2.14 fase de diagnostico - rio guatiquia hidrologia

Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca del Río Guatiquía Contrato de Cooperación Científica No. 001-2008

CORMACARENA – UAESPNN – CAEMA

COMISION CONJUNTA PARA LA ORDENACION DE LA CUENCA HIDROGRAFICA DEL RIO GUATIQUIA

CORPORACIÓN PARA EL DESARROLLO SOSTENIBLE DEL ÁREA DE MANEJO ESPECIAL “LA MACARENA”

CORMACARENA

PARQUES NACIONALES NATURALES DE COLOMBIA

CENTRO ANDINO PARA LA ECONOMIA EN EL MEDIO AMBIENTE CAEMA

FORMULACION DEL PLAN DE ORDENACION Y MANEJO DE LA CUENCA DEL RIO GUATIQUIA

VOLUMEN 4

RECURSO HIDRICO Y SANEAMIENTO AMBIENTAL

Bogotá, Agosto de 2009



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RECURSO HIDRICO Y SANEAMIENTO AMBIENTAL1

CONTENIDO

1. INFORMACION DISPONIBLE ............................................................................ 1

1.1 AREA DE ESTUDIO.......................................................................................................................... 1 1.2 CARTOGRAFÍA..................................................................................................................................... 1 1.3 RED DE MONITOREO ............................................................................................................................. 2

1.3.1 Red hidroclimatológica ............................................................................................................... 3 1.3.2 Red de calidad de agua ............................................................................................................... 4

1.4 TIPO DE SUELOS ................................................................................................................................ 13 1.5 USO DEL SUELO Y COBERTURA VEGETAL ............................................................................................ 14 1.6 FUENTES DE INFORMACIÓN ................................................................................................................ 16

1.6.1 Estudios relacionados ............................................................................................................... 17 1.6.2 Referencias bibliográficas ......................................................................................................... 17

2. ASPECTOS MORFOLOGICOS ........................................................................ 20

2.1 CODIFICACIÓN DE CUENCAS ............................................................................................................... 20 2.2 ASPECTOS MORFOLÓGICOS ................................................................................................................ 24

2.2.1 Orden de ríos ............................................................................................................................ 25 2.2.2 Área .......................................................................................................................................... 27 2.2.3 Perímetro .................................................................................................................................. 27 2.2.4 Parámetros asociados a la longitud ........................................................................................... 27 2.2.5 Ancho de la cuenca ................................................................................................................... 27 2.2.6 Parámetros de forma de la cuenca............................................................................................. 28 2.2.7 Relaciones de elevación ............................................................................................................ 29

2.3 CUENCAS DE LOS RÍOS GUATIQUÍA Y CHUZA .................................................................................. 30 2.3.1 Cuenca del Río de Guatiquía ..................................................................................................... 30 2.3.2 Cuenca del río Chuza ................................................................................................................ 32

3. CLIMATOLOGÍA ............................................................................................... 35

3.1 PRECIPITACIÓN ................................................................................................................................. 35 3.2 TEMPERATURA .................................................................................................................................. 36 3.3 HUMEDAD RELATIVA ......................................................................................................................... 40 3.4 BRILLO SOLAR .................................................................................................................................. 43 3.5 PUNTO DE ROCÍO ............................................................................................................................... 45 3.6 TENSIÓN DE VAPOR ........................................................................................................................... 45

1 Versión para aprobación



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3.7 VELOCIDAD DEL VIENTO .................................................................................................................... 48 3.8 NUBOSIDAD ...................................................................................................................................... 50 3.9 EVAPORACIÓN (EVP) ........................................................................................................................ 52 3.10 EVAPOTRANSPIRACIÓN (ETP) .......................................................................................................... 54

3.10.1 Método de Penman .................................................................................................................. 54 3.10.2 Método de Thornthwaite .......................................................................................................... 59 3.10.3 Método de Hargreaves ............................................................................................................ 59 3.10.4 Método de Christiansen ........................................................................................................... 62

3.11 BALANCE HÍDRICO CLIMÁTICO ......................................................................................................... 64 3.12 ZONIFICACIÓN CLIMÁTICA ............................................................................................................... 69

3.12.1 Metodología de Caldas – Lang ................................................................................................ 70 3.12.2 Metodología de Thornthwaite .................................................................................................. 74 3.12.3 Metodología de Koeppen ......................................................................................................... 77

4. ANÁLISIS DE PRECIPITACION ....................................................................... 84

4.1 ANÁLISIS DE PRECIPITACIÓN MEDIA .................................................................................................. 84 4.2 NÚMERO DE DÍAS CON PRECIPITACIÓN ................................................................................................ 85 4.3 RELACIÓN ELEVACIÓN - PRECIPITACIÓN ............................................................................................. 89 4.4 ANÁLISIS DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA............................................................................................... 89 4.5 ANÁLISIS DE PRECIPITACIÓN MÁXIMA ................................................................................................ 98

5. ANÁLISIS DE CAUDALES ............................................................................. 105

5.1 RED HIDROMÉTRICA ........................................................................................................................ 106 5.2 MORFOLOGÍA DE LAS ESTACIONES DE AFORO ................................................................................... 106 5.3 CURVAS DE CALIBRACIÓN ................................................................................................................ 107 5.4 ANÁLISIS DE CAUDALES MEDIOS ...................................................................................................... 112

5.4.1 Caudales medios mensuales registrados .................................................................................. 112 5.4.2 Aplicación de la Teoría del CN................................................................................................ 114 5.4.3 Análisis de frecuencia ............................................................................................................. 114

5.5 RENDIMIENTO HÍDRICO .................................................................................................................... 116 5.6 ANÁLISIS DE CAUDALES MÍNIMOS .................................................................................................... 118 5.7 ANÁLISIS DE CAUDALES MÁXIMOS ................................................................................................... 121 5.8 ANÁLISIS DE CRECIENTES ................................................................................................................ 123 5.9 CAUDALES CARACTERÍSTICOS.......................................................................................................... 124

5.9.1 Caudal base ............................................................................................................................ 125 5.9.2 Caudal total ............................................................................................................................ 127 5.9.3 Caudal ecológico .................................................................................................................... 127 5.9.4 Reducción por calidad............................................................................................................. 132 5.9.5 Caudal disponible y oferta hídrica neta ................................................................................... 133

5.10 SISTEMAS LÉNTICOS ................................................................................................................... 133

6. DEMANDA DE AGUA ..................................................................................... 138

6.1 EVALUACIÓN CATASTRAL ................................................................................................................ 138 6.2 ASPECTOS DEMOGRÁFICOS .............................................................................................................. 139 6.3 USOS DEL AGUA .............................................................................................................................. 139

6.3.1 Demanda para uso doméstico - DUD ...................................................................................... 139 6.3.2 Demanda para uso industrial - DUI ........................................................................................ 142 6.3.3 Demanda para el sector de servicios - DUS ............................................................................. 142 6.3.4 Demanda para uso agrícola - DUA ......................................................................................... 143 6.3.5 Demanda para uso pecuario - DUP ......................................................................................... 144



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6.3.6 Demanda por otros conceptos ................................................................................................. 144 6.3.7 Demanda total - DT ................................................................................................................ 145

6.4 CONCESIONES ................................................................................................................................. 145 6.5 VERTIMIENTOS ................................................................................................................................ 145 6.6 BALANCE DE AGUA ......................................................................................................................... 146

7. INDICE DE ESCASEZ ..................................................................................... 149

8. ANÀLISIS DE INUNDACION .......................................................................... 153

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 160

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 162



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ÍNDICE DE TABLAS

N° TÍTULO 1 Relación de estaciones hidroclimatológicas 2 Red de monitoreo para calidad de agua 3 Tipo de suelo 4 Uso del suelo y cobertura vegetal 5 Codificación de cuencas – Orden 2 6 Coeficientes sobre el orden de los ríos 7 Características morfológicas – Cuenca del río Guatiquía 8 Características morfológicas – Cuenca del río Chuza 9 Precipitación media total mensual multianual

10 Temperatura media mensual multianual 11 Humedad relativa media mensual multianual 12 Brillo solar medio mensual multianual 13 Punto de rocío medio mensual multianual 14 Tensión de vapor media mensual multianual 15 Velocidad del viento media mensual multianual 16 Nubosidad media mensual multianual 17 Evaporación media total mensual multianual 18 Albedo 19 Evapotranspiración media total mensual 20 Fracción volumétrica de agua aprovechable 21 Coeficiente R – Balance hídrico climático 22 Modelo climático de Caldas 23 Clases de clima según Lang 24 Tipos climáticos según Caldas – Lang 25 Clasificación climática según Caldas – Lang 26 Tipos de clima según Thornthwaite 27 Subtipos climáticos según Thornthwaite 28 Índice de eficiencia termal 29 Concentración Estival (CE) 30 Clasificación climática según Thornthwaite 31 Tipos de clima según Koeppen 32 Clasificación climática según Koeppen –Guatiquía 33 Precipitación total media mensual – Cuenca del río Guatiquía 34 Número de días con precipitación 35 Números de curva – CN 36 Infiltración mínima 37 Rango de variación para la condición de humedad antecedente 38 Valores del CN – Cuenca del río Guatiquía 39 Precipitación máxima en 24 horas registrada



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40 Precipitación máxima en 24h - Análisis de frecuencia 41 Morfología de las estaciones de aforo 42 Curva de calibración – Estación Puente Abadía 43 Curva de calibración – Estación Palmarito 44 Curva de calibración – Estación Puente el Amor 45 Caudales medios mensuales multianuales 46 Análisis de frecuencia – Caudales medios – Estación Puente Abadía 47 Análisis de frecuencia – Caudales medios – Estación Puente El Amor 48 Valores de rendimiento hídrico 49 Caudales mínimos medios mensuales multianuales 50 Análisis de frecuencia - Caudales mínimos – Estación Puente Abadía 51 Análisis de frecuencia – Caudales mínimos – Estación Puente El Amor 52 Caudales máximos registrados 53 Análisis de frecuencia - Caudales máximos – Estación. Puente Abadía 54 Análisis de frecuencia - Caudales máximos – Estación. Puente El Amor 55 Caudales registrados para precipitación nula 56 Porcentaje caudal ecológico 57 Sistemas lénticos 58 Categorías del índice de escasez 56 Porcentaje caudal ecológico



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INDICE DE FIGURAS

N° TÍTULO 1 Delimitación general de la cuenca del río Guatiquía 2 Localización de estaciones pluviométricas 3 Localización de estaciones climatológicas 4 Localización de estaciones hidrométricas 5 Localización de la red de monitoreo de calidad de agua 6 Tipo de suelo 7 Uso del suelo y cobertura vegetal 8 Croquis indicativo sobre el orden de los ríos 9 Perfil longitudinal del río Guatiquía

10 Curva hipsométrica del río Guatiquía 11 Perfil longitudinal del río Chuza 12 Curva hipsométrica del río Chuza 13 Distribución temporal de la precipitación media mensual 14 Índice de precipitación 15 Distribución espacial de la precipitación total anual 16 Temperatura media mensual – Estaciones 17 Distribución temporal de la temperatura media mensual multianual 18 Relación elevación – temperatura 19 Distribución espacial de la temperatura media 20 Humedad relativa media mensual – Estaciones 21 Distribución temporal de la humedad relativa media mensual multianual 22 Distribución espacial de la humedad relativa 23 Brillo solar medio mensual – Estaciones 24 Distribución temporal del brillo solar medio mensual multianual 25 Distribución espacial del brillo solar 26 Punto de rocío medio mensual – Estaciones 27 Distribución temporal del punto de rocío medio mensual multianual 28 Distribución espacial del punto de rocío 29 Tensión de vapor medio mensual – Estaciones 30 Distribución temporal de la tensión de vapor media mensual multianual 31 Distribución espacial de la tensión de vapor 32 Velocidad del viento media mensual – Estaciones 33 Distribución temporal de la velocidad del viento media mensual

multianual 34 Distribución espacial de la velocidad del viento 35 Nubosidad media mensual –Estaciones 36 Distribución temporal de la nubosidad media mensual multianual 37 Distribución espacial de la nubosidad 38 Evaporación media total mensual – Estaciones



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N° TÍTULO

39 Distribución temporal de la evaporación media total mensual multianual 40 Distribución espacial de la evaporación 41 Evapotranspiración total anual - Estaciones 42 Distribución temporal de la evapotranspiración total mensual regional 43 Coeficiente R - Balance hídrico climático 44 Método de Caldas – Lang en estaciones climatológicas 45 Clasificación climática según Thornthwaite 46 Clasificación climática según Koeppen 47 Número promedio de días con precipitación 48 Distribución espacial del número de días con precipitación 49 Relación elevación precipitación 50 Distribución espacial de la precipitación máxima en 24 horas 51 Subcuencas hasta las estaciones de aforo 52 Curva de calibración – Estación Puente Abadía 53 Curva de calibración – Estación Palmarito 54 Curva de calibración – Estación Puente El Amor 55 Caudales medios – Estaciones 56 Distribución regional de los caudales medios 57 Rendimiento hídrico 58 Distribución espacial del rendimiento hídrico 59 Caudales mínimos - Estaciones 60 Distribución temporal de los caudales mínimos 61 Caudales máximos - Estaciones 62 Distribución temporal de los caudales máximos 63 Sistemas lénticos 64 Localización de concesiones 65 Distribución espacial de índice de escasez anual 66 Zona de inundación - Villavicencio



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INDICE DE ANEXOS

N° TÍTULO 1 Información hidroclimatológica EAAB - IDEAM 2 Codificación cuencas 3 Morfología cuencas de orden 3 4 Perfiles longitudinales cuencas de orden 3 5 Curvas hipsométricas cuencas de orden 3 6 Resumen gráfico de perfiles y curvas hipsométricas – Cuencas de

orden 3 7 Morfología de las cuencas de los ríos Guatiquía y Chuza 8 Distribución espacial de las variables climatológicas a nivel mensual 9 Evaluación de la evapotranspiración

10 Balance hídrico climático 11 Precipitación media Subcuencas de orden 3 12 Distribución espacial del número de días con precipitación 13 Valores del CN - Subcuencas 14 Precipitación efectiva – Subcuencas de orden 3 15 Distribución espacial - Precipitación máxima en 24 horas 16 Precipitación máxima en 24 horas – Subcuencas de orden 3 17 Precipitación máxima en 24 horas – Periodos de retorno – Orden 3 18 Escorrentía directa – Subcuencas de orden tres 19 Caudales máximos – Subcuencas de Orden 3 20 Caudales totales – Subcuencas de orden 3 21 Curvas de duración 22 Caudal disponible - Subcuencas de orden 3 23 Demanda para uso doméstico - DUD 24 Demanda para uso agrícola - DUA 25 Demanda para uso pecuario - DUP 26 Demanda total - DT 27 Concesiones 28 Vertimientos 29 Índice de escasez 30 Amenaza por inundación



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INDICE DE PLANOS TEMATICOS

N° TÍTULO 1 Localización de estaciones hidroclimatológicas 2 Subcuencas de orden 3 en la cuenca del río Guatiquía 3 Subcuencas de orden 4 en la cuenca del río Guatiquía 4 Distribución espacial de la precipitación media total anual



1


1. INFORMACION DISPONIBLE

La recopilación de información se enfoca hacia aquella que se requiere para el desarrollo de los estudios en términos de la metodología que se aplica en la codificación y caracterización de cuencas, análisis climatológico, análisis de precipitación, estudio de caudales, consumo y demanda de agua, evaluación de la oferta hídrica y balance hídrico, clasificación climática, análisis de avalanchas, potencial hidroeléctrico y efectos de cambio climático, entre otros. Igualmente se recopiló la información disponible sobre calidad de agua en algunas de las corrientes que eran de mayor interés para este proyecto y vertimientos así como sobre residuos sólidos. Complementariamente, se realizan visitas a la cuenca para el reconocimiento general de la misma y de sitios de interés particular, tomas de muestras de calidad de agua y otros aspectos relacionados con el recurso hídrico y el saneamiento ambiental.

1.1 AREA DE ESTUDIO

El área de interés para este estudio corresponde a la cuenca del río Guatiquía, cuya delimitación es la que se muestra en la Figura 1. Para esta cuenca se hacen los análisis climatológicos, de precipitación y caudal a nivel regional, para determinar a partir de esta caracterización la oferta hídrica y el balance hídrico, tanto para la cuenca en general cuyo orden es dos, como para las cuencas de orden tres. Para las cuencas de orden cuatro solamente se analizan aquellas que presentan mayor interés para el proyecto.

1.2 CARTOGRAFÍA



2

La información cartográfica recopilada para este proyecto corresponde a la suministrada por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) en escala 1:100.000 y 1:25.000 para la zona de interés en estos estudios. Con base en información relacionada con el DEM (Digital Elevation Model) de la cuenca del río Guatiquía y utilizando Arc-Gis, se obtienen las características morfológicas de las cuencas analizadas. En otros volúmenes de este informe se hace una explicación más amplia sobre el alcance del manejo de esta información.

Figura 1. Delimitación general de la cuenca del río Guatiquía

1.3 RED DE MONITOREO

De acuerdo con lo solicitado para el producto R27. Caracterización y localización

de la red de monitoreo existente en la cuenca, se han considerado dos aspectos relevantes: la componente hidroclimatológica y la de calidad de agua. La primera de ellas atiende a satisfacer la información necesaria para realizar la caracterización climatológica local de la cual se estudia en forma separada la



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precipitación y la disponibilidad de caudal en las subcuencas de la cuenca del río Guatiquía, mientras que la segunda red hace referencia a la descripción de la calidad del agua para aquellos tramos del río mencionado y sus afluentes con mayor susceptibilidad de ser receptores de contaminación de origen antrópico.

1.3.1 Red hidroclimatológica

La recopilación de información de carácter hidroclimatológico se realiza ante el Archivo Técnico de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB), y el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) para las estaciones localizadas en el área de influencia del proyecto y áreas vecinas. Se consideran tres niveles de información según el tipo de estación, así: (i) Información pluviométrica en estaciones pluviométricas, (ii) información pluviométrica, sobre humedad relativa, evaporación, temperatura, y otras variables climatológicas en estaciones climatológicas, (iii) información sobre aforos, caudales medios, máximos y mínimos en estaciones hidrométricas. Esta información constituye la base de datos con respecto a los cuales se realizan los estudios hidroclimatológicos solicitados. Con respecto a esta red se hacen las siguientes observaciones: Se utilizan preferencialmente los datos de precipitación disponibles en la

estaciones de registro pluvial (pluviométricas y pluviográficas) y climatológicas, mientras que las estaciones hidrométricas se utilizan como referencia en la calibración de los modelos hidrológicos de que se ocupa este estudio.

Existen errores en la información relacionada con las coordenadas y cotas,

que permiten la localización de las estaciones que conforman la red. Con la finalidad de optimizar los resultados se corrigen las posibles diferencias al respecto, con base en la localización que se muestra en los planos disponibles en las entidades que operan las estaciones y por inspección sobre su posible localización.

Cabe anotar que las bases de datos son actualizadas permanentemente

por las entidades encargadas y/o interesadas en su adquisición y por consiguiente al consultar tales bases en diferentes fechas es posible encontrar algunas variaciones en el valor de los datos, dados los ajustes pertinentes, que generalmente no son de orden significativo para su empleo en diferente tipo de estudios que la requieran.



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De la red hidrometeorológica seleccionada se utilizaron para los valores

promedio o totales anuales aquella información cuyos registros se presenten al menos durante un 75% del tiempo al año, es decir, años con ocho o más meses de registro.

Inicialmente se seleccionaron aquellas estaciones que se encuentran tanto al interior de la cuenca del río Guatiquía como en sus vecindades, una vez se realizó los análisis de la información disponible se consolida la red que finalmente se utiliza en los estudios necesarios para este proyecto. Las estaciones que conforman la red hidroclimatológica se incluyen en la Tabla 1 y su localización se muestra en las Figuras 2 a 4. La red seleccionada está conformada por 47 estaciones pluviométricas, 12 estaciones climatológicas y 11 estaciones hidrométricas. Considerando que las estaciones climatológicas también registran datos de lluvias para los análisis de precipitación se pudo disponer de 59 estaciones. En el Anexo 1 se incluye la información hidroclimatológica que fue suministrada por entidades mencionadas anteriormente, dada la extensión de este anexo su entrega se hace en forma digital.

1.3.2 Red de calidad de agua

Esta red corresponde a aquella que fue utilizada para estos estudios con fines de caracterización de la calidad del agua. En la Tabla 2 y Figura 5



5

Tabla 1. Relación de estaciones hidroclimatológicas



6

Tabla 1. Relación de estaciones hidroclimatológicas (Cont.)



7

Figura 2. Localización de estaciones pluviométricas



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Figura 3. Localización de estaciones climatológicas



9

Figura 4. Localización de estaciones hidrométricas



10

Tabla 2. Red de monitoreo para calidad de agua



11

Tabla 2. Red de monitoreo para calidad de agua (Cont.)



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Figura 5. Localización de la red de monitoreo para calidad de agua

Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca del Río Guatiquía

Contrato de Cooperación Científica No. 001-2008 CORMACARENA – UAESPNN – CAEMA

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1.4 TIPO DE SUELOS

Los tipos de suelo se asocian al contexto agrícola con la finalidad de facilitar el empleo de esta información en la evaluación de que se ocupa este estudio. Al respecto se utilizó el Estudio general de suelos y zonificación de tierras del departamento del Meta, realizado por el IGAC en 1998 y para la zona norte de la cuenca el Estudio general de suelos y zonificación de tierras para el departamento de Cundinamarca también realizado por el IGAC en 2000. En la Tabla 3 y en la Figura 6 se muestran los diferentes tipos de suelos y su distribución espacial, respectivamente.

Figura 6. Tipo de suelos



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Tabla 3. Tipo de suelo

1.5 USO DEL SUELO Y COBERTURA VEGETAL

Para estas variables en el proyecto se ha desarrollado un estudio basado en ortofotografías e inspección en el terreno, el cual es la base para los estudios hidrológicos que la requieren. Su estudio se describe con detalle en otro volumen del informe. En la Tabla 4 y en la Figura 6 se muestra la



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distribución de usos de suelos y coberturas vegetales en la cuenca del río Guatiquía.

Tabla 4. Uso de suelo y cobertura vegetal

Fuente: CAEMA, 2009



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Figura 7. Uso del suelo y cobertura vegetal

1.6 FUENTES DE INFORMACIÓN

Durante el desarrollo de los estudios se consultaron diferentes fuentes de información secundaria, en cumplimiento del producto R5. Sobre recopilación de información secundaria, las referencias que se indican enseguida corresponden a las principales fuentes de información a consultadas, en atención a cada uno de los temas tratados. Otra información secundaria se relaciona en la Bibliografía según se haya producido su empleo en los estudios realizados en este proyecto.



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1.6.1 Estudios relacionados

Se relacionan algunos estudios relacionados con la cuenca del río Guatiquía, realizados con anterioridad a estos estudios.

No Referencia

1 _______, Estudio general de suelos y zonificación de tierras, Departamento del Meta, Instituto Geográfico Agustín Codazzi, IGAC, Bogotá, 1998

2 Estudio general de suelos y zonificación de tierras, Departamento del Cundinamarca, Instituto Geográfico Agustín Codazzi, IGAC, Bogotá, 2000

3 ________; Estudio de Impacto Ambiental, Parque Ecológico Reciclante, Relleno Sanitario Villavicencio; Bioagrícola del Llano, S.A., Villavicencio,

4 ________; Estudios Técnicos y Diseños Definitivos de Obras Hidráulicas para el Manejo y Control de Crecientes Socavación y Sedimentación del río Guatiquía, Sector comprendido entre el K0 Puente Abadía al K15 aguas abajo del casco urbano del municipio de Villavicencio, Meta, CORMACARENA, Gobernación del Meta, Consorcio Ingellanos, 2007

5 ________, Estimación de la oferta hídrica total y disponible para cuencas de tercero a quinto orden, CAR – Cundinamarca, Proterra Ltda., Bogotá, 2006

6 ________; Proyecto de formulación del plan de ordenamiento del recurso hídrico de la corriente principal de la cuenca alta del río Chicamocha, CORMACARENA, UNIBOYACA – CIPADE, Tunja, 2006.

7 ________; Reglamentación de 16 microcuencas con énfasis en la resolución participativa de conflictos, CORPOCHIVOR, Consorcio H&M, Garagoa, 2007

1.6.2 Referencias bibliográficas

Enseguida se relacionan algunas de las referencias bibliográficas de empleo convencional en estudios de tipo hidroclimatológico y sobre saneamiento ambiental. Igualmente se consideran como referentes para el desarrollo de los estudios, el ―software‖ libre y comercial que fue necesario utilizar, como es



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el caso del Arc-Gis y algunos de los programas ofrecidos por el Hydrology Engineering Center (HEC).

No Referencia

1 Wagener Thorsten, Wheater Howard, Gupta Hoshin; Rainfall – Runoff Modelling in Gauged and Ungauged Catchments, Imperial College Press, London, 2004

2 Ministerio de Medio Ambiente, Tragsa; Restauración hidrológico forestal de cuencas y control de la erosión, Ediciones Mundiprensa, Madrid, 1998.

3 Maidment, David R; Handbook of Hydrology, Ed. MacGrawHill Inc, New York, 1993.

4 Gutiérrez Rey, Hilda Jeanneth; Clasificaciones climáticas, Instituto Colombiano de Hidrología, Meteorología y Adecuación de Tierras (HIMAT); Bogotá, 1991.

5 López, Filiberto; Ensayo de clasificación cualitativa de cuencas torrenciales, Universidad de Los Andes, Escuela de Ingeniería Forestal, Mérida, Venezuela, 1964

6 Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC); Paisajes fisiográficos de Orinoquia – Amazonía (ORAM) Colombia, Análisis Geográficos Nos. 27 – 28, Bogotá, 1999.

7 _________, Cambio Climático, Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), Organización Meteorológica Mundial, programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, Tres (3) Volúmenes, Madrid, 1992

8 _________; Colombia, Primera Comunicación Nacional ante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático; Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, IDEAM, PNUMA, Bogotá, 2001.

9 _________; Sistema de Información Ambiental de Colombia (SIAC), Tres Tomos, IDEAM, SINCHI, IAvH, IIAP, INVEMAR, Bogotá, 2002.

10 _________; Metodología para el cálculo del índice de escasez de agua superficial, Consejo Interamericano para el Desarrollo Integral de los Estados Americanos (CIDI/OEA), Lima, Perú, 2004.

11 _________; Zonificación y Codificación de Cuencas Hidrográficas en Colombia, Anexo 1; IDEAM, Bogotá, 2004

12 Chow, Maidment, Mays; Applied Hydrology, Ed. McGraw-Hill; New York; 1988

13 U.S. Bureau of Reclamation, Diseño de presas pequeñas, Ed. Cecsa, Méjico, 1978

14 HIMAT; Subdirección de Hidrología y Meteorología, División de



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No Referencia

Hidrología, Sección de Investigaciones y Aplicaciones Hidrológicas; Estudios de disponibilidad de agua para proyectos de pequeña irrigación, Ing. Ricardo Rosero; Santafé de Bogotá; Septiembre de 1992. HIMAT, Anuario hidrológico, 1991

15 Leo Beard; Hydrology data management, Vol. 2, Engineering Center Corps of Engineers, U.S. Army; California, April 1992

16 --------; Hydrology Engineering Center (HEC), Programas libres varios. (HEC - RAS, HEC – GeoRAS)

17 _________; Varios en aspectos legales y normativos. 18 _________; Información hidroclimatológica, en archivos técnicos

de la EAAB y el IDEAM

A continuación se comentan las metodologías y criterios utilizados en los análisis objeto de este estudio, cuya aplicación secuencial se incluyen en desarrollo del informe.



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2. ASPECTOS MORFOLOGICOS

La determinación de las características morfológicas de una cuenca se realiza con base en su delimitación e identificación. En este capítulo se describen los criterios utilizados para cumplir con este objetivo en la caracterización de las cuencas de orden tres y aquellas que de orden cuatro que son de interés particular para estos estudios.

2.1 CODIFICACIÓN DE CUENCAS

Para la codificación de cuencas se utilizan los criterios establecidos por el IDEAM, los cuales obedecen al seguimiento de los estándares establecidos por la Organización Meteorológica Mundial (OMM), según se solicita en el producto R9 de los Términos de Referencia.

La conceptualización para la codificación de cuencas se encuentra estrechamente vinculada con los principios establecidos para la codificación de estaciones hidroclimatológicas e históricamente se ha mantenido esta relación. En diciembre de 2004 grupo el MAVDT, IDEAM, CORMAGDALENA, Autoridades Ambientales Regionales (CORPOCALDAS), expertos internacionales y Asocars, en cumplimiento de la Ley 99 de 1993 publican2 la Guía para el ordenamiento de cuencas de la cual el Anexo 1 corresponde a la Zonificación hidrográfica y codificación de cuencas hidrológicas en Colombia, con base en este documento se hace la clasificación de cuencas para el río Guatiquía. La Resolución 104 de julio de 2004 del IDEAM la cuenca se define como ―aquella unidad de territorio donde las aguas fluyen naturalmente, en un sistema interconectado y en cual interactúan uno o varios elementos biofísicos, socioeconómicos y culturales‖ y como subcuencas ―aquellas divisiones principales de las cuencas‖

2 Disponible en:

http://www.asocars.org.co/areas.asp?idarea=1&tipo=1&iddocumento=7&actiondoc=select_edit_pwareasdocumentos





21

El orden de la cuenca se establece con respecto a la confluencia de un río con otro. Gravelius (1914) hizo un primer intento por establecer una clasificación de cuencas, quien considero que los ríos más grandes son de orden uno, los que desembocan en ellos son de orden dos y así sucesivamente. Horton (1945) invirtió el sistema de ordenamiento asignando el primer orden a los cauces de menor tamaño, este método fue revisado por Strahler (1952,1957) quien realizo algunas modificaciones a la primera propuesta. De acuerdo con esta metodología, conocida como Horton – Strahler las reglas básicas para el ordenamiento de las cuencas son las siguientes: Los cursos de agua que no tienen ningún afluente se clasifican como primer orden. Cuando se unen dos corrientes el curso que sigue es de orden dos. Si se unen dos corrientes de orden diferente, el orden de la corriente que sigue es el orden de la corriente de mayor orden aumentado en uno. Para este proyecto se adoptó la metodología propuesta por Gravelius, según se indica en la guía mencionada anteriormente (p. 8). Con respecto a los principios mencionados para la clasificación de estaciones, la diferencia con los principios sobre la clasificación de cuencas solamente se establece con respecto a los tres últimos dígitos, (ddd) los cuales para el caso de las cuencas se relaciona con el orden de

la misma. Considerando los criterios sobre clasificación de cuencas del IDEAM se asigna un código a cada cuenca consistente en siete dígitos que contienen una llave primaria conformada por cuatro dígitos (abcc) y una llave foránea que tiene tres dígitos (ddd).

La llave primaria permite identificar las cuencas de primero y segundo orden mediante un código raíz fijo e inmodificable que representan la zona hidrográfica, cuenca y subcuenca Las Zonas Hidrográficas (a) son las siguientes:

1 Caribe



22

2 Magdalena - Cauca 3 Orinoco 4 Amazonas 5 Pacífico Las Cuencas Hidrográficas (b) son subdivisiones de las Zonas Hidrográficas las cuales responden a las denominaciones que se indican enseguida, con respecto al Zona Hidrográfica del Orinoco: ab ORINOCO 31 Río Inírida 32 Río Guaviare 33 Río Vichada 34 Río Tomo 35 Río Meta 36 Río Casanare 37 Río Arauca 38 Río Orinoco Los dos dígitos siguientes (cc) corresponden a la identificación de la

subcuenca, para este caso la subcuenca del río Guatiquía le corresponde el número 03.

Los últimos tres dígitos (ddd) indican el orden de los afluentes a los

anteriores. Metodológicamente, la cuencas de primer orden ya tienen un código asignado dado por el código raíz (ab) (35 río Meta) e igualmente para el segundo orden (cc) (03 río Guatiquía), del tercer orden en adelante se numeran según el método de Gravelius en orden secuencial y ascendente según ocurra su afluencia de la desembocadura del río de orden dos hasta su nacimiento y en forma similar para otros órdenes. Para las cuencas de orden cuatro o mayores se adicionan dígitos a grupo de los siete primeros ya explicados. En la Tabla 5 se muestra de manera informativa la codificación de subcuencas dada por el IDEAM para el caso particular del Orinoco, en la cual se señala a la cuenca del río Guatiquía con orden dos y sus afluentes serán entonces de orden tres y así sucesivamente.



23

Tabla 5. Codificación de cuencas – Orden 2

PRIMARIA FORANEA CORRIENTE

3500 000 Río Meta

3501 000 Río Camoa

3502 000 Río Negro

3503 000 Río Guatiquía 3504 000 Río Guacavía

3505 000 Río Humea

3506 000 Río Gachetá

3507 000 Río Batá

3508 000 Río Mueche

3509 000 Río Upía

3510 000 otros ríos directos al Río Meta

3511 000 Río Yucao

3512 000 otros ríos directos al Río Meta.

3513 000 Caño Melúa.

3514 000 Río Manacacías

3515 000 Caño Pauto.



3518 000 Río Túa

3519 000 Río Cusiana


3521 000 Río Cravo Sur

3522 000 Río Guanapalo

3523 000 Río Pauto

3524 000 Caño de la hermosa


3526 000 Caño la Balsa

En la Figura 8 se muestra esquemáticamente el ordenamiento de las cuencas en la subcuenca del río Guatiquía. En los planos temáticos adjuntos se muestran las subcuencas de orden 3 y orden 4.



24

Figura 8. Croquis indicativo sobre el orden de los ríos En el Anexo 2 se incluye la codificación para 240 subcuencas de orden tres y 794 de orden cuatro identificadas en la cuenca del río Guatiquía. Con los tres últimos dígitos 000 se identifica aquella parte de cuenca que se encuentra excluida de los cierres de las subcuencas encontradas para los órdenes mencionados.

2.2 ASPECTOS MORFOLÓGICOS

La morfología de una cuenca reúne parámetros que son fundamentales en la caracterización hidrológica de una cuenca. Los aspectos morfológicos fueron evaluados para las subcuencas de orden tres. Teniendo en cuenta que la escala de la cartografía utilizada es 1:25.000 los detalles morfológicos para las cuencas de orden cuatro no están suficientemente definidos y pueden darse imprecisiones en la definición y evaluación de sus características morfológicas, por tal motivo,



25

es recomendable que para esta evaluación se emplee una escala más detallada, tal como la escala 1:10.000. La interpretación de las características morfológicas de estas subcuencas se realiza utilizando Sistemas de Información Geográfica (SIG) apoyados en extensiones complementarias ofrecidas en forma gratuita por el Hydrology Engineering Center (HEC) en particular con el HEC-GeoRAS. Los parámetros morfológicos de uso convencional son los que se solicitan en los Términos de Referencia para el producto R9, cuya descripción es la que se realiza enseguida.

2.2.1 Orden de ríos

El orden de ríos permite establecer algunas características sobre la morfología de la cuenca dada por relaciones que orientan tanto su conformación como la expectativa de su comportamiento hidrológico. En este caso se interpreta la propuesta para el ordenamiento de los ríos como fue concebida originalmente por Horton, es decir, el orden 1 se atribuye al curso inicial de una corriente (nacimiento), el orden 2 lo conforma la confluencia de dos cursos de orden 1, el orden 3 la confluencia de un curso de orden 2 y otro de orden 1 o dos de orden 2 y así sucesivamente. Ley de orden de los ríos, también conocida como la ley de Horton, se expresa mediante el coeficiente de bifurcación (Rb) el cual está dado por la relación:

𝑅𝑏 = 𝑁𝑢𝑁𝑢+1

En donde: Nu Número de segmento de un orden dado Nu+1 Número de segmentos del orden inmediatamente siguiente Densidad de drenaje (Dd), está dada como la relación entre la longitud total (ΣLu) de los ríos de todos los órdenes y el área de la cuenca (A), la cual se expresa mediante:

𝐷𝑑 = Σ𝐿𝑢𝐴



26

Densidad de Corriente (Dc), establece la relación entre la cantidad de ríos de distinto orden (Nu) y el área de la cuenca (A), se puede evaluar mediante la relación:

𝐷𝑐 = Σ𝑁𝑢𝐴

Coeficiente de torrencialidad (Ct), relaciona el número de corrientes de orden 1 (N1), identificados según la Ley de Horton, y el área de la cuenca (A), el cual se estima mediante la relación:

𝐶𝑡 = Σ𝑁1

𝐴

En la Tabla 6 se resumen los coeficientes relacionados con el orden de los ríos.

Tabla 6. Coeficientes sobre el orden de los ríos



27

2.2.2 Área

Se define como la proyección horizontal de la superficie de la misma, la cual se puede medir en el plano topográfico. Este parámetro es el más importante dada su relevancia en la determinación de varios fenómenos hidrológicos como el volumen de agua que ingresa a la cuenca por precipitación, el rendimiento hídrico, y otro tipo de variables relacionadas con aplicaciones para la modelación hidrológica. Este parámetro se representa con la letra A.

2.2.3 Perímetro

Corresponde a la magnitud de la longitud del límite exterior de la cuenca y depende de la forma de la misma. Para su representación se emplea la letra P.

2.2.4 Parámetros asociados a la longitud

Con respecto a la longitud se tienen en cuenta los siguientes parámetros: Longitud de la cuenca (Lc), es la magnitud de una línea recta con dirección aproximadamente ―paralela‖ al cauce principal. Longitud del cauce principal (L), es la distancia entre la desembocadura y el nacimiento, medida siguiendo el curso del mismo. Longitud máxima (Lm), es la distancia medida siguiendo el curso de la corriente principal comprendida entre la desembocadura y el punto más alejado siguiendo la dirección del drenaje, es decir, se proyecta el sitio de nacimiento del río hasta el perímetro de la cuenca.

2.2.5 Ancho de la cuenca

Es distancia medida en sentido ortogonal al cauce principal comprendida entre los límites que establece el perímetro de la cuenca. Se representa como An.



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2.2.6 Parámetros de forma de la cuenca

La forma de la cuenca es su configuración geométrica definida por el perímetro de la misma asociado a la línea que une los puntos más elevados del relieve local que encierra al cauce principal y sus afluentes, conocida ―divisoria de aguas‖ y que en realidad corresponde al perímetro de la cuenca. Para determinar la forma de la cuenca se utilizan varios índices asociados a la relación área – perímetro, enseguida se menciona algunos de ellos. Factor de forma, (R), fue definido por Horton como la relación entre el área y el cuadrado de la longitud máxima del cauce, es decir:

𝑅 = 𝐴

𝐿𝑚2

Con este factor se pretende interpretar que mientras mayor sea su valor la propensión a las crecientes es mayor o lenta y sostenida en caso de valores menores. Coeficiente de compacidad, (Kc), o índice de compacidad se debe a Gravellius, representa la relación entre el área de un círculo equivalente cuyo perímetro es el perímetro de la cuenca y el área de la cuenca, esta dado por la relación:

𝐾𝑐 = 𝑃2

2 𝜋 𝐴

Según este coeficiente, entre más cercano este su valor a la unidad la cuenca es más redondeada y entre más lejano de halle de ella será más alargada, esta últimas tienen valores de Kc, generalmente, mayores a 3. Índice de alargamiento, (Ia), se define como la relación existente entre la longitud de la cuenca (Lc) y el ancho de la misma (An), significa que si su valor está lejano a la unidad la cuenca es alargada y en caso contrario más achatada. Se puede determinar mediante la relación:

𝐼𝑎 = 𝐿𝑐

𝐴𝑛



29

2.2.7 Relaciones de elevación

Con estas relaciones se busca estudiar la respuesta de una cuenca a la lluvia, teniendo en cuenta que a mayores pendientes es más pronta es la escorrentía hacia los cauces de las corrientes, por tanto menores tiempos de concentración y mayores velocidades de las corrientes. Perfil del cauce, establece la relación elevación sobre el nivel del mar y distancia, permite visualizar la abrupta o gradual variación del cauce con respecto a su avance. Pendiente media del cauce, (So), o pendiente global, corresponde a la relación que existe ente la diferencia de cota dada por la diferencia entre la cota de nacimiento del río y su desembocadura (H) o punto de interés en particular, generalmente se expresa en m/km. Se calcula mediante la expresión:

𝑆𝑜 = 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑡𝑎 (𝐻)

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑢𝑐𝑒 (𝐿)

Pendiente de la cuenca, (Sm), está dada por la ponderación de las pendientes dadas entre curvas de nivel con respecto al área comprendida entre ellas y el área total de la cuenca. Para su evaluación se emplea la relación:

𝑆𝑚 = Σ(∆𝐿.∆𝐻)

𝐴

En donde Δ𝐿 es la distancia entre curvas de nivel y Δ𝐻 es la distancia entre curvas de nivel. Curva Hipsométrica, este concepto fue introducido por Langbein, considera el porcentaje del área total que se encuentra entre ciertos intervalos de diferencias de nivel previamente establecidos. Tiempo de concentración, (Tc), este parámetro representa el tiempo de viaje de una gota de agua desde el punto más alejado de la corriente hasta su desembocadura o un sitio de interés especifico en el cauce. Para su evaluación se han planteado diferente tipo de ecuaciones, para este proyecto se ha adoptado la ecuación propuesta por Kirpich, la cual está dada como:



30

𝑇𝑐 = 11.9 𝐿3

𝐻

0.385

En la cual Tc esta en horas, L es la longitud del cauce principal expresada en millas y H la diferencia de nivel entre la cota de nacimiento y el punto de interés en pies. En el Anexo 3 se incluyen las características morfológicas, en el Anexo 4 se incluyen los perfiles y en el Anexo 5 las curvas hipsométricas, para las subcuencas de orden tres, cuya representación gráfica resumida se muestra en forma gráfica en el Anexo 6.

2.3 CUENCAS DE LOS RÍOS GUATIQUÍA Y CHUZA

Con el objetivo de poder disponer de una visión general de las cuencas de los ríos Guatiquía y Chuza, el primero por ser la cuenca de estudio y el segundo por su aprovechamiento para abastecimiento de agua potable, enseguida se hace una descripción particular de su caracterización morfológica.

2.3.1 Cuenca del Río de Guatiquía

En la Tabla 7 se muestran las características morfológicas del río Guatiquía comprendida entre su nacimiento y su desembocadura. En las Figuras 9 y 10 se muestran respectivamente el perfil longitudinal y la curva hipsométrica del Río de Guatiquía, según las cuales esta es una cuenca con pendientes fuertes facilitando de esta manera una pronta respuesta a la lluvia en la producción de escorrentía. El cauce de este río es vecino a la ciudad de Villavicencio y genera expectativas sobre la influencia que sus crecientes tienen sobre la comunidad que se ubica en las proximidades de sus márgenes, especialmente sobre la parte externa de la curva que forma el río en este sector. Esta cuenca por sus características topográficas ocupa sectores que pertenecen a los pisos térmicos que se presentan con más frecuencia en Colombia, con variaciones de precipitación desde baja en su cuenca alta, valores muy altos en su cuenca media y relativamente medios en su cuenca baja, como se describe más adelante en este informe.



31

Tabla 7. Características morfológicas - Cuenca del río Guatiquía

Figura 9. Perfil longitudinal del río Guatiquía



32

Figura 10. Curva hipsométrica del río Guatiquía

2.3.2 Cuenca del río Chuza

La cuenca de este río forma parte de las zonas protegidas de Parques Nacionales Naturales de Colombia, en la cual se encuentra el Embalse de Chingaza cuyas aguas son contenidas por la presa de Golillas, las cuales se utilizan para abastecer de agua potable a la ciudad de Bogotá. En la Tabla 8 se indican sus características morfológicas más relevantes, su pendiente es fuerte y aunque el embalse contribuye con la amortiguación de crecientes también tiene una predisposición a la ocurrencia de crecientes de caudales altos y corta duración. Su cuenca se encuentra dominantemente en la cuenca alta del río Guatiquía paralelo al cauce del río la Laja como se conoce al río Guatiquía en este mismo sector. En las Figuras 11 y 12 se muestran respectivamente el perfil y la curva hipsométrica para este río. Su cuenca



33

Tabla 8. Características morfológicas - Cuenca del río Chuza

Figura 11. Perfil longitudinal del río Chuza



34

Figura 12- Curva hipsométrica del río Chuza En el Anexo 7 se incluyen los detalles sobre la caracterización morfológica de las cuencas de los ríos Guatiquía y Chuza.



35

3. CLIMATOLOGÍA

En la evaluación climatológica se hace la descripción de las variables temperatura media, humedad relativa, brillo solar, punto de rocío, tensión de vapor, velocidad del viento, nubosidad, evaporación y precipitación; esta última se trata en forma separada más adelante. La descripción de las variables climatológicas se realiza con base en los registros de las estaciones relacionadas en la Tabla 1. Esta descripción tiene por objetivo permitir la evaluación de otros parámetros relacionados con el balance hídrico y zonificación climática, evaluación de la oferta hídrica y análisis de crecientes, entre otros. En el Anexo 1 se incluye la información hidroclimatológica que pudo ser recopilada ante la EAAB y el IDEAM.

3.1 PRECIPITACIÓN

El análisis de precipitación considera la evaluación de la precipitación media y de la precipitación máxima para el estimativo posterior de los caudales medios y máximos. En los análisis de precipitación se consideraron 58 estaciones, pues para la estación 3503508 Termo Ocoa no fue posible obtener esta información. En la Tabla 9 se incluyen los valores de precipitación media total mensual multianual, según los cuales la precipitación media total anual oscila entre 925.7 mm/año en la estación Choachí localizada en las vecindades de la cuenca alta y 8004,4 mm/año en la estación Buenavista localizada en el sector centro oriental de la cuenca, con un valor medio a nivel regional de 2899.9 mm/año. A nivel mensual el valor mínimo de precipitación total es de 17.1 mm/mes durante el mes de enero en la estación Choachí y un máximo de 1204.6 mm/mes durante el mes de mayo en la estación Buenavista, la precipitación media total mensual es de 241.7 mm/mes. El comportamiento de la precipitación a nivel regional presenta un régimen dominantemente monoestacional, correspondiente a un período húmedo comprendido entre abril y noviembre y un período de estiaje de diciembre a marzo. Sin embargo convencionalmente se utiliza un parámetro de tipo



36

regional conocido como el índice de precipitación, el cual está dado como la relación entre el valor de la precipitación media total mensual y la precipitación media total mensual multianual, si su valor es menor de 0.60 se considera que es un período seco, si varía entre 0.61 y 1.20 es una condición promedio y si es mayor a 1.20 el período considerado es húmedo. Desde este punto de vista los meses de diciembre, enero y febrero corresponden a un período seco, los meses de marzo, octubre y noviembre a un período intermedio y los meses de abril a agosto al período de mayor pluviosidad. En la Figura 13 se muestra mediante histogramas, la variación temporal de la precipitación media mensual, en la Figura 14 la variación del índice de precipitación y en la Figura 15 la distribución espacial de la precipitación media total anual para la cuenca del río Guatiquía.

3.2 TEMPERATURA

La cuenca del río Guatiquía tiene elevaciones sobre el nivel del mar que oscilan entre cerca de los 4000 msnm y 400 msnm. Esta variación da lugar también a un rango de variación de la temperatura entre -4.0°C y 38°C, aunque localmente en los diferentes sectores de la cuenca se mantiene relativamente estable durante el año, es decir, existe una relación lineal de la variación de la temperatura sobre el nivel de mar según la cual a niveles similares del terreno sobre el nivel del mar la temperatura presenta escasas variaciones. En la Tabla 10 se muestran los valores de temperatura media mensual para las estaciones seleccionadas. La temperatura media mensual oscila entre 8.4°C y 26.4°C, registradas en las estaciones La Bolsa y Termo Ocoa, respectivamente, con un valor medio a nivel regional cercano a los 21.6°C, la cual es relativamente estable durante todo el año. En la Figura 16 se muestran los valores medios de temperatura para las estaciones en las cuales se disponía de información y en la Figura 17 se muestra la variación regional de la temperatura promedio mensual, la cual presenta sus menores valores en entre julio y agosto. En la Figura 18 muestra la relación entre la elevación sobre el nivel del mar y la temperatura y en la Figura 19 se muestra la distribución espacial de la temperatura media mensual multianual en el área de influencia de la cuenca.



37

Tabla 9. Precipitación media total mensual multianual - mm



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Tabla 9. Precipitación media total mensual multianual – mm (Cont.)



39

Figura 13. Distribución temporal de la precipitación media mensual Figura 14. Índice de precipitación

Figura 15. Distribución espacial de la precipitación total anual



40

Tabla 10. Temperatura media mensual multianual

3.3 HUMEDAD RELATIVA

La humedad relativa regionalmente varía entre el 66% y el 96 %, con un valor medio del 83%, disminuye en forma más severa en el primer trimestre del año en el cual se presenta el período de estiaje. En la Tabla 11 se muestran los valores de la humedad relativa media mensual multianual registrados en las estaciones localizadas en la cuenca del río Guatiquía y sus vecindades, en la Figura 20 se indica el valor de esta variable para las diferentes estaciones y en la Figura 21 se señala su variación temporal a nivel regional y en la Figura 22 su distribución espacial.

Tabla 11. Humedad relativa media mensual multianual



41

Figura 16. Temperatura media mensual – Estaciones Figura 17. Distribución temporal de la temperatura media

mensual multianual

Figura 18. Relación elevación - temperatura Figura 19. Distribución espacial de la temperatura media



42

Figura 20. Humedad relativa media mensual - Estaciones Figura 21. Distribución temporal de la humedad relativa media mensual

multianual

Figura 22. Distribución espacial de la humedad relativa



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3.4 BRILLO SOLAR

La cantidad de horas sol es más intensa durante el período de estiaje y disminuye en los periodos de mayor pluviosidad, con una variación en su valor medio a nivel regional que oscila entre 46.1 horas/mes y 205.7 horas/mes con un valor medio anual de 1397.9 horas/año. En la Tabla 12 se muestran los registros en las estaciones climatológicas seleccionadas y en las Figuras 23 y 24 su distribución en estas estaciones y su variación mensual a nivel regional, respectivamente y en la Figura 25 la distribución espacial de esta variable.

Tabla 12. Brillo solar medio mensual multianual



44

Figura 23. Brillo solar medio mensual - Estaciones Figura 24. Distribución temporal del brillo solar medio mensual

Figura 25. Distribución espacial del brillo solar



45

3.5 PUNTO DE ROCÍO

La temperatura de punto de rocío tiene un valor medio regional de 17.9°C con oscilaciones entre 4.8°C y 23.3°C. En la Tabla 13 se relacionan los registros para las estaciones seleccionadas, en la Figura 26 los valores medios mensuales en cada una de estas estaciones y en las Figuras 27 y 28 su distribución temporal y espacial.

Tabla 13. Punto de rocío medio mensual multianual

3.6 TENSIÓN DE VAPOR

Regionalmente, la tensión de vapor tiene un valor medio de 21.7 mb, con una oscilación entre 8.6 mb registrado en la estación Chingaza y 28.7 mb en la estación Pachaquiaro. En la Tabla 14 se relacionan los valores medios mensuales multianuales registrados para esta variable en las estaciones localizadas en la cuenca y en sus vecindades. La Figura 29 se muestran los valores medios mensuales multianuales registrados en aquellas estaciones que tienen información, en la Figura 30 su variación temporal y en la Figura 31 su distribución espacial.



46

Figura 26. Punto de rocío medio mensual -Estaciones Figura 27. Distribución temporal del punto de rocío medio mensual

multianual

Figura 28. Variación espacial del punto de rocío



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Figura 29. Tensión de vapor media mensual - Estaciones Figura 30. Distribución temporal de la tensión de vapor media

mensual multianual

Figura 31. Distribución espacial de la tensión de vapor



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Tabla 14. Tensión de vapor media mensual multianual

3.7 VELOCIDAD DEL VIENTO

Los registros de velocidad del viento solamente estuvieron disponibles en seis estaciones de las 12 estaciones climatológicas localizadas en la cuenca del río Guatiquía y cuencas vecinas, para la estación Pachaquiaro solamente se conto un periodo de registro de un año, sin embargo su valor fue considerado para orientar la evaluación de la distribución espacial del comportamiento del viento. El valor medio a nivel regional es de 2.1 m/s con una variación entre 0.9 m/s registrado en la estación aeropuerto Vanguardia y 5.2 m/s en la estación Chingaza. En la Tabla 15 se incluyen los valores medios mensuales multianuales de velocidad del viento, en la Figura 32 se muestran los valores medios registrados en las estaciones con información disponible, en la Figura 33 se puede apreciar la distribución temporal a nivel regional y en la Figura 34 su distribución espacial.



49

Figura 32. Velocidad del viento media mensual – Estaciones Figura 33. Distribución temporal de la velocidad del viento media

mensual multianual

Figura 34. Distribución espacial de la velocidad del viento



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Tabla 15. Velocidad del viento media mensual multianual

3.8 NUBOSIDAD

La cuenca del río Guatiquía tiene la particularidad de presentar una variación de nivel sobre el nivel del mar que presenta una oscilación cercana a los cuatro kilómetros y adicionalmente se encuentra sobre el sector oriental de la Cordillera Oriental, motivo por el cual las nubes quedan retenidas temporalmente en las zonas más elevadas. Por lo anterior cabe esperar que los valores de nubosidad tengan valores relativamente altos. Como se puede observar en la Tabla 16, su variación oscila entre 3 octas y seis octas y un valor medio de 5 octas los cuales son relativamente estables en cada sitio en particular. En la Figura 35 se muestran los valores medios de nubosidad en diferentes estaciones, en la Figura 36 su distribución temporal y en la Figura 37 su distribución espacial.



51

Figura 35. Nubosidad media mensual - Estaciones Figura 36. Distribución temporal de la nubosidad promedio mensual

multianual

Figura 37. Variación espacial de la nubosidad



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Tabla 16. Nubosidad media mensual multianual

3.9 EVAPORACIÓN (EVP)

La evaporación de las superficie del agua en tanque clase A presenta una oscilación significativa a nivel medio total mensual multianual comprendida entre 28.4 mm/mes y 291.5 mm/mes registrados en las estaciones Salinas de Upín, con un valor medio regional total anual de 1089.7 mm/año, como se indica en la Tabla 17. En la Figura 38 se aprecia el valor de la evaporación total anual en las estaciones para las cuales se pudo disponer de información, en la Figura 39 su distribución temporal, según la cual durante los meses de mayor pluviosidad se evidencia los valores de menor evaporación. En la Figura 40 se muestra la distribución espacial de la evaporación, cuyos valores más elevados ocurren en la cuenca baja.

Tabla 17. Evaporación media total mensual multianual



53

Figura 38. Evaporación media total mensual - Estaciones Figura 39. Distribución temporal de la evaporación media total mensual multianual

Figura 40. Distribución espacial de la evaporación



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En el Anexo 8 se muestra la distribución espacial de las variables climatológicas a nivel mensual. En los planos temáticos anexos, por su interés en estos estudios, se muestra la distribución espacial de la precipitación media total anual.

3.10 EVAPOTRANSPIRACIÓN (ETP)

En el cálculo de la evapotranspiración (ETP), se utilizaron los métodos de Penman, Thornthwaite, Hargreaves y Christiansen, en cuya aplicación se utilizó la información climatológica existente en cuanto a temperatura, humedad relativa, brillo solar, velocidad del viento, tensión de vapor, nubosidad, elevación sobre el nivel del mar y aquellas necesarias para la aplicación de cada metodología en particular. De los resultados obtenidos por estos métodos se selecciona el valor de evaporación potencial a nivel mensual que sea representativo del área estudiada según su aproximación al 80% del valor de la evaporación registrada en la estación analizada y en caso de no existir esta información como aquella que representa al valor medio de los resultados obtenidos. Los valores mensuales de las variables climatológicas corresponden a aquellos que fueron registrados en las estaciones climatológicas seleccionadas para estos estudios. Algunas de ellas no disponen de información suficiente para la aplicación de los métodos seleccionados. A continuación se describen las metodologías utilizadas en la evaluación de la evapotranspiración y luego se comentan los resultados obtenidos.

3.10.1 Método de Penman

En la evaluación de evapotranspiración potencial según el procedimiento sugerido por Penman, se emplea la expresión propuesta por su autor, la cual incluye una adaptación de la ecuación original para simplificar su manejo, dada como:

𝐸𝑇𝑃 = 𝑃0

𝑃 𝐷𝐺 𝐴 + 𝐵

𝐶

en donde los términos A,B y C representan:



55

𝐴 = 0.75 𝑅𝑎 0.29 + 0.42 𝑛

𝑁 − 𝜎 𝑇𝑎

4 0.56− 0.079 √𝑒𝑑 0.1 + 0.9 𝑛

𝑁

𝐵 = 0.26 𝑒𝑎 − 𝑒𝑑 1 + 0.54𝑈

𝐶 = 𝑃0

𝑃

𝐷

𝐺 + 1

con la siguiente identificación de variables: ETP: Evapotranspiración potencial en un período determinado en mm/día Po: Presión atmosférica media al nivel del mar en milibares (1013.2 mb) P: Presión atmosférica media para la elevación sobre el nivel del mar del

sitio en donde se evalúa la evaporación potencial en milibares (1 mb = 0.75 mm de Hg)

D: Gradiente de la presión de vapor de saturación con respecto a la

temperatura expresada en milibares por grado centígrado G: Coeficiente sicrométrico; para sicrómetro con ventilación forzada es

0.66 los cuales son de uso corriente en las estaciones operadas por el IDEAM.

0.75: Factor de reducción de la radiación global que corresponde a un

albedo (r) de 0.25 ó (1 - r) Ra : Radiación solar media o de onda corta recibida en el límite de la

atmósfera en milímetros de agua evaporable para el período de tiempo seleccionado (1 mm = 59 calorías)

n : Duración real de la insolación durante el período que se estudia, en

horas (medida en la estación de referencia) N : Duración de la insolación astronómica máxima posible el período de

tiempo analizado, en horas



56

=Ta4 : Constante de Boltzman que expresa la radiación del cuerpo negro a la temperatura del aire en milímetros de agua evaporable para el período de tiempo estudiado

Ta : Temperatura prevaleciente del aire en grados Kelvin ed : Presión de vapor para la atmósfera durante el período que se estudia

en milibares ea : Presión de vapor de saturación en milibares U : Velocidad media del aire a dos metros sobre la superficie evaporante

en m/s Enseguida se comenta la evaluación de cada una de las variables involucradas en el cálculo para facilitar la compresión de los criterios utilizados en su aplicación. Cálculo de D La variable "D" se obtiene en función de la temperatura media mensual de

las tablas existentes en la bibliografía relacionada expresada en mb/C. Cálculo de G El valor de "G" se obtiene con la ecuación planteada originalmente en función de la presión atmosférica para la elevación sobre el nivel del mar del sitio estudiado mediante la ecuación:

𝐺 = 6.1 ∗ 10−4 𝑃0 con Po en mb para la estación de referencia y G en mb/°C Cálculo de "r" El albedo (r) representa la porción de energía reflejada y depende del tipo de cobertura vegetal, siendo su variación la que se indica en la Tabla 18. Su valor se elige para las condiciones particulares de este proyecto considerando la condición de cobertura vegetal y características propias de uso cultural y agrícola de los terrenos. Desde este punto de vista, para el entorno de las áreas de riego en Colombia un valor medio usual es de 0.25.



57

Tabla 18. Albedo

Cobertura Vegetal Albedo (r)

Bosque Oscuro 0.05 Vegetales y Pastos 0.26

Suelo sin vegetación 0.10 - 0.20 Agua 0.05 - 0.40

Cálculo de Ra La radiación solar varía por efectos de latitud, traslación y rotación de la Tierra variando la condición de llegada de los rayos del sol a la capa superior de la atmósfera, en valor de mm de agua evaporada por día; se obtiene de las tablas existentes para cada mes del año y para la latitud de la estación climatológica de referencia. Cálculo de n El promedio de horas - sol o duración real de la insolación se calculó a partir de:

𝑛 = 𝐵𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑í𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑠

para cada mes del año según los registros de la estación utilizada. Cálculo de N La duración astronómica del día (N) se obtiene con base en la latitud de la estación climatológica seleccionada. Esta duración expresada en horas se encuentra tabulada para cada mes del año, los valores utilizados en este cálculo fueron leídos en la bibliografía relacionada.

Cálculo de = T4 La constante de Boltzman se obtiene en función de la temperatura media registrada en la estación climatológica utilizada según la información que aparece en las tablas existentes en las referencias de texto, expresada en milímetros de agua evaporable por día.



58

Cálculo de Ta Este corresponde a la temperatura prevaleciente del aire en la estación climatológica, expresada en grados Kelvin. Cálculo de ed La tensión de vapor correspondiente a la temperatura del punto de rocío (ed) se obtiene a partir de la relación:

𝑒𝑑 = 𝑒𝑎 ∗ 𝐻𝑅

100

en donde HR es la humedad relativa local expresada en porcentaje. Cálculo de ea El valor de ea corresponde al valor medio mensual de la tensión de vapor para la atmósfera saturada medida en la estación climatológica utilizada a la temperatura del aire, expresada en milibares (mb). Cálculo de U Para el cálculo de la velocidad del viento, expresada en m/s, a 2 m de la superficie evaporante, se ha supuesto que el anemómetro mide a 10 m de altura y su conversión se realiza mediante la ecuación de Helman aplicada a los valores medios registrados a las 13 horas en la estación seleccionada, según:

𝑈2 = 𝑈10 𝑕2

𝑕10

17

donde h son las alturas de medición y del anemómetro según se indica con el subíndice. Cálculo de ETP La evapotranspiración potencial diaria (EVP) se obtiene a partir de la ecuación planteada inicialmente, expresada en mm/día.



59

3.10.2 Método de Thornthwaite

Thornthwaite (1948) propuso una ecuación para el cálculo de la evapotranspiración potencial con base en observaciones lisimétricas y pérdida de agua en el suelo para cuencas del centro y oriente de Estados Unidos, la cual se expresa como:

𝐸𝑇𝑃 = 0.53 10 𝑇

𝐼 𝑎

En donde: ETP Evapotranspiración potencial en mm/día T Temperatura media mensual en °C I Índice calórico, que se obtiene como la suma de los doce índices calóricos mensuales (i), los cuales están dados por:

𝑖 = 𝑇

5

1.514

El valor del exponente (a) está dado por la siguiente ecuación:

𝑎 = 675 ∗ 10−9 𝐼3 − 77 ∗ 10−7 𝐼2 + 179 ∗ 10−4 𝐼 + 0.492 El valor resultante de la aplicación de la ecuación se multiplica por un factor que depende de la latitud y época del año para obtener la evapotranspiración total mensual.

3.10.3 Método de Hargreaves

Para utilizar el método de Hargreaves se ha propuesto la siguiente ecuación (1966) en el estimativo de la evaporación potencial:

𝐸𝑇𝑃 = 17.4 𝐷 𝑇𝑐𝐹𝑕𝐹𝑠𝐹𝑒𝐾𝑐 donde: ETP Evapotranspiración potencial mensual en mm/mes D Coeficiente mensual de la duración del día según la latitud del lugar

dado en forma tabulada en la bibliografía relacionada



60

Tc Temperatura media mensual medida en la estación climatológica de

referencia, en C Fh Es un parámetro dado por la ecuación

𝐹𝑕 = 0.59− 0.55 𝐻𝑛2

donde Hn : Humedad relativa media mensual al medio día (13 horas) La dificultad en la evaluación de Hn debido normalmente a la ausencia de mediciones a esta hora, se soluciona empleando la fórmula de Al-Barrak la cual se expresa para Colombia como:

𝐻𝑛 = 1 + 0.4 𝐻 + 0.005 𝐻2 donde: H Humedad relativa registrada en el sitio del proyecto en porcentaje Fw Este parámetro de la ecuación se evalúa según:

𝐹𝑤 = 0.75 + 0.0255 √𝑊𝑘𝑑 donde Wkd es la velocidad del viento a 2 m de altura en km/día Fs: se calcula con la expresión

𝐹𝑠 = 0.478 + 0.58 𝑆 donde S es el porcentaje de brillo solar expresado en decimales, dado por la relación entre este y la duración astronómica máxima posible de insolación para la latitud del lugar estudiado dada en la bibliografía relacionada. Fe: Este valor se obtiene en función de la evaluación sobre el nivel del

mar (e) del área estudiada, expresada en metros mediante la relación:

𝐹𝑒 = 0.95 + 0.0001 𝑒



61

El cual es constante para todos los meses del año. Una vez estimada la ETP según la ecuación planteada, el procedimiento utiliza los siguientes factores de corrección; con el fin de obtener una mayor precisión en áreas diferentes de donde fue deducida la fórmula original: CR1 Para el coeficiente mensual de horas sol. Teniendo en cuenta que la

ecuación general fue deducida para el 90% de horas sol (S), éste se ajusta para el sitio de interés mediante la relación:

S (%) 30 40 50 60 70 80 90

X(%) -34 -28 -24 -20 -16 -9 0

𝐶𝑅1 = 1− 𝑋

donde X es la fracción de ajuste con respecto al 100% CR2 Para la corrección por elevación. La ecuación general fue obtenida

para una elevación de 18 m.s.n.m. La evaporación equivalente se aumenta en un 1% por cada incremento de 100 m. en la elevación hasta 1.300 m. y 0.7% por cada intervalo de 100 metros en caso de ser mayor la elevación.

El coeficiente de corrección (CR2) es:

𝐶𝑅2 = 1 + 𝐶𝑂𝑇𝐴 − 150

100 ∗ 0.01 ; 𝐶𝑂𝑇𝐴 < 1300

𝐶𝑅2 = 1 + 𝐶𝑂𝑇𝐴 − 150

100 ∗ 0.007 ; 𝐶𝑂𝑇𝐴 > 1300

CR3 Para corrección por Velocidad del Viento. En forma similar a los

casos anteriores, la ecuación general fue deducida para la velocidad promedio del viento de 100 km/día, la evaporación equivalente se corrige aumentándola o disminuyéndola en un 9% por cada aumento o disminución de velocidad de 50 km/día.

Este factor puede obtenerse mediante la relación:

𝐶𝑅3 = 1− 100− 𝑉𝑣

50 ∗ 0.09



62

En donde Vv es la velocidad media del viento a las 13 horas registrada en el área de interés en km/día. Finalmente, se obtiene el valor de la evapotranspiración potencial equivalente corregida mediante la relación:

𝐸𝑇𝑃𝑐 = 𝐸𝑇𝑃.𝐶𝑅1 𝐶𝑅2 𝐶𝑅3 Kc : corresponde al coeficiente de cultivo utilizado para obtener el uso

consuntivo de cada cultivo en particular.

3.10.4 Método de Christiansen

La fórmula propuesta por Christiansen (1966), para estimar la evapotranspiración potencial de acuerdo con la información climatológica se expresa mediante:

𝐸𝑇𝑃 = 0.324 𝑅𝑡𝑡 𝐶𝑡𝑡 𝐶𝑤𝑡 𝐶𝑕𝑡 𝐶𝑠𝑡 𝐶𝑒 donde: ETP : Evaporación potencial, en mm/mes Rt : Radiación extraterrestre tomada en el tope de la atmósfera, estimada

con la constante solar de 2 calorías/cm2/min

Rtt : Rt * Número de días del mes

𝐶𝑡𝑡 = 0.463 + 0.425 𝑇𝑐𝑇0 + 0.122

𝑇𝑐𝑇0

2

donde :

Tc : Temperatura media del aire, en C To : 20 º Cwt : se da por la ecuación :

𝐶𝑤𝑡 = 0.672 + 0.406 𝑤

𝑤0 − 0.078

𝑤

𝑤0

2

donde :



63

w : Velocidad media del viento a 2m de altura en km/hora, la cual se

calcula mediante la ecuación de Hellman dada por :

𝑤2𝑚 = 𝑉𝑎 0.233 + 0.656 log 𝑕 + 4.75 siendo "Va(km/hora)" la velocidad leída en el anemómetro y "h(m)" la altura del mismo. wo : 6.7 km/hora Cht : se calcula según :

𝐶𝑕𝑡 = 1.035 + 0.24 𝐻𝑚𝐻𝑚0

2

− 0.275 𝐻𝑚𝐻𝑚0

3

Hm : Humedad relativa en decimales. Hmo : 0.60 Cst : está dado por la ecuación :

𝐶𝑠𝑡 = 0.34 + 0.856 𝑠

𝑠0 − 0.196

𝑠

𝑠0

2

donde : s : porcentaje de brillo solar medio en decimales so : 0.80 Ce : se estima según :

𝐶𝑒 = 0.97 + 0.03 𝑒

𝑒0

donde : e : es la elevación sobre el nivel del mar del sitio estudiado, en m eo : 35 m La ecuación propuesta por Christiansen tiene las mismas limitaciones que la ecuación propuesta por Penman, es decir; la medición de las variables debe realizarse en estaciones cercanas y no se adapta muy bien a las condiciones de aridez por cuanto no considera el efecto de advención.



64

En el Anexo 9 se incluye la aplicación de las metodologías antes mencionadas para las estaciones con las que se contó información suficiente, aunque algunas metodologías se pueden aplicar con la disponibilidad de un menor número de variables, varios de ellos requieren de la información sobre velocidad del viento. En este caso, solamente se pudo disponer de información en seis estaciones climatológicas, por tal motivo la evaluación de la evapotranspiración se limito a esas estaciones con los resultados que se incluyen en la Tabla 19. Para seleccionar la metodología que mejor representa el valor de evapotranspiración, los valores mensuales encontrados se compararon con el 80% de la evaporación registrada en el tanque evaporimétrico. La Figura 41 muestra el valor de la evapotranspiración total anual en las estaciones seleccionadas y en la Figura 42 su distribución temporal a nivel mensual. Su oscilación a nivel mensual varía entre 27.4 mm/mes y 143.2 mm/mes, con valor medio total anual a nivel regional de 915.8 mm/mes.

3.11 BALANCE HÍDRICO CLIMÁTICO

El balance hídrico climático se elaboró siguiendo los delineamientos de uso generalizado al respecto, utilizando como período de tiempo el nivel mensual, comparando los valores de evaporación potencial obtenidos y seleccionados como representativos para el área del proyecto con los valores de precipitación media, considerando el tipo de cultivo y la capacidad de almacenamiento del suelo obtenida de los estudios de suelos realizados para este proyecto. Para la evaluación del balance hídrico se utilizaron las ecuaciones que lo representan; de acuerdo con la metodología que se describe. La ecuación general del balance hídrico está dada por:

𝑃 = 𝐸𝑇𝑃 + 𝐼 + 𝛿𝐻 + 𝐸 en donde:



65

Tabla 19. Evapotranspiración potencial media mensual - mm

Figura 41. Evapotranspiración total anual - Estaciones Figura 42. Distribución temporal de la evapotranspiración total

mensual regional



66

P : Precipitación ETP : Evapotranspiración I : Infiltración

H : Cambio de humedad en el suelo E : Escorrentía El Balance Hídrico Climático muestra la condición hídrica promedio de acuerdo con las siguientes variables: La precipitación a nivel mensual está representada por la precipitación media o la precipitación con una probabilidad del 50%, en este caso se escogió el primer valor. La evapotranspiración potencial a nivel mensual corresponde a los valores obtenidos anteriormente. El balance hídrico considera una pérdida de almacenamiento de humedad en el suelo a una tasa proporcional, dependiendo de la fracción de agua almacenada en el mismo. La cantidad de agua almacenada en el suelo está dada por la cantidad de agua fácilmente aprovechable, estimada como:

𝐹.𝑉.𝐴.𝐴. = 𝑃. 𝑆 ∗ 𝑓. 𝑣.𝑎. 𝑎 en donde: F.V.A.A.: Fracción volumétrica de agua aprovechable en el perfil, en mm. PS : Profundidad efectiva, en cms f.v.a.a.: Fracción volumétrica de agua aprovechable unitaria, en mm/cm La profundidad efectiva (PS) de las plantas en este proyecto corresponde al valor neto en el cual las experiencias al respecto sugieren que efectivamente ocurre el fenómeno de absorción de agua por la raíz, considerando las características de los suelos y los cultivos que se practican con más frecuencia, se adoptaron los valores que se indican en la Tabla 20, para las estaciones en las cuales se evaluó la evapotranspiración y que por ende son las mismas con las cuales se puede orientar el análisis del Balance Hídrico Climático.



67

Tabla 20. Fracción volumétrica de agua aprovechable

Las pérdidas se calculan cuando la lluvia es insuficiente para satisfacer la demanda de agua (ETP), la cual deja un déficit (ETP-P) que es proporcional al almacenamiento total de agua en el suelo (F.V.A.A.)., es decir:

𝑃𝑎𝑙𝑚 = 𝐸𝑇𝑃 − 𝑃 ∗ 𝐴𝑙𝑚. 𝑎𝑛𝑡.

𝐴𝑙𝑚. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

en donde: Palm Pérdida de almacenamiento, en mm Alm.Ant Almacenamiento en el período anterior, en mm Alm.Total Almacenamiento total, en mm El almacenamiento en cada década está dado como la diferencia entre el almacenamiento en el período anterior y la pérdida de almacenamiento para ese período. Con base en la información anterior se calcula la evapotranspiración real (ET) estimada como:

𝐸𝑇 = 𝑃 + 𝑃𝑎𝑙𝑚 para finalmente establecer la condición de déficit o exceso, estimados según:

𝐷é𝑓𝑖𝑐𝑖𝑡 = 𝐸𝑇𝑃 − 𝐸𝑇

𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝐴𝑙𝑚.𝐴𝑛𝑡 + 𝑃 − 𝐸𝑇𝑃 + 𝐴𝑙𝑚.𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 La diferencia entre el exceso y la precipitación constituye la escorrentía (E);



68

se considera que cuando los excesos a nivel mensual son superiores a 30 mm, se debe implementar un adecuado sistema de drenaje con el objeto de evitar daños a los cultivos por efecto de anegamientos y posible arrastre hídrico de la capa vegetal. Para establecer las facilidades de desarrollo de los cultivos en determinada época del año, se estima el coeficiente R dado por la relación entre la fracción de agua consumida y la demanda total; es decir:

𝑅 = 𝐸𝑇

𝐸𝑉𝑃

si este coeficiente presenta valores superiores a 0.60 se considera que para ese período las condiciones climatológicas son favorables para el crecimiento de los cultivos. En la Tabla 21 se incluyen los valores del valor de R obtenidos del análisis de los balances hídricos climáticos incluidos en el Anexo 10, realizados para las estaciones en las cuales fue posible evaluar la evapotranspiración y en la Figura 43 se muestra su comparación.

Tabla 21. Coeficiente R – Balance hídrico climático



69

Figura 43. Coeficiente R – Balance hídrico climático

Como se puede observar, durante los períodos de estiaje para el mes de febrero se obtienen las condiciones de mayor adversidad para el desarrollo agrícola y en general para el desarrollo de las plantas. Los meses de diciembre y enero aunque presentan valores bajos, no necesariamente reflejan una condición de mayor adversidad. Esta condición climática permite sugerir prácticas de riegos para cultivos transitorios con la modalidad de riego en secano, en el caso de los cultivos permanentes habrá necesidad de disponer de agua en volúmenes que pueden ser relativamente altos. El valor de R promedio se obtuvo a partir de la relación de los valores totales anuales para ET y EVP.

3.12 ZONIFICACIÓN CLIMÁTICA

Teniendo en cuenta que Colombia se encuentra en la zona tórrida y está sujeta a la influencia de la topografía local, como uno de los factores que inciden en la determinación de su zonificación climática, se decidió utilizar las metodologías de Caldas – Lang, Thornthwaite y Koeppen, para dar respuesta al producto R33 solicitado en los Términos de Referencia.



70

Como ya se ha mencionado, solamente se dispone de seis estaciones con registros climáticos las cuales por su distribución espacial no permiten establecer una zonificación climática precisa y se debe acudir a procesos de interpolación espacial, por tal motivo del análisis comparativo de las metodologías mencionadas y los estudios anteriores realizados al respecto se eligió aquella que se considero representa mejor las condiciones climáticas locales.

3.12.1 Metodología de Caldas – Lang

Este modelo está basado en el establecimiento de los pisos térmicos establecidos en forma empírica fundamentada en variaciones altitudinales por Francisco José de Caldas, alternamente Lang considero otros conceptos y en 1962 Schaufelberger, combinó estas dos metodologías con la finalidad de definir la Metodología de Caldas – Lang, que permite establecer la zonificación climática de una región determinada. En la aplicación de esta metodología se consideran relaciones de tipo empírico, dadas por sus autores, entre ellas se transcriben3 el modelo

climático de Caldas (Tabla 22), según el cual se definen los pisos térmicos, las clases de clima (Tabla 23) y los Tipos climáticos según Caldas-Lang (Tabla 24) De acuerdo con la información climática de las estaciones consideradas y la descripción que se hacen en las tablas indicadas anteriormente se hace la zonificación climática que se indica en la Tabla 25, la cual varía desde páramo bajo húmedo en la zona alta de la cuenca a cálido superhúmedo en su zona baja. En la Figura 44 se muestra la distribución de las estaciones climatológicas con la indicación de su zonificación climática.

3 Gutiérrez Rey, Hilda Jeanneth, CLASIFICACIONES CLIMATICAS, HIMAT, 1991, Bogotá.



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Tabla 22. Modelo climático de Caldas Piso

térmico Elevación Temperatura Variación de elevación por

condiciones locales

(msnm) (°C)

Cálido 0 a 1000 T ≥ 24 Límite superior ±400

Templado 1001 a 2000 24>T≥17.5 Límite superior ±500 Límite inferior ±500

Frío 2001 a 3000 15.5>T≥12 Límite superior ±400 Límite inferior ±400

Páramo Bajo 3200 a 3700 12>T≥7 Alto 3701 a 4200 T<7

Tabla 23. Clases de clima según Lang Cociente P/T Clase de clima

(mm/°C)

0 a 20 Desértico 20.1 a 40 Árido 40.1 a 60 Semiárido 60.1 a 100 Semihúmedo

100.1 a 160 Húmedo Mayor a 160 Superhúmedo

Tabla 24. Tipos climáticos - Sistema Caldas - Lang

Tipo climático Clave

Cálido

Superhúmedo CSH Húmedo CH Semihúmedo CsH Semiárido Csa Árido CA

Desértico CD

Templado

Superhúmedo TSH

Húmedo TH

Semihúmedo Tsh

Semiárido Tsa

Árido TA

Desértico TD

Frío

Superhúmedo FSH

Húmedo FH

Semihúmedo Fsh



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Tipo climático Clave

Semiárido Fsa

Árido FA

Desértico FD

Páramo

Bajo Superhúmedo PBSH

Bajo Húmedo PBH

Bajo Semihúmedo PBsh

Bajo Semiárido PBsa

Alto Superhúmedo PASH

Alto Húmedo PAH

Nieves Perpetuas NP

Tabla 25. Clasificación climática según Caldas Lang



73

Figura 44. Método de Caldas – Lang en estaciones climatológicas



74

3.12.2 Metodología de Thornthwaite

Esta metodología fue propuesta por C. Warren Thornthwaite (1933), la cual se basa en el balance hídrico y la evapotranspiración (1948). En este método se establecen diferentes relaciones e índices, que se describen enseguida, con base en los cuales se establece la zonificación climática. Relación de humedad (RH) Se determina mediante la expresión:

𝑅𝐻 = 𝑃 − 𝐸𝑇𝑃

𝐸𝑇𝑃

En donde: P precipitación en un periodo de tiempo dado ETP Evapotranspiración potencial Índice de aridez (Ia) Se estable como la relación entre el Déficit Anual (D) que ocurre cuando la suma de precipitación y el almacenamiento de agua en el suelo es menor que la evapotranspiración, el cual se compara con la evapotranspiración y se expresa en porcentaje.

𝐼𝑎 = 𝐷

𝐸𝑇𝑃∗ 100

Índice de humedad (Ih) Este índice esta dado por el exceso anual de agua (E) y la evapotranspiración potencial anual, expresado en porcentaje.

𝐼𝑕 = 𝐸

𝐸𝑇𝑃∗ 100

Factor de humedad (Fh)



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Relaciona el índice de humedad y el índice de aridez mediante la ecuación:

𝐹𝑕 = 𝐼𝑕 − 0.6 𝐼𝑎 El factor de humedad fija como climas secos aquellos para los cuales Fh=0, para valores de Fh mayores a 0 el clima es húmedo y cuando Fh es menor que cero se les clasifica como climas secos. En la Tabla 26 se indican los diferentes tipos de clima, en la Tabla 27 los subtipos climáticos y en la Tabla 28 el índice de eficiencia termal según Thornthwaite, los cuales se consideran para establecer la clasificación climática local según esta metodología.

Tabla 26. Tipos de clima según Thornthwaite Fh Símbolo Tipo climático

100.1 y más A Superhúmedo 80.1 a 100.0 B4 Muy húmedo

60.1 a 80 B3 Húmedo 40.1 a 60 B2 Moderadamente húmedo 20.1 a 40 B1 Ligeramente húmedo 0.1 a 20 C2 Semihúmedo

-20 a 0 C1 Semiseco

-40 a -20.1 D Semiárido -60 a -40.1 E Árido

Tabla 27. Subtipos climáticos según Thornthwaite

Ia Símbolo Déficit de agua

0 16.7 r Poco o nada 16.7 33.3 s Moderado en verano 16.7 33.3 w Moderado en invierno

Mayo a 33.3 s2 Grande en verano Mayor a 33.3 w2 Grande en invierno

Ih Símbolo Superávit de agua

0 10 d Poco o nada 10 20 s´ Moderado en verano 10 20 w´ Moderado en invierno

Mayor a 20 s´2 Grande en verano Mayor a 20 w’2 Grande en invierno



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Tabla 28. Índice de eficiencia termal

ETP (mm) Símbolo Clima

Menor a 142 E’ Hielos 142 D Tundra 245 C’1 Microtermal 427 C’2 570 B’1

Mesotermal 712 B´2 855 B´3 997 B´4

1140 A’ Megatermal

La clasificación también está dada en términos de la variable denominada concentración estival de la eficiencia termal (CE), la cual se evalúa según la relación que se incluye enseguida para la zona de estudio y a partir de ella se hace la clasificación pertinente, como se señala en la Tabla 29.

𝐶𝐸 = 𝐸𝑇𝑃𝑖3𝑖=1

𝐸𝑇𝑃∗ 100

Tabla 29. Concentración Estival (CE)

CE (%) Símbolo

Menor a 48 a’ 48.0 b’4 51.9 b’3 56.3 b’2 61.6 b’1 68.0 c’2 76.3 c’1 88.0 d’

Teniendo en cuenta las características climáticas registradas en las estaciones localizadas en la cuenca solamente se pudo disponer de información sobre seis de ellas con respecto a las cuales se estableció la zonificación climática utilizando la metodología de Thornthwaite, como se indica en la Tabla 30.



77

Tabla 30. Clasificación climática según Thornthwaite

3.12.3 Metodología de Koeppen

En 1923 Wilhelm Koeppen publicó un modelo de clasificación climática basado en las características pluviométricas y térmicas de una región determinada, en 1948 asocio esta clasificación la clasificación de las plantas propuesta por De Candolle en 1874. Después de 1948 muchos autores han estudiado y utilizado esta metodología, estando hoy en día reconocida como una de las más utilizadas. Enseguida se hace una somera descripción de esta metodología sobre clasificación climática. Koeppen definió cinco grandes clasificaciones climáticas, cuya relación es la siguiente: A Climas húmedos tropicales B Climas secos C Climas mesotérmicos húmedos D Climas microtérmicos húmedos E Climas polares Los climas A y B corresponden a regiones con temperaturas elevadas, el grupo C a temperaturas medias y los climas D a temperaturas bajas y finalmente en el grupo D se incluyen las nieves perpetuas.



78

Figura 45. Clasificación climática según Thornthwaite



79

En la Tabla 31 se incluyen los tipos de clima según Koeppen de acuerdo con la indicación dada por Lowery (1975), en la cual se resumen las características más relevantes de cada uno de ellos. En la aplicación de esta metodología se debe tener en cuenta que la clasificación climática se orienta sobre las estaciones invierno (diciembre, enero y febrero), primavera (marzo, abril y mayo), verano (junio, julio y agosto) y otoño (septiembre, octubre y noviembre), cuya ocurrencia se da en las zonas templadas pero también aplica para las zonas tropicales. De acuerdo con los registros sobre precipitación y temperatura disponibles en las estaciones climatológicas, las características topográficas de la cuenca y la cobertura vegetal de la misma, para la cuenca del río Guatiquía se identificaron los tipos de climáticos propuestos por Koeppen que se indican enseguida. Clima Tropical lluvioso de bosque (Am) Generalmente se observan en zonas transicionales entre la selva y la sabana, se caracterizan por fuertes precipitaciones estacionales tan abundantes que la vegetación en la sequia no se ve altamente afectada, se aprecian plantas bajas, de troncos delgados, espaciadas y menos frondosas. La diferencia de la temperatura entre el mes caliente y el más frío llega hasta 8°C. En la cuenca del río Guatiquía la época de estiaje ocurre en el invierno del hemisferio norte, motivo por el cual se puede agregar como tercera componente del símbolo la letra w, adicionalmente, la diferencia de temperatura entre el mes más cálido y el mes más frío es inferior a 5°C dando lugar a un cuarto componente del símbolo correspondiente a la letra i que representa la característica de isotermal, inferior al rango máximo de 8°C establecido en la metodología de clasificación de Koeppen. Este tipo de clima se resume como Clima tropical lluvioso de bosque isotermal con un periodo húmedo dominante.



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Tabla 31. Tipos de clima según Koeppen

TIPO DE CLIMA SIMBOLO PRECIPITACION (mm) TEMPERATURA (°C)

Estación de la máxima(*) Cantidades Mes más frío Mes más cálido

Tropical lluvioso de selva Af Todo el año Mes más seco 60 mm Más de 18

Tropical lluvioso de sabana Aw Invierno Mes más seco 60 mm Más de 18

Tropical lluvioso de selva Am Verano ó invierno Mes más seco 60 mm Más de 18

Seco de estepa BS Inviernos irregulares

Verano

P < 2T P < 2T + 7

P < 2T + 14

Seco desértico BW Inviernos irregulares

Verano

P < 2T P < 2T + 7

P < 2T + 14

Templado húmedo Cf Todo el año Ni Cw ni Ca -3 a 18

Templado húmedo de invierno seco Cw Verano Mes más húmedo de verano es

3 veces más húmedo que el mes más seco del invierno

-3 a 18

Templado húmedo de verano seco Cs Invierno Mes más húmedo de invierno es 3 veces más húmedo que el mes

más seco de verano

-3 a 18

Boreal o microtérmico Df Todo el año Como Cf Menos de -3

Boreal o microtérmico de invierno seco Dw Verano Como Cw Menos de -3

Frio de tundra ET 0 a 10

Frío de nieve perpetua EF Menos de cero

Frío de alta montaña o polar de altura EB Más de cero Menos de 10

(*) Corresponde a invierno e verano astronómico Hemisferio Norte Hemisferio Sur

Octubre a Marzo y Abril a Septiembre Abril a Septiembre y Octubre a Marzo



81

Clima tropical lluvioso de selva (Af) Este clima no tiene una estación seca bien definida, la precipitación total mensual del mes más seco es mayor a 60 mm, por lo cual no se establece un período de estiaje que represente ausencia o precipitación muy baja. La diferencia de temperatura entre el mes más seco y el más húmedo oscila entre 1°C y 6°C. Las estaciones identificadas con esta clasificación también cumplen con la condición de isotermal (i) y w. Se concluye que el tipo de clima es Clima tropical lluvioso de selva isotermal con un período de lluvia dominante. Clima templado húmedo de invierno seco (Cw) Se caracterizan por presentar una gran humedad en el verano, el mes más lluvioso generalmente es 10 veces mayor que el mes más seco, hay presencia de arbustos y árboles que alternan con praderas abiertas. La ocurrencia de veranos calurosos permite adicionar a la clasificación la letra (a) que indica esta condición. Clima frío de alta montaña o polar de altura (EB) Este tipo de clima presenta características variadas con presencia de nieve hacia los 4400 msnm, en algunos sectores con vegetación poco evolucionada o de estructuras simples. Para la zona tropical su límite inferior se establece alrededor de la cota 1500 msnm, aunque este tipo de clima considera temperaturas inferiores a los 10°C, en la zona andina para el rango de elevaciones anteriores, las temperaturas pueden alcanzar valores mayores pero se acepta la clasificación de clima frío dada la condición indicada en la zonificación de los pisos térmicos. En condiciones de variación de temperatura entre 10°C y 22°C para los períodos cálidos se agrega un tercer nivel en la clasificación que se indica con la letra (c). En la Tabla 32 se muestra la distribución de esta clasificación con respecto a las diferentes estaciones consideradas y en la Figura 46 la clasificación climática de la cuenca del río Guatiquía según Koeppen.



82

Tabla 32. Clasificación climática según Koeppen – Guatiquía



83

Figura 46. Clasificación climática según Koeppen



84

4. ANÁLISIS DE PRECIPITACION

La cuenca del río mencionado anteriormente y sus afluentes cuentan con una red de estaciones hidroclimatológicas suficiente para satisfacer los requerimientos de información que permita su caracterización pluviométrica, aunque su distribución espacial en algunos sectores presenta mayor concentración y los períodos de registro no son similares, se utilizó aquella de la que fue posible disponer.

4.1 ANÁLISIS DE PRECIPITACIÓN MEDIA

Para este análisis se utilizaron los registros de precipitación total existentes en las estaciones vecinas a las cuencas estudiadas. Mediante la aplicación del ArcView se determinó la precipitación media en cada una de las subcuencas estudiadas tanto a nivel anual como mensual, utilizando el procedimiento de interpolación del tipo IDW el cual genera contornos relativamente elípticos, que permite determinar en forma aproximada la distribución espacial de la precipitación. Con base en esta metodología se obtuvo la precipitación media total mensual para la cuenca del río Guatiquía que se muestra en la Tabla 33.

Tabla 33. Precipitación total media mensual – Cuenca del río Guatiquía

Como se mencionó anteriormente, se identificaron 240 subcuencas de orden 3 y 794 de orden 4.



85

El análisis de precipitación se realiza con énfasis en las cuencas de orden 3 teniendo en cuenta que la escala de trabajo es 1:25.000 en la cartografía digital disponible, la cual no permite una delimitación relativamente confiable de las cuencas de orden cuatro y su interpretación morfológica podría dar lugar a resultados con algunos niveles de incertidumbre. Con base en la distribución espacial de la precipitación media a nivel mensual mostrada en el Anexo 8 para la totalidad de la cuenca del río Guatiquía, obtenida con base en los registros de las estaciones seleccionadas, se obtuvieron los valores de la precipitación media total mensual y anual para las 240 subcuencas de orden 3, los cuales se incluyen en el Anexo 11. En las subcuencas, la precipitación media mensual varía entre 35 mm/mes para el mes de enero hasta 918.1 mm/mes en el mes de mayo, anualmente la precipitación tiene una oscilación entre 1588.3 mm/año a 6457.4 mm/año con un valor medio a nivel regional de 3075.8 mm/año.

4.2 NÚMERO DE DÍAS CON PRECIPITACIÓN

La ocurrencia de la precipitación varía con el tiempo y el espacio, dependiendo además de las características meteorológicas representativas de una región determinada. En un sitio específico se pueden tener grandes valores de precipitación que pueden estar distribuidos en periodos de tiempo cortos o largos. Cuando la precipitación máxima ocurre en periodos de tiempo cortos, la expectativa de crecientes con grandes valores máximos es mayor, en caso contrario cabe esperar crecientes de menores valores máximos pero de mayor duración. También tiene especial interés el conocimiento del comportamiento de la precipitación en el año hidrológico, el cual se inicia a mediados del mes de diciembre para Colombia. En la Tabla 34 se relaciona la cantidad de días para los cuales ocurrió precipitación registrados en las estaciones seleccionadas para este proyecto. En los meses de diciembre, enero y febrero se observa que en algunos casos solamente ocurre precipitación en dos días del mes, mientras que en los meses de mayor pluviosidad la cantidad de días con lluvia al mes puede llegar a 29 días.



86

Tabla 34. Número de días con precipitación



87

Tabla 34. Número de días con precipitación (Cont.)



88

A nivel regional la cantidad de número de días con lluvia al año oscila entre 133 y 283, con un valor medio anual de 230 días, es decir, en promedio en la cuenca llueve el 63% del tiempo. En la Figura 47 se muestra la distribución temporal del promedio de número de días con precipitación a nivel regional y en la Figura 48 su distribución espacial, según la cual existen centros con mayor cantidad de días con precipitación sin que necesariamente los sectores con mayores valores de precipitación coincidan con los anteriores. En el Anexo 12 se muestra la distribución espacial del número de días con precipitación.

Figura 47. Número promedio de días con precipitación

Figura 48. Distribución espacial del número de días con precipitación



89

4.3 RELACIÓN ELEVACIÓN - PRECIPITACIÓN

Con base en la información disponible se estableció la relación elevación-precipitación que se muestra en la Figura 49, según la cual regionalmente su valor aumenta con la elevación, situación que permite suponer que la precipitación es dominantemente de tipo orográfico.

Figura 49. Relación elevación-precipitación

4.4 ANÁLISIS DE PRECIPITACIÓN EFECTIVA

Para el cálculo de la precipitación efectiva un procedimiento utilizado, es el que se basa en el propuesto por el Soil Conservation Service – SCS4, (1972), el cual considera como variables en su determinación: (i) la precipitación, representada en este caso por la precipitación para un período de tiempo previamente seleccionado; (ii) el complejo de suelo - hidrológico que considera la interrelación suelo - cobertura vegetal y (iii) la condición de humedad antecedente; de acuerdo con estas variables se fija un número de curva (CN) que representa tal interrelación. Esta metodología fue originalmente propuesta para la evaluación de la

4 National Engineering Handbook (NEH), Hydrology, Section 4, Chapter 10. Estimation of Direct

Runoff from Storm Rainfall. Washington D.C: Soil Conservation Service, 1972



90

precipitación neta que podría generar una tormenta5, considerando el volumen de precipitación antecedente en un período de 5 a 30 días6, con la finalidad de establecer el escurrimiento directo que puede esperarse como respuesta a una precipitación especifica. Según este procedimiento, la escorrentía directa (Q) o precipitación efectiva, se expresa mediante la ecuación:

Donde: Q: Es la escorrentía directa o precipitación efectiva, en pulgadas. P: Es la precipitación considerada, en pulgadas. S: Es la diferencia potencial máxima entre P y Q a la hora que se inicia la tormenta y representa proporcionalmente la pérdida de escorrentía por infiltración, intercepción y almacenamiento superficial. Parámetros del modelo Enseguida se describen los parámetros relacionados con este modelo y la forma en se aplicó en este proyecto. Precipitación Convencionalmente en esta metodología se utiliza el valor de precipitación de corta duración, es decir tormentas, con el objetivo de evaluar crecientes o caudales máximos para el diseño de diferente tipo de obras hidráulicas. En este proyecto su aplicación se hace con valores de precipitación total mensual con la finalidad de obtener el valor de la escorrentía efectiva que permita determinar la oferta hídrica para las cuencas consideradas en su área de influencia. Como se mencionó en la Anexo 11 se incluyen los valores de precipitación media total mensual para las 240 subcuencas de orden 3 identificadas en la cuenca del Río de Guatiquía.

5 Chow V. T., Maidment D., Mays L. Hidrología aplicada. Bogotá: McGraw-Hill Interamericana S.A.,

1994. 150p.. 6 SCS. Diseño de presas pequeñas. Méjico: CECSA, 1979. 460p

SP

SPQ

8.0

2.02



91

Complejo de suelo hidrológico La teoría del CN ofrece cuatro grupos de suelos hidrológicos, cuyas características generales son las siguientes: Suelo A. Tiene alta capacidad de infiltración al estar completamente húmedos y alta velocidad de transmisión de agua. Son arenas y gravas profundas bien drenadas, es decir, tienen un potencial de escurrimiento mínimo. Suelo B. Su capacidad de infiltración es moderada al estar completamente húmedos. Son suelos medianamente profundos y drenados, tienen una infiltración media superior después de haberse saturado completamente. Suelo C. La capacidad de infiltración es baja al estar completamente húmedos. Están formados principalmente de suelos que contienen arcillas y coloides en menor cantidad que el grupo D, con textura fina a moderadamente fina, que impiden que el agua se infiltre rápidamente. Suelo D. Son suelos que tienen una capacidad de infiltración muy baja al estar húmedos. Se componen de suelos arcillosos con un alto potencial expansivo y tienen altos niveles freáticos. En la Tabla 35 se incluye la clasificación establecida por el USDA7, la cual se adopta sin modificación para los fines de este proyecto. La determinación del complejo de suelo hidrológico se establece en términos de dos variables principales: (i) el tipo de suelo mediante el cual se fijan las condiciones de infiltración subsuperficial incidente en la escorrentía superficial en forma directa y por tanto la condición hidrológica del suelo se ajusta a los conceptos de tipo agrologico. (ii) la cobertura vegetal, según la cual las plantas también ejercen una fuerte influencia en la escorrentía directa no solamente en su interpretación hipotética de un coeficiente de escorrentía sino también en la capacidad de planta para absorber agua en los periodos húmedos. Esta interacción permite determinar en forma empírica una primera aproximación al valor del CN para las condiciones hidrológicas promedio a nivel local.

7 USDA, United States Department of Agriculture



92

Tabla 35. Números de curva de escorrentía para usos selectos de tierra

agrícola, suburbana y urbana (condiciones de humedad II, Ia:0.2S)

Descripción del uso de la tierra

Grupo de suelo hidrológico

A B C D

Tierra cultivada*: Sin tratamientos de conservación 72 81 88 91

Con tratamientos de conservación 62 71 78 81

Pastizales: Condiciones pobres 68 79 86 89

Condiciones óptimas 39 61 74 80

Bosques: Troncos delgados, cubierta pobre, sin hierbas, cubierta buena**.

45 66 77 83

25 55 70 77

Áreas abiertas, césped, parques, campos de golf, cementerios, etc.

Óptimas condiciones: cubierta de pasto en el 75% o más. 39 61 74 80

Condiciones aceptables: cubierta de pasto en el 50 al 75%. 49 69 79 84

Áreas comerciales de negocios (85% impermeables) 89 92 94 95

Distritos industriales (72% impermeables) 81 88 91 93

Residencial***:

Tamaño promedio del lote Porcentaje Promedio impermeable****

1/8 acre o menos 65 77 85 90 92

1/4 acre 38 61 75 83 87

1/3 acre 30 57 72 81 86

1/2 acre 25 54 70 80 85

1 acre 20 51 68 79 84

Parqueaderos pavimentados, techos, accesos, etc.***** 98 98 98 98

Calles y carreteras:

Pavimentados con cuencas y alcantarillados***** 98 98 98 98

Grava 76 85 89 91

Tierra 72 82 87 89

* Para una descripción más detallada de los números de curva para usos agrícolas de la tierra, remitirse a Soil Conservation Service, 1972, Cap. 9.

** Una buena cubierta está protegida del pastizal y los desechos del retiro de la cubierta del suelo.

*** Los números de curva se calculan suponiendo que la escorrentía desde las casas y de los accesos se dirige hacia la calle, con un mínimo del agua del techo dirigida hacia el césped donde puede ocurrir infiltración adicional.

**** Las áreas permeables restantes (césped) se consideran como pastizales en buena condición para estos números de curva,

***** En algunos países con climas más cálidos se puede utilizar 95 como número de curva.

FUENTE: Chow V. T., Maidment D., Mays L. Hidrología aplicada. Bogotá: McGraw-Hill

Interamericana S.A., 1994. 153p.



93

Teniendo en cuenta lo anterior, según el grupo de suelo hidrológico en la Tabla 36 se indica la tasa de infiltración mínima, que permiten precisar el valor de S adoptado inicialmente:

Tabla 36. Infiltración mínima

Grupo de suelo

Infiltración mínima (mm/hora)

A 7.62 a 11.43 B 3.81 a 7.62 C 1.27 a 3.81 D 0 a 1.27

Para los propósitos de este estudio se utilizó la información sobre tipo de suelo reportada en los estudios de suelos del IGAC de la cuenca y el uso y cobertura vegetal se analizó, en otro Volumen de este informe forma especial para este proyecto, dada la dinámica de este componente a través del tiempo En la Tablas 3 y 4 se relacionan los diferentes tipos de suelos y los usos y coberturas identificados para la cuenca del río Guatiquía y en las Figuras 6 y 7 se muestran el tipo y uso de suelos y cobertura vegetal, respectivamente, para la cuenca del Río de Guatiquía. Para este proyecto los suelos del Grupo M y L, según la clasificación agrologica, se asimilan en el Grupo de suelos hidrológico B, mientras que los suelos de los Grupos P, A, R y W se incluyen en el Grupo C, para la aplicación de la Teoría del CN. La metodología empleada en la estimación del CN se describe en la siguiente forma: Valor del CN Con base en la información del tipo de suelo y cobertura vegetal se asigno un grupo A, B, C o D y sus correspondientes valores de CN para la condición hidrológica promedio a nivel local, es decir, II. Condición de humedad antecedente Para la condición de humedad antecedente se considera el rango de variación que se indica U.S. Bureau of Reclamation de acuerdo con la



94

cantidad de lluvia acumulada en los 5 a 30 días anteriores8 a la ocurrencia de la lluvia máxima, según se indica en la Tabla 37: Tabla 37. Rango de variación para la condición de humedad antecedente

Condición antecedente

Lluvia anterior (mm)

INVIERNO VERANO

I menor 35.6 menor 12.7 II 35.6 - 55.3 12.7 - 27.9 III 55.3 - 27.9 -

Fuente: Ven Te Chow, Maidment, Mays. Applied Hidrology, 1988, p. 153. La condición antecedente I es aquella en la cual los suelos están secos debido a la condición de verano o época de estiaje en una región determinada, sin llegar al nivel del punto de marchitamiento en las plantas. La condición antecedente II corresponde a las condiciones promedio, generalmente para ciertos valores de caudal máximo, en este caso, para los valores de caudal medio. La condición antecedente III es aquella en la que el suelo se encuentra casi saturado para este caso, se considera como humedad promedio la correspondiente a la capacidad de campo del suelo. Para Colombia este comportamiento de la lluvia aun no ha sido analizado, excepto algunos trabajos inéditos que se puedan haber realizado alrededor de algún proyecto de interés particular. Aunque, de acuerdo con lo anteriormente expuesto la condición I corresponde al periodo de estiaje, la condición II a las condiciones promedio y la condición III a los periodos de mayor pluviosidad, en nuestro medio pueden ocurrir grandes cantidades de lluvia en periodos normalmente reconocidos como periodos secos. Teniendo en cuenta que para este proyecto el intervalo de tiempo es de un mes, se trata de definir la mejor relación que representa esta condición de humedad antecedente, para esta selección se adoptó la relación que existe entre la precipitación que representa un mes dado y el valor medio de la precipitación mensual del año, conocida como índice de precipitación. si este índice es menor que 0.6 se considera que la condición antecedente corresponde a un período de estaje, es decir, condición (I), el rango entre 0.6 y 1.2 representa una condición promedio

8 USBR. Diseño de presas pequeñas. Editorial CECSA, Méjico, 1979 (Pág. 461)



95

(II) y para valores mayores a 1.2 la respuesta de la cuenca obedece a un período de mayor pluviosidad (III). En la Tabla 9 se incluyó el valor del índice de precipitación según el cual los meses de diciembre, enero y febrero son meses de baja precipitación, (Condición I), los meses de marzo, septiembre, octubre y noviembre corresponden a meses con valores de precipitación media (Condición II) y los meses de abril, mayo, junio, julio y agosto son meses de mayor pluviosidad (Condición III). Aplicación de la Teoría del Número de Curva (CN) Para la aplicación de esta metodología, se parte de la Condición II en la cual para cada tipo de uso del suelo en la cuenca estudiada se elige un valor de CN de acuerdo con los valores dados en la Tabla 35 y se pondera con respecto al valor del área para las condiciones promedio mencionadas anteriormente. Al aplicar la ecuación básica planteada para este modelo el valor de 0.2 propuesto en l ecuación no ofreció la mejor calibración de los resultados que se esperaban, por tal motivo, al realizar el ajuste de los resultados por su comparación con los rendimientos hídricos promedio locales y el resultado final de los caudales estimados y medidos, los mejores resultados se obtuvieron cuando este valor es 0.01 para los meses diciembre, enero y febrero y 0.05 para el resto del año. Para condiciones de estiaje (secas) el valor del CN(I) se calcula mediante la siguiente ecuación:

El valor del CN(III) para la condición de mayor pluviosidad (húmedas), condición de humedad antecedente, se calcula mediante la ecuación:

Los valores del CN(I), CN(II) y CN(III) adoptados para la cuenca del río Guatiquía, de acuerdo con los criterios mencionados anteriormente para los diferentes tipos se suelo y uso y cobertura vegetal de los mismos, se incluyen en la Tabla 38.

)(058.010

)(2.4)(

IICN

IICNICN

)(13.010

)(23)(

IICN

IICNIIICN



96

Este valor para las subcuencas de orden 3 fue obtenido mediante la aplicación del ArcView a los valores del CN determinados para cada tipo de suelo y cobertura vegetal definidos para el área de influencia de la cuenca del río Guatiquía, con los resultados que se incluyen en el Anexo 13.

Tabla 38. Valores del CN – Cuenca del río Guatiquía



97

La determinación de la precipitación efectiva a partir de valores de CN no ha sido aún tipificada para Colombia para la generación de caudales medios, este es uno de los proyectos en el que se utilizara esta metodología y sus resultados dependerán de la calidad de la información de partida. En este sentido, se adoptan los datos más recientes sobre tipo, cobertura vegetal y uso de los suelos, y los valores de precipitación para el



98

mayor número de estaciones que fue posible consultar como se indico anteriormente. Con base en los criterios indicados anteriormente se obtuvieron los valores de precipitación efectiva a nivel mensual para las 240 subcuencas que relacionan en el Anexo 14.

4.5 ANÁLISIS DE PRECIPITACIÓN MÁXIMA

En el análisis de frecuencia para los valores extremos de la precipitación máxima en 24 horas, se decidió utilizar la teoría de los valores extremos propuesta por Ven Te Chow, la cual se expresa mediante la ecuación:

𝑋 = 𝑋𝑛 + 𝐾 𝑆𝑛 en donde : X : es el valor de la variable para las condiciones estadísticas de la

serie y factor de frecuencia seleccionado. Xn,Sn : son el promedio y la desviación estándar de la serie de valores de

la variable estudiada con (n) número de datos. K : es el factor de frecuencia. La distribución utilizada para este análisis de frecuencia es la de Gumbel, representada mediante la ecuación anterior, en la cual el valor del factor de freduencia K se calcula como:

𝐾 = 𝑦 − 𝜇𝑛𝜎𝑛

en donde (y) es la variante reducida de la distribución que se evalúa según:

𝑦 = 𝑙𝑛 1

ln 1

1 − 𝑃

En donde (P) está definida como la probabilidad de excedencia solicitada para la variable analizada representada por:



99

𝑃 = 1

𝑇𝑟

en donde: Tr : es el período de frecuencia o retorno correspondiente a la

probabilidad (P);

mn,n : son parámetros que dependen del número de datos de la serie

(Longitud del período de registro). En la Tabla 39 se resumen los valores de precipitación máxima en 24 horas registradas en las estaciones seleccionadas, con respecto a los valores máximos el menor valor registrado es de 55.9 mm/24h en la estación El Palmar y el mayor valor es de 360 mm/24h en la estación Susumuco. En la Tabla 40 se incluye el resultado del análisis de frecuencia de acuerdo con la metodología de Gumbel para la precipitación máxima en 24 horas. En el Anexo 15 se incluye la distribución espacial de la precipitación máxima en 24 horas registrada, en el Anexo 16 los valores de esta precipitación para las 240 subcuencas de orden 3 y en el Anexo 17 sus valores para diferentes períodos de retorno. En la Figura 50 y el plano temático anexo se muestra la distribución espacial de la precipitación máxima en 24 horas, considerando el valor máximo reportado en las estaciones con información pluviométrica, para el período de registro disponible.



100

Tabla 39. Precipitación máxima en 24 horas registrada



101

Tabla 39. Precipitación máxima en 24 horas registrada (Cont.)



102

Tabla 40. Precipitación máxima en 24h - Análisis de frecuencia



103

Tabla 40. Precipitación máxima en 24h - Análisis de frecuencia (Cont.)



104

Figura 50. Distribución espacial de la precipitación máxima en 24 horas



105

5. ANÁLISIS DE CAUDALES

Este análisis de caudales está enfocado a la descripción de los caudales mínimos, medios y máximos que permitan establecer su variación en la cuenca del río de Guatiquía y sus subcuencas, para fijar la condición de oferta hídrica y balance hídrico. En la cuenca de este río se identificaron once estaciones hidrométricas de las cuales tres son operadas por el IDEAM y el resto por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. Teniendo en cuenta que en la cuenca del río Guatiquía se deben estimar los caudales en subcuencas de orden tres y aquellas que sean de interés especifico en las subcuencas de orden cuatro, las cuales carecen de mediciones hidrométricas se hace necesario utilizar un modelo de tipo hidrológico el cual se calibra con base en las estaciones de tipo hidrométrico identificadas. El análisis de caudales estuvo basado en la relación lluvia caudal que se fundamenta en la aplicación de la Teoría del CN, según la cual se evalúa un valor de precipitación efectiva que corresponde al concepto de escorrentía directa, es decir, el valor del caudal que efectivamente llega al cauce del río. Para convertir esta escorrentía en volumen por unidad de tiempo (caudal), se le multiplica por el área de la cuenca hasta el sitio de interés y se divide por el valor de la escala de tiempo en la que se esté trabajando. Se hace énfasis en que los modelos hidrológicos no son una solución estricta a un evento aleatorio y la utilización de sus resultados es de carácter orientativo y deben manejarse en forma conservadora, ya que según el modelo utilizado se obtendrá uno u otro valor característico para el caudal que se adopte como representativo de una cuenca en particular. Inicialmente se hace una descripción del marco teórico con respecto al cual se realizó la identificación y caracterización de subcuencas, enseguida se presentan los estimativos de caudal de interés para este proyecto, para luego se presentar los resultados obtenidos.



106

5.1 RED HIDROMÉTRICA

La red hidrométrica en la cuenca del río Guatiquía está conformada por once estaciones de las cuales siete son operadas por la EAAB y cuatro por el IDEAM, así mismo nueve de ellas son limnimétricas y dos limnigráficas, cuya relación se indicó en la Tabla 1 con la localización mostrada en la Figura 4.

5.2 MORFOLOGÍA DE LAS ESTACIONES DE AFORO

En la Tabla 41 se incluye la información que describe las características morfológicas más relevantes de las subcuencas hasta las estaciones de aforo. De acuerdo con esta información las subcuencas aferentes a estas estaciones se mantienen dentro de las cuencas de alta pendiente con áreas aforadas que oscilan entre 0.77 km2 y 807.81 km2, en las estaciones La Unión y Puente Abadía, respectivamente. Dada la cobertura de la estación Puente Abadía se considera como representativa de la cuenca media y alta, mientras que la estación Puente El Amor sobre el río Ocoa es más representativa del comportamiento de los caudales en la zona plana o cuenca baja.

Tabla 41. Morfología de las estaciones de aforo

En la Figura 51 se muestra el perímetro del área de influencia de las estaciones de aforo seleccionadas.



107

Figura 51. Subcuencas hasta las estaciones de aforo

5.3 CURVAS DE CALIBRACIÓN

En general, la determinación de la curvas de calibración depende de la historia de los aforos realizados en una estación en particular, estas curvas están afectadas por influencias naturales como es el caso del paso de las crecientes y antrópicas cuando hay cruce de ganado en el sitio de instalación de la escala limnimétrica, entre otros. Los efectos de estas acciones obligan a reinstalar la escala y a la recalibración del limnígrafo cuando así sea necesario, dando lugar a la posible existencia de varias curvas de calibración para una misma estación hidrométrica con validez para determinados periodos de tiempo. Esta situación resulta evidente en las estaciones localizadas en la cuenca del río Guatiquía, motivo por el cual se trabajo con el grupo de aforos de los últimos años, según la variación que pudo observarse en los datos registrados.



108

Para este proyecto solamente se contó con información sobre aforos para las estaciones Puente Abadía, Palmarito y Puente El Amor y para ellas se determinaron las curvas de calibración para niveles normales utilizando la metodología de tipo de extensión logarítmica, la cual se basa en la ecuación9:

𝑄 = 𝐶 𝐻 − 𝐻0 𝑛

En donde: Q representa el caudal H es el nivel para el caudal Q Ho se adopta como la lectura de nivel para la cual la descarga es nula C,n constantes regionales que deben determinarse. Para estimar el valor de Ho se utiliza el método de Johnson, mediante el empleo de la siguiente ecuación:

𝐻0 = 𝐻1 + 𝐻2 − 𝐻3

2

𝐻1 + 𝐻2 − 2𝐻3

En donde H1 y H2 corresponden a valores de niveles para un caudal bajo (Q1) y alto (Q2) respectivamente, según valores de los aforos de los que se disponga. Con los valores de los caudales estimados de esa manera se determina un caudal Q3 dado por:

𝑄3 = 𝑄1 ∗ 𝑄22

Con este valor de Q3 se estima el valor de H3 para finalmente determinar el valor de H0 solicitado. De acuerdo con la metodología anterior se calcularon las curvas de calibración que se muestran en las Tablas y Figuras que se indican enseguida, en los que se señalan los valores obtenidos para la ecuación que se indico anteriormente y el valor del coeficiente de correlación para los datos utilizados.

9 Pérez Preciado, Alfonso. MÉTODOS PARA ELABORAR CURVAS DE CALIBRACIÓN EN

CAUCES ALUVIALES, Instituto Colombiano de la Reforma Agraria, 1969, Bogotá.



109

Tabla 42. Curva de calibración – Estación Puente Abadía

Figura 52. Curva de calibración – Estación Puente Abadía



110

Tabla 43. Curva de calibración – Estación Palmarito



111

Figura 53. Curva de calibración – Estación Palmarito

Tabla 44. Curva de calibración – Estación Puente El Amor



112

Figura 54. Curva de calibración – Estación Puente El Amor

5.4 ANÁLISIS DE CAUDALES MEDIOS

Este análisis contempla los valores de caudal medio registrado en las estaciones de mayor interés para el proyecto que orienten la toma de decisiones sobre los conceptos de caudales generados y calidad de agua. Por los motivos anteriores se eligieron las estaciones Puente Abadía y Puente el Amor sobre los ríos Guatiquía y Ocoa respectivamente, sin desconocer las demás estaciones en la calibración del modelo hidrológico.

5.4.1 Caudales medios mensuales registrados

En la Tabla 45 se incluyen los valores medios de los caudales medios mensuales multianuales registrados en las estaciones hidrométricas localizadas en el área de influencia de la cuenca del río Guatiquía. En la Figura 55 se muestra comparativamente el valor del caudal medio registrado en las estaciones hidrométricas cuya variación oscila entre 0.35 m3/s en la estación Palmarito y 7.667 m3/s en la estación puente El Amor, excepto la estación Puente Abadía en la cual el caudal medio es de 90.477 m3/s.



113

Tabla 45. Caudales medios mensuales multianuales – m3/s

Figura 55. Caudales medios - Estaciones Figura 56. Distribución regional de los caudales medios



114

En la Figura 56 se muestra la distribución regional de los caudales medios según la cual los meses más secos se encuentran en el periodo comprendido entre diciembre y marzo.

5.4.2 Aplicación de la Teoría del CN

Los criterios utilizados en la aplicación de esta metodología ya fueron anotados anteriormente, el valor del caudal a nivel mensual para cada una de las 240 subcuencas se obtiene como el producto de la escorrentía directa y el área de influencia de cada una de ellas. La conformación del relieve en la cuenca del río Guatiquía da lugar a la conformación de subcuencas dominantemente más largas que anchas tanto en la zona montañosa como en la zona plana con áreas relativamente pequeñas y por ende con presencia de caudales promedio de bajos a medios. En el Anexo 18 se incluyen los valores de escorrentía directa estimados para cada unas de las subcuencas de orden tres, que representa el caudal estimado con base en la precipitación efectiva. Para los períodos de estiaje los valores de caudal alcanzan valores muy bajos, aunque en promedio se cumplen con los rendimientos hídricos obtenidos a nivel regional como se explica más adelante.

5.4.3 Análisis de frecuencia

Para el análisis de frecuencia de caudales medios se utilizó la distribución log-normal10, cuya metodología puede resumirse en la forma que se indica

enseguida. Estimar para cada valor de caudal (X) el valor del logaritmo correspondiente (Y),

𝑌𝑖 = ln𝑋𝑖 Calcular el valor promedio (Yn) y la desviación estándar (Sy) de los logaritmos.

10 Chow Ven Te, Maidment David, Mays Larry, HIDROLOGIA APLICADA, Ed. McGraw-Hill, 2000,

Bogotá.



115

Calcular el valor de w como

𝑤 = ln 1

𝑝2

12

(0 < 𝑝 ≤ 0.5)

En donde,

𝑝 = 1

𝑇𝑟

Calcular el valor se z a partir de la ecuación,

𝑧 = 𝑤 − 2.515517 + 0.802853 𝑤+ 0.010328 𝑤2

1 + 1.432788 𝑤 + 0.189269 𝑤2 + 0.001308 𝑤3

Para la distribución log-normal el valor de z es igual al valor de Kt, entonces se puede calcular:

𝑌𝑡 = 𝑌𝑛 + 𝐾𝑡 ∗ 𝑆𝑦

Finalmente se determina el valor de la variable mediante:

𝑋 = exp 𝑌𝑡 En la Tabla 46 se incluyen los valores de caudal con probabilidad de excedencia para diferentes períodos de retorno en la Estación Puente Abadía. Tabla 46. Análisis de frecuencia – Caudales medios -. Est. Puente Abadía



116

La Tabla 47 muestra los valores de caudal medio obtenidos para la estación Puente el Amor con diferentes períodos de retorno para la condición de probabilidad de excedencia. Tabla 47. Análisis de frecuencia – Caudales medios – Est. Puente El Amor

5.5 RENDIMIENTO HÍDRICO

Este concepto expresa la cantidad de agua que puede producir una cuenca en función del caudal medido en un sitio específico y el área de influencia de su cuenca. Esta relación se conoce como la Teoría de los rendimientos decrecientes, atendiendo a que a mayores áreas de influencia de la cuenca la ocurrencia de la precipitación que produce los caudales no es uniforme en toda el área y por tanto la producción de caudal será menor. Para la cuenca del río Guatiquía, además de los rendimientos estimados en las estaciones hidrométricas localizadas en ella se consideraron otras estaciones que pertenecen al área hidrográfica en la cual se localiza esta cuenca, cuyos valores se incluyen en la Tabla 48. En 1989 según el antiguo HIMAT hoy IDEAM, el rendimiento hídrico promedio estimado para Colombia era de 54.74 L/s/km2, hoy este valor parece haber disminuido a 46.5 L/s/km2. Como se observa la variación de rendimientos en la cuenca del río Guatiquía y sus proximidades es bastante grande con valores que oscilan entre 46.2 L/s/km2 y 735.6 L/s/km2 esto significa que dependiendo de las zonas con mayor precipitación sobre cuencas pequeñas los rendimientos, en promedio, serán altos. La relación área – rendimiento a nivel local no ofrece un buen coeficiente de correlación, cuyo valor es de 0.45.



117

Tabla 48. Valores de rendimiento hídrico

La Figura 57 muestra la relación área – rendimiento hídrico y la Figura 58 la distribución de los rendimientos hídricos obtenidos con base en precipitación total media multianual. El plano temático anexo muestra esta misma relación.

Figura 57. Rendimiento hídrico



118

Figura 58. Distribución espacial del rendimiento hídrico

5.6 ANÁLISIS DE CAUDALES MÍNIMOS

Con el análisis de caudales mínimos se pretende establecer las condiciones del comportamiento de un río para las condiciones de caudales menores, considerando que hidrológicamente ocurren períodos secos que pueden manifestarse durante varios años en forma consecutiva, que generalmente oscilan entre 3 y 5 años para el caso colombiano. En la Tabla 49 se incluyen los valores de caudal mínimo promedio mensual registrados en las estaciones de hidrométricas, los cuales oscilan entre 0.0 m3/s y 38.9 m3/s, es decir, hay zonas de la cuenca en las cuales durante el período de estiaje los caudales presentan valores muy bajos que impiden su adecuado aprovechamiento.



119

Tabla 49. Caudales mínimos medios mensuales multianuales

Figura 59. Caudales mínimos - Estaciones Figura 60. Distribución temporal de los caudales mínimos



120

La Figura 59 muestra los valores de caudal mínimo promedio registrados en las estaciones hidrométricas en la cuenca y la Figura 60 la distribución regional de estos caudales, como puede observarse, excepto en el período de julio a agosto, en cualquier época del año pueden ocurrir caudales bajos. Con base en la información disponible sobre caudales mínimos en las estaciones Puente Abadía y Puente El Amor en la cuenca se realizo su análisis frecuencia para probabilidad de no excedencia utilizando la metodología de Gumbel con los resultados que se muestran en la Tablas 50 y 51, respectivamente. Tabla 50. Análisis de frecuencia - Caudales mínimos - Est. Puente Abadía

Tabla 51. Análisis de frecuencia - Caudales mínimos – Estación Puente El

Amor

Para períodos de retorno de 10 o más años, es posible que no haya disponibilidad de caudal, es decir, pueden ocurrir veranos severos en los cuales los caudales se vean tan reducidos, que su aprovechamiento resultará más difícil.



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5.7 ANÁLISIS DE CAUDALES MÁXIMOS

Este análisis tiene por objetivo estimar los caudales que sobrepasan los valores promedio normales en los ríos, para establecer las necesidades o de obras o medidas de prevención que sean necesarias, entre otros, para tratar de controlar los efectos adversos que puedan afectar a una comunidad determinada. En la Tabla 52 se incluyen los valores de caudal máximo registrado en las estaciones hidrométricas localizadas en el área de influencia de la cuenca del río Guatiquía. Estos valores oscilan entre 7.62 m3/s en la estación Palmarito y 1202 m3/s en la estación Puente Abadía. La Figura 61 muestra los valores de caudal máximo registrado en las estaciones mencionadas y en la Figura 62 su distribución temporal, según la cual los máximos ocurren durante los períodos de mayor pluviosidad. En el análisis de estos caudales se considero la probabilidad de excedencia aplicando la distribución Gumbel a las series de caudales máximos registradas en las estaciones Puente Abadía y Puente El Amor En la Tabla 53 se muestran los resultados obtenidos del análisis de frecuencia para la estación Puente Abadía, en la cual el valor máximo con período de retorno de 200 años es de 1737.64 m3/s, el caudal máximo registrado de 1202.00 m3/s puede tener período de retorno entre 50 y 200 años, según el mes que se analice, es decir que durante los períodos de mayor pluviosidad es posible la ocurrencia de caudales máximos con períodos de retorno altos. La Tabla 54 resume el análisis de frecuencia para la estación Puente El Amor, en la cual el caudal máximo registrado ha sido de 239.5 m3/s. El comportamiento de los caudales máximos es similar al descrito para la estación Puente Abadía. El caudal máximo estimado con período de retorno de 200 años es de 269.75 m3/s para el mes de mayo.



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Tabla 52. Caudales máximos registrados

Figura 61. Caudales máximos - Estaciones Figura 62. Distribución temporal de los caudales máximos



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Tabla 53. Análisis de frecuencia - Caudales máximos – Estación. Puente

Abadía

Tabla 54. Análisis de frecuencia - Caudales máximos – Estación. Puente

El Amor

5.8 ANÁLISIS DE CRECIENTES

El análisis de crecientes para cuencas no aforadas considera la evaluación de los valores de caudal máximo con períodos de retorno de 2, 2.33, 5. 10, 20, 25, 50, 100 y 200 años. Para estimar estos caudales máximos se utilizó la metodología de tipo sintético propuesta por el U.S. Bureau of Reclamation, la cual involucra las características morfológicas de la cuenca y la precipitación máxima para la cual ocurrirá el caudal en un período de retorno específico; conocida como la Teoría de Hidrograma Triangular. El caudal máximo se calcula mediante la ecuación:



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𝑞𝑝 = 484 𝐴 𝑄

𝑇𝑝

donde: qp es el caudal máximo, en pies3/s A es el área de la cuenca hasta el sitio de interés en millas

cuadradas Q es la precipitación efectiva evaluada de acuerdo con la

metodología del CN expuesta anteriormente, en pulgadas Tp es el tiempo que ocurre desde el inicio de la creciente hasta la

ocurrencia de su valor máximo instantáneo, en horas El valor de Tp se calcula utilizando la ecuación:

𝑇𝑝 = 𝐷

2+ 0.6 𝑇𝑐

donde: D es la duración efectiva de la lluvia, para la cual, como ya se

explicó; se ha adoptado un valor de 6 horas Tc es el tiempo de concentración del flujo desde el nacimiento del

río hasta el sitio de interés, en horas Para la evaluación del tiempo de concentración (Tc) se utilizó la ecuación de Kirpich, indicado anteriormente En el Anexo 19 se incluyen los valores de caudales máximos estimados para los períodos de retorno seleccionados en las 240 subcuencas de orden tres, siguiendo la metodología indicada.

5.9 CAUDALES CARACTERÍSTICOS

Se denominan como caudales característicos aquellos que por su valor tienen mayor representatividad para los objetivos de este proyecto. Enseguida se explica la forma como se interpreta la denominación de caudal base, caudal total, caudal ecológico, reducción de caudal por calidad y caudal disponible. La escala de tiempo utilizada corresponde al nivel mensual.



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5.9.1 Caudal base

La determinación del valor de este caudal debe ajustarse al contexto para el cual se hace su evaluación. El concepto general supone que es aquel que se encuentra en forma permanente en el cauce del río en cualquier época del año, cuyo origen puede ser el aporte que genera el perfil hidrogeológico de la cuenca y/o el abastecimiento que suministran las zonas de páramo en los sectores más altos de la misma. Cuando estas provisiones no ocurren el cauce se seca durante los períodos de estiaje y la corriente se denomina intermitente. Las metodologías de evaluación para este caudal se encuentran establecidas, especialmente cuando se trata del análisis de crecientes, sin embargo cuando se trata de estimar este valor en períodos de tiempo largos su selección se hace más complicada. Una de las metodologías que se aceptan con esta finalidad es el empleo de la curva de duración de caudales, la cual refleja, en función de los registros históricos de caudal en una estación de aforos, la permanencia de los caudales a través del tiempo. Esta metodología tiene la ventaja de facilitar la interpretación histórica de la información y la desventaja en la estimación, dada dinámica según la ocurrencia de valores máximos y mínimos. Teniendo en cuenta que no existen estaciones de medición de caudal en las cuencas de interés, su selección se realizó con base en la información de las estaciones hidrométricas instaladas, para las cuales se seleccionaron los registros de caudal medio mensual para los cuales no ocurrió precipitación, este valor representa en promedio la cantidad de agua que podría estar en forma relativamente permanente en los ríos. En la Tabla 55 se incluyen los valores de los caudales máximos, medios y mínimos para los cuales no ocurrió precipitación, con base en esta información se busco el porcentaje del valor medio a nivel mensual con respecto al valor medio anual, finalmente se busco el valor medio de estos porcentajes los cuales se utilizaron para estimar el caudal base en las subcuencas no aforadas. El valor ponderado en esta forma responde al comportamiento de los caudales sin lluvia en el contexto regional, y para la ocurrencia de caudal en cualquier época del año, con la salvedad que para el periodo



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comprendido entre junio a agosto y el mes de octubre se adopta el valor medio de los porcentajes de 11.1%. La aplicación de la curva de duración de caudales para este concepto responde al caudal que puede ser igualado o excedido el 97.5% del tiempo, el cual es más severo que los valores que se adoptan en este proyecto, es decir, que con la metodología propuesta que garantiza un mayor caudal en las corrientes y por consiguiente más favorables para ellas y por ende para la comunidad que habita en tales cuencas.

Tabla 55. Caudales registrados para precipitación nula



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5.9.2 Caudal total

Corresponde al valor del caudal que en condiciones promedio circula por el rio. Este valor está sujeto a una distribución temporal que se refleja en el comportamiento anual de los períodos de estiaje y mayor pluviosidad, así mismo su distribución espacial se debe ajustar al sitio de interés que sea elegido sobre el cauce estudiado, el cual determina el valor del área de la cuenca aferente hasta él y por ende su potencial hídrico. Este valor generalmente está asociado a los valores de caudal medido en las estaciones hidrométricas. El valor de este caudal se estima como la suma de la escorrentía directa evaluada según la Teoría del CN para este proyecto y el caudal base, es decir:

Caudal Total = Caudal base + Escorrentía Directa El resultado obtenido para las 240 subcuencas de orden 3 se incluye en el Anexo 20.

5.9.3 Caudal ecológico

En la actualidad se emplean muchos métodos para la estimación del caudal ecológico. Los métodos para su evaluación pueden clasificarse en tres tipologías básicas de enfoques metodológicos, enumerados en orden creciente de aparición y rigor conceptual como: hidrológicos, hidráulicos y ecohidráulicos u holísticos. Enseguida, de manera informativa, se hace una breve reseña de estas metodologías. Los métodos hidrológicos Estos se fundamentan en un tratamiento estadístico de las series de caudales naturales mediante técnicas sencillas que deducen un ―caudal mínimo‖ expresado como porcentaje de un estadístico de tendencia central, como percentil de la curva de duración de caudales, o bien como un período de retorno. Estos métodos precisan de unos conocimientos técnicos y datos de campo relativamente limitados y proporcionan de manera rápida y económica un resultado fácilmente interpretable y



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aplicable, por lo que se han utilizado en condiciones hidrológicas muy diversas. Dentro de estos métodos hidrológicos se tienen: El Método de Baxter (1961), El Método de Tennant (1976) y El método de Hoppe (1975), que integra los requerimientos biológicos de la ictiofauna para concretar los percentiles ligados a tres finalidades básicas: provisión de alimento y refugio, protección de la reproducción y mantenimiento del cauce. Los métodos hidrológicos pueden resultar adecuados para ciertos ecosistemas de estructura simple, que se gestionen con intereses acordes y escasa controversia. Sin embargo, su fiabilidad generalmente es insuficiente para las exigencias actuales y son poco aptos para una gestión hídrica negociada, habida cuenta de la incertidumbre de sus recomendaciones en cuencas disímiles en las que se fundamentaron sus desarrollos. Los métodos hidráulicos Los métodos hidráulicos analizan la variación de diferentes parámetros hidráulicos en secciones transversales identificadas como críticas y limitantes de la capacidad biogénica del tramo fluvial. El más acreditado es el conocido como ―Método del Perímetro Mojado‖ (Nelson, 1980), que desarrolla la variación entre esta variable hidráulica y el caudal en las secciones de rápidos, en cuyo punto de inflexión se encuentra el caudal mínimo. A partir de este punto, el incremento relativo del perímetro (hábitat) con el caudal es progresivamente menor. Una vez fijado este caudal mínimo para los rápidos, se asume que las condiciones del hábitat en otros lugares son igualmente aceptables. Otro procedimiento interesante es el conocido como “R2Cross‖ (Espegren, 1996), que identifica el caudal necesarios para mantener un estado ecológico aceptable en un tramo. Este método combina los resultados de la simulación hidráulica de las secciones representativas de los rápidos más críticos, con los requerimientos de hábitat fijados en términos de profundidad, velocidad y perímetro mojado. Los métodos ecohidráulicos u holísticos Las avanzadas técnicas ecohidráulicas cuantifican la cantidad y calidad del hábitat acuático utilizable para unas especies objetivo o conjunto de



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ellas (normalmente peces o macro invertebrados), bajo múltiples regímenes hidrológicos y diferentes escenarios de estructura biológica. La metodología más completa, acreditada y utilizada en el ámbito mundial es la IFIM (Instream Flow Incremental Methodology), desarrollada por el Servicio de Pesca y Vida Silvestre de Estados Unidos (Bovee y Milhous, 1978), la cual se caracteriza por ser cooperativa, incremental y progresiva para ordenar racionalmente el agua superficial con un claro enfoque ambiental y bases técnicas sólidas. IFIM se trata de un marco conceptual y analítico completo que incorpora enfoques ecohidráulicos y ecohidrológicos avanzados, con el objeto de evaluar los efectos que provocan cambios incrementales de caudal en la estructura del cauce, la calidad del agua, la temperatura y la disponibilidad de hábitat físico utilizable, utilizando una combinación de datos hidráulicos, hidrológicos y biológicos. Si bien IFIM fue concebida para ser aplicada en pequeñas corrientes salmonícolas del oeste de los Estados Unidos, su empleo se ha extendido ampliamente a zonas disímiles. En el contexto iberoamericano, las primeras aplicaciones del IFIM se realizan a finales de los 80 en España y Portugal, países en los que esta metodología ha sido contrastada y su utilización es progresiva. En Colombia, se conoce la aplicación pionera de IFIM en el río Palacé – Cauca (Campo y Hernández, 2001), que se considera referencial en cuanto al procedimiento de muestreo y análisis, en el Canal del Dique también ha sido aplicada por el Ing. Juan Manuel Diez Hernández con resultados positivos (2006). De manera sintética, el protocolo de caracterización de un análisis IFIM comienza con el inventario fluvial de un tramo del río que se estudie, en la que se registran los hábitats existentes y sus representatividades. A continuación cada hábitat se tipifica para diferentes secciones transversales consecutivas, mediante múltiples mediciones de profundidad, velocidad y sustrato. Con esta información de partida, se modela hidráulicamente cada sección, con objeto de predecir las distribuciones de profundidad y velocidades asociadas a múltiples caudales dentro de un rango de simulación estipulado. El componente biológico esencial reside en las “curvas de preferencia”, que reproducen el grado de adecuación de un organismo respecto a las



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variables que determinan su hábitat físico, evaluado mediante un coeficiente que varía de cero a uno. La modelación ecohidráulica combina adecuadamente el microentorno hidráulico simulado con las curvas de preferencia de los organismos objetivo, para desarrollar las decisivas relaciones entre el caudal y un Índice de hábitat que evalúa la calidad del mismo. De su análisis básico se derivan las aproximaciones a los caudales mínimos óptimos asociados a cada organismo y estadio vital, como los puntos de inflexión o disminución notable de la pendiente, los cuales son considerados como caudales ecológicos. Existen también otras modalidades de evaluación del caudal que debe permanecer en el cauce del río las cuales las cuales se fundamentan en la conservación de un caudal para mantener el régimen de estiaje y para la protección de fuentes frágiles, tendientes igualmente a establecer la disponibilidad de agua en la fuente, este tipo de metodología ha sido planteada por el IDEAM y se fundamenta en el empleo de la curva de duración de caudales. Como se anotó anteriormente, el objetivo del caudal ecológico esta generalmente ligado a tres finalidades: provisión de alimento y refugio, protección de la reproducción y mantenimiento del cauce, el cual puede satisfacerse con un mejor de grado de aproximación dependiendo de la información disponible para su evaluación. En Colombia la información sobre el medio biótico en los cursos de agua estudiados en la forma que lo solicitan los métodos de cálculo mencionados, es aún incipiente, de igual forma la evaluación hidráulica del río solamente existe para las estaciones de aforo, motivo por el cual para estudiar los caudales ecológicos desde este punto de vista, debe prever un campaña de aforos representativa en los diferentes períodos hidrológicos del año. Por los motivos anteriormente expuestos para este proyecto y ante la gran variedad de metodologías disponibles, se decidió trabajar con la aproximación que ofrece la curva de duración de caudales, la cual refleja la permanencia de los caudales en los ríos, con respecto al los valores registrados en un período de tiempo dado. Para este caudal se adoptara como tal, aquel cuya permanencia durante el año sea igual o superior al 90% del tiempo, pero debe tenerse en cuenta que al respecto existen todavía puntos de discusión sobre la metodología a emplear para su determinación y valor que debe considerarse como umbral del mismo.



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Con base en los conceptos anteriores, las características propias de la región en estudio y la ausencia de información suficiente para estimar el caudal ecológico con una metodología diferente a un valor porcentual teniendo en cuenta que son cuencas no aforadas, se realizó un análisis de ponderación porcentual con base en las curvas de duración de caudales de la estaciones Puente Abadía y Puente El Amor, que se incluyen en el Anexo 21, relacionadas con el caudal medio mensual. En la Tabla 56 se muestran los porcentajes encontrados para representar el caudal ecológico en cada una de las 240 subcuencas de orden 3.

Tabla 56. Porcentaje caudal ecológico

Los porcentajes obtenidos reflejan una mayor exigencia del caudal ecológico para los períodos de estiaje, en tal forma que se garanticen de una mejor manera las funciones que debe cumplir este caudal. Teniendo en cuenta que para el mes de marzo el porcentaje encontrado no se encuentra dentro de los órdenes de variación esperados y porque adicionalmente este es un mes de transición del periodo de verano al periodo de invierno, se decidió adoptar para este mes valor medio de los porcentajes encontrados cuyo valor es 18.8%.



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5.9.4 Reducción por calidad

De acuerdo con la Resolución 865 del 22 de julio de 2004 expedida por el ministerio de ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, sobre la metodología para el cálculo del índice de escasez para aguas superficiales, la calidad del agua limita la disponibilidad del recurso hídrico, y se establece un factor de reducción (Fr) por este concepto del 25% sobre el valor de la oferta hídrica, correspondiendo a la condición de calidad del agua, debido especialmente a los posibles efectos contaminantes sobre las aguas superficiales debidos a la influencia de: Las aguas residuales domésticas e industriales El escurrimiento de aguas en zonas de producción agrícola y

ganadera Las aguas lluvias por arrastre de compuestos presentes en la

atmósfera y Las aguas procedentes de los procesos de extracción minera.

Generalmente en una cuenca se encuentran tres grandes tipos sectores relevantes según el nivel de intervención antrópica: Aquel que carece de intervención antrópica, el rural en el que se encuentra la población en forma dispersa y en alguna forma usan el suelo para producción de tipo agropecuaria y el sector urbano se caracteriza por presentar altas concentraciones de población y ser centros de actividades económicas e industriales. La cuenca alta se caracteriza por ser dominantemente una zona de conservación, en la que se ubican las cabeceras municipales de San Juanito y El Calvario las cuales, como se especifica más adelante, su población es muy baja y por ende con baja influencia contaminante sobre el recurso hídrico. El resto de la cuenca puede calificarse como rural. Por consiguiente para esta zona de la cuenca no se ha considerado la influencia del factor de reducción por calidad. En la cuenca media y baja del río Guatiquía se localizan los mayores centros urbanos como son Villavicencio, Cumaral y Restrepo, alrededor de los cuales gira el desarrollo económico en el contexto local. En esta zona de la cuenca se encuentran los mayores desarrollos agropecuarios, industriales con demandas de agua altas y por consiguiente con vertimientos contaminados igualmente altos.



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En las subcuencas con influencia de sectores urbanos de mayor cantidad de población como es el caso de los ríos Ocoa, Upín y Caño Mayuga, la afectación por calidad se debe especialmente a vertimientos de tipo doméstico e industrial y para ellos se adoptaron factores de reducción por calidad del 20%, 15% y 15%, respectivamente. Las consideraciones mencionadas anteriormente sobre el factor de reducción por calidad de agua se aplican en la evaluación de la oferta neta de la cuenca.

5.9.5 Caudal disponible y oferta hídrica neta

El caudal disponible, que corresponde a la oferta hídrica, se obtiene como la diferencia entre el caudal total y el caudal ecológico, es decir:

Caudal disponible (Oferta hídrica) = Caudal total – Caudal ecológico Con base en esta diferencia se evalúa la oferta hídrica neta que considera un valor que corresponde a la reducción para mantener para proteger las fuentes frágiles (caudal ecológico) y el régimen de estiaje (caudal base) y otro valor que corresponde a la reducción por calidad. La oferta hídrica neta se evalúa como:

Oferta hídrica neta = Oferta hídrica * Fr En donde Fr es el factor de reducción por calidad, estimado según se indicó anteriormente. En al Capítulo 7 de este informe se detalla la evaluación del índice de escasez con base en la oferta hídrica neta calculada en la forma que se indicó anteriormente. En el Anexo 22 se incluyen los valores de los caudales disponibles obtenidos para las 240 subcuencas de orden 3 identificadas en la cuenca del río Guatiquía.

5.10 SISTEMAS LÉNTICOS

En la cordillera oriental de la cual forma parte la cuenca del río Guatiquía, se encuentran numerosos cuerpos de agua de tipo léntico, los cuales se caracterizan en forma general por poseer espejos de agua de menor



134

tamaño. Cabe anotar que en este grupo se encuentran los humedales, lagos (profundidad mayor a 10 m), lagunas (profundidad menor a 10m), ciénagas y otras formas de almacenamiento de agua similares. En los llanos orientales de Colombia durante los periodos de mayor pluviosidad se forman espejos de agua sobre suelos de matriz arcillosa cuya permanencia oscila entre 6 y 8 meses, los cuales se conocen como esteros y morichales. Los sistemas lénticos de agua en la cuenca del río Guatiquía se localizan dominantemente en el sector nororiental de su zona alta y algunos de ellos en las proximidades de la ciudad de Villavicencio. Su importancia radica en su influencia sobre la conservación del recurso hídrico como oferta de hábitat para especies hidrofílicas, al mismo tiempo cumplen una función integradora de la cadena trófica local. En general, estos cuerpos de agua cuando se localizan en zonas altas de clima frío y en zonas protegidas según las disposiciones legales, son poco susceptibles de intervención antrópica. En el plano general de la cuenca en escala 1:25.000 se identifican 134 cuerpos de agua lenticos con espejos de agua cuya área varía entre 0.03 ha y 7 ha, excepción hecha de la Laguna Chingaza cuya área es de 99.4 ha, aproximadamente, cuya relación se muestra en la Tabla 57 y su localización en la Figura 63. Cabe anotar que para muchas de ellas no se dispone de un nombre que las identifique en planos, aunque los vecinos a estos espejos de agua muy seguramente les hayan asignado algún nombre que les sea familiar en su entorno. La laguna de Chingaza, según la leyenda se formó como resultado de un canto del sol a la luna. Sus aguas provienen de la escorrentía difusa que desciende de las cumbres rocosas se la serranía de Los Órganos, la cual forma una serie de lagunillas interconectadas que finalmente discurren a la laguna de Chingaza. En la zona baja de la cuenca a 6 km del centro de la ciudad se encuentra el humedal conocido como KIRPAS-PINILLA-LA CUERERA, el cual tiene un área de espejo de agua de 207 ha y una zona de de ronda de protección 37 ha, aproximadamente, el cual cumple como una de sus funciones la captación de aguas lluvias durante los períodos de mayor pluviosidad. Este humedal ha sido declarado como zona de reserva hídrica para lo cual se elaboró también su plan de manejo. También cercanos a la ciudad de Villavicencio se encuentran los humedales que se mencionan enseguida.



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CALATRAVA: El humedal urbano Calatrava—Juanambú se encuentra

ubicado frente al barrio Villas del Alcaraván, el cual está ubicado sobre la margen derecha de la vía denominada anillo vial, entre el terminal de transportes de Villavicencio y el CAI conocido como CAI de Catama a la altura de la entrada a los barrios Sindamanoy y la Esperanza. CORONCORO: El humedal Coroncoro se encuentra al lado izquierdo de

la vía que de Villavicencio conduce a Catama a la altura de intersección con el anillo vial de Villavicencio en inmediaciones del barrio Manantial. EL CHARCO: El humedal el Charco se encuentra ubicado sobre la

margen izquierda del anillo vial exactamente frente a la principal central de abastos de Villavicencio conocida como Llanabastos-Cemerca. CARACOLI: El humedal Caracolí se encuentra ubicado por la vía que se

conoce como Carretera del Amor, la cual se inicia a la altura del anillo vial en el cruce hacia el proyecto urbanístico Multifamiliares Centauros a una distancia aproximada de 3.2 km. del anillo vial. ZURIA. Se encuentra ubicado por la vía que se conoce como carretera del amor, la cual se inicia a la altura del anillo vial en el cruce hacia el proyecto urbanístico Multifamiliares Centauros a una distancia aproximada de 6.2 km del anillo vial. Estos humedales tienen especial interés por efecto amortiguador sobre los caudales generados por las altas lluvias durante los períodos invernales y también por su positivo efecto visual en la comunidad que los circunda, sin desconocer la oferta del balance ambiental que ofrecen a su entorno.



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137

Figura 63. Sistemas lénticos



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6. DEMANDA DE AGUA

Para establecer la demanda de agua se consideraron los consumos más relevantes que se identificaron en la cuenca del Río de Guatiquía. En general, estos consumos corresponden a la demanda para uso doméstico (DUD), la demanda para uso industrial (DUI), demanda para uso en el sector de servicios (DUS), demanda para uso en el consumo agrícola (DUA) y para el uso en el sector pecuario (DUP), según se estipula en la Resolución 865 de 2004, ya mencionada anteriormente. La evaluación del consumo actual se realizó considerando los sitios de captación existentes y potencial de requerimiento de agua por los usuarios actualmente (2009) establecidos en las subcuencas, es decir, que a la fecha cualquier residente de la cuenca en forma individual o colectiva puede solicitar el suministro de un determinado caudal en el entorno de los usos anteriormente mencionados. En este sentido se realizó una evaluación de la distribución de la cantidad de predios que existen en las subcuencas, siempre que la evaluación catastral así lo permitiera. Enseguida se relaciona la información disponible obtenida tanto en campo como en las oficinas pertinentes en cada municipio y los criterios tenidos en cuenta para la evaluación de las demandas mencionadas anteriormente.

6.1 EVALUACIÓN CATASTRAL

La evaluación catastral se realizó con base en la información disponible en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), según la cual se identificó el número de predios y sus respectivas áreas totales, en el área de influencia de cada subcuenca. Cabe anotar que los planos prediales aun se encuentran en revisión y para algunos sectores todavía no hay información detallada, en este caso no fue posible involucrar tales áreas en las diferentes subcuencas. De acuerdo con los estudios realizados para la cuenca del río Guatiquía en este proyecto se identificaron 10.910 predios en el sector rural y en zona de influencia del Parque de Chingaza en la cuenca.



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El rango de variación del área para los predios identificados en la cuenca del Río de Guatiquía, sugiere una distribución de minifundios que corresponde mas a predios con uso habitacional y en algunos casos con algún aprovechamiento de tipo agropecuario. En los predios de mayor tamaño, el uso agropecuario está influenciado por empleo en pastos para ganado vacuno dominantemente. En el Anexo 23 se relaciona la cantidad de predios identificada para cada subcuenca, en este resumen, no se tienen en cuenta los cascos urbanos de las cabeceras municipales porque el objetivo es la cuantificación de la demanda domestica rural.

6.2 ASPECTOS DEMOGRÁFICOS

Para estimar la población residente en la subcuenca a nivel rural se adoptó el criterio de considerar que una familia está conformada por cinco (5) personas y en forma conservadora, que cada predio aloja una de ellas. Cabe anotar que el área construida puede ser pequeña, es decir, pueden existir construcciones de áreas pequeñas (en algunos casos menos de 25 m2) cuya dedicación corresponde al almacenamiento de herramientas e insumos propios de las labores agrícolas, pero no como residencia de los propietarios. En Anexo 23 se incluye la población estimada para cada una de las 240 subcuencas de orden 3 en la cuenca del Río de Guatiquía, estimada según las consideraciones mencionadas anteriormente.

6.3 USOS DEL AGUA

Para determinar el potencial de disponibilidad hídrica de cada subcuenca se tuvieron en cuenta los criterios que se describen enseguida.

6.3.1 Demanda para uso doméstico - DUD

La evaluación del uso del agua con fines domésticos se plantea en forma separada para el sector urbano y para el sector rural. Para los fines de asignación de uso de agua se adoptó una dotación unitaria de 140 L/hab/día y pérdidas hídricas del 50%, según las



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recomendaciones dadas en la Norma RAS-2000 y las observaciones e información recopilada en la cuenca. En Anexo 23 se establece un valor de consumo doméstico en el sector rural para las 240 subcuencas de orden 3, sin considerar la demanda de los centros urbanos. Los centros urbanos en la cuenca alta corresponden a las cabeceras municipales de El Calvario y San Juanito. En el resto de la cuenca se identifican las cabeceras municipales de Cumaral, Restrepo y Villavicencio. El caudal estimado considerando un consumo unitario de 140 L/hab/día y pérdidas en el sistema de acueducto del 50% para los municipios mencionados a 2009, es el que se indica enseguida, pero debe tenerse en cuenta que en algunos casos los usos y costumbres locales afectan los valores obtenidos debido a otros usos del agua, entre otros se puede mencionar el sector agropecuario a escala doméstica. Los resultados obtenidos de acuerdo con la población estimada para 2009, son los siguientes:



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Según la información anterior el consumo domestico rural es el 7.8% del consumo total en la cuenca del río Guatiquía. Cabe anotar que los valores indicados anteriormente corresponden a la expectativa del consumo de acuerdo con parámetros de población y pérdidas en sistema de acueducto promedio en Colombia, pero el uso que hace la población del recurso hídrico presenta diferencias con respecto a estos valores. Su evaluación se aplica en aquellos sectores en los cuales se carece de información y para estimar la comparación entre la oferta de la cuenca y la demanda que se puede ejercer sobre el recurso hídrico. En particular para la zona urbana de la ciudad de Villavicencio de acuerdo con los valores concesionados, según se indica más adelante, se encontró un valor total de 2936 L/s. Así mismo, de tales valores se determinó que en promedio el aporte de las diferentes fuentes de suministro para la ciudad de Villavicencio, es el siguiente:

FUENTE PORCENTAJE (%)

Río Guatiquía 30 Quebrada Honda 53 Caño Parrado 4 Caño Buque 3 Caño Maizaro 2 Caño Vitalia 2 Caño La Linda 5 Aguas Subterráneas 2

TOTAL 100

Como se observa el caudal concesionado supera al caudal estimado, entre otros, debido a un alto porcentaje de pérdidas en el sistema de acueducto. La cabecera municipal (sector urbano) de Cumaral se abastece del Caño Caney con un valor concesionado de 50 L/s y del río Guacavía cuyo valor concesionado es de 94 L/s, para un total de 144 L/s. Teniendo en cuenta que en general se utilizan las dos fuentes, se consideró una proporción estimada del 50% de cada una de ellas, es decir, el aporte considerado del Caño Caney considerado es de 25 L/s aproximadamente.



142

El sector urbano del municipio de Restrepo se abastece de Caño Caney aprovechando una concesión otorgada de 67.47 L/s. El municipio de El Calvario se abastece su sector urbano de la Quebrada La Arenosa mediante un caudal concesionado de 2.5 L/s. Para el sector urbano del municipio de San Juanito se cuenta con una concesión de 2.0 L/s de la Quebrada Blancas. Con respecto al proyecto Chingaza I, se cuenta con la concesión para el rio Chuza y sus afluentes directos de 6.21 m3/s, una concesión sobre le rio Guatiquia de 5.57 m3/s, para la quebrada Leticia el valor concesionado es de 0.3 m3/s y en el caso del rio Blanco la concesión es de 2.82 m3/s, para un valor total de 14.91 m3/s. Con estas concesiones se abastece parcialmente la demanda de agua potable para la ciudad de Bogotá, cuya demanda total esta cercana a los 24 m3/s para satisfacer las necesidades para consumo domestico de cerca de siete millones de personas.

6.3.2 Demanda para uso industrial - DUI

En la cuenca del río Guatiquía el uso industrial del agua se asocia a la explotación petrolera, el aprovechamiento de oleaginosas, el sector avícola y el consumo en los centros de beneficio de ganado, especialmente. Las industrias que se localizan en las inmediaciones de Villavicencio, como se indica en el Anexo 27, registran un caudal concesionado de 22.83 L/s. A nivel de subcuenca en el sector rural no se identificaron industrias establecidas, sin embargo, teniendo en cuenta que pueden existir consumos asociados con el beneficio de ganado, entre otros, para este proyecto con el fin de garantizar el suministro para este tipo de actividades a nivel local se adopto un valor equivalente al 5% del consumo doméstico en el sector rural para las subcuencas que no se encuentran en zonas de protección. De acuerdo con este concepto el caudal total estimado es de 5.01 L/s, para las subcuencas de orden 3 en la cuenca del río Guatiquía.

6.3.3 Demanda para el sector de servicios - DUS



143

El sector de servicios atiende a la satisfacción de las necesidades de uso público en el entorno de la atención a las oficinas públicas, atención de emergencias, sostenimiento de zonas de interés ambiental cuando así sea necesario, aseo en vías y espacios públicos y demás relacionados. En este proyecto se adoptó para esta demanda un valor equivalente al 2% del consumo doméstico debido al sector rural teniendo en cuenta que este tipo de demanda puede ocurrir en cualquier lugar de la cuenca, que corresponde a un caudal de 2.65 L/s. Para el sector urbano se considera un porcentaje del 1%, teniendo en cuenta que la concentración de población es mayor y que la prestación de servicios ocurre en forma local y esporádica. Para satisfacer esta demanda en cada cabecera municipal el caudal total estimado es de 11 L/s, de acuerdo con el valor de la demanda para uso doméstico evaluada anteriormente para cada cabecera municipal.

6.3.4 Demanda para uso agrícola - DUA

En la región se reconoce la vocación agrícola con predominio de cultivos de pasto y algunos que presentan una baja demanda relativa de agua como es el caso de los frutales. En las cuencas objeto de estudio en este proyecto, existen zonas sin ningún tipo de aprovechamiento, cubiertas por praderas, así como zonas altas cubiertas de bosques y vegetación nativa dominantemente. Paralelamente, se desarrollan cultivos que adquieren importancia de tipo industrial como es el caso de la palma, el arroz y algunos sectores con pastos manejados. Para establecer la demanda por este concepto se utilizó la información que se documento en el plano de coberturas vegetales a partir de la ortofoto-interpretación, según el cual se identificaron 28 posibles combinaciones de uso del suelo con fines agrícolas. El sector agrícola desarrollado se encuentra distribuido en un alto porcentaje en la cuenca baja y en menor escala en la cuenca media, mientras que en la cuenca alta la injerencia del sector agrícola es insignificante, como se aprecia en la Figura 7. Para los cultivos y mosaicos de cultivo identificados se establecieron módulos de riego de acuerdo con el patronamiento que al respecto tiene establecida la CAR – Cundinamarca, dada la similitud de algunas regiones localizadas en el área de influencia de esta Corporación el sector que



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ocupa la cuenca del río Guatiquía, sin olvidar que una parte de su cuenca alta se encuentra, de acuerdo con la división política en el departamento de Cundinamarca. Para este análisis se utilizó la escala de tiempo mensual, con los resultados que se incluyen en el Anexo 24. El potencial de agua que puede llegar a demandarse por este concepto en la cuenca del río Guatiquía tiene un valor estimado de 54.3 m3/s.

6.3.5 Demanda para uso pecuario - DUP

Para estimar la demanda pecuaria se utilizaron como valores representativos la demanda de área y consumo por cabeza o por animal de granja de las especies domésticas representativas de la zona. Normalmente en sectores de pastos mejorados una res requiere de un espacio que puede oscilar entre 1.5 ha y 2.0 ha, y en pastos nativos alrededor de 1.5 ha, con una demanda promedio de 17.5 L/cabeza/día. En el sector piscícola generalmente se admite 1.5 a 2 recargas del 100% del volumen de agua que ocupa el estanque al año según la siembra de alevinos y cosecha de peces desarrollados. Para atender la demanda para oxigenación del estanque, que equivale en promedio a un suministro de 2 a 3 L/ha/día, la cual puede aplicarse entre las 4 p.m. y 7 a.m. en los períodos de invierno y de 4 p.m. a 9 a.m. en los períodos de estiaje. Para este proyecto se adoptó un suministro de 2 L/ha/día durante un período promedio de 8 horas/día. En el Anexo 25 se incluye la evaluación de la demanda de agua para el sector pecuario, cuyo valor total estimado es de 0,006 m3/s.

6.3.6 Demanda por otros conceptos

El desarrollo de la ciudad de Villavicencio, además del sector comercial e industrial, ha traído consigo el incremento en el turismo. Esta situación ha llevado a un desarrollo del sector hotelero que en este momento (2009) pude calificarse, como en otras ciudades del país, con el título de la Industria Hotelera de Villavicencio la cual muestra una oferta aproximada



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cercana a las 4000 camas, con una demanda aproximada de 16.2 L/s considerando una demanda unitaria de 350 L/cama/día. También existen centros vacacionales y actividades recreativas que exigen algunos consumos de agua potable. Para satisfacer esta demanda se ha concesionado (2009) a partir del Caño Maizaro y el Caño Aguas Claras en el municipio de Villavicencio, un caudal de 13.7 L/s, valor que se aproxima ala demanda estimada.

6.3.7 Demanda total - DT

Considerando el sector rural la demanda en las subcuencas se resume en el Anexo 27, de acuerdo con los resultados obtenidos la componente agrícola tiene un valor estimado de 54.3 m3/s, mientras que las otras demandas apenas alcanzan el valor de 0.140 m3/s para un valor total de 54.5 m3/s, aproximadamente.

6.4 CONCESIONES

Durante el desarrollo de estos estudios se hizo un inventario detallado de las concesiones que han sido otorgadas hasta la fecha por las autoridades competentes, las cuales se asociaron a las 240 subcuencas de orden 3, cuya la localización que se muestra en la Figura 64. En el Anexo 27 se encuentra en forma detallada la caracterización y zonificación de las concesiones identificadas.

6.5 VERTIMIENTOS

Simultáneamente con el inventario de concesiones se realizó el inventario de vertimientos de residuos líquidos de tipo industrial, según el cual se identificaron 13 sitios de mayor de mayor relevancia, cuya relación se incluye en el Anexo 28. Estos vertimientos se localizan dominantemente sobre las cuencas de los ríos Guatiquía, Ocoa y sus afluentes como es el caso del Caño Maizaro, el Caño Aguas Claras y otros que se localizan en las proximidades de la ciudad de Villavicencio.



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Los residuos líquidos domésticos también son vertidos a las corrientes mencionadas anteriormente. En los sectores rurales la población se encuentra dispersa y el retorno de las aguas residuales domésticas a los cursos de aguas superficiales se suma a los excedentes de los aprovechamientos que se hagan para el riego de cultivos y por tanto son igualmente dispersos. La apropiación del valor de los vertimientos en el sector urbano, dadas las consideraciones hechas sobre los valores requeridos y concesionados, se estimó con el 75% para el coeficiente de retorno.

Figura 64. Localización de concesiones

6.6 BALANCE DE AGUA

Para establecer el balance de agua a nivel mensual en cada cuenca, se restó del caudal disponible, la demanda de agua ocasionada por cada uno de los consumos antes mencionados, en cada una de las subcuencas



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identificadas. Cabe recordar que la subcuenca identificada como 3503-000 corresponde al área dispersa que limita directamente con el cauce del río Guatiquía. Cuando el resultado es positivo indica que la cifra resultante corresponde al caudal que potencialmente puede exigirse a la cuenca por parte se sus residentes, en caso de ser negativo el caudal de la cuenca es insuficiente para satisfacer la demanda. Para este último caso, CORMACARENA y Parques Naturales Nacionales de Colombia, podrán tomar las medidas que estimen pertinentes a fin de establecer el uso racional del recurso hídrico. Entre otros, se pueden considerar para los meses en los cuales se presenta déficit: Restricción del suministro de agua para usos diferentes al de agua potable en las épocas deficitarias. Recomendar a los usuarios del sector agropecuario e industrial el aprovisionamiento de agua para tales épocas. En este sentido, es viable el desarrollo de pequeños almacenamientos capaces de guardar el agua lluvia durante los períodos de mayor pluviosidad para ser empleada durante los períodos de estiaje. En general, para la zona alta de la cuenca del río Guatiquía, sobre las subcuencas que se encuentran en ella no es recomendable facilitar la explotación del recurso hídrico, pues dada su escasa área aferente, la expectativa caudal es baja y el uso de las mismas genera presiones inmediatas y futuras de mayor severidad. Estas zonas, preferentemente, pueden ser tratadas como zonas de reservas ecológica y ambiental que refuercen la disponibilidad del recurso hídrico aguas abajo. Cabe anotar que el proyecto Chingaza I se encuentra establecido desde 1975 y cierta forma ya se encuentra integrado al paisaje, situación que con mayor razón obliga a la preservación de las subcuencas aún no intervenidas. Teniendo en cuenta que los mayores volúmenes de agua son aquellos que exige el riego y que los cultivos son en su mayoría de tipo transitorio, excepto los pastos, los cuales se ubican dominantemente en la cuenca baja, cabe recomendar su siembra con las características de ―riego de secano‖, para lo cual se sugiere adelantar un análisis de sensibilidad económica y financiera sobre la producción agropecuaria para establecer la viabilidad de este tipo de manejo del riego.



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Localmente se utilizan nacederos de agua que no se evalúan como componente de oferta hídrica con los cursos de agua, dando lugar a una mejor conservación de los cauces.



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7. INDICE DE ESCASEZ

El incremento de la población a nivel mundial plantea un crecimiento en la demanda de recursos naturales. Históricamente los centros urbanos se localizan dominantemente en las proximidades de las fuentes de agua, especialmente de tipo superficial, dada su facilidad de aprovechamiento. Para cada una de estas subcuencas se hizo la evaluación del caudal total y el caudal disponible, con la finalidad de facilitar la evaluación del balance hídrico dado por la diferencia que existe entre la oferta hídrica (caudal disponible) y la demanda de agua por los diferentes conceptos en que se utiliza el agua en las subcuencas. Este balance permite la evaluación del índice de escasez como recurso orientativo para establecer la reglamentación de las corrientes. La relación entre la demanda (D) y la oferta neta (On) sobre el recurso hídrico se conoce como Índice de escasez (Ie), la cual se expresa en porcentaje, mediante la expresión:

𝐼𝑒 = 100 𝐷

𝑂𝑛

El empleo de esta relación está sujeto a la interpretación que se considere más relevante, dadas las características de la información disponible, escalas de tiempo y espacio, e interpretación de las variables que permiten la evaluación tanto de la oferta como de la demanda. En Colombia este índice se establece en el Decreto 155 del 23 de enero de 2004, cuya metodología de evaluación queda expresada en la Resolución 865 del 22 de Julio del 2004, Ministerio de Vivienda y Desarrollo Territorial, Diario Oficial 45630 del 4 de agosto de 2004, Bogotá. Oferta hídrica superficial Sobre la oferta hídrica superficial de una cuenca se dispone de dos conceptos: (i) Volumen de agua superficial que es capaz de ofrecer la cuenca en condiciones naturales en función de su tipo de suelos, cobertura vegetal y características climatológicas y (ii) Volumen de agua



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que puede ofrecer la fuente después de haber descontado aquella que es necesaria para la preservación de la vida, para mantener la dinámica del río en condiciones de caudales bajos y la calidad del agua en sus cauces, entre otros. En el primer caso el caudal que circula por el río se le conoce como caudal total y en el segundo como caudal disponible. Para la evaluación de estos caudales se plantean dos escenarios: el primero de ellos obedece a la situación en la que se puede disponer de información medida en una estación de aforos (cuenca aforada) y el segundo escenario es aquel en el cual no se dispone de mediciones (cuenca no aforada). En el primer caso se utiliza la información disponible en las estaciones de aforo como marco de referencia para las evaluaciones relacionadas, mientras que en el segundo caso se debe acudir a metodologías de evaluación indirecta para estimativo de los caudales. La Resolución 865 de 2004, en su numeral 3.3 Relación lluvia escorrentía, reconoce el empleo de la Teoría del Número de Curva (CN) para el estimativo de los caudales en cuencas no aforadas. En los capítulos anteriores se hizo la caracterización climatológica de la cuenca y se aplicó la teoría antes mencionada para obtener los caudales en la cuenca del río Guatiquía. Demanda hídrica La demanda hídrica se establece en términos del consumo de agua para diferentes usos que se hacen en según actividades socioeconómicas cuyos valores deben ser medidos para que se pueda disponer de información sobre la variabilidad del consumo tanto espacialmente como temporalmente. En el caso de la demanda de agua también se considera el escenario para la situación cuando existe información medida y cuando no es posible disponer de tales mediciones. Demanda cuando existe información medida En este caso la demanda se calcula como el valor acumulado de las demandas sectoriales, dadas en la siguiente forma:



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𝐷𝑇 = 𝐷𝑈𝐷 + 𝐷𝑈𝐼 + 𝐷𝑈𝑆 + 𝐷𝑈𝐴 + 𝐷𝑈𝑃 En donde: DT Demanda total de agua DUD Demanda de agua para uso doméstico DUI Demanda de agua para uso industrial DUS Demanda de agua para el sector de servicios Demanda cuando no existe información medida En este caso los conceptos por consumo de agua son los mismos a los indicados anteriormente, con la diferencia que los valores estimados para cada uno de esos conceptos deben ser evaluados considerando los supuestos que permiten una evaluación relativamente confiable de su valor. Categorías e interpretación del índice de escasez De acuerdo con la Resolución 865 de 2004, ya mencionada, se establecen cinco categorías, la cuales se indican en la Tabla 58.

Tabla 58. Categorías del índice de escasez

Categoría Rango % Color Explicación

Alto >50 Rojo Demanda alta, existe una fuerte presión sobre el recursos hídrico

Medio Alto 21 – 50 Naranja Demanda apreciable Medio 11 – 20 Amarillo Demanda baja

Mínimo 1 – 10 Verde Demanda muy baja No

significativo < 1 Azul Demanda no significativa

En el Anexo 29 se relacionan los índices de escasez encontrados para cada subcuenca de tercer orden y su distribución espacial a nivel mensual, con la variación promedio a nivel anual que se indica en la Figura 65. En los meses de estiaje, es decir, el período comprendido entre diciembre y marzo, en algunos sectores de la cuenca se puede verificar que la escasez del agua se hace evidente, para tal situación anteriormente se plantearon algunas alternativas de control en el uso del recurso hídrico que podrían ser utilizadas.



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Figura 65. Distribución espacial del índice de escasez anual

Para la cuenca del río Guatiquía hasta la estación hidrométrica Puente Abadía se localiza en un alto porcentaje la zona con escasa intervención antrópica, con presencia de algunas zonas de cultivo hacia el sitio en donde se localiza esta estación y población dispersa con una influencia ambiental de poca relevancia. Los valores del índice de escasez estimados para el área de influencia de la cuenca hasta la estación mencionada son los que se muestran enseguida, los mayores valores ocurren entre diciembre y marzo, pero aún así se encuentran en un rango de mínima influencia.



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MES ABAJO ARRIBA TODA

ENE 93,60 7,72 52,17

FEB 27,64 2,46 15,49

MAR 14,72 1,46 8,32

ABR 3,53 0,37 2,00

MAY 1,13 0,08 0,62

JUN 2,79 0,22 1,55

JUL 4,65 0,34 2,57

AGO 5,22 0,41 2,90

SEP 18,70 2,10 10,69

OCT 14,54 1,87 8,43

NOV 2,01 0,15 1,11

DIC 12,88 1,24 7,26

PROM 16,78 1,53 9,43

En resumen, la escasez del recurso hídrico obedece dominantemente a influencia de las características climatológicas locales las cuales no pueden ser controladas, por tal motivo, los habitantes de la región conocedores de su comportamiento, buscan los mecanismos para adaptarse a tal condición. Si se tiene en cuenta la influencia del mercado en la productividad agrícola y de servicios ambientales que puede ofrecer la cuenca, se debe disponer de alternativas que garanticen el suministro permanente de agua durante todo el año.

8. ANÁLISIS DE INUNDACION

Las inundaciones siempre han sido tema de estudio en la evaluación de cuencas, debido a su interés en la definición de las rondas hidráulicas y los efectos que causan sobre las comunidades vecinas a las márgenes de los ríos y las afectaciones sobre los terrenos de interés económico por su explotación agropecuaria y fuentes de materiales para construcción, entre otros.



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Se entiende por amenaza natural como aquel elemento del medio ambiente que es peligroso para el hombre y cuya causa es ajena a él. Cuando se hace referencia a la amenaza por inundación se trata de establecer los niveles del río para los cuales es factible que ocurran desastres. Estos niveles se establecen dependiendo de la amenaza que en momento dado se establezca, motivo por el cual tal nivel está asociado a un período de retorno específico, es decir, dependiendo de las condiciones económicas de una determinada comunidad o región se puede realizar planeamientos para garantizar que un determinado nivel de aguas en el río no le ofrezca amenaza o en otros casos buscar reducirla en cuanto sea factible. Las rondas hidráulicas por definición corresponden a las zonas vecinas al cauce del río para las cuales el nivel de agua inunda un determinado sector. Su determinación depende de diferentes factores de tipo legal, técnico y económico. El Decreto 1541 del 26 de julio de 1978, en su Capítulo II, en cumplimiento del Artículo 83 letra (d) de la Ley 2811 de 1974, establece que ―Artículo 11: Se entiende por cauce natural la faja de terreno que ocupan las aguas de una corriente al alcanzar sus niveles máximos por efecto de las crecientes ordinarias; y por lecho de los depósitos naturales de agua, el suelo que ocupan hasta donde llegan los niveles ordinarios por efecto de lluvias o deshielo. Artículo 12: Playa fluvial es la superficie de terreno comprendida entre la línea de las bajas aguas de los ríos y aquella a donde llegan estas, ordinaria y naturalmente en su mayor incremento. Playa lacustre es la superficie de terreno comprendida entre los más bajos y los más altos niveles ordinarios y naturales del respectivo lago o laguna. Artículo 13: Para los efectos de la aplicación del artículo anterior, se entiende por líneas o niveles ordinarios las cotas promedio naturales de los últimos quince (15) años, tanto para las más altas como para las más bajas. Para determinar estos promedios se tendrá en cuenta los datos que suministren las entidades que dispongan de ellos y en los casos en que la información sea mínima o inexistente se acudirá a la que puedan dar los particulares. Artículo 14: Para efectos de aplicación del artículo 83, letra d, del Decreto - Ley 2811 de 1974, cuando el Instituto Colombiano de la Reforma Agraria, INCORA, pretenda titular tierras aledañas a ríos o lagos



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procederá, conjuntamente con el Instituto Nacional de los Recursos Naturales Renovables y del Ambiente -INDERENA-, a delimitar la franja o zona a que se refiere este artículo, para excluirla de la titulación. Tratándose de terrenos de propiedad privada situados en las riberas de ríos, arroyos o lagos, en los cuales no se ha delimitado la zona a que se refiere el artículo anterior, cuando por mermas, desviación o desecamiento de las aguas, ocurridos por causas naturales, quedan permanentemente al descubierto todo o parte de sus cauces o lechos, los suelos que los forman no accederán a los predios ribereños sino que se tendrán como parte de la zona o franja a que alude el artículo 83, letra d, del Decreto - Ley 2811 de 1974, que podrá tener hasta treinta (30) metros de ancho. Artículo 15: Lo relacionado con la variación de un río, y formación de nuevas islas se regirá por lo dispuesto en el Título V, Capítulo II del Libro II del Código Civil, teniendo en cuenta lo dispuesto por el artículo 83, letra d, del Decreto - Ley 2811 de 1974. Artículo 16: La adjudicación de baldíos excluye la de las aguas que contenga o corran por ellos, las cuales continúan perteneciendo al dominio público. Artículo 17: El dominio privado de aguas reconocido por el Decreto - Ley 2811 de 1974 y por este reglamento, debe ejercerse en función social, y estará sujeto a las limitaciones y demás disposiciones establecidas por el Código Nacional de los Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente y por este reglamento.‖ En las consideraciones legales, como se indicó, sobre este particular se establecen ciertos límites, sobre cada margen del curso de agua, la cual debe ser analizada en los diferentes contextos regionales en Colombia. Sobre este particular se deben hacer las previsiones necesarias que permitan informar a la comunidad residente en las vecindades de los ríos o aquellos que realicen explotaciones de tipo agropecuario u otro tipo de uso del suelo sobre su exposición a una amenaza por inundación para que ellos mismos colaboraren con las medidas preventivas que sea necesario establecer. Desde el punto de vista hidrológico, se evalúan las crecientes que se espera que puedan ocurrir para diferentes períodos de retorno, para este proyecto se evaluaron para caudales de creciente con periodos de retorno



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entre 2 y 200 años para cada una de las subcuencas de orden 3 y para los sitios en los cuales se dispone de estaciones hidrométricas. Adicionalmente debe tenerse en cuenta que además del caudal máximo, hay otros factores que inciden para que una creciente se convierta en amenaza como es el caso de la estabilidad de las laderas que limitan su cauce y la posible extensión de su planicie de inundación, así como sus características morfológicas. Para este proyecto se consideró la zona del río Guatiquía entre la estación Puente Abadía hasta las proximidades de la Hacienda La Esperanza, tramo en el cual el cauce del río Guatiquía es aproximadamente perimetral de la ciudad de Villavicencio. La información relacionada con las secciones transversales del río fue obtenida del estudio realizado por el Consorcio Ingellanos en 2006 en su Volumen VIII Diseño de la Obras. De este informe se obtuvieron 248 secciones transversales con base en las cuales se realizo el análisis de niveles para los caudales máximos con período de retorno de 50, 100 y 200 años, obtenidos con base en los caudales máximos registrados en la estación Puente Abadía, cuyos valores son de 1362.64 m3/s, 1550.48 m3/s y 1737.6 m3/s, respectivamente. Para realizar el tránsito de la creciente en el tramo mencionado anteriormente, se utilizó el programa HEC-RAS11 Este modelo simula la

hidráulica del flujo para canales de cualquier tipo de sección transversal bajo flujo gradualmente variado, trabajando de acuerdo con la ecuación de Bernoulli, dada como:

𝑍1 + 𝑌1 + 𝑉1

2

2𝑔= 𝑍2 + 𝑌2 +

𝑉22

2𝑔+ 𝑕

En donde: Z: Nivel del fondo del canal aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo,

denominado este término altura de posición, en m. Y: Lámina de agua aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo, denominado

este término altura de presión, en m. V2/2g: Cabeza de velocidad aguas arriba (1) y abajo del tramo (2),

denominado este término cabeza de velocidad, en m.

11 U.S. Army Corps of Engineers, Hydrology Engineering Center, Generalized Computer Program,

HEC – RAS for Windows Rivers Analysis System, 1992.



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hf: Pérdidas de energía en el tramo, dividiéndose en pérdidas por fricción y localizadas, en m.

Las pérdidas por fricción o de energía en el tramo hf para flujo gradualmente variado en un tramo de longitud L del canal se pueden expresar por medio de la ecuación de Manning, dada por:

𝑕𝑓 = 𝑆𝑒1 + 𝑆𝑒2

2 𝐿

En donde Se1 y Se2 corresponden a los valores de la pendiente de la línea de energía aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo. Estos valores se expresan por medio de la ecuación de Manning para flujo uniforme en cada sección del tramo:

𝑆𝑒 = 𝑛2 𝑉2

𝑅4

3

En donde: n: Coeficiente de rugosidad de Manning. V: Velocidad promedio del agua, en m/s. R: Radio hidráulico, en m Para del coeficiente de rugosidad de Manning en el cauce principal se adoptó el valor de 0.050 considerando la presencia de posibles canales de flujo en el ancho de la sección y la intervención de la vegetación sobre las márgenes de río para los niveles más altos. Para las pérdidas localizadas (hl) ocasionadas por las contracciones debidas a la presencia de puentes y cambios de dirección del cauce principalmente, se utilizó la expresión:

𝑕𝑙 = 𝐾 𝐴𝐵𝑆 𝑉1

2

2𝑔− 𝑉2

2

2𝑔

En donde: K: Coeficiente de pérdidas localizadas, adimensional. V: Velocidad promedio aguas arriba (1) y aguas abajo (2) del punto o

tramo en donde se produce la pérdida localizada, en m/s. ABS: Representa el valor absoluto del término.



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Los coeficientes de pérdidas localizadas por contracción y expansión se definieron igual a 0.10 y 0.30 respectivamente. En la en la Figura 66 el tramo del río Guatiquía estudiado y en el Anexo 30 se incluye los resultados y la salida grafica del análisis de niveles realizado con el programa y los criterios para su aplicación mencionados anteriormente.

Figura 66. Zona de inundación - Villavicencio

De acuerdo con los resultados obtenidos las cotas de inundación para los caudales con periodos de retorno hasta 100 años, se pueden alcanzar niveles que superan en 2 metros, aproximadamente, los niveles máximos que normalmente pueden ser confinados por el río dando lugar a las inundaciones características de cada año, como ocurre en muchas regiones del país. Para periodos de retorno superiores las condiciones de inundación aumentan a un nivel de amenaza superior que debe ser contemplado con fines de control de avenidas, y prever la construcción de obras de regulación como es el caso de jarillones con altura suficiente para impedir el paso del agua a la ciudad de Villavicencio, con esta solución, las crecientes menores pueden ser controladas de una manera más efectiva.



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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La cuenca del río Guatiquía se puede considerar como una cuenca privilegiada en la medida en la que la presencia de los pisos térmicos favorecen la presencia de variedad de clima con la consiguiente oportunidad de la presencia de biodiversidad y oferta hídrica favorable dada la presencia de zonas de páramo ricas en niebla y en alguna forma de vegetación de la preserva. La cuenca cuenta con información hidroclimatológica razonable, teniendo en cuenta que en su cuenca baja la red es todavía baja y que las estaciones climatológicas disponibles en algunos casos no presentan la totalidad de los registros para las variables que permiten hacer las evaluaciones necesarias sobre evapotranspiración, balance hídrico y clasificación climática. La red hidrométrica es escasa en la cuenca baja del río Guatiquía y por tanto se adolece de información suficiente de tipo hidráulico para la evaluación de procesos de contaminación y crecientes con información suficiente. Al respecto se hace necesario recomendar la ampliación de esta red. La morfología de la cuenca principal y de sus subcuencas, presentan pendientes relativamente fuertes en la cuenca alta y bajas en la zona de llanura. Teniendo en cuenta que la cuenca alta goza de protección, la cuenca media presenta condiciones favorables para un servicio ambiental de tipo hidroeléctrico, mientras que en la cuenca baja su aprovechamiento puede estar más enfocado hacia los aprovechamientos agropecuarios, con la dificultad que la distribución de la precipitación de tipo monoestacional, con período de estiaje de enero a marzo, pueden ocurrir condiciones severas de ausencia de suficientes volúmenes de agua para atender las necesidades que cualquier tipo de aprovechamiento productivo pueda exigir. La precipitación total diaria presenta valores altos, especialmente hacia el sector centro - oriental de la cuenca con valores que superan fácilmente los 150 mm/día y por ende generando zonas susceptibles a inundación con las consecuencias de tipo socioeconómico que ellas implican, como en efecto ocurren periódicamente en los sectores ribereños, en los que se ubican asentamientos humanos con tejido urbano denso a distribuido.



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La distribución temporal de los caudales disponibles, muestra que en las épocas de estiaje la disponibilidad de caudal puede no ser suficiente para atender satisfactoriamente las necesidades de los residentes de la cuenca, situación que puede verse más drástica en la medida en la cual crezca la población y tienda a una mayor concentración en centros urbanos ya establecidos, así mismo las labores agropecuarias deben prever el almacenamiento de agua para el caso de cultivos de tipo permanente, mientras que los cultivos transitorios deben seguir siendo explotados con la modalidad de ―riego en secano‖. Dadas las características de los suelos y climatológicas, se recomienda la elaboración de un estudio sobre módulos de riego y drenaje que se ajusten de una mejor forma a las características regionales de la cuenca del río Guatiquía. De la evaluación mensual de los índices de escasez se puede interpretar que, como ya se mencionó, los periodos de estiaje y mayor pluviosidad son en cada caso severos, pero que en el contexto anual las condiciones promedio permiten, previas las reservas del caso, mantener un equilibrio relativo entre la demanda y la oferta hídrica.



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BIBLIOGRAFIA

DISEÑO DE PRESAS PEQUEÑAS; U.S. Bureau of Reclamation, Ed. Cecsa, 1.978 APPLIED HYDROLOGY; Chow, Maidment, Mays; Ed. McGraw-Hill; New York; 1988. ESTUDIOS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA PARA PROYECTOS DE PEQUEÑA IRRIGACION, HIMAT; Subdirección de Hidrología y Meteorología, División de Hidrología, Sección de Investigaciones y Aplicaciones Hidrológicas; Ing. Ricardo Rosero; Santafé de Bogotá; Septiembre de 1992. HYDROLOGY DATA MANAGEMENT, VOLUMEN 2, Leo Beard; Hydrology Engineering Center Corps Of Engineers, U.S. Army; California, April 1992.

Otras referencias se encuentran incluidas en el desarrollo del informe.

2.14 fase de diagnostico - rio guatiquia hidrologia

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