Rio Guachaca

7/25/2019 Rio Guachaca

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CARACTERIZACIN HIDROLGICA DE LA CUENCA DEL RO

GUACHACA Y EVALUACIN DE SU OFERTA HDRICA COMO

FUENTE ALTERNATIVA PARA EL ABASTECIMIENTO DEL

DISTRITO T.C.H. DE SANTA MARTA

CARLOS AUGUSTO GMEZ GARCAJUAN CARLOS SALGADO PREZ

Proyecto para optar el titulo de INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

FACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL

PROYECTO DE GRADO

SANTA MARTA D.T.C.H.

2005


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CARACTERIZACIN HIDROLGICA DE LA CUENCA DEL RO

GUACHACA Y EVALUACIN DE SU OFERTA HDRICA COMO

FUENTE ALTERNATIVA PARA EL ABASTECIMIENTO DEL

DISTRITO T.C.H. DE SANTA MARTA

CARLOS AUGUSTO GMEZ GARCAJUAN CARLOS SALGADO PREZ

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

FACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL

PROYECTO DE GRADO

SANTA MARTA D.T.C.H.

2005


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CARACTERIZACIN HIDROLGICA DE LA CUENCA DEL RO GUACHACAY EVALUACIN DE SU OFERTA HDRICA COMO FUENTE ALTERNATIVAPARA EL ABASTECIMIENTO DEL DISTRITO T. C. H. DE SANTA MARTA

Carlos Augusto Gmez GarcaJuan Carlos Salgado Prez - 3 -

TABLA DE CONTENIDO

1 PRESENTACIN .............. ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ......11

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .........................................................................................................................14

3 ANTECEDENTES ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ................ ...16

4 MARCO TERICO .............. ................ ................. ................ ................ ................ ................ .................... ................ ...18

4.1 CUNTO SABEMOS DEL AGUA? ............... ................ ................ ................. ................ ................ ................ ...........18

4.2 EL AGUA EN LA TIERRA Y SUS PROPIEDADES.....................................................................................................19

4.3 EL AGUA EN COLOMBIA ...........................................................................................................................................20

4.4 RECURSO EN CRISIS................................................................................................................................................23

5 JUSTIFICACIN ............... ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ......24

6 OBJETIVOS ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ................ ...........27

6.1 OBJETIVO GENERAL.............. ................. ................ ................ ................ ................ .................... ................ .............. 27

6.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ...27

7 FORMULACIN Y GRAFICACIN DE HIPTESIS ..................................................................................................29

8 FUNDAMENTOS HIDROLGICOS DE APLICACIN EN EL CASO GUACHACA...................................................30

8.1 CARACTERSTICAS GEOMORFOLGICA DE UNA CUENCA................................................................................30

8.1.1 REA DE DRENAJE (A) ............... ................ ................ ............... ................ ................ .................... ................ ...........30

8.1.2 LONGITUD DE LA CORRIENTE PRINCIPAL (L) ................ ................ ................ ................ ................ ..................... ..31

8.1.3 PERMETRO DE LA CUENCA (P)................ ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...........31

8.1.4 ANCHO DE LA CUENCA (W) ............... ................ ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...32

8.1.5 FORMA DE LA CUENCA ............... ................ ................ ................ ................. ................ .................... ................ ........32

8.1.6 SISTEMA DE DRENAJE ............... ................ ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...........33

8.1.7 CARACTERSTICAS DEL RELIEVE:................. ................ ................ ................ ................ .................... ................ .....34

8.1.8 TIEMPO DE CONCENTRACIN (TC): ................. ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...38

8.1.9 HIDROGRAMA UNITARIO SINTTICO .....................................................................................................................40

8.2 CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS DE UNA CUENCA...................................................................................45

8.2.1 PRECIPITACIN.........................................................................................................................................................45

8.2.2 EVAPOTRANSPIRACIN...........................................................................................................................................49


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8.2.3 INFILTRACIN............................................................................................................................................................53

8.3 DISPONIBILIDAD DEL RECURSO AGUA EN UNA CUENCA............... ................. ................ ................. ................ ..56

8.4 MODELOS DIGITALES DE TERRENOS (MDT)................ ................. ................ ................ ................. .................. .....61

8.4.1 CREACIN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO (MDT). .................................................................................62

8.4.2 CORRECCIN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO (MDT). ...........................................................................62

8.4.3 APLICACIONES DE LOS MDT ................ ................ ............... ................ ................ ................ .................... ................ 65

8.4.4 ESTIMACIONES HIDROLGICAS................ ................ ................ ................. ................ .................... ................ ........66

8.5 CAUDAL ECOLGICO .............. ................ ................ ................ ................. ................ ..................... ................ ...........68

9 DISEO METODOLGICO ............... ................. ................ ................ ................ ................ ..................... ................ ...70

9.1 SELECCIN DE LAS VARIABLES Y RECOPILACIN DE INFORMACIN................ ................ ................ ............. 70

9.2 DIGITALIZACIN Y PROCESAMIENTO DE DATOS.... ................ ................ ................ ................ ................... ..........71

9.3 IMPLEMENTACIN DE SOFTWARE................... ................ ................ ................ ................ ................... ................ ...71

10 LIMITACIONES ................ ................ ................ ................ ................ ................. .................... ................ ................ ......73

11 EVALUACIN DE LA DISPONIBILIDAD DE RECURSO HDRICO EN LA CUENCA DEL RO GUACHACA...........74

11.1 GENERALIDADES DE LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RO GUACHACA.........................................................74

11.1.1 LOCALIZACIN Y EXTENSIN ............... ................ ................ ................. ................ ................... ................. ............. 74

11.1.2 FISIOGRAFA Y GEOMORFOLOGA ............... ................ ................. ................. ................ ................... ................ .....76

11.1.3 CLIMA..........................................................................................................................................................................76

11.1.4 GEOLOGA..................................................................................................................................................................77

11.1.5 VEGETACIN ................ ................ ................ ................ ................ ................ .................... ................ ................ .........78

11.1.6 HIDROGRAFA............................................................................................................................................................81

11.2 HIDROLOGA DE LA CUENCA DEL RO GUACHACA............... ................ ................ ................ ................ ...............84

11.2.1 CARACTERSTICAS DEL REA DE ESTUDIO .............. ................ ................ ................ ................ ................... ........84

11.2.2 PARMETROS GEOMORFOLGICOS DE LA CUENCA DEL RO GUACHACA....................................................86

11.2.3 PARMETROS CLIMATOLGICOS DE LA CUENCA DEL RO GUACHACA........................................................100

11.3 CLCULO DE LA DISPONIBILIDAD DEL RECURSO HDRICO EN LA CUENCA DEL RO GUACHACA.............116

11.3.1 PRECIPITACIN MEDIA SOBRE LA CUENCA.......................................................................................................117

11.3.2 TEMPERATURA MEDIA SOBRE LA CUENCA................ ............... ................ ................ ................ ................... ......127

11.3.3 EVAPOTRANSPIRACIN POTENCIAL ...................................................................................................................131

11.3.4 INFILTRACIN..........................................................................................................................................................132

11.3.5 MODELO ABCD O THOMAS ................ ................ ................. ................ ................ ................ ..................... .............. 135

11.3.6 ANLISIS SERIES DE TIEMPO ...............................................................................................................................139

11.4 EVENTOS MXIMOS ...............................................................................................................................................143

12 MODELOS DIGITALES DE TERRENO ....................................................................................................................146

12.1 CARACTERIZACIN GEOMORFOLGICA A PARTIR DEL HIDROSIG JAVA......................................................147


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12.1.1 PARMETROS GEOMORFOLGICOS................. ................ ................ ................. ................ ................... .............. 159

12.1.2 VARIABLES HIDROLGICAS ............... ................ ................ ................. ................ ................. ................ ................. 162

12.1.3 CALCULO DE LA DISPONIBILIDAD HDRICA DE LA CUENCA DEL RO GUACHACA USANDO HIDROSIG.....174

13 CONCLUSIONES......................................................................................................................................................177

14 RECOMENDACIONES .............................................................................................................................................178


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Lista de Figuras

Figura N1 Precipitacin Media Anual multianual (1975-1995) ...................................................22

Figura N2 rea de una Cuenca .............................................................................................30

Figura N3 Longitud de una corriente principal .........................................................................31

Figura N4 Permetro de una Cuenca ......................................................................................31

Figura N5 Ancho de una Cuenca ...........................................................................................32

Figura N6 Orden de Horton ...................................................................................................33

Figura N7 Curvas hipsomtricas caractersticas......................................................................35

Figura N8 Perfil altimtrico cauce principal .............................................................................36

Figura N9 Pendiente media y media Ponderada .....................................................................37

Figura N10 Hidrograma unitario sinttico de Williams y Hann ...................................................42

Figura N11 Relacin entre los parmetros B y n .....................................................................44

Figura N12 Representacin grfica de un Hietograma de Precipitacin.....................................45

Figura N13 Polgonos de Thiessen ........................................................................................47

Figura N14 Isoyetas o lneas de igual precipitacin .................................................................47

Figura N15 Representacin grfica de un anlisis de frecuencia hidrolgica..............................48

Figura N16 Modelo Digital de Terreno (MDT)..........................................................................61

Figura N17 Idealizacin del Modelo D8 ..................................................................................63

Figura N18 Mapas de variables hidrolgicas...........................................................................64

Figura N19 Perfiles de Terreno y corriente principal sobre un MDT ...........................................65

Figura N20 Mapa de Variable Hidrolgica ..............................................................................66

Figura N21 Visualizacin de resultados por el software HidroSig ..............................................67

Figura N22 Localizacin General de la Cuenca de Guachaca ..................................................75

Figura N23. Roca predominante en la Cuenca de Guachaca ..................................................77

Figura N24. Cobertura Vegetal sobre la Cuenca del Ro Guachaca (Fuente Pro-Sierra) .............79

Figura N25. Vegetacin en las Zonas Medias de la Cuenca de Guachaca ................................80

Figura N26. Bosques en la parte alta de la Cuenca de Guachaca.............................................80

Figura N27. Red de Drenaje..................................................................................................82

Figura N28. Quebrada Negra ................................................................................................83

Figura N29. Agua Blanca ......................................................................................................83

Figura N30. Curvas de Nivel .................................................................................................85

Figura N31. Imagen satelital Cuenca del Ro Guachaca ..........................................................86


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Figura N32. Cuadricula sobre las curvas de nivel para la evaluacin de la pendiente media .......89

Figura N33 Ubicacin de las estaciones climatolgicas sobre el rea de estudio .....................101

Figura N34 Polgonos de Thiessen para evaluacin de la Precipitacin Media sobre la cuenca .119

Figura N35 Polgonos de Thiessen entre los meses de Enero a Abril ......................................122Figura N36 Polgonos de Thiessen entre los meses de Mayo a Agosto ...................................123

Figura N37 Polgonos de Thiessen entre los meses de Septiembre a Diciembre ......................124

Figura N38 Isoyeta Media mensual multianual sobre la cuenca ..............................................125

Figura N39 Polgonos de Thiessen para evaluacin de la Temperatura Media sobre la cuenca .128

Figura N40 Lneas de igual temperatura sobre la cuenca del Ro Guachaca ............................130

Figura N41 Modelo Digital de Terreno de la zona en estudio ..................................................147

Figura N42 Modelo Digital de Terreno de la zona en estudio (3D) ..........................................148

Figura N43 Modelo Digital de Terreno Corregido (3D) ...........................................................149Figura N44 Mapa de direcciones de Drenajes.......................................................................150

Figura N45 Mapa de reas Acumuladas ..............................................................................151

Figura N46 Mapa Orden de Horton .....................................................................................152

Figura N47 Mapa Longitud Canal Principal ...........................................................................153

Figura N48 Mapa Longitud total de canales ..........................................................................154

Figura N49 Mapa Magnitud .................................................................................................155

Figura N50 Mapa Pendientes Mximas ................................................................................156

Figura N51 Mapa Dimetros Topolgicos.............................................................................157

Figura N52 Mapa Red de Drenaje .......................................................................................158

Figura N53 Cuenca del Ro Guachaca trazada por Hidrosig Java ...........................................159

Figura N54 Parmetros Geomorfolgicos y Curva Hipsomtrica por Hidrosig Java ..................160

Figura N55 Cuenca del Ro Guachaca trazada por Hidrosig Java ...........................................161

Figura N56 Mapa VHC Precipitacin mensual entre los meses de Enero a Abril ......................163

Figura N57 Mapa VHC Precipitacin mensual entre los meses de Mayo a Agosto ...................164

Figura N58 Mapa VHC Precipitacin mensual entre los meses de Septiembre a Diciembre ......165

Figura N59 Mapa VHC Precipitacin total Multianual a partir de HidroSig ................................166

Figura N60 Mapa VHC Evpotransiracin mensual entre los meses de Enero a Abril .................168

Figura N61 Mapa VHC Evpotransiracin mensual entre los meses de Mayo a Agosto ..............169

Figura N62 Mapa VHC Evpotransiracin mensual entre los meses de Septiembre a Diciembre 170

Figura N63 Mapa VHC Evapotranspiracin Potencial a partir de HidroSig ...............................171

Figura N64 Caudal Promedio a partir del HidroSig ................................................................172


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Figura N65 Balance Hdrico por el software HidroSig-Java.....................................................174

Lista de Graficas

Grfica N1 Agua existente en el mes Vs oportunidad de Evapotranspiracin .............................59

Grfica N2 Curva de distribucin de pendientes de la cuenca del ro Guachaca .........................91

Grfica N3 Curva hipsomtrica de la cuenca del ro Guachaca.................................................92

Grfica N4 Perfil longitudinal de la corriente principal del ro Guachaca.....................................95

Grfica N5 Hidrograma Unitario.............................................................................................99

Grfica N6 Precipitaciones medias mensuales multianuales de las estaciones .......................104

Grfica N7 Temperaturas medias mensuales de las estaciones ............................................106

Grfica N8 Evaporacin media mensual de la estacin San Lorenzo .....................................108

Grfica N9 Caudales medios mensuales multianual registrado en la estacin guachaca..........111

Grfica N10 Caudales registrados en la estacin guachaca (1965-1998) ...............................113

Grafica N11 Caudales mximos en la estacin guachaca ......................................................115

Grfica N12 Precipitacin media mensual multianual de la cuenca del ro Guachaca ...............120

Grfica N13 Temperatura media mensual multianual de la cuenca del Ro Guachaca ..............129

Grfica N14 Valores de Infiltracin en la cuenca del ro Guachaca .........................................135

Grfica N15 Caudales promedios mensuales multianuales ....................................................136

Grfica N16 Caudales Calculados y Caudales Observados ...................................................138

Grfica N17 Caudales Calculados utilizando metodologia ABCD o de Thomas ........................140

Grfica N18 Caudales Medidos y Calculados .......................................................................141

Grfica N19 Caudales mximos para diferentes periodos de retorno ......................................144

Grfica N20 Caudales mximos para diferentes periodos de retorno ......................................145

Grfica N 21 Caudales medios mensuales multianuales del ro Guachaca ..............................176


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Lista de Tabla

Tabla N1 Concesiones de agua para el Distrito de Santa Marta .................................................... 11

Tabla N2 Valores de volmenes agua en el planeta....................................................................... 19

Tabla N3 ndice de escasez............................................................................................................. 21

Tabla N4 Factores de ajustes La para la ecuacin de Thorntwaite ................................................52

Tabla N5 Tipos de suelos................................................................................................................54

Tabla N6 Parmetros fundamentales de la cuenca de Guachaca.................................................. 87

Tabla N7 Evaluacin de la susceptibilidad a crecientes del Ro Guachaca.................................... 87

Tabla N8 Evaluacin del sistema de drenaje del Ro Guachaca .................................................... 88

Tabla N9 Pendiente media sobre la cuenca del Ro Guachaca...................................................... 90

Tabla N10 Calculo de la curva hipsomtrica del Ro Guachaca..................................................... 93

Tabla N11 Tiempos de Concentracin del Ro Guachaca .............................................................. 96

Tabla N12 caractersticas principales de la cuenca del Ro Guachaca .......................................... 98

Tabla N13 Valores de Hidrograma unitario de Escorrenta............................................................. 99

Tabla N14 Caractersticas principales de las estaciones climatolgicas ......................................102

Tabla N15 Precipitaciones medias mensuales multianuales ........................................................105

Tabla N16 Temperaturas medias mensuales de las estaciones..................................................107

Tabla N17 Evaporacin media mensual de la estacin San Lorenzo..........................................108

Tabla N18 Precipitaciones mximas en 24 horas para diferente tiempo de retorno..................... 109

Tabla N19 Caudales medios mensuales multianual registrado en la estacin guachaca ............ 110

Tabla N20 Caudales mximos en la estacin guachaca............................................................... 114

Tabla N21 Precipitacin media mensual multianual sobre la cuenca del ro Guachaca............... 118

Tabla N22 Precipitacin media mensual multianual sobre la cuenca del ro Guachaca............... 126

Tabla N23 Temperatura media mensual multianual sobre la cuenca del ro Guachaca .............. 127

Tabla N24 Evapotranspiracin Potencial sobre la cuenca del ro Guachaca ............................... 132

Tabla N25 Parmetros fsicos para la determinacin de la infiltracin.......................................... 133

Tabla N26 Infiltracin mensuales para la cuenca del ro Guachaca............................................. 134

Tabla N27 Caudales promedios mensuales multianuales ............................................................ 136

Tabla N28 Caudales Calculados y Caudales Observados............................................................ 138

Tabla N29 Caudales mximos para diferentes tiempo de retorno................................................ 144

Tabla N30 Comparacin de Caudales mximos para diferentes tiempo de retorno..................... 145

Tabla N31 Comparacin de parmetros geomorfolgicos ............................................................ 162

Tabla N 32 Caudales medios mensuales del ro Guachaca .........................................................173


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Tabla N 33 Caudales medios mensuales multianuales del ro Guachaca....................................175

Lista de Anexos

Anexo N1Datos Climatolgicos Registro IDEAM

Anexo N2 Registro Fotogrfico


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1 PRESENTACIN

El distrito turstico e histrico de Santa Marta en los ltimos aos ha presentando

un continuo crecimiento de la poblacin, de manera que se forja la necesidad de

mejorar el abastecimiento de agua para satisfacer las necesidades de los

habitantes actuales y garantizar la demanda futura.

En la actualidad el Distrito T.C.H se abastece de 3 fuentes superficiales (Ro

Piedra, Ro Manzanares y Ro Gaira) y 2 fuentes subterrneas (Acufero del ro

Gaira y el ro Manzanares). Como se puede apreciar en la siguiente tabla se citanlos valores de concesiones de las diferentes fuentes, en las que se extrae 1.6

m3/s. Caudal que tendr que aumentar en los prximos aos para satisfacer la

demanda. A la fecha estas fuentes de agua no cuentan con anlisis que sean

tiles para tomar decisiones y confrontar a futuro la oferta natural y la demanda del

recurso hdrico, en trminos de las disponibilidades tanto de las citadas fuentes

superficiales como de las subterrneas.

CONCESIONES DE AGUA

Nombre FuenteCaudal

(l/s)Fechainicio

Vigenciaen aos

PozosProfundos

Pozos Universidad, Federacin,Taminaca, Trujillo , Bolivariano , crcel,

estadio ;Santa Catalina y Ciudadela 29 deJulio

211 15/02/1996 10

PozosProfundos

Pozos 4 , 7, 8 10 , 11 y 12 Nota: secancelo la concesin de los pozos 8, 10 y

12180 10

AguaSubterrnea

Pozos Los Naranjos, Santa Cruz de

Curinca, Teyuna, La Carbonera; SantaClara y Lbano

180 22/03/2000 10

Ro Piedra Ro Piedra 210 15/03/2002 5Ro Gaira Ro Gaira 280 15/03/2002 5

RoManzanares

Ro Manzanares 330 15/03/2002 5

Tabla N1 Concesiones de agua para el Distri to de Santa Marta


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Dada la preocupacin que actualmente ocupa la atencin sobre el abastecimiento

de agua a la poblacin del DTCH de Santa Marta, y en consideracin a las

diferentes hiptesis que se tejen sobre la suerte de las actuales fuentes y su

estado (cantidad y calidad del recurso), y con el fin de realizar los aportes queenriquezcan el conocimiento sobre la disponibilidad del recurso hdrico de las

cuencas de la Sierra Nevada de Santa Marta, el presente documento es un

esfuerzo de sus autores, director y asesor, para adelantar las investigaciones y

valoraciones que concluyan, para el caso de la cuenca del Ro Guachaca, en la

realizacin de un estudio hidrolgico, de manera que se facilite con la ayuda de

aplicacin de modeladores numricos, obtener y calibrar los caudales medios

mensuales multianuales para as evaluar la disponibilidad del recurso en lasdiferentes pocas del ao y ofrecer la informacin necesaria para la toma de

decisiones a futuro, bien sea para orientar el uso del recurso o para generar

pautas que propicien el ordenamiento de la cuenca hidrogrfica del Ro Guachaca,

de forma que la informacin aqu condensada sea complementada con aspectos

poblacionales, sociales econmicos, lneas y tendencia de desarrollo, ambientales,

de usos de suelos manejo territorial, de saneamiento bsico, energtico y de agua

para usos humanos, domsticos, agrcola pecuario industrial, turstico, navegacin

etc.

Cabe anotar que este estudio aportar nuevas herramientas de anlisis para la

evaluacin de la disponibilidad del recurso hdrico de corrientes superficiales

empleando Modelos Digitales de Terreno (MDT) que describen la variacin

espacial de las diferentes elevaciones de la cuenca sobre el nivel del mar y la

caracterizacin hidrolgica en funcin de los registros histricos de los ltimos 20

aos de tal manera que se obtenga el diagnostico hdrico del comportamientocercano al de la cuenca en estudio.

Todos los parmetros evaluados de la cuenca se procesarn de manera manual,

para as poder comparar con los resultados que se obtengan mediante la

utilizacin de software aplicados en el desarrollo de este trabajo, cuyas rutinas y


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herramientas de sistema son empleadas para la elaboracin de estimaciones

hidrolgicas de una cuenca, contando con los parmetros de precipitacin,

evaporacin y parmetros fsicos de la cuenca, (Longitud principal del cauce,

forma de la cuenca, tiempo de concentracin, entre otros); para as obtenerresultados como hidrogramas de escorrenta, donde conoceremos la variacin de

los caudales de salida en funcin del tiempo para cualquier periodo de diseo

(tiempo de retorno). Complementariamente, el uso de Modelos Digitales de

Terreno (MDT), los cuales son estructuras numricas de datos que representa la

distribucin espacial de una variable cuantitativa y continua con respecto al nivel

del mar se constituye en una herramienta importante que facilita el anlisis

hidrolgico y minimiza la incertidumbre sobre la componente del terreno (relieve yorografa) la cual no era atendida de forma suficiente por los mtodos y estudios

clsicos sobre hidrolgica aplicadas a cuencas.

Para el procesamiento de estas variables, MDT, se emplear el software

HIDROSIG creado por el Postgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidrulicos

de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medelln, el cual nos dar

finalmente el modelo calibrado de la cuenca para as obtener informacin en

cualquier punto de la misma y en cualquier tiempo que se desee.

La implementacin de tecnologas combinadas con el conocimiento y criterio

adquirido en la academia y con el apoyo de la informacin recopilada, constituyen

condiciones de excepcional relevancia para el xito del presente trabajo, el cual se

traduce en escenarios de investigacin para los graduandos, y de fusin de

experiencias y ensayos de alto rendimiento en otros puntos geogrficos del pas,

la Costa Norte Colombiana, Amrica del Norte y Amrica del Sur.


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2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente en Colombia el 50% de la poblacin urbana sufre problemas de

suministro de agua y se anuncia que en el ao 2025, el 69% de la poblacin

enfrentar riesgos de desabastecimiento de agua (El agua un bien publico N

26); esta cifra alarmante genera inquietudes para pensar en preservar y mitigar

efectos nocivos que perjudiquen los recursos hdricos existentes, los cuales son

base fundamental para el desarrollo socioeconmico del pas. En el mbito poltico

y social se ha promovido un proyecto de Ley (N 365 /2005) que aspira que se

impulsen procesos de planificacin en las cuencas hidrogrficas, con base en una

serie de metas con beneficio al desarrollo auto -sostenible de las misma.

En caso de el departamento del Magdalena y en el casco urbano de Santa Marta

en lo concerniente a sus presentes fuentes de abastecimiento superficiales, (Ro

Gaira, Piedras y Manzanares) y fuentes subterrnea (Acufero del Ro Gaira y

Manzanares) a la fecha no poseen estudios que muestren el estado actual de

cada una de ellas ni seguimientos del deterioro en la fauna, flora y calidad de agua

a la que han sido sometidas indebidamente por el comportamiento de los

ciudadanos y la ausencia de un debido ejercicio de competencias de las

autoridades del sector que propician el aprovechamiento, uso y comercializacin

del recurso agua de todas las corrientes superficiales y subterrneas mediante

polticas de tipos extractiva y depuradora de vertidos contaminantes sin

pretratamiento alguno. De manera que para los pobladores de la ciudad la

cantidad de agua requerida para su uso peligra a medida que no se realicenanlisis y estudios que permitan tomar medidas que ayuden a aminorar el

agotamiento, contaminacin de los recursos hdricos y establecer la presin de la

demanda sobre la oferta de agua (ndice de escasez ), de manera que se conozca

la disponibilidad de las fuentes y ampliar la bsqueda de alternativas que reduzcan

el ndice de de escasez, no sin antes agotar la posibilidad de trabajar sobre las


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actuales fuentes de abastecimiento del DTCH de Santa Marta, sin llegar a la sobre

explotacin y mejorar la calidad del servicio buscando la conservacin de las

fuentes Gaira, Manzanares, Piedras y los Acuferos Gaira y Manzanares, como

objetivo prioritario y de paso como es de esperar, iniciar un proceso integral paraexplorar otras fuentes, para lo cual el presente estudio marca un patrn de

conducta (pro-activo e investigativo), el cual exige ser complementado con la

Reglamentacin del Recurso Hdrico de la Cuenca del Guachaca y con al Plan de

Ordenamiento de la Cuenca Hidrogrfica de la Cuenca del Guachaca.

Pensando ampliar fuentes para el abastecimiento de agua como alternativas

viables (desde el punto de vista de mejoramiento o como solucin para el principiode auto Sostenibilidad de las actuales fuentes) se ha estimado que la cuenca del

Ro Guachaca es apta para satisfacer las necesidades de la poblacin por un

largo periodo, pero esta afirmacin no es lo suficientemente segura debido a la

escasez de antecedentes y herramientas de estudios que se aplicaron en el

pasado a sta.

Por ello cuestionar la disponibilidad de la oferta de la cuenca sin fundamento es un

problema que perjudica directamente estos recursos debido a que la denominan

apropiada independientemente del objeto de estudio sin un previo anlisis que

garantice las condiciones ptimas de esta. As que surge la necesidad de realizar

evaluaciones por medio de metodologas que permitan ampliar: conocimientos de

hoyas hidrogrficas, comportamiento de caudales en los meses del ao y conocer

la disponibilidad del recurso agua presente en la zona (por medio datos

hidrolgicos) y que queden como insignia de manuales de procedimiento para

futuros estudios de manera que no se atente con el bien comn El AGUA.


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3 ANTECEDENTES

La historia del acueducto de la ciudad de Santa Marta se remonta a la poca de

finales del siglo XVIII, donde los gobernantes de esas pocas permitieron la

construccin de una acequia sacada del ro y distribuido desde all a distintas

partes: una entrada a la ciudad hasta la caja de agua, de ah a la plaza de armas

y otra corra por la parte norte.

Al inicio del funcionamiento de la acequia se generaron mltiples protestas por

partes de los hacendados ubicados en la cercana del rea de influencia delrecorrido de esta; debido que el gobernador Astigarraga propuso la toma o

expropiacin de las tierras cercanas al sector, sin embargo no se produjo lo

anterior por que los propietarios de las tierras se opusieron con sus ttulos legales

a la medida del cabildo. No obstante aos mas tarde se resolvi que el municipio

tomara solo las franjas de tierras que necesitara para el paso de la acequia y

dejara el resto de su hacienda a sus respectivos dueos.

El punto de captacin de la acequia fue construido en medio del Ro Manzanares,

entre las fincas Junn , San Pedro Alejandrino y San Antonio del Pin .pasaba por

la Revuelta y el Pereguetano donde era almacenada en unas albercas y en su

recorrido regaba todas la posesiones de ese vasto sector .

La caja de agua era una antiqusima construccin para almacenar y distribuir las

aguas del ro Manzanares. Tenia 4 lados orientados en direccin a los signos

cardinales, cerrados los costados Norte y Sur con una abertura por el este para

darle entrada al agua que llenaba el interior de la caja y sala por el costado Oesteuna pequea alberca exterior, con un tubo por donde sala el agua para que la

recogieran los Samarios


17/202



Obviamente este sistema primitivo en la actualidad se desvaneci totalmente

ahora el Distrito T.C.H de Santa Marta se abastece actualmente de 3 fuentes

superficiales y 2 fuentes subterrneas distribuidos en toda Santa Marta incluyendo

el sistema sur del Rodadero.

Para la parte sur del Rodadero, compuesta por Gaira, Playa Salguero, Rodadero y

Rodadero Sur, se abastecen del ro Gaira junto con los pozos existentes en la

zona .y el del casco urbano de la ciudad de Santa Marta, se abastece de dos

fuentes superficiales que son Ro Piedras, Ro Manzanares y su respectivo

acufero, cuyas aguas llegan a la Planta de Tratamiento de Agua Potable de Santa

Marta. El caudal extrado de estas fuentes segn las concesiones para abastecerlas poblaciones es de 1.6 m3/seg.

El procedimiento de captacin actual para el Distrito de santa Marta, se encuentra

de la siguiente forma:

La captacin de Ro Piedras y Manzanares esta constituida por un sistema a

Gravedad cuyas aguas recolectadas llegan a la Planta de Tratamiento de Agua

Potable de Mamatoco para luego ser distribuida a la Poblacin. Cuando se

presentan pocas de bajo caudales, entran en funcionamiento los pozos que

constituyen el acufero de Santa Marta.

La captacin del Ro Gaira, sistema a gravedad, recoge las aguas y son tratadas

en la Planta de Tratamiento El Roble y luego enviadas la Estacin de Rebombeo

ubicada en la ciudad de Gaira, en donde se hace la mezcla de esta con el agua

captada por los pozos del acufero de Gaira, de manera que se distribuye a la

parte sur del Rodadero.


18/202



4 MARCO TERICO

Una evaluacin de la cantidad de agua disponible es un pre-requisito para el

desarrollo socio econmico y administracin del recurso hdrico, ya sea para el

propsito de suministrar agua a una poblacin, emplearla para la agricultura, usos

industriales o para la produccin de energa, entre otras muchas aplicaciones.

En todos los ecosistemas, el agua interacta con la tierra firme, la atmsfera y los

seres vivientes. El agua es la caracterstica integrante que fluye a travs de

nuestras vidas. Ella refleja nuestro cuidado y preocupacin por los alrededores. Laadministracin sustentable de nuestros recursos hdricos est por lo tanto

ntimamente unida con nuestra habilidad de estimar adecuadamente estos

recursos.

4.1 CUNTO SABEMOS DEL AGUA?

Empezar por decir que el agua es un bien finito, demasiado vulnerable hoy en da,

un recurso fundamental tanto para el desarrollo socio econmico, como para la

preservacin de la salud de los ecosistema, son todos argumentos totalmente

ciertos, pero lamentablemente esta conceptologa muchos la desconocen y lo ms

triste es saber que nuestros antepasados tenan ms cuidado en preservar este

recurso que nuestra generacin, que piensa que es una fuente inagotable y que

este problema no nos cobija a nosotros ignorando que todas las especies de este

planeta incluida la nuestra estn en peligro de extincin.

El agua del planeta esta conforma por ros, lagos, mares, ocanos, nubes y

glaciares estimada en un volumen de 1460 millones de kilmetros cbicos

aproximadamente.


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En cantidades absolutas las cifras son enormes. En la siguiente tabla se citan los

valores absolutos del agua en la tierra.

FUENTE VOLUMEN KM3Ocanos y Mares 1370.000.000Corteza terrestre 60000.000

Glaciares y Nieves perpetuas 29000000Lagos 750000

humedad del suelo 65000Vapor atmosfrico 14000

Ros 1000

Total 1460000000Tabla N2 Valores de volmenes agua en el planeta

Podemos observar que la cantidad de agua dulce en la tierra es un escaso 2.5%

del total del agua en el planeta; de este tan solo 11 millones de kilmetros cbicos,

es decir un 0.77% cuenta como parte del ciclo hidrolgico del agua que circula de

forma relativamente rpida. No obstante el agua de lluvia slo es renovable con

cada precipitacin.

En pocas palabras las personas y las especies de la tierra slo contamos con tansolo 34.000 kilmetros cbicos de lluvia que anualmente forma la escorrenta que

vuelve a los ocanos por los ros y agua subterrnea.

4.2 EL AGUA EN LA TIERRA Y SUS PROPIEDADES

El agua se presenta principalmente como un lquido de caractersticas poco

comunes, es un recurso natural indispensable para todos los seres vivos y en

general forma parte de toda la materia viva. El hombre la utiliza para realizar

muchas de sus actividades como la agricultura, la industria, el transporte y otras

actividades diarias, pero el ser humano en estas continuas rutinas se ha esmerado

por alterar su medio natural de manera cada vez mas intensa, ejemplo en la era


20/202



industrial la humanidad comenz a modificar profundamente los flujos naturales y

producir desechos que iban mas all de la capacidad de reciclaje y depuracin de

la naturaleza.

Los siguiente datos estadsticos son curiosos y sirven para reflexionar: el agua en

la tierra ocupa alrededor del 70% del globo terrestre y el cuerpo humano contiene

un promedio de 71% de agua; as como nosotros tenemos la necesidad y el

derecho de consumir agua cuando tenemos sed para mantenernos hidratados; la

tierra y todas sus especies incluidos nosotros mismos, necesita mantenerse

hidratada para ser preservada.

4.3 EL AGUA EN COLOMBIA

Colombia es unos de los pases ms ricos en recursos hdricos y hasta hace poco

no se consideraba que tuviera problema de disponibilidad de agua para el

abastecimiento de la poblacin. El crecimiento paulatino de la poblacin, el uso

poco eficiente del agua y deforestaciones continuas han sido causas de problemas

de disponibilidad, afectando de esta manera la calidad de vida de la poblacin all

asentada.

La situacin actual de algunas regiones del pas son poco alentadoras, en algunas

zonas secas como la Andina, el Caribe an ms en las regiones extra andinas

con mejores condiciones referente a disponibilidad de agua la situacin tambin es

de preocupar, esto se debe al desarrollo industrial, agrcola y pecuario. Donde el

consumo de altos volmenes de agua crece proporcionalmente con desechosslidos que generalmente son vertidos a los causes con sus efluentes sin

tratamiento previo. Adicionalmente esta oferta se ve afectada en muchos casos

por los altos volmenes de sedimentos depositados en las corrientes de agua

originados por los procesos de erosin natural o por la accin antrpica.


21/202



Para observar cual es el comportamiento del recurso agua en esas regiones es

necesario realizar evaluaciones del ndice de escasez, permitiendo establecer 2

indicadores sencillos de sostenibilidad del recurso agua, buscando simplificar,

analizar y priorizar actividades que tienen que ver con el uso y manejo del agua.

ndice de escasez: este termino expresa el nivel de abundancia o escasez de agua

relacionando la oferta especifica con la demanda correspondiente. Su valor varia

en trminos de porcentajes (%). De acuerdo con las Naciones Unidas no es

alarmante cuando el ndice de escasez varia entre 10% y 20 %, pero si se deben

realizar procesos de ordenamiento de cuencas hidrogrficas. En cambio en

aquellos casos en el cual el ndice de escasez supere el 50% es prioritario analizarla relacin oferta demanda para evitar crisis futuras. A continuacin se expresan

algunos parmetros que califican los rangos segn los valores alcanzados por el

ndice de escasez y las acciones por abordar.

Categora Rango CaractersticaAl to Mayor de 50% Situacin de disponibilidad critica

Medio Alto 21% - 50 % tomar medidas preventivas para crisis futurasMedio 11% - 20% Disponibilidad limitada

Mnimo 1% - 10% Demanda muy baja en relacin a la ofertaNo signi ficativo Menor de 1% Demanda no significati va en relacin con la ofertaTabla N3 ndice de escasez

Vulnerabilidad por disponibilidad de agua: Trmino que hace referencia a la

fragilidad de un recurso hdrico para garantizar la disponibilidad de agua para el

abastecimiento de la comunidad ante serias amenazas de un periodo seco o un

escenario ms crtico; ejemplo, un evento como el fenmeno del nio.

Precipitacin media anual multianual: este trmino hace referencia a la

precipitacin promedio de todos meses de aos de referencia, generada por la

precipitacin media de los meses del ao.


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Segn los registros IDEAM durante el periodo de 1978 y 1995 en Colombia se

present una precipitacin total anual de 3000 mm ao, para un volumen

nacional neto de precipitacin de 2112 Kilmetros Cbicos.

En el siguiente grafico se muestra los valores de escorrenta (mm/ ao ) producidapor la precipitacin media mensual multianual para el 25 aos de periodo.

Figura N1 Precipitacin Media Anual mu ltianual (1975-1995)

600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000 1800000

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

0 200 400 800 1500 3000 5000 7000 9000 11000 13000

Escorrenta [mm/ao]

PRECIPITACION MEDIA ANUAL MULTIANUAL

PERIODO 1970 -1995

Fuente IDEAM-2001


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4.4 RECURSO EN CRISIS

Situaciones como la de Nger (frica) donde 3.8 millones de 12 millones de sus

habitantes es decir mas del 30% del total de la poblacin esta sufriendo

problemas severos de desnutricin y deshidratacin pero para no dejarse morir de

la sed las personas caminan alrededor de 5 Km pero la cantidad de agua

conseguida no es la suficiente; y eso sin contar que parte de esta agua esta

contaminada as que sino mueren deshidratados mueren por enfermedades .Hoy

en da muchos no damos la mayor importancia a estos hechos reales , ignorando

que regiones como la Andina y la Caribe donde la demanda de agua crecedesmedidamente la distribucin espacial del agua no es homognea en territorio

Colombiano con abundancia s en ciertas regiones y escasez en otras como las

mencionadas. Sin llegar a exagerar es vulnerable que este panorama se viva muy

pronto no solo aqu si no tambin a nivel mundial cuando nos gastemos la poca

cantidad de agua potable existente en la tierra. Segn las estadsticas se calcula

que en algunas naciones del mundo el aumento de su poblacin crecer entre

45% y 75% hasta el 2025, incluso se teme que la poblacin de Pakistn se

doblara.

No obstante el aumento de la poblacin a nivel mundial crecer de 6100 millones

de personas a 9600 es decir un 57% de crecimiento. Las Naciones Unidas

anuncian que para alimentar tal cantidad de seres humanos la produccin agrcola

tendr que aumentar un 50%, consecuentemente la demanda de agua

indudablemente se multiplicar es decir en trminos coloquiales mientras que la

nica fuente renovable de agua dulce es la lluvia en la zonas continentales, lapoblacin del mundo sigue creciendo 85 millones de personas cada ao. As pues,

la disponibilidad de agua dulce por cabeza esta disminuyendo rpidamente; sin

contar que el consumo por habitante se duplica cada 20 aos.


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5 JUSTIFICACIN

La situacin crtica que esta atravesando el planeta entero en lo referente al agua

(donde millones de personas mueren anualmente bien sea por circunstancias de

escasez o de calidad) es una realidad que muchos viven y que pocos conocen

pero cuyo escenario lo estaremos viviendo todos, si no cambiamos nuestras

idiosincrasia y de no darle un giro de 180 a las tendencia actuales que se

presentan a continuacin.

Los seres humanos tenemos la creencia que el agua es una fuente inagotable,

pero lamentablemente esta suposicin no es verdad. Si bien el volumen de agua

es de 1460 millones de Km3 la cual esta constituida por los Ocanos, Glaciares,

Lagos y Ros y el volumen de agua dulce apta para consumo humano no supera

el 1 % del total esto sin contar que el uso poco eficiente del agua , la escasa y la

no gestin integral de manejo de cuencas por parte de las autoridades

competente y acciones destructivas del hombre como la deforestacin han hecho

que se reduzca la calidad y el volumen de agua presente en las fuentes hdricas.Pero sin ser pesimista si no realista existen otros factores que desfavorece como

la poblacin, se estima que para dentro de 25 aos aproximadamente la tierra

acoger un 57 % mas de la poblacin actual es decir que para el 2030 la tierra

tendr 9600 millones de habitantes el cual es un indicador que muestra que el

consumo mundial de agua se dobla cada 20 aos por y cada vez mas la taza de

volumen de agua por habitante decrece exponencialmente.

El mundo de hoy, en su afn de progreso y desarrollo tecnolgico ha obligado a

sectores agrcola, pecuario e industriales a incrementar su produccin con el fin de

mejorar la calidad de vida de los seres humanos .Pero parece que este fin no es

logrado en su totalidad; debido estos sectores en especial el industrial es unos de

los mayores consumidores de agua, gastando billones de litros de agua destilada


25/202


26/202



sus Acuferos) en las cuales no existen ningn tipo de estudios ni seguimientos

que den conocer el estado actual de la misma .

Si bien hoy por hoy solo existen 2 estudios que hacen referencia a cuencashidrogrficas: el primero realizado en el Ri Toribio que da a conocer el

comportamiento de caudales multianuales mediante un balance hdrico y el

segundo acerca de la quebrada Tamac, Ro Manzanares pero fueron enfocados

a la evaluacin de caudales Mximos, niveles de inundacin y restauracin de

cauce en la parte baja.

Por ello realizar evaluaciones que accedan a conocer la disponibilidad de la ofertahdrica en los ros, realizar balances hdricos y planes de manejo, rehabilitacin y

conservacin de cuencas es indispensable para que situaciones en bsqueda de

mejoramiento de abastecimiento de poblaciones no atenten con el desarrollo

autosostenible de la misma.

Con este documento se estara contribuyendo a dar un inicio a investigaciones

para estudios de cuencas hidrogrficas en el departamento del Magdalena en este

caso la cuenca del Ro Guachaca las cuales involucren parmetros

climatolgicos, hidrolgicos y geomorfolgicos que determinen su disponibilidad

de la oferta hdrica presente en la cuenca para satisfacer la demanda de agua

en el casco urbano de Santa Marta.

La vida es un derecho que tiene todo ser humano desde que nace y sin

llegar a exagerar el agua tambin lo es; ya que sin agua no hay vida.


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6 OBJETIVOS

6.1 OBJETIVO GENERAL

Caracterizar hidrolgicamente la cuenca del ro Guachaca y evaluar su

oferta hdrica.

6.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Disponer de informacin climatolgica de las estaciones metereolgicas en

el rea de influencia de la cuenca de estudio.

Brindar nuevas herramientas para la caracterizacin de cuencas.

Evaluar parmetros caractersticos de la cuenca mediante la

implementacin del software HidroSig Java (modelador hidrolgico a partir

de Modelos Digitales de Terreno).

Evaluar la disponibilidad del recurso agua mes a mes, a partir del Balance

Hdrico sobre la cuenca del ro Guachaca, teniendo presente el caudal

ecolgico o volumen de agua necesario para la autosostenibilidad del

entorno fauna y flora.


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Calibrar el modelo de la cuenca para evaluaciones hidrolgicas en cualquier

punto dentro del rea de estudio.

Establecer comparaciones entre los balances obtenidos a partir de los

modeladores hidrolgicos implementados y los clculos manuales

elaborados.


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7 FORMULACIN Y GRAFICACIN DE HIPTESIS

Las actuales fuentes superficiales de abastecimiento de agua en la ciudad de

Santa Marta (Ro Piedras, Ro Manzanares) poseen una infraestructura de

captacin las cuales han cumplido con su periodo de diseo. El incremento de la

demanda hizo pensar en la ampliacin de instalaciones al sistema, las cuales lo

han hecho trabajar correctamente estos ltimos aos. Tomar otro punto de

captacin para un futuro en otra cuenca diferente a las actuales, ayudara a

satisfacer el dficit actual sin sobreexplotar la misma, respetando el principio de

autosostenibilidad.

Como alternativa ms viable para la ampliacin de la cobertura de servicio de

agua es la de tomar como alternativa la cuenca del ro Guachaca.

Para la escogencia de una cuenca que sirva como portadora, es indispensableuna serie de estudios con fundamentos que determinen el potencial hdrico

presente en los diferentes meses del ao y especialmente en los periodos de

sequas donde los caudales de los ros son bajos. Esta clase de soporte no se ha

efectuado en los estudios elaborados para esta cuenca; por consiguiente, la

evaluacin de la oferta hdrica del ro Guachaca nos dar parmetros para definir

la potencialidad de esta como fuente alternativa para el abastecimiento al Distrito

de Santa Marta u otra poblacin aledaa a la zona.


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31/202



8.1.2 LONGITUD DE LA CORRIENTE PRINCIPAL (L)

Definida como la distancia horizontal del ro principal entre un punto aguas abajo y

otro punto agua arriba donde la tendencia general del ro principal corte la lnea de

contorno de la cuenca

Figura N3 Longitud de una corriente principal

8.1.3 PERMETRO DE LA CUENCA (P)

Magnitud definida por la longitud de la lnea de separacin cerrada o de contorno

trazada por toda la divisoria de la cuenca. Es un parmetro que nos muestra en

funcin con el rea, caractersticas en lo concerniente a la forma de la cuenca.

Figura N4 Permetro de una Cuenca

L

P


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8.1.4 ANCHO DE LA CUENCA (W)

Se define como la relacin entre el rea (A) y la longitud de la corriente principal

(L)

L

AW=

Figura N5 Ancho de una Cuenca

8.1.5 FORMA DE LA CUENCA

Aqu se cuantifican caractersticas por medio de ndices o coeficientes, los cuales

relacionan el movimiento del agua y las respuestas de la cuenca a tal movimiento;

entre estos parmetros tenemos:

8.1.5.1 ndice de Gravellius (Kc):

Tambin conocido como coeficiente de compacidad (Kc), el cual se obtiene a

partir de la relacin entre el permetro de la cuenca y la longitud de la

circunferencia de rea igual al rea de la cuenca.

A

PKc 28.0=

Cuando su valor tiende a la unidad, significa que hay mayor tendencia a las

crecientes.

W


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8.1.5.2 Factor de Forma (Kf):

Es la relacin entre el ancho medio y la longitud del cauce mayor o corriente

principal de la cuenca siguiendo el curso de agua ms largo.

2L

AKf =

8.1.6 SISTEMA DE DRENAJE

Est constituido por el ro principal y todos sus afluentes; este parmetro tambin

es conocido como Red de Drenaje.

8.1.6.1 ndices de Horton:

Indica el grado de ramificacin o bifurcacin dentro de una cuenca; define el

carcter de complejidad de la Red de Drenaje.

Figura N6 Orden de Horton

Segn el IDEAM, las corrientes se le atribuyen el grado de ramificacin o

bifurcacin de la siguiente forma:

Corrientes de primer orden: son las que tributan directamente al mar.

Corrientes de segundo orden: son las que contribuyen a las de primer orden.

Corrientes de tercer orden: son las que contribuyen a las de segundo orden.

1

2

3

n-1n

2

3

3


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Corrientes de orden n: son las que contribuyen a las de orden n-1

8.1.6.2 Densidad de Drenaje (Dd)

Relacin entre la longitud de los cursos de agua y el rea de la cuenca.

A

LDd total=

8.1.6.3 Sinuosidad de las corrientes (S)

Facilita una medida de velocidad de la escorrenta del agua a lo largo de la

corriente.

Lt

LS=

Siendo L, la longitud del cauce principal por el eje del mismo y Lt longitud del valle

del ro medida en lnea recta o curva

8.1.7 CARACTERSTICAS DEL RELIEVE:

Son muy importantes ya que el relieve de una cuenca puede tener ms influencia

sobre la respuesta hidrolgica que la forma de la cuenca.

8.1.7.1 Pendiente de la cuenca:

Caracterstica importante en la evaluacin de las cuencas, ya que la pendiente de

la cuenca controla en buena parte la velocidad que se presenta en la escorrenta

superficial y condiciona el poder de arrastre y la erosin fluvial sobre la misma y

por tanto afecta el tiempo que emplea el agua de lluvia para concentrarse en los

lechos fluviales que constituye la red de drenaje de las cuencas. Claro esta que

este parmetro esta asociado tambin al tipo de suelo y el tipo de vegetacin

sobre ella y su cobertura y estado.


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Un mtodo que puede ser usado para el clculo de la pendiente de una cuenca es

por medio de cuadriculas asociadas a un vector, que consiste en determinar la

distribucin de las pendientes de los terrenos por medio de una muestraestadstica de las pendientes normales a las curvas de nivel dentro de la cuenca.

8.1.7.2 Curva hipsomtrica:

Esta curva representa el rea drenada en funcin con la altura de la superficie de

la cuenca. Tambin podra verse como la variacin media del relieve de la cuenca.

La curva hipsomtrica se construye llevando al eje de las abscisas los valores dela superficie drenada proyectada en km2 o en porcentaje, obtenida hasta un

determinado nivel, el cual se lleva al eje de las ordenadas, generalmente en

metros. Normalmente se puede decir que los dos extremos de la curva tienen

variaciones abruptas. La funcin hipsomtrica es una forma conveniente y objetiva

de describir la relacin entre la propiedad altimtrica de la cuenca en un plano y su

elevacin.

Figura N7 Curvas hipsomtricas caractersticas


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8.1.7.2.1 Elevacin media de la cuenca (E)

Se define como la sumatoria de las cotas medias de cada intervalo multiplicada

por el rea de dicho intervalo entre la sumatoria de las reas

=

)(

)..(

Area

AreaIntervaloMediaCotaE

8.1.7.3 Perfil altimtrico de la corriente principal

El perfil altimtrico es simplemente el grfico de altura en funcin de la longitud alo largo del ro principal. Con base en la forma del perfil altimtrico del ro se puede

inferir rasgos generales de la respuesta hidrolgica de la cuenca en su expresin

de la hidrgrafa, o sea, la variacin del caudal con el tiempo. Tambin los perfiles

se usan para estudios de: prefactibilidad de proyectos hidroelctricos, produccin

de sedimentos, ubicacin de posibles sitios susceptibles de avalanchas, etc.

Generalmente cuencas con pendientes altas en el cauce principal tienden a tener

hidrgrafas ms variables que cuencas con pendientes menores, en donde las

hidrgrafas son mas cortas.

Figura N8 Perfil altimtrico cauce principal

8.1.7.3.1 Pendiente Media

La pendiente es un parmetro que controla la velocidad de escurrimiento de la

cuenca, es decir, a mayor pendiente, mayor velocidad.


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Existen dos conceptos de pendientes:

La Pendiente media (S1)

Es la diferencia total de la elevacin del lecho del ro entre su nacimiento y

desembocadura, dividido por su longitud entre esos dos puntos.

01

21

LL

hohS

=

La Pendiente media ponderada (S2):

Este valor es mas razonable y se calcula trazando una lnea inclinada que

intercepte los dos ejes, tal que el rea comprendida entre esa lnea y los ejes

coordenados sea igual a la comprendida entre la curva del perfil del ro y dicho

ejes.

01

012

LL

hhS

=

La siguiente figura N9 muestra las dos pendientes

Figura N9 Pendiente media y media Ponderada

E

levacin(m.s.n.m.)

Longi tud cauce mayor (Km.)


38/202



8.1.8 TIEMPO DE CONCENTRACIN (TC):

Este es el tiempo que toma una gota de lluvia que cae en el punto ms distante de

una cuenca, para llegar a una determinada seccin de dicha corriente. El tiempo

de concentracin mide el tiempo que se necesita para que toda la hoya contribuya

con escorrenta superficial en una seccin considerada. Se mide en minutos u

horas.

Hay numerosas expresiones para determinar el tiempo de concentracin, Tc,

desarrolladas en pases con clima y morfologa totalmente diferentes a las de

Colombia. Algunas expresiones que se usan en el anlisis son las siguientes:

Temez (1978)

75.0

25.03.0

=So

LTc

Tc: tiempo de concentracin, en horas.

L: longitud del cauce principal, en kilmetros.

So: diferencia de cotas entre los puntos extremos de la corriente sobre L, en %.

Kirpich (1990)

77.0

066.0

=

So

LTc


L: longitud desde la estacin de aforo hasta la divisoria, siguiendo el cauce

principal en kilmetros.

So: diferencia de cotas entre los puntos extremos de la corriente sobre L, en m/m.


39/202



California Culverts Practice (1942)

385.03

=

H

LTc


L: longitud del canal principal, en kilmetros.

H: diferencia de cotas entre el punto de inters y la divisoria, en metros.

Giandiotti (1990)

SoL

LATc

+=

3.25

5.14


A: rea de la cuenca, en kilmetros cuadrados.

L: longitud del cauce principal, en kilmetros.

So: diferencia de cotas entre puntos extremos de la corriente sobre L, en m/m.

Prez Monteagudo (1985)

RV

LTc=

L: longitud de la corriente principal.

VR: velocidad por el cauce principal de la onda de creciente.

VR: se expresa como:

6.0

72

= L

AE

VR

VR: Velocidad, en Km/h.

AE: diferencia de cotas, en kilmetros, en el cauce principal, desde el punto ms

alto al ms bajo.


40/202



8.1.9 HIDROGRAMA UNITARIO SINTTICO

La determinacin de Hidrograma Sinttico para una duracin dada, en una cuenca

particular, depende de la existencia simultnea de registros de precipitacin y

caudal, que no siempre estn disponibles. Se han desarrollado tcnicas que

relacionan caractersticas morfomtricas de la cuenca (rea, permetro, pendiente,

etc.) con caractersticas del hidrograma unitario (tiempo al pico, caudal pico,

tiempo base, etc.). Estas relaciones se conocen con el nombre de hidrogramas

unitarios sintticos. La mayora de ellas son empricas, obtenidas con base en

datos de varias cuencas.

Las hidrgrafas unitarias sintticas pueden ser de tres tipos (Chow, 1994):

1) Las que relacionan las caractersticas de la hidrgrafa (caudales, tiempos al

pico, tiempo base, etc.) con las caractersticas de la cuenca. De este tipo son la de

Snyder (1938) y la de Gray (1961).

2) Aqullas basadas en hidrgrafas unitarias adimensionales: la del Soil

Conservation Service (SCS) y la de William y Hann.

3) Las basadas en modelos de almacenamiento de la cuenca: Clark (1943).

Muchos son los mtodos o modelos de hidrograma unitarios sintticos reportados

en la literatura; ninguno de ellos ha sido desarrollado para las condiciones

hidrolgicas propias de un pas tropical como Colombia. Sin embargo, esta

metodologa (los hidrogramas unitarios sintticos) es extensivamente usada en

Colombia. Los modelos del hidrograma unitario sinttico ms utilizados en

Colombia son:

Snyder Servicio de Conservacin de Suelos (SCS)

Williams y Hann


41/202



Investigaciones realizadas en la Facultad de Minas, Universidad Nacional de

Colombia, Sede Medelln (Ochoa, Toro, 1992), muestran que las aplicaciones de

estos mtodos y modelos han originando resultados que son muy distantes para

una misma cuenca, con variaciones en los resultados de hasta 1000%. En esasinvestigaciones se concluy que el modelo del hidrograma unitario sinttico ms

apropiado para usar en nuestro medio es el de Williams y Hann.

8.1.9.1 Hidrograma Unitario de Williams y Hann

A principios de la dcada del setenta, Jimmy R. Williams y Roy W. Hannpropusieron un modelo para calcular el Hidrograma Unitario Sinttico producido

por una lluvia instantnea en una cuenca, a partir de sus principales

caractersticas geomorfolgicas, como son el rea, la pendiente del canal principal

y la relacin largo-ancho entre otros.

Las caractersticas geomorfolgicas de la cuenca estn representadas en el

modelo mediante dos coeficientes, que son la constante de recesin (K), y el

tiempo al pico (Tp).

El Hidrograma Unitario Sinttico desarrollado por Williams y Hann puede

expresarse en forma adimensional, dividiendo las abscisas y las ordenadas por el

tiempo al pico (Tp), y el caudal pico (Up), respectivamente, aunque tambin

pueden aplicarse con unidades de caudal (U) y tiempo (t).

Las ecuaciones propuestas por Williams y Hann para la determinacin de la formade su Hidrograma Unitario Sinttico son las siguientes:

( )

=

111

1 PT

tn

n

P

P eT

UUPara t < to


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= Ktt

o

o

eUU Para to< t < t1

= Ktt

o eUU31

Para t > t1

La ecuacin para el caso cuando t < toes aplicable a la curva de concentracin, es

decir, hasta el punto de inflexin, t0, de la rama decreciente (ver Figura).

Las ecuaciones para el caso to< t < t1 y t > t1 conforman la curva de recesin.

La ecuacin para el caso to< t < t1slo es vlida entre los puntos t0y t1, los cuales

estn separados por una distancia igual a dos veces la constante de recesin ,2K,

(ver Figura N10).

Figura N10 Hidrograma unitario sin ttico de Williams y Hann

Parmetros K y Tp del modelo. En el modelo de Williams y Hann, los parmetros

K y TP fueron determinados mediante anlisis de regresin, realizados sobre una

muestra de 34 cuencas localizadas en diversos lugares de los EE.UU., cuyas


43/202



reas oscilan entre 1.30 Km2y 650 Km2. Dichos anlisis arrojaron como resultado

las siguientes ecuaciones:

124.0

777.0231.0

0.27

=

C

C

CPC W

L

SAK

133.0

46.0422.063.4

=

C

CCPCP

W

LSAT

En donde:

ACes el rea de la cuenca en mi2.

SCPes la pendiente media del canal principal en pies/milla.

LC/WCes la relacin largo ancho de la cuenca.

K es la constante de recesin en horas

TPes el tiempo al pico en horas.

Tiempos y Parmetros. La determinacin de los tiempos t0y t1y de los parmetros

n y B es necesaria para la obtencin del Hidrograma Unitario Sinttico. Estos

tiempos y parmetros fueron deducidos por Williams y Hann; las expresiones

obtenidas son las siguientes:

( )

+=5.0

1

11

nTt Po

El punto t1 est localizado a una distancia igual a dos veces la constante de

recesin de la cuenca, (2K), contada a partir de t0, es decir:

Ktt o 21 +=

n es conocido como el parmetro de forma del Hidrograma Unitario Sinttico de

Williams y Hann, y se puede encontrar con la siguiente expresin:

2

2

1

4

1

2

11

+

+

+=

PPP T

KT

KT

Kn


44/202


45/202


46/202



8.2.1.2 Precipitacin media de la cuenca

La precipitacin se mide generalmente con pluvimetros, que son recipientes

estandarizados en los cuales puede medirse la lmina precipitada.

Los registros obtenidos de un pluvimetro o de un pluvigrafo representan

solamente un dato puntual dentro de un rea determinada. Para los anlisis

hidrolgicos, se requiere conocer la precipitacin sobre la regin de estudio, por lo

que se hace necesario convertir los valores puntuales de varias estaciones en un

valor promedio para la zona de estudio. Para esto, existen procedimientos tales

como:

8.2.1.2.1 Mtodo de la media aritmtica.

Este mtodo debe emplearse cuando la precipitacin de las estaciones cercanas

muestra poca variacin. Para la obtencin de esta se determina como el promedio

de las precipitaciones de las estaciones en el rea:

nPnPPP

n

Pn

Pm

n

++++== ...3211

8.2.1.2.2 Polgonos de Thiessen.

En este mtodo, los registros correspondientes a cada estacin son ponderados

por el rea de influencia de la estacin sobre el rea total de la cuenca.

El procedimiento para determinar estos factores de ponderacin es el siguiente: sedeterminan las estaciones que se van a usar en el anlisis y se unen por medio de

rectas; a estas rectas se les halla la mediatriz, y quedan definidos una serie de

polgonos que permiten definir el rea de influencia de cada estacin.


47/202



Para la obtencin de la precipitacin media tenemos:

Figura N13 Polgonos de Thiessen

At

AnPnAPAPAP

At

AiPi

Pm

n

++++=

=

...3322111

Este mtodo determina las reas de influencia usando nicamente un criterio

geomtrico, sin tener en cuenta influencias climticas o topogrficas.

8.2.1.2.3 Isoyetas

Las isoyetas son las lneas que unen los puntos de igual precipitacin. Se trazan

lneas de igual precipitacin, tal como se trazan las curvas de nivel.

Figura N14 Isoyetas o lneas de igual p recipitacin


48/202



Para la obtencin de la precipitacin media se suma el producto del valor de la

isoyeta media por su rea entre el rea total de la cuenca.

AtAnPnAPAPAP

At

AiPi

Pm

n

++++=

= ...3322111

8.2.1.3 Frecuencias Hidrolgicas

Es un procedimiento para estimar la frecuencia de ocurrencia o probabilidad de

ocurrencia de eventos pasados o futuros.

Para las estimaciones se utilizan distribuciones de probabilidad de valores

extremos, para definir precipitaciones o caudales mximos asociados a diferentes

perodos de retorno.

Frecuencia Hidrolog ica

120

170

220

270

320

370

0 20 40 60 80 100

Tiempo de retorno (aos)

Precipitacion

Figura N15 Representacin grfica de un anlisis de frecuencia hidrolg ica

La expresin del factor de frecuencia esta definida por

PMAXPMAXTr kP +=


49/202



Donde:

PTr: Precipitacin para un periodo de retorno TR.

PMAX: Media estimada de las precipitaciones mximas.

PMAX: Desviacin estndar de las precipitaciones mximas

K: Factor de frecuencia que depende de la distribucin y del periodo de retorno.

Para la distribucin por el mtodo de Gumbel, el factor k se estima de la siguiente

manera:

+

=1

5772.06

Tr

TrLnLnK

En la ciudad de Medelln (Antioquia), se han aplicado diversas metodologas para

la estimacin de probabilidades de ocurrencia, pero se han encontrado que la

metodologa de Gumbel y Lognormal son las mas aceptables y con resultados

muy cercanos a los medidos.

8.2.2 EVAPOTRANSPIRACIN

Es uno de los componentes ms importantes del ciclo hidrolgico, y tal vez el ms

difcil de cuantificar. Este es el operador natural mediante el cual parte de la

precipitacin que cae sobre la tierra regresa de nuevo al sistema atmosfrico, en

forma de vapor de agua. Aproximadamente, el 75% de la precipitacin promedio

anual retorna a la atmsfera por medio de la evapotranspiracin (Mutreja 1986).

En climas tropicales, como el colombiano, las prdidas por evaporacin en

embalses, ros y canales son significativos respecto al agua total disponible.

La evapotranspiracin se define, pues, como la suma de la evaporacin desde la

tierra (superficies de agua, suelo o vegetal) y la transpiracin de los vegetales y

seres vivientes.


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La evaporacin depende de varios factores que no son independientes entre s:

- Radiacin solar

- Temperatura del aire y del agua

- Presin- Humedad relativa

- Viento

- Calidad de agua de la fuente de evaporacin

- Geometra de la superficie del agua

8.2.2.1 Evapotranspiracin potencial

El concepto de la evapotranspiracin potencial (conocido tambin por su

abreviatura EVP) se ha definido con el objeto de tratar de cuantificar las "prdidas"

por evaporacin para una cuenca, desde superficies distintas a la del agua. Este

valor pretende suministrar la informacin sobre el lmite mximo de la

evapotranspiracin que realmente ocurrir sobre una determinada rea, si el

suministro de agua es ilimitado tanto para las plantas como para la superficie del

suelo. Se ha encontrado que es una funcin esencialmente de las variables

meteorolgicas y de la rugosidad de la superficie.

En resumen, la Evapotranspiracin potencial es la prdida de agua, sea por

evaporacin y por transpiracin de las plantas, observada en la superficie lquida o

slida saturada, que ocurrira en el caso que hubiera un adecuado abastecimiento

de humedad de agua al suelo en todo momento.

La evaporacin desde la superficie libre de agua de un lago podra ser un ejemplode la evapotranspiracin potencial. An ms, en muchas investigaciones

aplicadas, se puede asumir la evapotranspiracin potencial como igual a la

evaporacin desde un lago en la misma zona. Tericamente, esta observacin no

es correcta, pues el albedo para la superficie del agua y del suelo puede ser muy

distinto, y de hecho se pueden presentar grandes errores.


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8.2.2.1.1 Ecuaciones para estimar la Evapotranspiracin potencial

La falta de datos confiables de campo y las dificultades para obtener registros de

evapotranspiracin han dado origen a numerosos mtodos que buscan, medianteel uso de datos climatolgicos, estimar la evapotranspiracin potencial.

(Subramanya 1984). Hay un gran nmero de expresiones disponible; unas

puramente empricas y otras respaldadas por fundamentos tericos, las ms

conocidas son las siguientes:

Ecuacin de Penman.

Ecuacin de Turc.

Ecuacin de Thornthwaite.

Ecuacin de Blaney-Cridle.

Ecuacin de Ceni

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