a una calibración de característica manual o automática la cual nos permite aprovechar la información utilizada en la estimación previa: [5]

Los factores correctores que se ven involucrados directamente en la producción de escorrentía son:

Tabla 6-1 Factores correctores

FC1 Almacenamiento estático FC2 Evapotranspiración FC3 Infiltración FC4 Escorrentía Directa FC5 Percolación FC6 Interflujo FC7 Perdidas Subterráneas FC8 Flujo Base FC9 Traslación OCG

Fuente: Descripción del modelo conceptual distribuido de simulación hidrológica TETIS v.8.1

Estos factores intentan enmendar las siguientes falencias:

Consideración original paramétrica

Secuelas de escala espacio-temporal

Información hidrometeorológica de ingreso al modelo

Condiciones iniciales de la variable de estado

Si definimos con anterioridad las condiciones originales de la variable de estado se logrará una adecuada simulación hidrológica de un evento. Dentro del modelo a trabajar (TETIS) las variables de estado son las siguientes: [5]

H1. El almacenamiento estático (porcentaje de capacidad máx.)

H2. El almacenamiento superficial (Cantidad de agua disponible, generalmente baja)

H3. El almacenamiento gravitacional (Agua disponible desde el comienzo del evento)

H4. Estado inicial del acuífero (Agua disponible desde el comienzo del evento)

H5. Estado inicial de cárcavas y cauces (porcentaje de caudal a sección llena)

H6. Estado inicial del tanque de intercepción (porcentaje de valor máx. de almacenamiento)

H0. Estado inicial del tanque de nieve (Altura equivalente de agua)



Calibración automática del modelo mediante SCE-UA

“El objetivo de este método es buscar el conjunto óptimo de parámetros que minimicen una función objetivo, para luego comparar alguna variable observada contra la simulada por el modelo, usualmente el caudal de salida. La función objetivo se selecciona con algún criterio estadístico en función de las características que se quieran preservar en la serie simulada.” [6]

Dentro del modelo Hidrológico TETIS la precisión en la simulación va a estar dada por la función objetivo raíz cuadrada del error medio (RMSE) ya que es un medidor de eficiencia cuyo uso es habitual: [5]

∑𝑛 ((𝑄𝑖 − Qs𝑖)2)

𝑅𝑀𝑆𝐸 = √ 𝑖=1

𝑛

Ecuación 6-6 Error cuadrático medio

“Donde Qsi el caudal simulado, Qi el caudal observado y n es el número de observaciones”. Este es el criterio que se debe emplear durante el proceso de calibración, buscando así el valor mínimo posible del RMSE. [5]

∑𝑛 (𝑄𝑠𝑖 − Q𝑖)2 𝑁𝑆𝐸 = 1 − 𝑖=1

∑𝑛 (𝑄𝑖 − Qm𝑖)2 𝑖=1

Ecuación 6-7 Coeficiente de eficiencia

“Siendo Qmi el valor medio de los caudales observados.” [5]

Transposición de caudales

Se aplicó el método de transposición de caudales, recomendado por INVÍAS (2009), para estaciones que no se encuentran situadas en el punto de desembocadura de la cuenca (caudal de salida); esta ecuación permite estimar el caudal en el punto de interés teniendo en cuenta el caudal de la estación hidrológica más cercana y la relación entre el área de la cuenca de estudio y el área que representa la estación respectiva. La ecuación se conforma de la siguiente manera: [7]

𝑄𝑠𝑝 = 𝑄𝑒ℎ × (𝐴𝑠𝑝

)𝑥 𝐴𝑒ℎ

Ecuación 6-8 Transposición de caudales

“Donde Qsp el caudal en el sitio de proyecto, Qeh caudal en la estación hidrométrica, Asp área hoya hidrográfica hasta el sitio del proyecto, Aeh hoya hidrográfica hasta la estación hidrométrica”. [7]



6.2. MARCO CONCEPTUAL

En la simulación hidrológica se utilizan “técnicas modernas de simulación numérica para evaluación, cuantificación y pronóstico de recursos hídricos superficiales y subterráneos. Se aplican a diferentes escalas espaciales y temporales, tanto en el ámbito científico como en la práctica ingenieril.” [8].

El Modelo TETIS es “un modelo de simulación hidrológica, del ciclo de sedimentos y del ciclo de nitrógeno de tipo distribuido en el espacio mediante una subdivisión de la cuenca en celdas regulares, con parámetros físicamente basados. Es un modelo global, es decir, con un mismo modelo se pueden resolver problemas tanto de Crecidas y Erosión (discretización temporal de minutos u horas) como de Recursos Hídricos (discretización temporal diaria). Además, tiene un potente algoritmo de calibración automática de sus parámetros efectivos y de los valores iniciales de todas las variables de estado, que facilita enormemente su implementación práctica.” [9], esto con el propósito de identificar la amenaza entendiendo que es un peligro latente de un evento físico de origen natural, o causado, o inducido por la acción humana de manera accidental, se presente con una severidad suficiente para causar pérdida de vidas, así como también daños y pérdidas en los bienes, la infraestructura, los medios de sustento, la prestación de servicios y los recursos ambientales.” [10].

La Prevención de riesgo son “medidas de mitigación y prevención que se adoptan con antelación para reducir la amenaza, la exposición y disminuir la vulnerabilidad de las personas, los medios de subsistencia, los bienes, la infraestructura y los recursos ambientales, para evitar o minimizar los daños y pérdidas en caso de producirse los eventos físicos peligrosos.” [10]



6.3. ESTADO DE ARTE

Dentro de este apartado se localizan las indagaciones más contemporáneas, las cuales se relacionan con la investigación actual, pues en este se debe tener en cuenta la climatología moderna, preferiblemente a escala regional y una introducción a la compostura general de la modelación meteorológica e hidrológica, basada en análisis de incertidumbre.

Generalidades

Colombia logra entrar en el pódium de ofertas hídricas naturales en el mundo debido a la distribución de su escorrentía media anual la cual es de 1.830 mm pues es gracias a esta que nuestro país cuenta con un porcentaje de escorrentía superficial favorable, la cual logra trasladarse en cantidades volátiles dentro de las cinco grandes regiones hidrológicas (Magdalena, Caribe, Pacifico, Amazonia y Orinoquia). [11]

Por consiguiente, en ésta investigación se pretende evidenciar los resultados en base a los parámetros socioeconómicos los cuales definieron el tipo de vulnerabilidad en Colombia gracias a los efectos adversos del cambio climático y las características fisicobioticas. Así mismo, demostrar que Colombia es un país altamente vulnerable a los efectos del cambio climático, lo cual pone en peligro la sostenibilidad del desarrollo y hace indispensable la elaboración de una estrategia preventiva. [11]

Actualmente, el IDEAM ocupa los resultados de la modelación del clima de un solo modelo, el “PRECIS (Providing Regional Climates for Impact Studies)”, un modelo regional de Cambio Climático, el cual admite regionalizar los datos de proyecciones del clima y aplicarlos a otro espacio con características similares al de estudio. En el periodo de 1971-2000, la CAR implemento un sistema de alto valor para el territorio colombiano, cimentado en la repartición espacial y temporal de las expectaciones de precipitación, temperatura media y humedad relativa. [12] Debido al grado de incertidumbre presentado por estos resultados se pretende proyectar la apreciación de la variación de los resultados de la modelación con respecto al cambio climático para así poder evaluarlos mejor mediante la información suministrada por la red de monitoreo. Entonces, se determina el escenario proyectado en el modelo para evaluar en este los posibles efectos adversos en relación a la escorrentía superficial y sus factibles inundaciones en la cuenca del Río Guayuriba, mediante la evaluación de la precipitación y la temperatura sobre el área de influencia del río para posteriormente, analizar su impacto hidrológico.

Modelación hidrológica en TETIS

El modelo de simulación hidrológica e hidráulica orientado a cuencas de montaña denominado TETIS, ha sido desarrollado por el Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA), Se emplea de manera integral, es decir, el modelo brinda



resolver problemas tanto de crecidas y erosión como de recursos hídricos. Posee un algoritmo de calibración automática de todos los valores iniciales de las variables de estado, facilitando su implementación práctica. [5]

Las ventajas que ofrece la modelación distribuida con respecto a la tradicional modelación agregada y semidistribuida se basan principalmente en una mejor simbolización espacial de los eventos implicados en el ciclo hidrológico a través de inputs y parámetros, la facilidad de obtener resultados en cualquier punto de la cuenca, sin tener la condición de utilizar metodologías de interpolación y capacidad de aprovechar y extraer toda la información espacial disponible. [5]

Divide la cuenca en celdas rectangulares, interconectadas entre sí, siguiendo la red de drenaje y en cada una se simula independientemente los componentes del ciclo correspondiente al lugar determinado. [5]



6.4. MARCO NORMATIVO

Resolución 104 del 7 de julio de 2003: Mediante la cual se logran establecer los parámetros y criterios para la clasificación y priorización de las cuencas hidrográficas. [13]

Resolución 1514 del 31 de agosto de 2012: Lograr elaborar un plan de Gestión del Riesgo para el manejo de Vertimientos mediante la adopción de términos de referencia. [14]

Resolución 0509 del 21 de mayo de 2013: Requisitos para la conformación de Consejos de Cuenca y su posterior participación en fases del POC. [15]



6.5. MARCO GEOGRÁFICO

Cuenca del Río Guayuriba

La cuenca del Río Guayuriba está conformada por las extensiones de los siguientes municipios de los departamentos de Cundinamarca y Meta: Cáqueza, Bogotá, La Calera, Guasca, Choachí, Fómeque, Une, Chipáque, Ubaque, Quetame, Fosca, Guayabetal, Gutiérrez, Acacías, Villavicencio, Puerto López y San Carlos de Guaroa, alcanza a incorporarse en lo que corresponde al parque natural regional Chingaza, teniendo en cuenta que está drenada por el Río Blanco, es considerada una de las fuentes hídricas más importantes de la región porque suministra y proporciona el servicio de agua, materias primas y alimento además de ser hábitat de fauna y flora, además de ser el principal proveedor de agua del Río Meta. [16]

Figura 6-3 Área de cobertura del Río Guayuriba Fuente: Autores

Hidrografía

El cauce del Río Guayuriba nace desde el punto de latitud 4.149668 y longitud 73.717454, a una altitud que va desde 675 a 190 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m), tiene una extensión longitudinal de 1.132,5 Km2. [16] Se caracteriza por



poseer en la parte de la cuenca Alta del Río un valle en forma de “V”, con laderas pronunciadas y estrecho, donde la velocidad del flujo de agua es mayor.

Dentro de los afluentes primordiales que conforman esta cuenca encontramos:

Río Blanco

Quebrada Pipiral

Quebrada El engaño

Río Negro

Río Sardinata

Río Manzanare



7. EQUIPO DE INVESTIGACIÓN Y TRAYECTORIA

Este proyecto busca dar un insumo al POMCA (Plan de Ordenamiento de la cuenca) del río Guayuriba, además de ser un soporte para la región, teniendo en cuenta que su propósito es determinar el aumento del caudal y las posibles crecidas del cuerpo hídrico que afectaría socioeconómicamente, especialmente a los habitantes del municipio de Villavicencio, está dirigido por el Ingeniero Esp. Iván Darío Acosta Sabogal, quien actualmente es candidato a magister en desarrollo sostenible y medio ambiente, tiene una especialización en recursos hídricos y cuenta con más de seis (6) años de experiencia profesional, ha dirigido seis (6) trabajos de grado anteriormente y está activo en cuatro (4) líneas de investigación.

También este proyecto se cobija bajo la línea de investigación en modelado, simulación, y manejo de datos en problemas complejos de ingeniería civil el cual tiene por objetivo general “Abordar el estudio de problemas complejos de ingeniería a partir de la confección de modelos”.

Asesor. IVAN DARIO ACOSTA SABOGAL

Formación Académica

Maestría/Magister

Universidad De Manizales – U. Manizales Maestría en desarrollo sostenible y medio ambiente julio de 2016

Especialización

Universidad Católica De Colombia – U.C.C. Recursos Hídricos febrero de 2010 – diciembre de 2011 MODELO DE PRONÓSTICO DE EVENTOS DE PRECIPITACIÓN BASADO EN ÁRBOLES DE DECISIÓN Y LÓGICA DIFUSA

Pregrado/Universitario

Universidad Católica De Colombia – U.C.C. Ingeniería Civil Seminario de Profundización julio de 2002 – enero de 2009

Aspirante 1. LAURA JIMENA CLAVIJO RODRÍGUEZ





Universidad Santo Tomás, sede Villavicencio Ingeniería civil febrero de 2015 –

Secundaria

INEM Luis López de Mesa febrero de 2009 – diciembre de 2014

Aspirante 2. JUAN CAMILO SALAZAR CUELLAR



Universidad Santo Tomás, sede Villavicencio Ingeniería civil febrero de 2015 –

Secundaria

Instituto Técnico Industrial de Villavicencio enero 2009 – diciembre de 2014



TRANSPOSICIÓN DE CAUDALES

CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODELO

PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS Y GEOMORFOLÓGICOS

PRECIPITACIÓN DE DISEÑO (ENTRADA)

INFORMACIÓN DE FUENTES ANEXA

INFORMACIÓN GEOLÓGICA

INFORMACIÓN CARTOGRÁFICA

INFORMACIÓN CLIMATOLÓGICA

8. METODOLOGÍA

Para determinar la cobertura de inundación del Río Guayuriba es necesario establecer una serie de procesos que se desarrollarán de manera ordenada para conseguir información acerca del posible aumento del caudal y las zonas de afectación de acuerdo al acrecentamiento de las precipitaciones en dicha zona. A continuación, se presenta la descripción de las etapas necesarias utilizadas para el desarrollo del proyecto acerca de la determinación de crecidas.

8.1. DESCRIPCIÓN DE ETAPAS Y TAREAS

ESTIMACIÓN DE PARAMETROS TALES COMO LA CAPACIDAD DE PERCOLACIÓN DE LA CUENCA, INFILTRACIÓN Y CONSIGO LOS MAPAS DE PENDIENTES, DIRECCIONES DE FLUJO Y FLUJO ACUMULADO

ANÁLISIS DE LAS CARACTERISTICAS MORFOMETRICAS DEL RIO GUAYURIBA

CÁLCULO DE MAPAS Y PARÁMETROS DE COBERTURA DE SUELO

ANTECEDENTES DE INUNDACIÓN PRESENTADOS EN EL RIO GUAYURIBA

Figura 8-1 Fases de la metodología para el desarrollo de la investigación Fuente: Autores

ET

AP

A 4

ET

AP

A 3

ET

AP

A 2

ET

AP

A 1



9. ETAPA 1 (RECOLECCIÓN Y PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN)

9.1. INFORMACIÓN GEOESPACIAL, CARTOGRAFIA BASE Y DIGITAL

Inicialmente se recopiló información de 11 Modelos Digitales de Elevación DEM (Digital Elevation Model), de la página web UAF (Alaska Satellite Facility), que permitió por medio del satélite ALOS PALSAR (2006-2011) extraer de manera accesible toda la información espacial necesaria de acuerdo a la localización de los departamentos de Cundinamarca y Meta; posteriormente se procedió a realizar un mosaico mediante la herramienta ArcGIS facilitando así la delimitación de la cuenca de los Ríos Blanco, Negro y Guayuriba, como también del área de interés delimitada con base a la estación Caseteja-Delicias.

Figura 9-1 Modelo de elevación digital de la cuenca del río Guayuriba Fuente: Autores

9.2. INFORMACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA

Se procedió a reunir información hidrometeorológica de 23 estaciones activas dentro y próximas a la zona a escala diaria, mediante fuente confiable y pública como el IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales). Para la determinación de uso y selección de las estaciones, entre las cuales hay



meteorológicas, climatológicas, limnigráficas, limnimétricas, pluviográficas y pluviométricas, fue necesario aplicar el método de Polígonos de Thiessen el cuál determinó el área de influencia de cada estación comprendida exclusivamente dentro de la cuenca, compuesta por triángulos, las localizaciones de las mismas se obtuvieron en formato shapefile extraidas de la base de datos del IDEAM.

Figura 9-2 Aplicación del método de Polígonos de Thiessen de las estaciones en el área de estudio correspondiente a la cuenca del río Guayuriba

Fuente: Autores

Tabla 9-1 Área de influencia de las estaciones seleccionadas en el método de Thiessen

ESTACIÓN Ei

CATEGORIA

CORRIENTE ALTITUD (msnm)

0

MONTERREDONDO [35020500]

Pluviométrica Coello 1300

1 GUACAPATE [35027190] Limnigráfica Negro 1240

2 SUSUMUCO [35020020] Pluviográfica Negro 1000

3 PALMAR EL [21207110] Limnimétrica Chisaca 3016

4 CHOACHI [35020280] Pluviométrica Las Palmas 1950

5 GUTIERREZ [35020300] Pluviométrica Coello 2300



6

NAZARETH [35020470] Pluiviométrica Qda Santa

Barbara 2600

7 BETANIA [35020350] Pluviométrica Blanco 3150

8 LLANO LARGO Limnimétrica Quebrada Idaza 2980

9

BOLSA LA [35025060] Climatica Ordinaria

Meta 3195

10 CARAZA [35027100] Limnigráfica Une 220

11 CASAS LAS [35030080] Pluviográfica Combeima 2100

12 FOMEQUE [35020290] Pluviométrica Quebrada Idaza 1900

13 PRIMAVERA LA [35020340] Pluviométrica Cauca 2300

14

TAQUES LOS [35025070] Climática Ordinaria

Negro 3150

15 ANIMAS LAS [35027150] Limnigráfica Chochal 2840

16

LLANO LARGO [35025050]

Climática Ordinaria

Bogotá 2980

17

PMO CHINGAZA - AUT [35035130]

Climatológica Principal

Chingaza 3863

18

PNN CHINGAZA - AUT [35025080]


Otun 3205

19

BOSQUE INTERVENIDO AUTOMATICA [35025090]


Blanco 2920

20

CALOSTROS BAJO AUTOMATICA [35025100]

Meteorológica Calostros 2494

21

QUEBRADA RINCONAUTOM [35027500]

Limnigráfica Qda Rincon 2943

22

BOCATOMA EAAB – AUT [35027520]

Limnigráfica Calostros 3077

Fuente: Autores

Cabe resaltar que en el área de estudio concurren estaciones cuyo estado es de carácter inactivo y en algunas estaciones es notoria la existencia de datos faltantes o en muchos casos fallos de medición en algunas estaciones pluviométricas a lo largo del periodo a analizar (1995 – 2017), por esto se optó por seleccionar para la implementación del modelo hidrológico mediante TETIS las estaciones nombradas a continuación:

Tabla 9-2 Información de series con registros históricos monitoreados por el

IDEAM instaladas en la cuenca Guayuriba y sus alrededores.

ESTACIÓN IDEAM PERIODO DE MONITOREO

RESOLUCIÓN TEMPORAL

DATOS

FALTAN TES

% DATOS FALTANTES

MONTERREDONDO [35020500]

Enero/1995 – Noviembre/2017

Diaria 137 1.64

SUSUMUCO [35020020]


Diaria 99 1.18

ACACIAS [35010020] Enero/1995 –

Noviembre/2017 Diaria 182 2.17

ACDTO LA ESMERALDA [35030040]


Diaria 1173 14.01



SERVITA [35030290] Julio/1995 –


BETANIA [35020350] Enero/1995 –


CASAS LAS [35030080]


Diaria 271 3.23

FOMEQUE [35020290] Enero/1995 –


GUTIERREZ [35020300]


Diaria 437 5.20

LLANO LARGO [35025050] Enero/1995 –


PRIMAVERA LA [35020340] Enero/1995 –


TAQUES LOS [35025070] Enero/1995 –


AUSTRALIA [21201300] Enero/1995 –


CHOACHI [35020280] Enero/1995 –


NAZARETH [35020310] Enero/1995 –


NARE [35010080] Enero/1995 –


CASETEJA-DELICIAS [35027210]

Enero/1995 - Agosto/2017

Diaria 610 7.37

Fuente: Autores

9.3. INFORMACIÓN GEOLÓGICA

En lo correspondiente a la información de suelos presentes en el área de estudio de la cuenca Guayuriba, estos se describieron teniendo en cuenta el estudio general de suelos y zonificación de tierras para el departamento de Cundinamarca el cual es desarrollado por el IGAC en el año 2000.

La Figura 9-3 muestra las unidades de suelo presentes en el área de estudio. Con base en la descripción de las unidades de suelo presentes dicha zona, se procedió a realizar un resumen de las características texturales de estos a partir del estudio de suelos del departamento de Cundinamarca.



Figura 9-3 Mapa de suelos de la subcuenca del Río Guayuriba Fuente: Autores

Tabla 9-3 Composición textural de las unidades de suelo presentes en el área de

estudio de la cuenca del río Guayuriba UNIDAD

DE SUELO

Perfil de suelo

Nomenclatura del Horizonte

Profundidad

del horizonte de suelo (cm)

GRANULOMETRIA

Arena (%)

Limo (%)

Arcilla (%)

Textura

A 0-14 64 18 18 FA

MEad CU-152 2Ab 14-28 38 18 44 Ar 2Bw 28-70 18 24 58 Ar

2C 70-150 28 26 46 Ar A 0-36 70 26 4 FA

MEFe CU-132 AC 36-64 78 18 4 AF C 64-120 68 28 4 FA A 0-18 68 24 8 FA

MEFg EB-23 Bw1 18-33 52 24 24 FArA

Bw2 33-47 28 38 34 FAr C 47-80 22 40 38 FAr O 0-15 65 25 10 FA

MEUe MU-31 A 15-48 60 10 30 FA R 48-120 - - - R a 0-22 34 32 34 FAr Bw1 22-38 26 24 50 Ar

MGFe CU-149 Bw2 38-60 14 32 54 Ar BC 60-88 20 28 52 Ar C 88-150 20 32 48 Ar



UNIDAD

DE SUELO

Perfil de suelo


Profundidad


GRANULOMETRIA

Arena (%)

Limo (%)

Arcilla (%)

Textura

AP 0-30 42 34 24 F

MGFf CU-126 Bw1 30-50 22 32 46 Ar

Bw2 50-70 2 34 64 Ar C 70-140 18 42 40 ArL

MGNc CC-333 Ap 0-14 65 25 10 FA

C 14-100 - - - Cr A1 0-28 40 40 20 F

MGSg CU-107 A2 28-40 30 20 50 Ar R 40-100 - - - R Ap 0-45 60 30 10 FA AB 45-60 80 15 5 AF

MGTd CC-284 Bw1 60-87 80 15 5 AF Bw2 87-112 80 15 5 AF Bw3 112-120 35 30 35 FAr Ap 0-20 12.32 47.29 40.39 ArL

MKCe

MKCf

AB 20-39 13.78 47.23 38.99 FArL

AC-34 Bw 39-62 12.48 42.45 45.07 ArL C1 62-97 9.88 39.43 50.69 Ar

C2 97-120 8.88 44.65 46.47 ArL Ap 0-20 56 24 20 FArA

MLCd

MLCe

AB 20-54 58 20 22 FArA CC-226 Bw1 54-84 64 14 22 FArA

Bw2 84-117 52 22 26 FArA C 117-130 56 10 34 FArA

MLIe MLIf MLIg

A 0-70 60 30 10 FA AC-38 Cr 70-100 70 20 10 FA

R - - - - R Ap 0-30 40 40 20 F

MLJc MU-8 Bw1 30-45 45 40 15 F Bw2 45-70 60 30 10 FA Bw3 70-120 80 5 15 FA Ap 0-25 40 40 20 F A2 25-50 65 20 15 FA

MLKc MU-9 Bw 50-90 65 20 15 FA Ab 90-130 50 45 5 FA B’w 130 75 20 5 AF Ap 0-11 24 26 50 Ar

MLKd CC-306 Bw1 11-29 26 24 50 Ar Bw2 29-71 20 28 52 Ar

C 71-150 20 28 52 Ar Ap 0-42 30 35 35 FAr

MLSg CC-94 Bw 42-72 25 40 35 FAr C 72-98 75 5 20 FArA

R 98-120 - - - R Ap 0-30 60 15 25 FArA A2 30-45 70 8 22 FArA

MLTd AC-69 Bw1 45-85 55 20 25 FArA Bw2 85-125 30 40 30 FAr C 150+ 20 20 60 Ar

MLVe

MLVf

Ap 0-15 30 40 30 FAr CC-307 A2 15-33 35 30 35 FAr

Bw 33-46 60 15 25 FArA



UNIDAD

DE SUELO

Perfil de suelo


Profundidad


GRANULOMETRIA

Arena (%)

Limo (%)

Arcilla (%)

Textura

R 46+ - - - R Ap 0-13 30 35 35 FAr Bt1 13-33 40 15 45 Ar Bt2 33-54 30 20 50 Ar

MMKd CC-174 Bt3 54-90 20 20 60 Ar BC 90-114 15 30 55 Ar C1 114-141 20 10 70 Ar C2 141-163 10 20 70 Ar

MMSg AC-15 A 0-100 10 55 35 FArL Ab 100-150 10 60 30 FArL

MMVe

MMVf

A 0-18 15 48 37 FArL AC-40 Bw1 18-40 15 40 45 ArL

Bw2 40-80 5 45 50 ArL

MPIe

MPIf MPIg

Ap 0-10 30 35 35 F AB 10-25 25 45 30 FAr

AC-50 Bw 25-35 30 40 30 FAr C1 35-60 35 30 35 FAr C2 60-120 20 20 60 Ar

Ap 0-23 5 50 45 ArL Bw1 23-33 10 45 45 ArL

MPKd AC-3 Bw2 33-54 10 50 40 ArL C 54-91 18 47 35 ArL Cr 91+ - - - - Ap 0-40 20 45 35 FArL

MPNb AC-5 C1 40-70 20 50 30 FArL C2 70-95 15 55 30 FArL

Cg 95-120 10 50 40 FArL A 0-10 40 40 20 F

MQCe AC-28 AC 10-54 30 35 35 FAr C1 54-91 15 35 50 Ar

C2 91-130 10 45 45 ArL

MQIe MQIf MQIg

A 0-10 30 35 35 FAr CC-352 C 10-45 20 20 60 Ar

R 45-120 - - - R

MQKc MQKd MQKdp

Ap 0-40 60 15 25 FArA G-22 Bw 40-50 70 5 25 FArA

C 50-70 90 5 5 A

MQVe

MQVf

A 0-16 20 20 60 Ar CU-53 C 16-61 30 35 35 FAr

Cr 61-120 - - - R Ap 0-29 30 35 35 FAr

MQXb CU-138 Bt1 29-67 40 22 38 FAr Bt2 67-92 30 0 70 Ar

C 92-120 15 15 70 Ar

MRIe

MRIg

Ap 0-11 30 35 35 FAr CC-358 A2 11-35 40 45 15 F

R 35-80 - - - R Ap 0-22 5 60 35 FArL

MRKd AC-56 Bw1 22-71 10 52 38 FArL Bw2 71-120 18 57 35 FArL

MRXc CC-359 Ap 0-12 40 45 15 F Bw1 12-42 30 35 35 FAr



UNIDAD

DE SUELO

Perfil de suelo


Profundidad


GRANULOMETRIA

Arena (%)

Limo (%)

Arcilla (%)

Textura

Bw2 42-84 15 50 35 FArL C 84-130 20 45 35 FArL

MGIe A 0-30 15 50 35 FArL R -

MGIf R 30-60 - - - MGIg - - - - -

ZU - - - - - - -

Fuente: Estudio de suelos del departamento de Cundinamarca, IGAC – 2000

La tabla 9-3 nos muestra la composición textural de las unidades de suelo presentes en el área de estudio de la cuenca del río Guayuriba, destacando en esta la presencia de las tierras de clase:

III (MLJc, MLKc, MQKc, MPNb), las tierras de esta clase se encargan de ocupar áreas ligeramente planas a ligeramente inclinadas cuyas pendientes no superan el 12%. [17]

IV (MMKd, MRKd, MLTd, MLCd, MLKd, MPKd, MQXb, MRXc), estas unidades texturales ocupan áreas de montaña, lomerío, piedemonte y planicie fluviolacustre, de relieve plano a ligeramente ondulado y con una inclinación pronunciada. Sus pendientes varían entre el 1% y 25%. [17]

VI (MKCe, MLVe, MLCe, MLIe, MQVe, MQKdp, MPIe, MQIe, MQCe, MGTd, MGNc, MMVe, MRIe, MGFe, MGIe), las cuales se encuentran dentro de una gama amplia de paisajes, tipos de relieves y climas. Estas unidades ocupan sectores de lomeria y montaña, en relieves planos a quebrados con pendientes de 3 a 50%, en climas que van desde el cálido hasta el muy frio y condiciones secas a muy húmedas. [17]

VII (MKCf, MLVf, MLIf, MQVf, MPIf, MQIf, MMVf, MGFf, MGIf, MEFe, MEUe, MEAd), las cuales ocupan sectores amplios de montaña y pequeños en lomerío. Su relieve varía considerablemente de quebrado a plano y escarpado con pendientes entre 3 y 75%. [17]

VIII (MLSg, MMSg, MLIg, MPIg, MQIg, MGSg, MGIg, MEFg, MRIg), las cuales se encuentran en paisajes de montaña y lomerío cuyo clima destaca por ser cálido, medio, frio, muy frio y extremadamente frio con altas condiciones de humedad. La forma del relieve varia muy poco, consolidando así áreas con pendientes fuertemente escarpadas cuyo gradiente es superior a 75%. [17]



10. ETAPA 2 (PREPARACIÓN DE LOS DATOS DE ENTRADA PARA LA MODELACIÓN)

En la caracterización de la cuenca del Río Guayuriba, se contempla datos relativos a su tamaño, perímetro, ancho, longitud, desnivel longitudinal y características de la red de drenaje, además de parámetros de relieve y de forma como la curva hipsométrica, histograma y/o coeficiente de Gravelius.

El sistema fluvial comprende la escorrentía superficial de la cuenca, en el Río Guayuriba la constituyen las aguas que drenan por la superficie y no han sido infiltradas tras las precipitaciones pluviales, además este estudio contempla la percepción de la escorrentía subsuperficial que se refiere a todas las aguas que se filtran en el suelo y en algunos casos penetrando la corteza terrestre a través de la percolación hasta originar y alcanzar corrientes subterráneas.

10.1. PARAMETROS GEOMORFOLÓGICOS DE LA CUENCA

Área de la cuenca y perímetro

El espacio delimitado por el perímetro de toda la cuenca (579,686125 Km)

corresponde a 3246,688463 Km2, esta área fue trazada en función a las curvas de nivel representadas. Debido a que es una cuenca de gran tamaño se procedió a dividirla teniendo en cuenta que tiene un área con características similares, se realizó la estimación para una cuenca recortada ó subcuenca de área igual a

2812,903 Km2 con un perímetro de 332,200 Km, ésta última área fue la determinada para la ejecución del modelo, además, estos datos fueron determinados por medio del software ArcGIS mediante el uso de cartografía digital.

Tabla 10-1 Datos generales de área y perímetro de las cuencas CUENCA ÁREA (Km2) PERÍMETRO (Km)

Río Guayuriba-cuenca total 3220.512184 578.800974

Río Guayuriba-área de estudio 2478.792922 303.563439

Fuente: Autores

Longitud del cauce principal (L) y ancho (W)

La longitud de la cuenca está directamente relacionada con la longitud del cauce principal, es decir, desde el punto de desagüe hasta el límite aguas arriba. Éste último parámetro corresponde a:

Longitud del cauce principal (Cuenca total) = 192,506 Km

Longitud del cauce principal (Área de estudio) = 96,114 Km

Adicionalmente se estable que la cuenca tiene una forma alargada, de esta manera, mediante la aplicación de la siguiente fórmula, se determina el valor del ancho de cuenca para cada caso:



𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 =

Á𝑟𝑒𝑎 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑐𝑎𝑢𝑐𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙 Ecuación 10-1 Ancho de cuenca

Ancho (cuenca total) = 16.7294 Km

Ancho (área de estudio) = 25.7902Km

Desnivel altitudinal (DA)

Para el cálculo de este valor se debe tener en cuenta la cota más alta (HM) y más baja (Hm) presente en el área de la cuenca y de la subcuenca respetivamente, este dato se relaciona con la variabilidad climática y ecológica, pese a que la altitud es directamente proporcional a la cantidad de ecosistemas que puede albergar a la zona de estudio.

𝐷𝐴 = 𝐻𝑀 − 𝐻𝑚 Ecuación 10-2 Desnivel altitudinal

A continuación, se muestran los resultados obtenidos para la cuenca y el área de estudio:

Tabla 10-2 Desnivel altitudinal de la cuenca total

HM (msnm) Hm (msnm) DA (msnm)

4100 200 3900

Fuente: Autores

Tabla 10-3 Desnivel altitudinal del área de estudio HM (msnm) Hm (msnm) DA (msnm)

4100 900 3200

Fuente: Autores

Parámetros de forma

La forma de cualquier cuenca es determinante para establecer el tipo de comportamiento hidrológico que ésta puede presentar, por medio de la estimación del Coeficiente de Gravelius y el Rectángulo equivalente.

10.1.4.1 Coeficiente de Gravelius (Cg)

O también denominado Coeficiente de Compacidad permite relacionar el perímetro de la cuenca, con el perímetro de una cuenca teórica circular de igual área, éste



valor siempre toma un valor mayor que la unidad, de tal manera que en la medida que éste se acerque a este valor, la forma de la cuenca tenderá a parecerse a la de un círculo.

𝑃 𝐶𝑔 =

2 ∗ √𝜋 ∗ 𝐴 Ecuación 10-3 Coeficiente de Gravelius

Donde:

Cg = coeficiente de Gravelius P = perímetro de la cuenca, en Km A = superficie de la cuenca, en Km2

Tabla 10-4 Coeficiente de Gravelius

Cg cuenca total Cg área de estudio

2.877 1.720

Fuente: Autores

10.1.4.2 Rectángulo Equivalente

Es el rectángulo que tiene la misma área y el mismo perímetro que la cuenca. Supone la transformación de la cuenca en un rectángulo, convirtiendo las curvas de nivel en rectas paralelas, esta cuenca teórica tendrá el mismo Coeficiente de Gravelius y la misma distribución altitudinal de la cuenca original, por medio de la siguiente ecuación se determinó la altura del rectángulo en Km:

𝐶𝑔√𝐴 1.12 2

𝐿 = 1.12

[1 + √1 − ( ) ] 𝐶𝑔

Ecuación 10-4 Rectángulo Equivalente (Altura)

𝐶𝑔√𝐴 1.12 2

𝑙 = 1.12

[1 − √1 − ( ) ] 𝐶𝑔

Ecuación 10-5 Rectángulo Equivalente (Base)

Donde:

L = Altura del rectángulo en Km I = Base del rectángulo en Km Cg = Coeficiente de Gravelius A = Superficie de la cuenca en Km2



Tabla 10-5 Rectángulo equivalente de la cuenca y área de estudio RE de la cuenca total RE del área de estudio

Altura (Km) Base (Km) Altura (Km) Base (Km)

280.066 11.500 134.485 18.432

Fuente: Autores

Parámetros de relieve

La determinación de los parámetros de relieve es importante ya que estos tienen una influencia principal respecto a la hidrología que la cuenca presenta, a mayor relieve la generación de escorrentía se produce en lapsos de tiempos menores debido a las pendientes. Las medidas principales son: Pendiente media del cauce (j), pendiente media o promedio de la cuenca (J), curva hipsométrica, histograma de frecuencias altimétricas y altura media (H).

10.1.5.1 Pendiente media del cauce (j)

Relación que existe entre el desnivel altitudinal del cauce y su longitud, determinada por la siguiente fórmula:

𝑗 = 𝐷𝐴

𝑙 Ecuación 10-6 Pendiente media del cauce

Donde:

DA = Desnivel altitudinal en Km l = Longitud del cauce en Km

Ésta pendiente adquiere un valor de 2.026% para la cuenca total y de 3.3294% para la subcuenca, estos datos tienen una diferencia considerable y su razón parte de que la subcuenca está ubicada sobre la cordillera, mientras que la cuenca total, en su área se considera una fracción ubicada en la llanura.

10.1.5.2 Pendiente media o promedio de la cuenca (J)

Es la media ponderada de todas las pendientes de las superficies en la cuenca, la línea máxima de pendiente se mantiene constante; es un índice para medir la velocidad media de la escorrentía y por lo tanto su poder de arrastre.

𝐽 = 100 ∑ 𝐿𝑖 ∗ 𝐸

𝐴 Ecuación 10-7 Pendiente promedio de la cuenca

Donde:



Curva Hipsometrica

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Área acumulada (%)

J = Pendiente media de la cuenca Li = Longitud de cada una de las curvas de nivel E = Equidistancia de las curvas de nivel en Km A = Superficie de la cuenca

Está pendiente adquiere un valor de 39.38% para la cuenca total y de 41.77% para la subcuenca, volviendo a resaltar así lo enfatizado en la pendiente media del cauce.

10.1.5.3 Curva hipsométrica

Esta representa el área drenada, la cual depende de la altura de la superficie de la cuenca.

Cuenca total del río Guayuriba

Figura 10-1 Curva hipsométrica de la cuenca del río Guayuriba Fuente: Autores

Como podemos observar en la Curva Hipsométrica de la Figura 10-1, esta representa la fase de madurez en la que se encuentra la cuenca del río Guayuriba; siendo así una cuenca que esta en equilibrio ya que no refleja un gran potencial erosivo ni es una cuenca sedimentaria.

Subcuenca del río Guayuriba cuyo punto de desfogue es la estación limnigráfica CASETEJA-DELICIAS

Co

ta (

m)



Curva Hipsometrica

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Área acumulada (%)

Figura 10-2 Curva hipsométrica de la subcuenca del río Guayuriba Fuente: Autores

Debido a que esta subcuenca es una derivada de la cuenca del río Guayuriba, su curva hipsométrica no tiene mayor diferencia a esta ya que sigue siendo una cuenca en equilibrio y fase de madurez.

10.2. CÁLCULO DE LOS MAPAS DERIVADOS DEL MDE

La estimación de los diferentes requerimientos del modelo se realizará mediante la herramienta de sistema de información geográfica (SIG) ArcGIS, ya que para el software de Modelación hidrológica TETIS es de vital importancia los mapas derivados del MDE para su correcto funcionamiento. Dichos mapas son:

Mapa de direcciones del flujo

Mapa de pendientes

Mapa de celdas acumuladas

Mapa de velocidad de ladera

Mapa de direcciones de flujo

Este mapa es obtenido a partir del Modelo Digital de Elevación de la subcuenca y indica la dirección del flujo basándose en la existencia de una red de drenaje, sus sumideros existentes y sus orígenes.

Las direcciones de flujo que representa el software ArcGIS están numeradas de 1 a 128, siendo así las direcciones N, S, E y O las correspondientes a los números 64, 4, 1, 16 respectivamente y sus derivadas NO, NE, SO y SE las correspondientes a los números 32, 128, 8, 2.

Co

ta (

m)



Figura 10-3 Direcciones de flujo según ArcGIS Fuente: Autores

Figura 10-4 Mapa de direcciones de área de estudio Fuente: Autores

Mapa de acumulación de flujo

Posteriormente de obtener el mapa de dirección de flujo se procede con la realización del mapa de acumulación de flujo, el cual es de carácter fundamental para el funcionamiento del software TETIS ya que de este y de la ubicación de las



estaciones de caudal ubicadas sobre este si simularan los caudales y volúmenes correspondientes. Este mapa logra hacer referencia al pase acumulado de todas las celdas que fluyen secuencialmente una hacia otra. [18]

Figura 10-5 Funcionamiento del mapa de dirección y el de acumulación de flujo Fuente: ESRI

Figura 10-6 Mapa de acumulación de área de estudio Fuente: Autores

Mapa de cobertura de suelo

Para el mapa de cobertura de suelo de la cuenca se han utilizado datos extraídos del proyecto Corine Land Cover de 2010-2012, el cual ha sido adoptado por el Sistema de Información Ambiental de Colombia (SIAC). Cabe resaltar que este mapa es de vital importancia para obtener información necesaria para la creación



del mapa de almacenamiento estático del suelo, además del cálculo de evapotranspiración.

Las correspondientes categorías de Corine Land Cover presentadas en este mapa son:

111, 112, 121 y 131 Tejido urbano continuo, discontinuo, zonas industriales o comerciales y zonas de extracción minera.

231, 233, 242, 243 y 244 Pastos limpios, pastos enmalezados, mosaico de pastos y cultivos, mosaico de cultivos, pastos y espacios naturales, mosaico de pastos con espacios naturales.

311, 312, 313, 315, 321, 322, 323, y 333 Bosque denso, bosque abierto, bosque fragmentado, plantación forestal, herbazal, arbustal, vegetación secundaria o en transición, tierras desnudas y degradadas.

511 y 512 Rios (50m), Lagunas, lagos y ciénagas naturales.

Figura 10-7 Mapa de cobertura de suelo área de estudio (Corine Land Cover) Fuente: Autores



Tabla 10-6 Uso de suelo área de estudio según Corine Land Cover Código Uso de suelo Porcentaje (%) Área (Km2) Prof. Raíces (m)

111 Tejido urbano continuo 0.10348428 2.5651 0

112 Tejido urbano discontinuo

0.00355956 0.088232 0.1

121 Zonas industriales o comerciales

0.05285702 1.310185 0.06

131 Zonas de extracción minera

0.06669134 1.653101 0

231 Pastos limpios 14.4645293 358.537201 0.6 233 Pastos enmalezados 0.94302774 23.375149 0.6

242 Mosaico de pastos y cultivos

12.2892557 304.617956 0.6

243 Mosaico de cultivos, pastos y espacios naturales

11.9356664 295.853417 0.6

244 Mosaico de pastos con espacios naturales

8.63195076 213.963096 0.6

311 Bosque denso 11.5827982 287.106754 1 312 Bosque abierto 0.10443888 2.588762 1 313 Bosque fragmentado 11.2868795 279.771716 1

315 Plantación forestal 0.02473121 0.613021 1.25

321 Herbazal 19.7732768 490.12693 0.6

322 Arbustal 6.35326782 157.480608 0.7

323 Vegetación secundaria o en transición

2.01517333 49.950786 0.7

333 Tierras desnudas y degradadas

0.06812659 1.688677 0

511 Ríos (50 m) 0.29012645 7.191463 0

512 Lagunas, lagos y ciénagas naturales

0.01015922 0.25182 0

Fuente: Autores

Debido a que en Colombia la información referente a la profundidad de las raíces es inexistente o de muy difícil acceso, se procedió a adaptar la información europea teniendo en cuenta la similitud encontrada en la leyenda nivel 3 de la Corine Land Cover.



Figura 10-8 Mapa de profundidad de raíces área de estudio Fuente: Autores



Mapa de pendientes (Slope)

Mediante la herramienta 3D Analyst/Raster Surface en el software ArcGIS se genera el ráster de pendientes pertinentes a la subcuenca de estudio del río Guayuriba; el cual es necesario para la generación de otros ficheros como lo son el almacenamiento estático, la velocidad de ladera, entre otros. Cabe resaltar que este debe ser generado en porcentaje de pendiente.

Figura 10-9 Mapa de pendientes del área de estudio Fuente: Autores

Como se puede observar en la Figura 10-9, la topografía de la zona del área de estudio se caracteriza por el predominio de pendientes ligera y moderadamente escarpadas (25%-75%), permitiendo el escurrimiento del agua hacia el cauce principal (Río Blanco, Negro y Guayuriba) debido a su distribución sobre las laderas. Seguidamente predominan pendientes de menor inclinación variando desde ligeramente planas (1%) a fuertemente inclinadas (25%) sobre la zona de transito de los cauces menores en la parte alta de la cuenca.



Mapa de velocidad de ladera

Se considera a la velocidad como estacionaria, además varía en función de la pendiente. El siguiente mapa se desarrolló mediante la aplicación de la ecuación:

𝑚 𝑣 = 1.414 ∗ √𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 ( )

𝑚 Ecuación 10-8 Velocidad de ladera en función de la pendiente

Figura 10-10 Mapa de velocidades de ladera del área de estudio Fuente: Autores

Como se menciono anteriormente, la velocidad de flujo se considero estacionaria pero diferente en las distintas celdas de acuerdo a la pendiente, es por esto que la velocidad aumenta en la parte baja de la cuenca debido a que predominan pendientes elevadas y disminuye en la parte alta de esta misma.



Almacenamiento estático del suelo (Hu)

Para determinar el almacenamiento estático o capilar (Hu), en la subcuenca del río Guayuriba, input necesario para el desarrollo del modelo, se tomaron los perfiles de los suelos levantados en las calicatas de campo y a partir de los resultados obtenidos para los diferentes horizontes se logro determinar cual es la capacidad de almacenamiento estático del respectivo suelo.

A continuación, se tiene la ecuación que permite determinar la capacidad de almacenamiento estático para los diferentes horizontes del suelo.

Ecuación 10-9 Hu para diferentes horizontes de suelo

Donde:

Hu = contenido de agua útil para cada horizonte del suelo (mm)

Hcc = contenido de humedad a capacidad de campo (% en peso de suelo seco)

Hpmp = contenido de humedad en el punto de marchites permanente (% en peso de suelo seco)

p = profundidad del horizonte del suelo considerado (m)

Pb = densidad aparente del suelo seco (gr/cm3)

Pw = densidad del agua = 1 gr/cm3

Luego de obtener los valores para cada horizonte, se procede a calcular mediante suma ponderada de las Hu obtenidas el contenido de agua disponible en el conjunto del perfil del suelo, teniendo en cuenta su profundad.

Ecuación 10-10 Hu total con base en la profundidad total del estrato

Donde:

Hutotal = contenido de agua disponible en el conjunto del perfil del suelo (mm)

Hui = contenido de agua disponible en cada horizonte i (mm)



Pi = profundidad del horizonte i (m)

P = profundidad total del perfil considerado (m)


57 USTA Sede Villavicencio – Facultad de Ingeniería Civil

Tabla 10-7 Cálculo de almacenamiento estático – Hu para la subcuenca del río Guayuriba







Fuente: Autores



Figura 10-11 Capacidad máxima de almacenamiento estático del suelo para el área de estudio Fuente: Autores

La Figura 10-11 representa el agua que no hace parte de la escorrentía debido a que el tránsito de esta a través de la cuenca es obstaculizado y solo sale de ella por acción de evapotranspiración. Es decir, este almacenamiento tiene en cuenta la detención de agua en charcos y el agua retenida en el suelo por las fuerzas capilares, resaltando así los suelos MMSg, MEad y MLKd cuya capacidad máxima de almacenamiento estático es elevada debido a las propiedades que presenta cada horizonte de suelo.



Ks: Capacidad de infiltración – Conductividad hidráulica del suelo

El cálculo de la capacidad de infiltración se realizó a partir de los perfiles obtenidos mediante las calicatas en campo y las unidades de suelo del IGAC. El resultado es la conductividad hidráulica saturada total del perfil de suelo Ks, el cual es calculado mediante la suma ponderada de las conductividades hidráulicas saturada de cada horizonte de perfil respecto a la profundidad total del perfil de suelo estudiado.

∑ 𝐾𝑠𝑖 ∗ 𝑃𝑖

𝐾𝑠𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝑃

Ecuación 10-11 Capacidad de infiltración

Donde:

Kstotal = conductividad hidráulica saturada en el total del perfil del suelo (cm/h)

Ksi = conductividad hidráulica saturada de horizonte i (cm/h), esta se obtuvo a partir de las funciones de pedotransferencia propuestas por Rawls Rawls y Brakensiek 1985.

Pi = profundidad del horizonte i (m)

P = profundidad total del perfil del suelo seleccionado

MODELACIÓN HIDROLÓGICA MEDIANTE TETIS PARA EL ESTUDIO DE EVENTOS EXTREMOS EN LA CUENCA DEL RÍO GUAYURIBA MODELACIÓN HIDROLÓGICA MEDIANTE TETIS PARA EL ESTUDIO DE EVENTOS EXTREMOS EN LA CUENCA DEL RÍO GUAYURIBA


Tabla 10-8 Cálculo de la conductividad hidráulica del suelo para el área de estudio

0-70 60 30 10 FA 0.70 18.374 1.0 24.72







Fuente: Autores



Figura 10-12 Conductividad hidráulica del suelo – Ks para el área de estudio Fuente: Autores

La cantidad de agua que deriva en escorrentía superficial depende de la capacidad que tiene el suelo para dejar pasar el agua gravitacional y del estado de almacenamiento en la capa superior del suelo. Por lo tanto, el transito del agua gravitacional estará directamente asociado a la conductividad hidráulica en la capa superior de suelo (en condiciones de saturación). Observando la Figura 10-12 se puede deducir que los suelos con más Conductividad hidráulica son aquellos en donde predomina la arena en su textura y granulometría (MEFe, MLJc, MGTd y MQK). [5]



Kp: Capacidad de percolación del sustrato

La capacidad de percolación del sustrato de la parte inferior del suelo (Kp) depende directamente del tipo de suelo, pudiendo ser: roca, roca meteorizada, paleosuelo o un depósito.

Para el caso del área de estudio este valor se obtuvo mediante la siguiente bibliografía:

Figura 10-13 Conductividad hidráulica del substrato rocoso Kp Fuente: Giabattista, 2014



Figura 10-14 Capacidad de percolación para el área de estudio Fuente: Autores

La capacidad de percolación hace referencia al paso lento del agua gravitacional almacenada en el suelo a través de materiales porosos, esto debido al tipo de subsuelo y su estructura, encontrándose estrechamente relacionado con las características geológicas (litológicas y estructurales) y geomorfológicas de la estructura del suelo. La Figura 10-14 resalta la unidad de suelo MGNc por su alta capacidad de percolación las cual se debe a su litología y perfil estructural, pues este esta conformado en gran parte por cantos rodados. [5]



Kps, Ksa, Kss

Debido a que Kps (capacidad de perdida), Kss (Velocidad de interflujo), Ksa (velocidad de flujo) son valores que se obtienen de campo y no se cuenta con ellos; se procede a realizar la hipótesis planteada en donde Ks=Kss, Kp=Ksa y Kps=0.1Kp. [17]

Figura 10-15 Capacidad de pérdida del área de estudio Fuente: Autores



Valores mensuales del factor de vegetación

El software de modelación hidrológico TETIS, hace uso del mapa de coberturas vegetales para calcular la evapotranspiración, asignándole a cada una de las coberturas vegetales presentes para el área de estudio valores mensuales del índice de cobertura vegetal.

Tabla 10-9 Índices mensuales por cobertura vegetal

Cobertura vegetal Indicé de cobertura vegetal

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Bosque fragmentado 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 1.0 0.04

Arbustal 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.7 0.7 0.7

Vegetación secundaria o en transición

0.6 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.8 0.8 0.8 0.75 0.75 0.6

Bosque denso 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9

Lagunas 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Mosaicos de pastos con espacios naturales

0.2 0.2 0.6 0.8 0.8 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.2 0.2

Herbazal 0.2 0.2 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.4 0.2

Mosaicos de cultivos, pastos y espacios naturales

0.3

0.28

0.37

0.55

0.85

0.87

0.49

0.38

0.35

0.34

0.32

0.3

Pastos limpios 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

Pastos enmalezados 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

Mosaico de pastos y cultivos

0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

Tejido urbano continuo 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Zonas de extracción minera

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Plantación forestal 0.4 0.4 0.6 0.8 0.8 0.8 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4

Zonas industriales o comerciales

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Rios (50m) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Tierras desnudas y degradadas

0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

Tejido urbano discontinuo

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Bosque abierto 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Fuente: FAO Riego y drenaje



Figura 10-16 Índices mensuales por cobertura vegetal presentes en el área de

estudio Fuente: FAO Riego y drenaje

Mapa de interceptación de lluvia con las coberturas vegetales

Este proceso hace referencia a la parte de la precipitación que es retenida por objetos superficiales, quedando así en la cubierta vegetal y posteriormente evaporándose directamente sin alcanzar el suelo. Estos valores han sido obtenidos de estudios previos y fueron adaptados a los usos del suelo del área de estudio. Dichos resultados se encontrarán inmersos en el fichero Factor ETmes junto con los valores de índice de cobertura vegetal, sirviendo así como input para el sotfware de modelación hidrológica TETIS.

Tabla 10-10 Valores de intercepción por cobertura vegetal en el área de estudio

CÓDIGO COBERTURA VEGETAL INTERCEPTACIÓN (mm)

313 Bosque fragmentado 5

322 Arbustal 2

323 Vegetación secundaria o en transición

4

311 Bosque denso 6

512 Lagunas 0

244 Mosaicos de pastos con espacios naturales

2

1

INDICE DE COBERTURA VEGETAL

Bosque abierto

0.9 Tejido urbano discontinuo

Tierras desnudas y degradadas 0.8

Rios (50m)

0.7 Zonas industriales o comerciales

0.6 Plantación forestal

Zonas de extracción minera 0.5

Tejido urbano continuo

0.4 Mosaico de pastos y cultivos

0.3 Pastos enmalezados

Pastos limpios 0.2

0.1

Mosaicos de cultivos, pastos y espacios naturales Herbazal

0

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Mosaicos de pastos con espacios naturales



CÓDIGO COBERTURA VEGETAL INTERCEPTACIÓN (mm)

243 Mosaicos de cultivos, pastos y espacios naturales

5

231 Pastos limpios 3

233 Pastos enmalezados 3

242 Mosaico de pastos y cultivos 3

111 Tejido urbano continuo 0

131 Zonas de extracción minera 0

315 Plantación forestal 5

121 Zonas industriales o comerciales 0

511 Rios (50m) 0

333 Tierras desnudas y degradadas 0

112 Tejido urbano discontinuo 3

312 Bosque abierto 9

Fuente: Autores

Figura 10-17 Distribución espacial de la intercepción (mm) Fuente: Autores



𝑏

11. ETAPA 3 (IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO)

11.1. PARAMETROS GEOMORFOLÓGICOS

El software de modelación hidrológica TETIS hace uso de 9 parámetros geomorfológicos, los cuales son establecidos mediante las siguientes relaciones algebraicas de tipo potencial:

Relación entre el caudal a sección llena Qb con el área acumulada de la cuenca Λ. Siendo k el coeficiente y φ el exponente según la expresión: [5]

𝑄𝑏 = 𝑘 ∗ 𝐴𝜑 Ecuación 11-1 Relación entre Qb y Λ

Relación entre el ancho de la sección transversal a sección llena wb y el caudal a sección llena Qb. Siendo c1 el coeficiente y ε2 el exponente según la expresión: [5]

𝑤𝑏 = 𝑐1 ∗ 𝑄𝜀2 Ecuación 11-2 Relación entre Wb y Qb

Relación entre el diámetro característico del sedimento d, la pendiente del

cauce so y el calado y. Siendo cd el coeficiente y θ el exponente, según la expresión: [5]

𝑑 = 𝑐𝑑 ∗ (𝑦𝑠𝑜)𝜃 Ecuación 11-3 Relación entre d, so, y

Relación entre el coeficiente de rugosidad n y el diámetro característico del

sedimento d. Siendo cn el coeficiente y ξ el exponente según la expresión: [5]

𝑛 = 𝑐𝑛 ∗ 𝑑𝜉 Ecuación 11-4 Relación entre n y d

Estos coeficientes y exponentes de las ecuaciones nombradas con anterioridad son obtenidos mediante un estudio geomorfológico regional para las zonas que tienen características homogéneas. Debido a que no fue posible obtener dicho estudio geomorfológico para las regiones homogéneas en las que logra distribuirse el área de estudio se procedió a utilizar los valores medios adoptados por el Software.

Tabla 11-1 Coeficientes y exponentes empleados en las relaciones

geomorfológicas k 0.87 c1 6.52 cd 15 cn 0.047



φ 0.94 ε1 0.50 ε2 0.49

ɵ 1

ξ 1/6

Fuente: Autores

11.2. CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN A ESCALA DIARIA

Fase de calibración

El proceso de calibración del software de modelación hidrológica TETIS usualmente se realiza ajustando los valores del caudal simulado frente a los valores de caudal del aforo registrado por la estación (CASETEJA-DELICIAS), mediante la variación de los factores correctores. Lo que se busca es una mejor concordancia entre los flujos observados y simulados mediante los factores correctores identificados con el uso de datos de lluvia-escorrentia. Esta identificación se puede realizar de forma manual (por prueba y error) o automáticamente mediante técnicas de optimización matemática.

El periodo elegido para la calibración es desde el año de 1998 a 2002. Se optó por este periodo debido a que en el transcurso de este, el déficit de información referente al caudal de aforo registrado por la estación CASETEJA-DELICIAS es mínimo, con lo cual se ayuda a reducir el error ocasionado por datos que no guardan relación precipitación-caudal con los datos de aforo.

Resultados de la calibración

Con base en lo descrito anteriormente, los factores correctores determinados por la calibración automática se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 11-2 Factores correctores obtenidos de la calibración automática Factores Correctores Valor

FC1 Almacenamiento estático 1.95410

FC2 Evaporación 0.00290

FC3 Infiltración 0.00400

FC4 Escorrentía directa 0.00260

FC5 Percolación 0.55882

FC6 Interflujo 1.64852

FC7 Flujo subterráneo profundo 0.00756

FC8 Flujo base 1.16472

FC9 Velocidad del flujo base 0.00260

Fuente: Autores



En el proceso de calibración se han obtenido los valores medios de la cuenca, estos describen el balance hídrico de la cuenca y se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 11-3 Valores del balance hídrico

Balance Hídrico Valor (mm)

Precipitación 5922.78662

Evaporación desde intercepción 0

Almacenamiento estático

Nivel medio en la cuenca 94.22547

Lluvia directa 5921.07031

Evapotranspiración 0.0

Superficie


Excedente 5825.32812

Escorrentía directa 4742.28271

Almacenamiento gravitacional


Infiltración 1083.05859

Interflujo 0.0

Acuífero


Percolación 1083.05859

Flujo subterráneo conectado 52.21159

Flujo subterráneo profundo 185.64153

Desagüe fluvial

Salida por el desagüe 4786.14551

Fuente: Autores

Tabla 11-4 Características del evento de simulación TETIS para los factores correctores

Características del evento

Caudal max. Obs (m3/s) 507.800

Caudal max. Sim (m3/s) 294.804

Indice de Nash y Sut. (NSE) 0.3412

RMSE 58.250

Error en Volumen (%) -21.148

Tiempo al pico observado 10/07/1998

Tiempo al pico simulado 19/05/2000

Error al tiempo 679



Fuente: Autores

Figura 11-1 Caudales y niveles simulados por el software TETIS. Fuente: Autores mediante software TETIS.

Fase de validación

Debido a que en el área de estudio únicamente se cuenta con una estación de aforo mayormente completa, el tipo de validación realizada ha sido temporal. Este consiste en realizar la validación en otro periodo, pero para un mismo punto de calibración. La validación a realizar se dará para un periodo posterior y anterior al evento de calibración, estos son los años 2002-2005 y 1995-1998.

Validación año hidrológico 2002-2005

Como se puede observas en la tabla 11-5, el índice de Nash obtenido es de 0.1180. Esto nos indica que ajuste entre el caudal máximo simulado y observado para este periodo no es el ideal. En la figura 11-2 se puede apreciar que, si existe relación entre el caudal observado y simulado, pero para caudales bajos.

Tabla 11-5 Características del evento de simulación TETIS de 2002 a 2005





RMSE 81.259




Error al tiempo 45



Figura 11-2 Caudales y niveles simulados por el software TETIS para 2002 – 2005 Fuente: Autores mediante software TETIS.

Validación año hidrológico 1995-1998

Como se puede observas en la tabla 11-6, el índice de Nash obtenido es de 0.5508. Esto nos indica que ajuste entre el caudal máximo simulado y observado para este periodo es aceptable. En la figura 11-3 se puede apreciar que si existe relación entre el caudal observado y simulados.

Tabla 11-6 Características del evento de simulación TETIS de 1995 a 1998





RMSE 53.303




Error al tiempo 68



Fuente: Autores

Figura 11-3 Caudales y niveles simulados por el software TETIS para 1995 – 1998 Fuente: Autores mediante software TETIS.



12. ETAPA 4 (TRANSPOSICIÓN DE CAUDALES)

Debido a que la estación CASETEJA-DELICIAS no abarca en su totalidad la cuenca a estudiar (Cuenca del río Guayuriba) y los datos de caudal simulado obtenidos del software TETIS son del inicio de la cuenca hasta la estación CASETEJA-DELICIAS se procedió a utilizar la ecuación para la transposición de caudales obtenida del Manual de Drenaje para carreteras (INVÍAS 2009). Este método tiene en cuenta la relación de áreas de drenaje que abarca la estación CASETEJA-DELICIAS ubicada

sobre el río Negro (2477.59 Km2) y la cuenca del río Blanco-Negro-Guayuriba (3220 Km2), con la finalidad de transferir los caudales de la estación al punto de desembocadura. [7]

Para la aplicación de esta metodología se tuvo en cuenta que el área de drenaje abarcada por la estación CASETEJA-DELICIAS no superara en diferencia el 50% del área de la cuenca del río Blanco-Negro-Guayuriba, pues dicha diferencia es de 23.056%.

Figura 12-1 Caudales observados, simulados y transpuestos para la cuenca del río Blanco- Negro-Guayuriba

Fuente: Autores

Finalmente, la diferencia que existe entre el caudal simulado para el área de drenaje de la estación Limnigráfica CASETEJA-DELICIAS y el caudal transpuesto para el área de drenaje total de la cuenca del río Blanco-Negro-Guayuriba es de 14.56%.



13. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Figura 13-1 Caudales y niveles simulados por el software TETIS (1995-2012) del área de drenaje abarcada por la estación CASETEJA-DELICIAS

Fuente: Autores

Tabla 13-1 Características del evento de simulación TETIS de 1995 - 2012 Características del evento




RMSE 64.227




Error al tiempo 3992

Fuente: Autores

La precisión en la simulación o predicción está dada por la medida de las diferencias entre lo simulado o predicho y lo realmente observado [5]. El software de modelación hidrológica TETIS resume los resultados obtenidos para esta investigación en la Figura 13-1 y la Tabla 13-1, en donde se puede observar que el índice de Nash y Sut. (NSE) obtenido es de 0.3226 encontrándose así por fuera de los rangos de aceptabilidad impuestos por la descripción del modelo (Aceptable con un índice superior a 0.5).



En lo correspondiente al error en volumen y el error cuadrático medio (RMSE), se obtuvieron valores de -7.442% para el error en volumen y 64.227 para el RMSE, lo cual nos indica que existe una sobrestimación entre el volumen total simulado y el volumen total observado, causando así una diferencia notoria entre los datos de caudal máximo observado y caudal máximo simulado.

Cabe resaltar que los criterios de evaluación del modelo podrían llegar a mejorar si se contara con la totalidad de los datos de registros de caudales en la estación CASETEJA-DELICIAS.

Comparando los resultados obtenidos en la modelación en el río Guayuriba con otras modelaciones realizadas por el software TETIS en diferentes afluentes como lo son:

“Balance hídrico usando un modelo hidrológico distribuida en la unidad hidrográfica río Pindo, provincias de loja y el oro, Ecuador” [19] cuyos resultados promedio en los diferentes periodos de su calibración fueron:

Tabla 13-2 Características promedio de los eventos de simulación Características del evento




RMSE 0.255

Error en Volumen (%) 8.58

Fuente: “Balance hídrico usando un modelo hidrológico distribuida en la unidad hidrográfica río Pindo, provincias de loja y el oro, Ecuador”

Se puede observar una diferencia en el Índice de Nash y Sut (NSE) de 0.50 la cual esta fundamentada en la superficie de trabajo de la cuenca del Río Pindo (524.669

Km2), debido a que, al ser la cuenca de menor tamaño, la composición textural de las unidades de suelos se puede analizar de forma más detallada mediante aforos y estudios de suelo en la zona. También es de resaltar la totalidad de las series hidrometeorológicas obtenidas para este estudio contando con 14 estaciones climáticas e hidrométricas de las cuales 6 son de tipo pluviométrica, 3 climáticas principales, 4 climáticas ordinarias y 1 Limnigráfica.

“Caracterización del régimen de crecidas mediante la implementación del modelo hidrológico TETIS en la cuenca del barranco del Carraixet – Valencia” [6] cuyos resultados promedio en los diferentes periodos de su calibración fueron:



Tabla 13-3 Características promedio de los eventos de simulación de los datos SAIH 2003-2004, 1989-1990





RMSE 0.881


Fuente: “Caracterización del régimen de crecidas mediante la Implementación modelo hidrológico tetis en la cuenca Del barranco del carraixet – Valencia”

Tabla 13-4 Características promedio de los eventos de simulación de la serie

Spain02v2 2003-2004, 1989-1990 Características del evento




RMSE 1.674


Fuente: “Caracterización del régimen de crecidas mediante la Implementación modelo hidrológico tetis en la cuenca Del barranco del carraixet – Valencia”

Siguiendo con la comparativa, se puede observar que la diferencia en el NSE de la modelación del río Guayuriba y la modelación realizada en la cuenca del Barranco del Carraixet no supera el 6% siendo modelaciones con errores muy semejantes, esto debido a que a pesar de que el área de la cuenca no es de gran magnitud

(248.65 Km2), la carencia de información hidrometeorológica y geológica para dicho estudio es notoria, siendo necesario la interpolación de datos hidrometeorológicos y el uso de información geológica muy general para dicha cuenca. [6]



14. RESULTADOS E IMPACTOS

Tabla 14-1 Resultados esperados

Resultado Indicador Objetivo Relacionado

Modelación hidrológica mediante TETIS del río

Guayuriba

Software (TETIS 9.0.1.b)

Objetivo general

Inspección del comportamiento hidrológico y climatológico de la cuenca a

evaluar

Información del IDEAM

Software (ArcGIS)

Objetivo específico 2

Caudal en punto de aforo Software (TETIS 9.0.1.b,

Excel) Objetivo específico 3

Fuente: Autor

Tabla 14-2. Impactos

Fuente: Autor

Aspecto Impacto Supuesto Plazo

Social, económico. Prevención a los habitantes acerca de posibles inundaciones en zonas aledañas al río Guayuriba.

Información verídica para soporte de información meteorológica e hidrométrica del Río que facilite la emisión de alertas ante eventuales crecidas.

Mediano

Educativo, social, económico, cultural.

Proveer información inexistente relacionada con la hidrología de la cuenca.

Antecedente de estudio hidrometeorológico de la cuenca del Río Guayuriba para soporte de próximas investigaciones.

Corto

Educativo, social, cultural

Generar conciencia acerca del buen uso que se le debe dar a los cuerpos hídricos de la región.

Contribuir mediante el estudio, a los habitantes de la población villavicense, que no han dado buen uso a las fuentes hídricas.

Largo

Ambiental, Pese a la posibilidad de aumento de caudal en la cuenca baja del Río Guayuriba debido a los diferentes aportes hídricos durante el periodo de estudio, se considera un plan de manejo de riesgos ante desastres, de manera que se pueda evitar pérdidas en las zonas productivas como el área natural.

Mapa escalado sobre el área en posible riesgo de inundación en la cuenca del Río Guayuriba, teniendo en cuenta los resultados vistos en el modelo.

Largo



Teniendo en cuenta los datos brutos de precipitaciones proporcionados por el IDEAM y soportados bajo estudios realizados por CORMACARENA podemos concluir que los meses en que se presentan las mayores precipitaciones son junio, julio y agosto, así mismo es posible estimar que en el mes de enero se presentan las menores precipitaciones en la región, bajo estos índices se recomiendan que dentro de estos meses se desarrollen programas y/o medidas de contingencia debido a la suma cantidad de asentamientos verdales que habitan en zonas aledañas al río Guayuriba.

Las crecientes y los desbordes que ha presentado el río Guayuriba ha generado graves consecuencias a su población aledaña, en las laderas del río es común y representativo observar actividades económicas como la agricultura, ganadería y la extracción de material de arrastre que han aprovechado y alterado la constitución territorial de las zonas que pertenecen al río, han provocado el trasvase de las aguas del cauce y aumentado la probabilidad de inundaciones que han afectado la seguridad de los pobladores que habitan en cercanía.

La explotación minera genera un impacto de carácter ambiental, económico y social en razón de que modifica el régimen hidráulico, la calidad de la fuente hídrica, adicionalmente forja el riesgo de erosión e inestabilidad de los suelos, afecta la fauna, altera y modifica el paisaje, las autoridades no han priorizado la conservación de la naturaleza, han establecido límites de aprovechamiento del suelo considerando que son actividades económicas que impulsan la región.



15. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS

15.1. CONCLUSIONES

La investigación permite concluir que a pesar de que los criterios para evaluar el rendimiento del modelo no arrojaron resultados óptimos para la aceptación de este y posterior evaluación de los eventos extremos, los caudales y niveles medios simulados por el software de modelación hidrológica TETIS logran mantener una relación idónea con los reales observados por la estación CASETEJA-DELICIAS.

El desarrollo de la investigación confirmó desigualdad entre el estudio de la cuenca a evaluar (Rio negro, blanco y Guayuriba) y los diferentes estudios previos existentes en modelación hidrológica de la zona, pues al ser una cuenca de gran tamaño el procedimiento de preparación de los datos de entrada para la modelación aumenta en complejidad, especialmente en el cálculo del almacenamiento estático, conductividad hidráulica y demás parámetros que requieran de las unidades de suelo presentes en esta.

El resultado en la evaluación de la calibración del modelo y posterior validación arroja un nivel de ajuste aceptable (NSE=0.5508) para los años anteriores al periodo de calibración (1998-2002), y insuficiente para los 3 años siguientes (NSE=0.1180). Estos resultados se deben en parte a que la información disponible de los datos de registro de caudal de la estación CASETEJA-DELICIAS brindada por el IDEAM contiene registros con algunos datos puntuales faltantes, afectando así la precisión en la simulación del modelo hidrológico distribuido.

Cabe resaltar la reducción de la cubierta vegetal producto de la expansión del uso de suelo para fines de desarrollo industrial y urbanos, generando aumento en la ocupación y degradación de los espacios agrícolas; logrando intensificar así la concentración de la escorrentía superficial con el paso de los años.

15.2. TRABAJOS FUTUROS

Dado que la cuenca del río Blanco-Negro-Guayuriba es de gran tamaño, se recomienda que la medición de los parámetros físicos de la cuenca y los parámetros requeridos por el modelo sea más detallada (Escalas 1:5000 – 1:10000), para de esta forma lograr una mejor identificación de la variabilidad espacial de estos parámetros logrando así mejores resultados en los criterios de evaluación del modelo.

Finalmente, se recomienda realizar el proceso de simulación hidrológico mediante el software TETIS, completando los datos de caudal faltantes de la estación CASETEJA – DELICIAS con metodologías como la utilizada en “INTERPOLACIÓN DE CAUDALES DEL RÍO MAGDALENA”, en donde mediante un modelo de interpolación idealizado en el software Matlab se procedió a completar dichos datos teniendo en cuenta las funciones de correlación cruzada lineal y no lineal entre las estaciones cercanas sobre el río. [20]



Figura 15-1 Esquema de interpolación usado para estimar valores de caudales faltantes

Fuente: Interpolación difusa de caudales del río Magdalena



BIBLIOGRAFÍA

[1] M. d. A. y. D. Sostenible, «POMCH Río Blanco - Negro Guayuriba».

[2] S. A. Pinto, «La tragedia anunciada del Rio Guayuriba que amenaza con tragarse 17 veredas del Meta,» La otra cara, 17 Febrero 2018.

[3] V. J. J. V. J. I. Francés F., Modelo distribuido para la simulación hidrológica de crecidas en grandes cuencas, XX Congreso latinoamericano de hidráulica, 2002.

[4] G. Bussi, Calibración de un modelo conceptual distribuido del ciclo de sedimentos. Aplicación a la cuenca experimental de Goodwin Creek (EEUU)., 2010.

[5] J. J. V. J. C. M. C. M. J. R. L. Félix F. García, Descripción del modelo conceptual distribuido de simulación hidrológica TETIS V 8.1, Valencia, 2012.

[6] H. E. T. Espinoza, Caracterización del régimen de crecidas mediante la implementación del modelo hidrológico TETIS en la cuenca del barranco del Carraixet, Valencia: Universitat Politècnica de València, 2016.

[7] INVIAS, Manual de drenaje para carreteras, 2009.

[8] U. N. d. Litorial, «FICH-UNL,» [En línea]. Available: http://fich.unl.edu.ar/pagina/simulacion-hidrologica/357/.

[9] GIMHA, «GIMHA,» [En línea]. Available: http://lluvia.dihma.upv.es/ES/software/software.html. [Último acceso: 21 02 2019].

[10] Ley No. 1523, 2012.

[11] R. d. Colombia, «2da Comunicación Nacional ante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático,» Editorial Scripto Ltda., 2010.

[12] J. C. L. Quintero, Implementación del modelo hidrológico “abcd” realizando una calibración regional para la evaluación del impacto del caudal en la cuenca alta del río Bogotá, Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, 2016.

[13] Resolución 104 del 7 de Julio, 2003.

[14] Resolución 1514 del 31 de Agosto, 2012.

[15] Resolución 0509 del 21 de Mayo, 2013.

[16] Anónimo, «GETaMap,» [En línea]. Available: http://es.getamap.net/mapas/colombia/meta/_rio_guayuriba/. [Último acceso: Noviembre 2018].

[17] I. G. A. Codazzi, Estudio general de suelos y zonificación de tierras del departamento de Condinamarca (TOMO III), Bogotá, 2000.

[18] L. L. Dayam Calderon, «Guía metodológica para el preprocesamiento de datos y la ejecución del modelo hidrológico TETIS».

[19] A. P. T. Alvarado, «Balance hídrico usando un modelo hidrológico distribuido en la unidad hidrográfica río Pindo, provincias de loja y el oro, Ecuador,» Lima, Perú, 2016.

http://fich.unl.edu.ar/pagina/simulacion-hidrologica/357/

http://fich.unl.edu.ar/pagina/simulacion-hidrologica/357/

http://lluvia.dihma.upv.es/ES/software/software.html

http://es.getamap.net/mapas/colombia/meta/_rio_guayuriba/



[20] J. L. S. L. C. A. C. A. y. C. Felipe Ardila Camelo, «Interpolación difusa de caudales del río Magdalena,» p. 5, 2014.



ANEXOS

Anexo 1. Plano de dirección de flujo

Anexo 2. Plano de acumulación de flujo

Anexo 3. Plano de pendientes

Anexo 4. Plano de velocidad de ladera

Anexo 5. Plano de capacidad de almacenamiento estático

Anexo 6. Plano de conductividad hidráulica del suelo

Anexo 7. Plano de capacidad de percolación

Anexo 8. Plano de capacidad de perdida

Anexo 9. Datos de estaciones del IDEAM seleccionadas para el estudio.

Anexo 10. Datos de caudal observado, simulado y transpuesto de la cuenca del rio negro – blanco – Guayuriba.

Anexo 11. Manual de usuario del software TETIS

Anexo 12. Datos brutos de estaciones del IDEAM seleccionadas para el estudio.

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