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DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD MÁXIMA DEL RÍO SUMAPAZ ENTRE LOS MUNICIPIOS DE CABRERA Y MELGAR POR MEDIO DE

CORRELACIONES ESTADÍSTICAS

JHORMAN ALBEIRO MOLINA CONTRERAS Cód.: 20151579003

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL PROYECTO DE GRADO

BOGOTÁ DC 2018

DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD MÁXIMA DEL RÍO SUMAPAZ ENTRE LOS MUNICIPIOS DE CABRERA Y MELGAR POR MEDIO DE

CORRELACIONES ESTADÍSTICAS

JHORMAN ALBEIRO MOLINA CONTRERAS Cód.: 20151579003

Proyecto de Grado en la modalidad de monografía, para optar el título de Ingeniero Civil.

Tutor: Ing. Eduardo Zamudio Huertas

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENÍARIA CIVIL PROYECTO DE GRADO

BOGOTÁ DC 2018

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Nota de aceptación:

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Firma del presidente del jurado

____________________________________

Firma del Jurado

___________________________________

Firma del jurado

Bogotá D.C. 22 de Abril de 2018

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DEDICATORIA

A mi madre Lilia Contreras Santos por el apoyo incondicional que me ha

brindado durante toda la vida.

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AGRADECIMIENTOS

En primera instancia a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, que por medio de los contenidos programáticos desarrollados por los profesionales a cargo del área administrativa y académica, generan el crecimiento del estudiante fomentando criterio, responsabilidad y transparencia frente a las labores desempeñadas a nivel profesional.

Al ingeniero Eduardo Zamudio Huertas por el apoyo en la realización del presente proyecto.

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 10

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 11

OBJETIVOS ....................................................................................................... 12

Objetivo General ............................................................................................ 12

Objetivos Específicos ..................................................................................... 12

1. CAPÍTULO I ................................................................................................... 13

1.1. MARCO DE ANTECEDENTES ................................................................... 13

1.1.1. Estudios hidrológicos del IDEAM .......................................................... 13

1.2. MARCO GEOGRÁFICO .............................................................................. 13

1.2.1. Delimitación y Localización de La Cuenca del Rio Sumapaz ................ 13

1.2.2. Climatología .......................................................................................... 16

1.2.3. Precipitación ......................................................................................... 17

1.2.4. Hidrografía ............................................................................................ 18

1.2.5. Hidrología .............................................................................................. 18

1.2.6. Hidrogeología ........................................................................................ 19

1.2.7. Geología ............................................................................................... 20

1.2.8. Geología Económica ............................................................................. 20

1.2.9. Suelos, Características de acuerdo a su clase ..................................... 21

1.3. MARCO DEMOGRÁFICO ........................................................................... 23

1.3.1. Demografía del municipio de Cabrera .................................................. 23

1.3.2. Demografía del municipio de Pandi ...................................................... 23

1.3.3. Demografía del municipio de Melgar .................................................... 24

1.4. MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 25

1.4.1. Estaciones de aforo de caudales .......................................................... 25

1.4.2. Selección del sitio ................................................................................. 25

1.4.3. Medición de la sección transversal ....................................................... 26

1.4.4. Molinete hidrométrico ............................................................................ 27

1.4.5. Medición de la velocidad usando el molinete ........................................ 28

1.4.6. Medición del caudal usando el molinete ............................................... 31

7

1.4.7. Medición del caudal por el método del flotador ..................................... 33

1.4.8. Regresión lineal .................................................................................... 36

2. CAPÍTULO II .................................................................................................. 38

2.1. ESTUDIO PREVIO DEL RÍO SUMAPAZ .................................................... 38

2.1.1. Selección de las estaciones para el estudio del río Sumapaz .............. 38

2.2. COMPILACIÓN DE LOS AFOROS HISTORICOS DEL RÍO SUMAPAZ .... 39

2.2.1. Aforos en el municipio de Cabrera ........................................................ 40

2.2.2. Aforos en el municipio de Pandi ............................................................ 41

2.2.3. Aforos en el municipio de Melgar .......................................................... 42

2.3. EVALUACIÓN DE LAS VELOCIDADES REGISTRADAS EN LOS AFOROS DEL RÍO SUMAPAZ .......................................................................................... 43

2.3.1. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Cabrera …………………………………………………………………………………44

2.3.2. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Pandi .. 47

2.3.3. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Melgar 50

2.3.4. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Honda 53

2.3.5. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Puerto Salgar ............................................................................................................. 56

3. CAPITULO III ................................................................................................. 59

3.1. PARÁMETROS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD MÁXIMA ………………………………………………………………………………...……59

3.1.1. Comparativa de los resultados finales en las estaciones evaluadas .... 59

CONCLUSIONES .............................................................................................. 61

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 62

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Ubicación geográfica del río Sumapaz. .................................................. 15

Figura 2: Ubicación de las estaciones hidrológicas en el río Sumapaz. ................ 16

Figura 3: Molinete hidrométrico. ............................................................................ 27

Figura 4: Perfil de velocidades de flujo en un canal abierto. ................................. 29

Figura 5: Vista de la sección transversal de un río en el que se muestra la

ubicación de los puntos de observación. ............................................................... 32

Figura 6: Aplicación del método del flotador en campo. ........................................ 34

Figura 7: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Cabrera. ......................... 45

Figura 8: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Cabrera. .................... 45

Figura 9: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Cabrera. ..................... 46

Figura 10: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Pandi............................ 48

Figura 11: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Pandi. ...................... 48

Figura 12: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Pandi. ....................... 49

Figura 13: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Melgar. ......................... 51

Figura 14: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Melgar. .................... 52

Figura 15: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Melgar. ..................... 52

Figura 16: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Honda. ......................... 54

Figura 17: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Honda. .................... 55

Figura 18: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Honda. ..................... 55

Figura 19: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Puerto Salgar. .............. 57

Figura 20: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Puerto Salgar. ......... 57

Figura 21: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Puerto Salgar. .......... 58

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Distribución de los suelos según su clase en la Provincia de Sumapaz. 21

Tabla 2: Descripción de los suelos según su clase en la Provincia de Sumapaz . 22

Tabla 3: Factor F de ajuste de la velocidad del flotador en función de la relación R,

entre la profundidad de inmersión del flotador y la profundidad del agua. ............ 35

Tabla 4: Características generales de las estaciones seleccionadas. ................... 39

Tabla 5: Abreviaciones de los parámetros hidráulicos. ......................................... 39

Tabla 6: Resumen de aforos en la estación El Profundo en el municipio de

Cabrera. ................................................................................................................ 40

Tabla 7: Resumen de aforos en la estación La Playa en el municipio de Pandi. . 41

Tabla 8: Resumen de aforos en la estación El Limonar en el municipio de Melgar.

.............................................................................................................................. 42

Tabla 9: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Cabrera. ................ 44

Tabla 10: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Pandi. .................. 47

Tabla 11: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Pandi. .................. 50

Tabla 12: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Honda. ................ 54

Tabla 13: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Puerto Salgar. ..... 56

Tabla 14: Comparativa de relaciones de velocidades en las estaciones evaluadas.

.............................................................................................................................. 60

Tabla 15: Equivalencias finales de las velocidades en el río Sumapaz. ................ 60

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INTRODUCCIÓN

La estimación de la velocidad media y máxima de flujo en ríos es relevante para el seguimiento y estudio del régimen hidráulico, dado el impacto ambiental, económico y social que tiene en el manejo del recurso hídrico en el país, para ello se ejecutan aforos en campo valiéndose de diversos métodos e instrumentos para determinar los elementos geométricos e hidráulicos como: ancho del cauce, profundidad, área, velocidad de flujo, caudal, entre otros, con el fin de almacenar y tener un registro histórico del comportamiento hidrológico del río, de esta forma se recolecta la información necesaria para ejecutar los estudios y planes de manejo del cauce principal y de los afluentes.

En Colombia el IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales), realiza las mediciones de los principales ríos y sus afluentes. De la base de datos correspondiente al río Sumapaz se escogieron tres estaciones, para estudiar las relaciones funcionales de la velocidad máxima con respecto a la velocidad superficial y media.

La importancia de conocer la velocidad máxima de flujo radica en que se relacionada con la estimación del transporte de masa, momentum y energía de flujo, por ello, se debe contar con un método que permita obtener una aproximación de la velocidad máxima en cauces naturales, ésta monografía presenta dos métodos de estimación a través de la velocidad media y superficial en el Rio Sumapaz.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El flujo en los ríos es variable, debido principalmente a situaciones climáticas, como lo son olas invernales, deslizamientos, sequias entre otros, esto genera variabilidad en el transporte de masas, implicando cambios de caudal y velocidad, es por ello que el IDEAM ha implementado estaciones hidrológicas en diversos caudales hídricos, como lo es el río Sumapaz. Estos estudios se hacen en tiempos prolongados, dado que se requiere de un tiempo considerable para su ejecución.

Estos estudios son importantes para los habitantes aledaños, en vista que algunos de ellos se proveen con el agua del río Sumapaz, de esta forma se abastecen y generan cultivos para su sostenimiento. Los estudios ejecutados son antiguos, es por ello que en la actualidad no se cuenta con parámetros precisos para la medición de la velocidad y caudal del río de tal forma que se garantice la cantidad necesaria del fluido para la población.

Es necesario identificar los parámetros del flujo hidráulico en el rio, de forma que los habitantes del sector puedan tomar las decisiones pertinentes en cuanto a la administración del fluido vital. Esta investigación tiene como finalidad proporcionar estos parámetros requeridos por medio de evaluaciones y proyecciones estadísticas de los aforos hechos en el río, de forma que sean identificados con facilidad por parte de los pobladores o quien lo requiera.

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OBJETIVOS

Objetivo General

Determinar un parámetro general para obtener un valor próximo a la velocidad máxima de flujo en el rio Sumapaz apoyado en proyecciones estadísticas.

Objetivos Específicos

Recopilar los archivos históricos de los aforos hidráulicos del rio Sumapaz ejecutados por el IDEAM.

Elaborar correlaciones estadísticas en base a los aforos hechos por el IDEAM.

Comparar las diversas proyecciones a fin de establecer correspondencias entre los parámetros hidráulicos del río Sumapaz.

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1. CAPÍTULO I

1.1. MARCO DE ANTECEDENTES

1.1.1. Estudios hidrológicos del IDEAM

El IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales) es una institución pública de apoyo técnico y científico al Sistema Nacional Ambiental, que está encargado de la recolección de información de los recursos hidrológicos de Colombia, esto se logra por medio de aforos en los que se evalúa el estado del recurso hídrico y su comportamiento a través del tiempo.

Durante el periodo comprendido entre los años 2000 a 2011 se ejecutaron una serie de aforos en el cauce del río Sumapaz en los que se midieron caudales, velocidades de flujo, altura de lámina de agua, entre otros, dichos parámetros constituyen la base de este estudio.

1.2. MARCO GEOGRÁFICO

1.2.1. Delimitación y Localización de La Cuenca del Rio Sumapaz

La cuenca hidrográfica del Rio Sumapaz hace parte de la hoya hidrográfica del Rio Magdalena, se ubica al sur-occidente del departamento de Cundinamarca, su extensión es de 2532,14 Km2, ocupando el 81,6% del área de la jurisdicción CAR.

La cuenca limita al norte con la Cuenca del Rio Bogotá y Cuenca del Rio Magdalena Vertiente Oriental (Cundinamarca), al sur con el Departamento del

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Huila y parte de la Cuenca del Rio Bogotá y la del Rio Blanco, por el oriente con el departamento de Meta, y finalmente por el occidente con el Departamento del Tolima. (CPA, 2007, cap.1, p. 1). Comprendiendo los municipios de Fusagasugá, Pasca, Silvania, Granada, Tibacuy, Arbeláez, Pandi, San Bernardo, Cabrera, Venecia, Nilo y parte de Ricaurte.

Conformada por diez (10) subcuencas de tercer orden; Rio Paguey, Rio Bajo Sumapaz, Rio Panches, Rio Cuja, Rio Negro, Rio Medio Sumapaz, Quebrada Negra, Rio Pilar, Rio San Juan, Rio Alto Sumapaz. Es una cuenca compartida entre la jurisdicción CAR Cundinamarca, CORTOLIMA en la parte baja y la Unidad Administrativa Especial de Parques Nacionales Naturales (UAESPNN) en la parte alta correspondiente al Parque Nacional Natural del Sumapaz. (CPA, 2007, cap.2, p. 6).

El área de la Cuenca del Rio Sumapaz en jurisdicción de la CAR es de 2531,48 Km2, correspondientes al 81.6% de la cuenca, de los cuales 913.6 Km2 corresponden al Parque Nacional Natural del Sumapaz administrado por la Unidad Administrativa Especial de Parques Nacionales Naturales, para un área total de la cuenca de 3104 Km2, la cual riega el restante 18.4% en los municipios de Icononzo, Melgar, Carmen de Apicala y Suarez en el Departamento del Tolima en jurisdicción de CORTOLIMA, antes de desembocar en el Rio Magdalena. (CPA, 2007, cap.2, pp. 6, 7).

El río Sumapaz se localiza en el departamento de Cundinamarca, en la zona central de Colombia, como se observa en la circunferencia de la

.

.

15

Figura 1: Ubicación geográfica del río Sumapaz.

Fuente: Imagen tomada y editada de Google Earth.

Las principales estaciones hidrográficas de estudio están relacionadas en la Figura 2, ubicadas en los municipios de Cabrera cerca del nacimiento del río, Pandi en la zona central y Melgar próximo a su desembocadura.

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Figura 2: Ubicación de las estaciones hidrológicas en el río Sumapaz.

Fuente: Imagen tomada y editada de Google Earth.

1.2.2. Climatología

El Clima de la región es de carácter tropical, determinado principalmente por las variaciones altimétricas, la topografía del relieve y la influencia que ejerce el movimiento de la Zona de Confluencia Intertropical (ZCIT), la cual genera a su paso dos periodos húmedos y dos secos que se presentan intercalados a lo largo del año.

Otros elementos que ejercen influencia en las características climáticas de la cuenca del Rio Sumapaz y en las subcuencas de tercer orden que la conforma, además de la precipitación y la temperatura, son la humedad relativa, el brillo solar y especialmente los vientos. De gran importancia en el clima de la zona, dado que

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por su acción y dirección las masas de aire cálido y húmedo provenientes del Magdalena medio ascienden por los valles del rio Sumapaz y sus principales afluentes, precipitándose en forma de lluvia en la parte media y alta de la cuenca de acuerdo a las condiciones del terreno.

De igual forma y desde el contexto de la dinámica local, debido al accidentado relieve de la cuenca hidrográfica del rio Sumapaz se producen infinidad de corrientes de circulación local que generan microclimas en cada microcuenca. Este fenómeno proviene de la circulación de masas de aire originada por diferencias térmicas locales, luego de la calma matutina los vientos comienzan a subir desde el fondo del valle hacia las vertientes, en las zonas de ascenso el enfriamiento provoca la condensación del agua, la aparición de nubosidad local en la parte alta de la cordillera y la generación de lluvias, por el contrario, en el centro del valle predomina el tiempo seco, en las horas de la noche la circulación se invierte. (CPA, 2007, cap.2, p. 10).

1.2.3. Precipitación

La ocurrencia de dos estaciones lluviosas a lo largo del año, la primera a comienzos de marzo a finales de junio y la segunda a mediados de septiembre a finales de noviembre, se originan por el paso de la Zona de Confluencia Intertropical (ZCIT) sobre la región Andina Colombiana, con el movimiento de sur a norte de la ZCIT para el primer periodo húmedo y el desplazamiento descendente de norte a sur para el segundo periodo.

El segundo proceso climatológico que determina el comportamiento de la precipitación en la cuenca tiene su origen en los sistemas convectivos locales, generando lluvias de carácter orográfico especialmente en zonas altas de la cuenca del rio Sumapaz y sus afluentes principales. (CPA, 2007, cap.2, p. 12).

Existe una gran variabilidad del comportamiento de la precipitación en la cuenca, variando la media anual entre los 2450 mm en la parte alta de la cuenca del rio Paguey, y en el sector noroccidental de la cuenca del rio Sumapaz, hasta los 750 mm en la margen nororiental de la cuenca, en la subcuenca del rio Panches en cercanías del nacimiento del rio Subia, observándose diferentes núcleos de alta precipitación, a lo largo de la cuenca, con mayores precipitaciones en la parte alta de la cuenca y al norte de la misma sobre el borde colindante con el rio Bogotá y valores mínimos por debajo de los 850 mm en el nacimiento de la quebrada Negra y el margen occidental del rio Sumapaz a la altura del municipio de Cabrera, se

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estima un promedio anual de lluvias de 1305,4 mm para la cuenca del rio Sumapaz en el área de jurisdicción de la CAR. (CPA, 2007, cap.2, pp. 13, 14).

1.2.4. Hidrografía

El rio Sumapaz nace en la zona rural del Distrito Capital, con el nombre de quebrada el Tigre, drena en su tramo de mayor torrencialidad en dirección sur-norte hasta su unión con los ríos San Juan y el Pilar en límites del Distrito Capital y el municipio de Cabrera, en donde el rio cambia su rumbo por condiciones geológicas locales, cortando un valle muy estrecho en dirección oriente-occidente hasta la altura de la zona urbana del municipio de Cabrera, recibiendo los aportes de las Quebradas Negra y Bolsillos por la margen izquierda.

A partir de su paso por el Municipio de Cabrera, el rio Sumapaz gira en dirección predominante sur-norte hasta la confluencia con el rio Panches en jurisdicción de los Municipios de Fusagasugá y Tibacuy, drenando una zona predominantemente quebrada correspondiente a laderas de alta pendiente que convergen hacia un cauce principal, recibiendo en este tramo las aguas del rio Juan López por la vertiente occidental en el departamento del Tolima y de los ríos Negro, Cuja y Panches por la margen oriental, la cual presenta mayor desarrollo de drenaje.

En su tramo final el rio toma dirección este-oeste aguas abajo de la confluencia del rio Panches, cambiando su relieve de laderas empinadas a un valle aluvial de bajas pendientes, especialmente después de su cruce por la población de Melgar hasta su desembocadura en el rio Magdalena en jurisdicción del municipio de Ricaurte. (CPA, 2007, cap.2, p. 25).

1.2.5. Hidrología

Pese a que el rio Sumapaz presenta un gran potencial hidrológico y una extensa área de drenaje, debido a las características torrenciales de las corrientes que la drenan y a la falta de vías de acceso en algunas subcuencas localizadas en la parte alta, la cuenca del rio Sumapaz solo cuenta con información hidrológica en la parte media y baja de cuenca, de cuatro puntos localizados sobre el cauce principal y las restantes sobre afluentes principales y quebradas secundarias,

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operadas por la CAR y el IDEAM y con periodos de registro desde 1959. (CPA, 2007, cap.2, p. 28).

1.2.6. Hidrogeología

La cuenca del rio Sumapaz se encuentra localizada en el sector sur del Departamento de Cundinamarca. Sobre esta zona afloran rocas del Cretáceo y del Terciario, así como también se destaca la presencia de depósitos Cuaternarios de origen glaciar, aluvial y coluvial.

Se trata de una cuenca de moderada a alta importancia hidrogeológica ya que las rocas aflorantes son permeables a excepción de algunas formaciones de arcillolitas y lodolitas, así como rocas calcáreas que por disolución pueden representar acuíferos importantes.

El intenso fracturamiento hace que la porosidad secundaria se convierta en un mecanismo de recarga de los mismos. Destacándose especialmente este aspecto en el sector sur de la cuenca en Los Municipios de Cabrera, Pandi y áreas aledañas a Venecia.

La cuenca presenta dos tipos de Unidades Hidrogeológicas:

Sedimentos y rocas con porosidad primaria y de interés hidrogeológico están representados por rocas de los grupos Guadalupe y Guaguqui, y los niveles de areniscas de otras formaciones como Fusa. Depósitos de terrazas que ocupan gran extensión de la cuenca y depósitos aluviales en general que conforman acuíferos libres.

Rocas con porosidad primaria y secundaria de interés hidrogeológico asociado a zonas de diversos tipos de roca con afectación tectónica por sistemas de fallas y diaclasas de amplia extensión dentro de la cuenca.

En general es una cuenca de importancia desde el punto de aguas subterráneas a pesar de que es un recurso de baja explotación debido a la alta oferta de aguas superficiales, por otra parte el sur oriente de la cuenca representa la principal área de abastecimiento de aguas con una zona de alta importancia como lo es el páramo de Sumapaz. (CPA, 2007, cap.2, p. 48).

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1.2.7. Geología

La cuenca del rio Sumapaz está conformada principalmente por rocas de origen sedimentario y depósitos cuaternarios de diversos orígenes que abarcan buena parte de área de la cuenca destacándose los de origen aluvial, como terrazas, y planicies aluviales, los de origen glaciar por acumulación de morrenas y los de origen gravitacional (coluviones). Estas rocas están localizadas en cuencas o bloques, limitados entre sí por fallas o estructuras plegadas como el Sinclinal de San Juan, donde las unidades representan características faciales particulares. Los tres principales bloques que constituyen el área son:

Valle Medio del Magdalena-Guaduas.

Anticlinorio de Villeta.

Sabana de Bogotá (CPA, 2007, cap. 2, pp. 50, 51).

1.2.8. Geología Económica

Los recursos minerales y energéticos representan las alternativas productivas que le permiten a la población obtener beneficio económico de los recursos naturales no renovables; La cuenca del rio Sumapaz en donde se encuentran principalmente rocas sedimentarias, los recursos minerales potenciales están asociados principalmente a este origen (estratificados). En la cuenca se registran explotaciones de materiales de construcción (arenas industriales, gravas, agregados y materiales de canteras), yeso y manifestaciones de carbones. Se trata de explotaciones importantes especialmente en lo relacionado con materiales de construcción y arenas industriales para producción de vidrio. (CPA, 2007, cap.2, p. 57).

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1.2.9. Suelos, Características de acuerdo a su clase

La clasificación de los suelos en clases está dada a partir de las características físicas presentes, como la topografía. A continuación se referencia en la Tabla 1 la distribución de los suelos según su clase y características dentro de la Provincia del Sumapaz.

Tabla 1: Distribución de los suelos según su clase en la Provincia de Sumapaz.

Nota: Porcentaje y área correspondiente a cada clase de suelo. Fuente: IGAC, CORPOICA y el Sistema de Holdridge, 1997.

Los suelos de la clase II se encuentran entre el piso térmico frio, templado y medio, comprendido entre 1400 a 2600 msnm con 21136 ha.

Los suelos de la clase III altamente erosionables, ubicados en ladera y de inclinación moderada. En clima templado y frio, que va desde los 1500 a los 2500 msnm, se ubica la mayor área de esta clase de suelo 26420 ha.

Los suelos de clase IV, aunque no tienen un área extensa 5284 ha, se ubican en su mayoría en la franja de clima templado en la cota comprendida entre los 1500 y los 2000 msnm. Ocupa laderas y pequeños corredores entre las colinas y serranías, caracterizándose por presentar rocas dispersas y suelos cascajosos o con pedregosidad moderada. Se dificulta la disponibilidad de agua y el laboreo mecanizado.

Los suelos de clase V, VI, VII, presentan una extensión considerable, con un área de 58125 ha, que equivalen al 33% del total, se localizan en la zona de ladera y pendientes que van de moderadas hasta fuertemente inclinadas se pueden extender desde el clima seco tropical hasta el subparamo. Si se tiene en cuenta la

Clase de

Suelo

Porcentaje

(%) Área (ha)

II 12 21136

III 15 26420

IV 30 52840

V, VI, VII 33 58125

VIII 10 17613

Total 100 176134

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topografía regional, estos suelos se encuentran dispersos por todas las zonas climáticas y se presentan en todos los municipios.

La clase VIII, se encuentra en la zona del páramo, hace parte del ecosistema hídrico y no acepta ninguna clase de intervención en agricultura, debido a la localización, como se encuentra reglamentado por la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca –CAR-. Se ubica en las cotas comprendidas entre los 3500 a los 3800 msnm. Es posible encontrar franjas de terreno plano con características de suelos para uso agrícola, pero por encontrarse en área restringida se debe mantener sin intervención antrópica (Jaller, 2010, p.p. 17, 18). De acuerdo a lo anterior, en la Tabla 2 se sintetiza la vocación de los suelos según su clase en la Provincia del Sumapaz.

Tabla 2: Descripción de los suelos según su clase en la Provincia de Sumapaz

Nota: Principales características de las clases de suelo y las actividades más convencionales según las mismas.

Fuente: Análisis de los Sistemas de Producción de las Provincias de Soacha y Sumapaz (Cundinamarca) por Jaller R. Sergio, para la FAO 2010. P.19.

Descripción Clase

Agrícola Actividad de siembra de cultivos transitorios y anuales, forestales o pastos;

pueden cultivarse mediante adecuadas prácticas de laboreo mecanizado. Con pendiente

suave estos suelos están sujetos a erosión, su profundidad es mediana y puede

inundarse ocasionalmente. Acepta fertilización moderada y su rendimiento son

aceptables. Son los de mayor uso y aprovechamiento por parte de los agricultores

regionales.

II, III

Agropecuario Unidades rurales en donde se integran la producción en explotaciones

mixtas ganado-cultivos, en áreas destinadas a cada actividad. Estos suelos situados

sobre pendientes moderadas y por tanto el riesgo de erosión es más severo y su

fertilidad es más baja. Las limitaciones que poseen restringen con frecuencia las

posibilidades de elección de los cultivos o el calendario de laboreo y siembra. Requieren

sistemas de cultivo que proporciones una adecuada protección para defender al suelo

de la erosión.

I, III, IV

Forestal Actividad de preservación y conservación de áreas estratégicas, estos suelos

son adecuados para soportar vegetación permanente, no son apropiados para cultivos y

las limitaciones que poseen restringen su uso a pastos, masas forestales y

mantenimiento de la fauna silvestre. No permiten el cultivo por su carácter encharcado,

pedregoso o por otras causas. La pendiente es una limitante importante, son

susceptibles de erosión. El pastoreo debe ser regulado para evitar la destrucción de la

capa vegetal.

V, VI

Conservación Esta actividad se aplica en los suelos que presentan restricción de uso

agrícola, tiene pendientes severas, son rocosos, pedregosos y áridos. Solamente se

debe sembrar árboles nativos y coberturas de pastos para los suelos de vocación

forestal. Deben emplearse para uso de la fauna silvestre para esparcimiento o usos

hidrológicos.

VIII

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1.3. MARCO DEMOGRÁFICO

1.3.1. Demografía del municipio de Cabrera

Según el censo general hecho en el 2005 el DANE reporta para el municipio de Cabrera:

El número promedio de personas por hogar es de 3,7.

Del total de la población el 52,2% son hombres y el 47,8% mujeres.

El 55,9% de la población residente, ha alcanzado el nivel básica primaria y el 21,3% secundaria; el 1,6% ha alcanzado el nivel profesional y el 0,2% ha realizado estudios de especialización, maestría o doctorado. La población residente sin ningún nivel educativo es el 12,8%.

Del porcentaje de viviendas rurales ocupadas, con personas presentes el día del censo, y que tenían actividad agropecuaria: Agrícola 94,3%, pecuaria 93,7%, piscícola 0,1%. La mayoría de las viviendas tiene simultáneamente 2 o 3 tipos de actividades.

1.3.2. Demografía del municipio de Pandi

Según el censo general hecho en el 2005 el DANE reporta para el municipio de Pandi:



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Del porcentaje de viviendas rurales ocupadas, con personas presentes el día del censo, y que tenían actividad agropecuaria: Agrícola 80,7%, pecuaria 82,8%, piscícola 3,1%. La mayoría de las viviendas tiene simultáneamente 2 o 3 tipos de actividades.

1.3.3. Demografía del municipio de Melgar

Según el censo general hecho en el 2005 el DANE reporta para el municipio de Melgar:




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1.4. MARCO TEÓRICO

1.4.1. Estaciones de aforo de caudales

El objetivo de las estaciones de aforo de caudales es suministrar registros sistemáticos de niveles y caudales. Los registros continuos de flujo de corriente son necesarios en proyectos de abastecimiento de agua y sistemas de saneamiento, en el diseño de estructuras hidráulicas, en la gestión del agua y en la estimación de cargas de sedimentos o de sustancias químicas de los ríos, incluidos los contaminantes.

Como no se puede realizar una medición continua del caudal, los registros de los caudales se calculan con ayuda de la relación entre nivel y caudal, definidas mediante mediciones periódicas de los caudales y un registro sistemático de los niveles, o usando estructuras de medición que han sido calibradas en el laboratorio o sobre el terreno (IDEAM, cap. 12, p. 1).

1.4.2. Selección del sitio

No es necesario que la medición del caudal se haga en el lugar exacto en que se ha instalado la estación de aforo, ya que el caudal es normalmente el mismo en las proximidades de la estación. Los sitios seleccionados para las mediciones de caudal deben tener las siguientes características (IDEAM, cap. 11, p. 1):

a) Velocidades paralelas en todos los puntos y que formen ángulo recto con la sección transversal de la corriente.

b) Curvas regulares de distribución de velocidad en la sección, en los planos vertical y horizontal.

c) Velocidades superiores a 0,15 m/s.

d) Lecho del río uniforme y estable.

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e) Profundidad superior a 0,30 m.

f) Ausencia de plantas acuáticas.

g) Existencia mínima de nieve enlodada o cristales de hielo.

1.4.3. Medición de la sección transversal

La exactitud de las mediciones del caudal depende en gran parte del número de verticales en que se hagan observaciones de la profundidad y la velocidad. Las verticales de observación deben localizarse de modo que se pueda definir debidamente la variación en elevación del lecho de la corriente y la variación horizontal en velocidad. En general, el espacio entre dos verticales sucesivas no debe superar l/20 del ancho total, y el caudal entre esas dos verticales no deberá ser superior al 10 por ciento del caudal total.

El ancho del cauce y la distancia entre las verticales deben ser obtenidos por mediciones hechas a partir de un punto fijo de referencia (generalmente un punto inicial en la margen), que deberá hallarse en el mismo plano de la sección transversal. Normalmente, la distancia entre las verticales se determina con la ayuda de una cinta graduada o de una cadena que se tiende provisionalmente a través del cauce, o de marcas semipermanentes pintadas en los pasamanos de un puente o en un cable de suspensión. En ríos grandes puede usarse el sistema telemétrico o de prácticas de triangulación para medir el ancho.

Si la medición se realiza mediante vadeo, la profundidad puede ser medida directamente con una varilla graduada colocada en el lecho de la corriente. Si se utiliza el sistema de sonda con alambre de plomo y tambor para la medición, el metro y la plomada se hacen descender hasta que la parte inferior de la plomada roce apenas la superficie del agua y la aguja indicadora de profundidad se colocará en cero; seguidamente, se sumergirá la plomada hasta que descanse en el lecho del río y se anotará la profundidad registrada por la aguja (IDEAM, cap. 11, p. 1).

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1.4.4. Molinete hidrométrico

Los molinetes hidrométricos (Figura 3) son los aparatos mediante los cuales se mide la velocidad de flujo en canales abiertos, tienen una hélice o rueda de aspas o copas que gira impulsada por el flujo del fluido, mediante un mecanismo eléctrico, transmiten por un cable el número de revoluciones por minuto o por segundo con que gira la hélice. Esta velocidad angular se traduce después a velocidad del agua usando una fórmula calibración que previamente se determina para cada aparato en particular. Para que el molinete pueda ubicarse en la posición deseada se fija un peso hecho de plomo y con forma hidrodinámica llamado escandalillo (Aparicio, 1992, 40 p.).

Figura 3: Molinete hidrométrico.

Fuente: Anónimo, Recuperado de: https://ich1104g60.files.wordpress.com/2016/04/molinete-universal-o-correntometro.jpg.

https://ich1104g60.files.wordpress.com/2016/04/molinete-universal-o-correntometro.jpg

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1.4.5. Medición de la velocidad usando el molinete

La velocidad se determina en uno o más puntos en cada vertical contando las revoluciones del rotor en un lapso de 60 segundos como mínimo y durante un período máximo de tres minutos si la velocidad del agua es pulsatoria (corriente continua que sufre cambios regulares de magnitud a partir de un valor constante, siempre en el mismo sentido de flujo).

En canales poco profundos, el molinete debe sostenerse en la posición deseada por medio de una varilla de vadeo. En canales demasiado profundos o muy rápidos para medirlo por vadeo, el molinete se debe suspender de un alambre o varilla desde un puente, teleférico o embarcación. Cuando se utiliza una embarcación, el molinete debe sostenerse de manera que no lo afecten las perturbaciones causadas por la embarcación. Una vez que el molinete se haya colocado en el punto seleccionado de la vertical, se le alineará en la dirección de la corriente antes de comenzar las mediciones. Si no se puede evitar el flujo oblicuo, el ángulo de la dirección del flujo normal y la sección transversal deben ser medidos y la velocidad medida debe corregirse. Si el ángulo medido con

respecto a la normal es , entonces:

El molinete debería sacarse del agua de vez en cuando para examinarlo. Se pueden utilizar molinetes especiales para medir velocidades muy bajas, si su buen funcionamiento y exactitud han sido probados en esta gama de velocidad.

El eje horizontal del molinete no debe estar situado a menos de una vez o una vez y media la altura del rotor con respecto a la superficie del agua, ni a menos de tres veces la altura del rotor desde el fondo del canal (IDEAM, cap. 11, p. 3).

1.4.5.1. Determinación de la velocidad media en la vertical

La selección del método apropiado depende del tiempo disponible, del ancho y de la profundidad del agua, de las condiciones del lecho, de las variaciones de nivel, de la existencia de capa de hielo y de la exactitud requerida.

La velocidad media del agua en cada vertical se puede determinar con uno de los siguientes métodos (IDEAM, cap. 11, p. 3):

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a) Método de distribución de la velocidad

La medición de la velocidad media por este método se obtiene a partir de las observaciones de la velocidad efectuadas en un determinado número de puntos a lo largo de cada vertical, entre la superficie del agua y el lecho del canal. Las observaciones de la velocidad en cada posición deberán ser trazadas en un gráfico de manera que se obtenga un perfil similar el mostrado en la Figura 4, la velocidad media se determinará al dividir el área formada por este trazo entre la profundidad.

Figura 4: Perfil de velocidades de flujo en un canal abierto.

Fuente: Anónimo, Recuperado de: https://www.slideshare.net/TeovakiDanielBarreto/hidrocinematica-clasificasion-de-loss-

fluidos-lineas-de-corriente-caudal-o.

El método de distribución de velocidad puede que no convenga para mediciones hechas durante variaciones importantes de nivel porque lo que aparentemente se gana en exactitud puede ser más que compensado por los errores resultantes durante el largo período de tiempo necesario para realizar la medición.

b) Método de puntos reducidos

https://www.slideshare.net/TeovakiDanielBarreto/hidrocinematica-clasificasion-de-loss-fluidos-lineas-de-corriente-caudal-o

https://www.slideshare.net/TeovakiDanielBarreto/hidrocinematica-clasificasion-de-loss-fluidos-lineas-de-corriente-caudal-o

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Método de un punto:

La velocidad se debe medir en cada vertical colocando el molinete a 0,6 de profundidad a partir de la superficie. El valor observado se considera como la velocidad media en la vertical. Este método se aplica con un factor de corrección de 0,92 para profundidades inferiores a 1 m, cuando las mediciones se realizan bajo una capa de hielo. Bajo una capa de hielo, el molinete podrá colocarse a 0,5 de profundidad; se aplica entonces a este resultado un factor de corrección de 0,88.

Método de dos puntos:

Las observaciones de velocidad se deben hacer en cada vertical, colocando el molinete a 0,2 y 0,8 de profundidad a partir de la superficie. El promedio de los dos valores puede considerarse como la velocidad media en la vertical.

Método de tres puntos:

La velocidad se mide colocando el molinete en cada vertical a 0,2, 0,6 y 0,8 de profundidad a partir de la superficie, El promedio de los tres valores puede ser considerado como la velocidad media en la vertical. Se puede también ponderar la medición a 0,6 y la velocidad media se obtendrá con la ecuación:

Método de cinco puntos:

El método de cinco puntos puede utilizarse cuando el canal está libre de hielo y de vegetación acuática. Consiste en medir la velocidad en cada vertical a 0,2, 0,6 y 0,8 de profundidad a partir de la superficie y tan cerca como sea posible de la superficie y del lecho. La velocidad media podrá determinarse del gráfico que represente el perfil de velocidades como en el método de distribución de velocidades o a partir de la ecuación:

Método de seis puntos:

Este método se puede utilizar en condiciones difíciles, cuando por ejemplo hay vegetación acuática, o una capa de hielo. La velocidad se mide colocando el molinete en cada vertical a 0,2, 0,4, 0,6 y 0,8 de profundidad a partir de la superficie y tan cerca como sea posible de la superficie y del lecho. Los valores de la velocidad se trazan en un gráfico y la velocidad media se determina como en el método de distribución de velocidad o mediante la ecuación:

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El método de dos puntos se emplea cuando la distribución de velocidades es regular y la profundidad es superior a unos 60 cm; el método de un punto se usa en aguas poco profundas. El método de tres puntos debe utilizarse para mediciones bajo hielo o en canales cubiertos por vegetación acuática. El método de cinco puntos se utiliza cuando la distribución vertical de la velocidad es muy irregular.

La exactitud de un método en particular debe determinarse al medir, si es posible, la velocidad en unos 6 a 10 puntos en cada vertical para las primeras mediciones de caudal efectuadas en un nuevo sitio.

c) Método de integración

En este método, se baja y se sube el molinete a lo largo de toda la profundidad en cada vertical a una velocidad uniforme. La velocidad de descenso o de ascenso del molinete no debe ser superior a cinco por ciento de la velocidad media del flujo en la sección transversal y en todo caso debe estar comprendida entre 0,04 y 0,10 m/s. Se determina el número promedio de revoluciones por segundo. En cada vertical se realizan dos ciclos completos y, si los resultados difieren en más de 10 por ciento, se repite la medición. Este método se utiliza rara vez en aguas con una profundidad superior a tres metros y velocidades inferiores a 1 m/s.

1.4.6. Medición del caudal usando el molinete

El caudal de un río, es decir la cantidad de agua que fluye a través de una sección transversal, se expresa en volumen por unidad de tiempo. En un tiempo dado este puede medirse por varios métodos diferentes y la elección del método depende de las condiciones de cada sitio.

La medición del caudal por el método área-velocidad se explica con referencia a la Figura 5. La profundidad del río (Di) en la sección transversal se mide en verticales con una barra o sonda. Al mismo tiempo que se mide la profundidad, se hacen mediciones de la velocidad (Vi) con el molinete en uno o más puntos de la vertical. La medición del ancho (∆Wi), de la profundidad y de la velocidad permite calcular el caudal correspondiente a cada segmento de la sección transversal. La suma de los caudales de estos segmentos representa el caudal total (IDEAM, cap. 11, p. 1).

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Figura 5: Vista de la sección transversal de un río en el que se muestra la ubicación de los puntos de observación.

Fuente: CHOW, Ven Te. Hidrología Aplicada. 1 Ed. Bogotá DC: Ed. McGraw-Hill. 195 p.

1.4.6.1. Métodos aritméticos

Método de la sección media:

Se considera que la sección transversal está compuesta de un número de segmentos, cada uno de ellos limitados por dos verticales adyacentes. Si Vi promedio es la velocidad media en la primera vertical y Vj promedio la velocidad media de la vertical adyacente, y si di y d2 representan las profundidades totales respectivas en las verticales i y j, y ∆Wi es la distancia horizontal entre las verticales, entonces el caudal q del segmento será:

(

)(

)

El caudal total se obtiene sumando el resultado de los caudales parciales:

Método de semisección:

El caudal en cada segmento se calcula multiplicando Vd en cada vertical por el ancho, que es la suma de la mitad de la distancia entre verticales adyacentes. Puede evaluarse el valor de d en los dos medios anchos próximos a las márgenes (IDEAM, cap. 11, p. 5). Con referencia a la Figura 5, el caudal total Q se calculará de la siguiente manera:

33

(

)

1.4.7. Medición del caudal por el método del flotador

Este método se utiliza cuando no se puede emplear un molinete debido a velocidades o profundidades inadecuadas, a la presencia de material en suspensión, o cuando la medición del caudal deba realizarse en un período de tiempo muy corto (IDEAM, cap. 11, p. 7).

1.4.7.1. Selección de secciones

Se deben seleccionar tres secciones transversales en un tramo recto del curso de agua. Las secciones transversales deben estar lo suficientemente espaciadas entre sí de manera a medir con exactitud el tiempo necesario para que el flotador pase de una sección transversal a la siguiente como se ve en la Figura 6. Se recomienda un lapso de 20 segundos, aunque podrán emplearse intervalos más breves en el caso de ríos pequeños en los que la corriente sea muy veloz y en los cuales es a menudo imposible seleccionar un tramo recto de longitud adecuada (IDEAM, cap. 11, p. 7).

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Figura 6: Aplicación del método del flotador en campo.

Fuente: IAgri. 2017. Recuperado de: http://revistas.unah.edu.cu/index.php/IAgric/article/viewFile/504/898/2071.

1.4.7.2. Flotadores

Se pueden utilizar flotadores de superficie o de varilla. Los botadores de superficie (elementos empleados para delimitar los extremos del tramo de río seleccionado) deben sumergirse a una profundidad inferior a la cuarta parte de la profundidad del agua. No se deberán emplear cuando se tema que la medición pueda ser afectada por el viento. Los botadores de varilla pueden sumergirse a una profundidad superior a la cuarta parte de la profundidad del río, no deben rozar el lecho del canal (IDEAM, cap. 11, p. 7). Durante los períodos en que las maniobras en el río pueden ser peligrosas, se pueden emplear flotadores naturales como ramas u hojas de árboles que floten en el río.

1.4.7.3. Procedimientos de medición

Los flotadores deben distribuirse de manera uniforme a todo lo ancho de la corriente; se deben realizar entre 15 y 35 mediciones con flotadores. Cuando se

http://revistas.unah.edu.cu/index.php/IAgric/article/viewFile/504/898/2071

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usan flotadores naturales se deben hacer 20 mediciones como mínimo, en diversas posiciones de la sección del río.

El flotador deberá lanzarse a suficiente distancia, aguas arriba de la sección transversal superior, para que pueda alcanzar una velocidad constante antes de llegar a la primera sección transversal. El tiempo en que el flotador atraviesa cada una de las tres secciones transversales se registrará por medio de un cronómetro. Este procedimiento se debe repetir con cada uno de los botadores distribuidos a todo lo largo de la corriente. La distancia entre el flotador y la orilla al paso de cada una de las secciones transversales puede ser determinada mediante métodos ópticos adecuados, por ejemplo con un teodolito.

La profundidad de la corriente en ciertos puntos en la sección transversal se puede determinar mediante métodos de topografía (IDEAM, cap. 11, p. 7).

1.4.7.4. Cálculo de la velocidad

La velocidad del flotador es igual a la distancia que separa las secciones transversales dividida por el tiempo invertido en recorrería. La velocidad corregida del flujo en cada sección es igual a la velocidad del flotador multiplicada por un coeficiente basado en la forma del perfil vertical de las velocidades y en la profundidad relativa de inmersión del flotador. El coeficiente que debe aplicarse a la velocidad medida se debe determinar en lo posible, para cada sitio, por medio de un análisis de las mediciones del caudal efectuadas por el método del molinete (IDEAM, cap. 11, p. 7). Cuando no se disponga de esas mediciones, se puede utilizar un factor F de ajuste según la Tabla 3 para una estimación aproximada.

Tabla 3: Factor F de ajuste de la velocidad del flotador en función de la relación R, entre la profundidad de inmersión del flotador y la profundidad del agua.

Fuente: IDEAM, Medición del caudal, cap. 11, p.7.

R F

0,10 o menos 0,86

0,25 0,88

0,50 0,90

0,08 0,94

0,95 0,98

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Cuando se usan flotadores naturales, se deben trazar en un gráfico las velocidades en función de la distancia a la que se encuentran de la orilla, lo que permitirá determinar la velocidad media en la superficie del río. La velocidad media de la corriente en la sección transversal es igual a la velocidad media en la superficie multiplicada por un coeficiente K, cuyo valor se deduce, si es posible, de las medidas anteriores hechas con un molinete para caudales más pequeños (IDEAM, cap. 11, p. 8).

1.4.7.5. Cálculo del caudal

El caudal en cada sección, se calcula multiplicando la sección transversal media del tubo de corriente por la velocidad media del flujo. El caudal total será igual a la suma de caudales (IDEAM, cap. 11, p. 8).

1.4.8. Regresión lineal

Uno de los aspectos más relevantes de la Estadística es el análisis de la relación o dependencia entre variables. Frecuentemente resulta de interés conocer el efecto que una o varias variables pueden causar sobre otra, e incluso predecir en mayor o menor grado valores en una variable a partir de otra.

Este método de regresión representa la dependencia entre una variable respuesta o dependiente (Y) y la variable explicativa o independiente (X). Una forma de determinar si puede existir o no dependencia entre variables, y en caso de haberla deducir de qué tipo puede ser, es gráficamente representando los pares de valores observados. A dicho gráfico se le llama nube de puntos o diagrama de dispersión (ANÓNIMO, cap. 9, p. 1).

A continuación se procede a determinar la ecuación de la recta que mejor ajusta a los datos representados en la nube de puntos mediante la aplicación de mínimos cuadrados. Dicha ecuación tiene la siguiente forma:

Donde β1 y β2 se calcula así:

37

1.4.8.1. Regresión lineal a través del origen

Al forzar a que la línea de regresión pase por el punto coordenado (0,0) se impone la restricción de que el término β1 sea cero. A esta regresión se le denomina regresión a través del origen. La ecuación de la recta para este modelo es el siguiente (URIEL, 2013, cap.2, p. 12):

El parámetro β2 se determina con la siguiente expresión:

1.4.8.2. Coeficiente de determinación

El coeficiente de determinación mide la proporción de variabilidad total de la variable dependiente (Y) respecto a su media que es explicada por el modelo de regresión. Para calcular este parámetro se emplea la siguiente expresión:

La magnitud de R2 oscila entre 0 y 1. Cuanto más cerca de 1 se sitúe su valor, mayor será el ajuste del modelo a la variable dependiente (Y). De forma inversa, cuanto más cerca de 0, menos ajustado estará el modelo y, por tanto, menos fiable será (URIEL, 2013, cap.2, p. 10).

38

2. CAPÍTULO II

2.1. ESTUDIO PREVIO DEL RÍO SUMAPAZ

2.1.1. Selección de las estaciones para el estudio del río Sumapaz

Para alcanzar el desarrollo socioeconómico de Cundinamarca y conservar la calidad del medio ambiente, se requiere conocer la condición y la evolución de sus recursos hídricos. Los usos de la información sobre los recursos hídricos son variados: parte de los sectores de la economía del departamento utiliza información hidrológica en la planificación y el desarrollo de sus objetivos gubernamentales (IDEAM, cap. 3, p. 1).

El agua es un recurso de valor inestimable, a medida que aumenta la competencia por el agua, aumenta la utilidad de la información hidrológica, convirtiéndose en una actividad rentable y un requisito previo para la gestión sensata de los recursos hídricos.

El IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales) es la institución pública de apoyo técnico y científico al Sistema Nacional Ambiental, que está encargada de generar información confiable, consistente y oportuna, sobre el estado y las dinámicas de los recursos naturales y del medio ambiente en Colombia.

Entre los años 2000 a 2011 el IDEAM estudia el comportamiento del río Sumapaz, para ello ejecutó aforos periódicos en las estaciones El Profundo, La Playa y El Limonar de los municipios de Cabrera, Pandi y Melgar respectivamente, en la Tabla 4 se proporcionan datos de relevancia con respecto a ellas. Es destacable la elevación de las estaciones, teniendo una diferencia de 1455 msnm entre El Profundo aguas arriba y El Limonar aguas abajo. Cabe mencionar que el río Sumapaz nace en el páramo de Sumapaz en el Alto de las Cazuelas, a 3830 msnm y sus aguas fluyen hacia el occidente hasta desembocar en el río Magdalena a 280 msnm (Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial MAVDT, 2009). Su longitud es de 120 km (Bastides et al. 1998 en Cely 2007).

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Tabla 4: Características generales de las estaciones seleccionadas.

Fuente: IDEAM, Aforos Sumapaz.

2.2. COMPILACIÓN DE LOS AFOROS HISTORICOS DEL RÍO SUMAPAZ

Durante el periodo de registro citado en la Tabla 4 se ejecutaron una serie de aforos periódicos en el cauce del río, de manera que se determinó el comportamiento que ha tenido respecto a los parámetros hidráulicos evaluados.

En la Tabla 5 se muestran los elementos geométricos e hidráulicos evaluados en las secciones transversales de las estaciones hidrológicas seleccionadas, correspondientes a la velocidad media, ancho de la lámina de agua del cauce, profundidad media, área de la sección del aforo, perímetro mojado (perímetro de la sección en contacto con agua), radio hidráulico y caudal de flujo. Dichos parámetros serán abreviados en delante de la siguiente manera:

Tabla 5: Abreviaciones de los parámetros hidráulicos.

Fuente: Elaboración propia.

Código Nombre TipoPeríodo de

RegistroMunicipio Corriente

Latitud

N

Longitud

W

Elevación

msnm

2119701 El Profundo LG 2000-2011 Cabrera Sumapaz 4° 01’ 74° 30’ 1860

2119703 La Playa LG 2000-2011 Pandi Sumapaz 4° 11’ 74° 30? 750

2119715 El Limonar LG 2000-2011 Melgar Sumapaz 4° 13’ 74° 37’ 405

Abreviación Parámetro hidráulico

A Área de la sección transversal del río

Pm Perímetro mojado

Q Caudal

R Radio Hidráulico

T Ancho de la lámina de agua

Vm Velocidad media

Vmax Velocidad máxima

Vs Velocidad superficial

Ym Profundidad media

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El área de la sección transversal del río es calculada geométricamente, basándose en las distancias tomadas en campo, como lo son el ancho de la lámina de agua, las profundidades medidas a lo largo de la sección y el perímetro mojado, las velocidades son registradas mediante el molinete, mientras que el caudal es determinado por el producto de la velocidad media por el área de la sección como se ve en la siguiente expresión:

2.2.1. Aforos en el municipio de Cabrera

En la estación El Profundo ubicada en el municipio de Cabrera se ejecutaron un total de 19 aforos en el periodo comprendido entre el 2000 a 2011, en los cuales se evaluaron los parámetros descritos en la Tabla 5, a continuación se citan los resultados:

Tabla 6: Resumen de aforos en la estación El Profundo en el municipio de Cabrera.

Fuente: IDEAM, Aforos El Profundo.

Aforo Fecha Vm (m/s) T (m) Ym (m) A (m 2) Pm (m) R (m) Q (m 3 /s)

1 05/01/2000 0,24 34,4 0,64 22,1 34,6 0,64 5,37

2 04/04/2000 0,49 37,0 1,23 45,6 37,5 1,22 22,32

3 02/11/2000 1,19 38,8 2,72 105,4 41,1 2,57 125,39

4 08/12/2000 0,24 34,4 0,64 22,1 34,6 0,64 5,37

5 03/04/2001 0,21 32,0 0,75 24,0 32,3 0,74 4,92

6 15/09/2001 0,58 36,0 1,65 59,4 36,6 1,62 34,46

7 16/04/2002 0,40 34,2 1,14 39,0 34,7 1,12 15,70

8 15/02/2003 0,72 15,9 0,19 2,9 16,0 0,18 2,11

9 02/03/2005 0,31 22,5 0,37 8,4 22,6 0,37 2,58

10 02/03/2006 0,47 22,2 0,30 0,7 22,2 0,29 3,06

11 06/07/2006 0,50 37,5 0,83 31,0 37,6 0,83 15,63

12 21/08/2006 0,46 35,5 0,81 28,8 36,0 0,80 13,16

13 05/12/2006 0,40 37,3 0,55 20,6 37,7 0,55 8,26

14 28/02/2007 0,27 24,5 0,26 6,4 24,5 0,26 1,71

15 26/11/2007 0,40 32,0 0,64 20,4 32,3 0,63 8,11

16 10/03/2008 0,41 40,1 0,61 24,4 40,2 0,61 10,06

17 18/02/2009 0,56 38,4 1,06 40,6 38,8 1,04 22,90

18 11/02/2011 0,45 37,2 0,68 25,4 37,3 0,68 11,32

19 22/08/2011 0,49 33,0 0,81 26,8 33,3 0,81 13,21

41

La Tabla 6 contiene los parámetros hidráulicos registrados en el municipio de Cabrera, en los cuales se observa un comportamiento relativamente uniforme, cabe mencionar que el aforo número 3 ejecutado el 02/11/2000 describe un aumento considerable en las magnitudes de dichos parámetros con respecto a las demás, esto puede ser debido a crecientes generadas por cambios climáticos o por afectaciones en la estructura del ecosistema por parte del hombre, es decir, por tala de árboles, movimientos de tierras, entre otros.

2.2.2. Aforos en el municipio de Pandi

En la estación La Playa ubicada en el municipio de Pandi se ejecutaron un total de 14 aforos en el periodo comprendido entre el 2000 a 2011, en los cuales se evaluaron los parámetros descritos en la Tabla 5, a continuación se citan los resultados:

Tabla 7: Resumen de aforos en la estación La Playa en el municipio de Pandi.

Fuente: IDEAM, Aforos La Playa.

La Tabla 7 describe los resultados de los aforos hechos en el municipio de Pandi, se exhibe un comportamiento uniforme entre las magnitudes hidráulicas evaluadas, las mayores magnitudes fueron medidas en los aforos número 2 y 3


1 03/04/2000 0,43 25,5 1,99 50,8 26,2 1,94 21,85

2 03/11/2000 0,89 26,2 2,63 68,9 28,1 2,45 61,42

3 07/12/2000 0,14 21,0 1,38 29,1 22,1 1,32 3,97

4 01/04/2001 0,24 21,0 1,74 36,5 22,5 1,62 8,73

5 27/02/2005 0,11 23,0 1,61 37,0 23,8 1,55 4,08

6 06/02/2006 0,09 21,5 1,58 33,9 22,5 1,51 2,95

7 05/07/2006 0,34 24,7 2,00 49,5 26,0 1,90 16,84

8 20/08/2006 0,22 23,3 1,97 45,9 24,4 1,88 10,21

9 04/12/2006 0,29 25,0 1,53 38,3 26,2 1,46 10,98

10 25/02/2007 0,08 21,0 0,17 34,9 22,3 1,57 2,74

11 09/03/2008 0,16 22,8 1,97 44,8 24,1 1,86 7,35

12 17/02/2009 0,69 24,9 2,55 63,5 273,8 2,29 43,68

13 10/02/2011 0,37 25,0 2,70 67,6 27,3 2,48 25,29

14 21/08/2011 0,28 25,3 2,25 56,8 26,6 2,13 15,98

42

realizadas el 03/11/2000 y 17/02/2009 respectivamente, generando un mayor transporte de masas en el cauce.

2.2.3. Aforos en el municipio de Melgar

En la estación El Limonar ubicada en el municipio de Melgar se ejecutaron un total de 24 aforos en el periodo comprendido entre el 2000 a 2011, en los cuales se evaluaron los parámetros descritos en la Tabla 5, a continuación se citan los resultados:

Tabla 8: Resumen de aforos en la estación El Limonar en el municipio de Melgar.

Fuente: IDEAM, Aforos El Limonar.


1 15/04/2000 1,04 46,5 1,42 66,0 46,9 1,41 68,66

2 09/11/2000 1,01 46,0 1,28 58,7 46,4 1,26 59,04

3 06/12/2000 0,26 44,0 0,77 33,9 44,2 0,77 8,78

4 18/12/2000 0,40 45,5 1,09 49,6 45,8 1,08 19,86

5 29/06/2001 0,44 45,3 0,82 37,0 45,5 0,81 16,29

6 01/10/2001 0,48 44,2 0,71 31,2 44,4 0,70 14,89

7 19/02/2002 0,15 39,8 0,74 39,4 40,0 0,73 4,48

8 13/02/2003 0,10 39,7 0,62 24,5 40,0 0,61 2,54

9 14/03/2004 0,33 45,0 0,60 27,0 45,1 0,60 8,98

10 18/02/2005 0,68 47,2 0,86 40,7 47,4 0,86 27,78

11 09/02/2006 0,52 41,0 0,84 34,4 41,2 0,84 17,90

12 28/02/2006 0,45 44,5 0,79 35,3 44,7 0,79 15,81

13 25/05/2006 0,76 44,5 1,01 44,8 44,8 1,00 33,93

14 04/07/2006 0,69 46,0 0,91 41,8 46,3 0,90 28,64

15 18/08/2006 0,40 44,6 0,74 32,8 44,8 0,73 13,03

16 14/09/2006 0,63 44,3 0,89 39,4 44,6 0,88 24,96

17 03/12/2006 0,56 46,5 0,73 34,0 46,7 0,73 19,07

18 04/12/2006 0,60 45,0 0,92 41,6 45,2 0,92 24,83

19 01/02/2007 0,29 42,5 0,61 25,8 42,6 0,60 7,49

20 03/03/2008 0,43 43,8 0,71 31,2 43,9 0,71 13,46

21 14/02/2009 0,80 46,0 1,06 48,6 46,4 1,05 38,71

22 06/02/2011 0,54 46,3 0,89 41,4 46,4 0,89 22,52

23 16/04/2011 1,67 47,0 1,77 83,2 47,8 1,74 139,20

24 28/07/2011 0,58 46,0 0,86 39,5 46,2 0,86 23,00

43

La Tabla 8 corresponde a los aforos hechos en el municipio de Melgar, las magnitudes de los parámetros hidráulicos mantiene una uniformidad salvo los aforos número 1 y 23 los cuales tiene las mayores magnitudes respecto a los demás.

2.3. EVALUACIÓN DE LAS VELOCIDADES REGISTRADAS EN LOS AFOROS DEL RÍO SUMAPAZ

Como ya se ha mencionado en los aforos con molinete se registran varias velocidades a diversas profundidades, de manera que se pueda establecer su comportamiento por medio de un perfil de velocidades como se muestra en la Figura 4. Es por ello que este método genera la posibilidad de obtener la velocidad puntual a la profundidad que se requiera.

Para continuar con la evaluación de la velocidad máxima del río Sumapaz se procede de la siguiente manera:

a) La magnitud de la velocidad superficial (Vs) se obtiene con el promedio aritmético de velocidades superficiales registradas en cada aforo.

b) La magnitud de la velocidad media (Vm) corresponde a la velocidad media de cada aforo reportada por el IDEAM.

c) La magnitud de la velocidad máxima (Vmax) corresponde a la máxima velocidad registrada en cada aforo.

Teniendo en cuenta los parámetros anteriormente descritos a continuación se describen las velocidades de mayor relevancia para ejecutar las evaluaciones estadísticas, de manera que se obtengan parámetros para determinar de manera aproximada la velocidad máxima que pueda generarse en el cauce del río Sumapaz.

44

2.3.1. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Cabrera

Las velocidades de mayor relevancia medidas en los aforos se describen en la Tabla 9.

Tabla 9: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Cabrera.


Por medio de las velocidades registradas en la Tabla 9, se procede a realizar una correlación de estas magnitudes por medio de una regresión lineal a través del origen, de manera que se determinen parámetros que permitan predecir la velocidad máxima de flujo. A continuación se presentan los resultados de estas correlaciones en la Figura 7, Figura 8 y Figura 9.

Aforo Vs (m/s) Vm (m/s) Vmax (m/s)

1 0,36 0,24 0,56

2 0,58 0,49 0,70

3 1,35 1,19 1,98

4 0,36 0,24 0,56

5 0,32 0,21 0,53

6 0,75 0,58 0,96

7 0,52 0,40 0,74

8 0,82 0,72 1,17

9 0,32 0,31 0,45

10 0,55 0,47 0,69

11 0,61 0,50 1,00

12 0,57 0,46 0,82

13 0,44 0,40 0,66

14 0,32 0,27 0,45

15 0,49 0,40 0,68

16 0,44 0,41 0,94

17 0,64 0,56 1,04

18 0,44 0,45 0,80

19 0,66 0,49 1,00

45

Figura 7: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Cabrera.


Figura 8: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Cabrera.


46

Figura 9: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Cabrera.


En la Figura 7 a Figura 9 se observa gráficamente la relación funcional entre las velocidades, se observa que la función que mejor se ajusta a este comportamiento es el de una línea con pendiente que intersecta la coordenada (0,0), para medir el grado de la dependencia lineal entre las dos variables se calculó el coeficiente de correlación R2 el cual se incluye en cada figura, este valor es cercano a 1 en todos los casos evaluados, permitiendo concluir que existe una relación lineal fuerte.

Las correlaciones lineales calculadas en la estación El Profundo ubicada en el municipio de Cabrera generan las siguientes equivalencias:

47

2.3.2. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Pandi


Tabla 10: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Pandi.


Por medio de las velocidades registradas en la Tabla 10, se procede a realizar una correlación de estas magnitudes por medio de una regresión lineal a través del origen. A continuación se presentan los resultados de estas correlaciones en la Figura 10, Figura 11 y Figura 12.


1 0,50 0,43 0,79

2 1,00 0,89 1,78

3 0,17 0,14 0,26

4 0,26 0,24 0,37

5 0,16 0,11 0,24

6 0,16 0,09 0,21

7 0,45 0,34 0,87

8 0,29 0,22 0,50

9 0,35 0,29 0,62

10 0,12 0,08 0,17

11 0,20 0,16 0,38

12 0,89 0,69 1,58

13 0,44 0,37 0,93

14 0,46 0,28 0,77

48

Figura 10: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Pandi.


Figura 11: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Pandi.


49

Figura 12: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Pandi.



Las correlaciones lineales calculadas en la estación La Playa ubicada en el municipio de Pandi generan las siguientes equivalencias:

50

2.3.3. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Melgar


Tabla 11: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Pandi.



1 1,24 1,04 1,72

2 1,16 1,01 1,53

3 0,33 0,26 0,43

4 0,50 0,40 0,74

5 0,58 0,44 0,76

6 0,55 0,48 0,73

7 0,18 0,15 0,24

8 0,14 0,10 0,21

9 0,40 0,33 0,50

10 0,75 0,68 1,05

11 0,66 0,52 0,84

12 0,52 0,45 0,68

13 0,90 0,76 1,24

14 0,81 0,69 1,10

15 0,51 0,40 0,66

16 0,74 0,63 0,96

17 0,67 0,56 0,88

18 0,76 0,60 0,97

19 0,35 0,29 0,47

20 0,52 0,43 0,65

21 0,96 0,80 1,39

22 0,67 0,54 0,91

23 1,93 1,67 2,50

24 0,70 0,58 0,89

51

Por medio de las velocidades registradas en la Tabla 10, se procede a realizar una correlación de estas magnitudes por medio de una regresión lineal a través del origen. A continuación se presentan los resultados de estas correlaciones en la Figura 10, Figura 11 y Figura 12.

Figura 13: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Melgar.


52

Figura 14: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Melgar.


Figura 15: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Melgar.


53


Las correlaciones lineales calculadas en la estación El Limonar ubicada en el municipio de Melgar generan las siguientes equivalencias:

Adicionalmente se evaluaran dos estaciones más ubicadas en los municipios de Honda y Puerto Salgar pertenecientes a la cuenca del río Sumapaz, de modo que se cuente con un parámetro de referencia adicional, generando así resultados más confiables.

2.3.4. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Honda

Las velocidades de mayor relevancia son registradas en la Tabla 12, basados en estos parámetros se presentan los resultados de las correlaciones respectivas en la Figura 16, Figura 17 y Figura 18.

54

Tabla 12: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Honda.


Figura 16: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Honda.



1 2,45 2,19 2,96

2 2,03 1,74 2,58

3 1,58 1,27 1,73

4 2,72 2,42 3,46

5 2,58 2,58 3,43

6 2,58 2,59 3,43

7 2,48 2,25 3,11

8 1,65 1,34 1,84

9 2,30 2,11 2,87

10 1,96 1,74 2,35

11 2,22 2,03 2,71

12 2,57 2,31 3,16

13 1,67 1,36 2,10

14 2,60 2,50 3,22

15 1,66 1,32 1,87

16 1,90 1,66 2,41

55

Figura 17: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Honda.


Figura 18: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Honda.


56

En las Figura 16 a Figura 18 se observa gráficamente la relación funcional con un coeficiente de correlación R2 el cual se incluye en cada figura, este valor es cercano a 1 en todos los casos evaluados. Generando las siguientes equivalencias:

2.3.5. Evaluación de la velocidad máxima de flujo en el municipio de Puerto Salgar

Las velocidades de mayor relevancia son registradas en la

Tabla 13, basados en estos parámetros se presentan los resultados de las correlaciones respectivas en la Figura 19, Figura 20 y Figura 21.

Tabla 13: Velocidades relevantes en el aforo del municipio de Puerto Salgar.


1 1,19 0,93 1,64

2 1,17 0,88 1,39

3 1,49 1,25 1,75

4 1,91 1,69 2,34

5 1,59 1,41 1,93

6 1,45 1,34 2,04

7 1,59 1,41 1,93

8 2,09 1,74 2,63

9 1,34 1,04 1,77

10 1,55 1,35 1,93

11 1,40 1,14 1,77

12 1,53 1,24 1,82

13 2,30 2,20 2,84

14 1,86 1,71 2,35

57


Figura 19: Correlación entre Vs y Vm en el municipio de Puerto Salgar.


Figura 20: Correlación entre Vm y Vmax en el municipio de Puerto Salgar.

58


Figura 21: Correlación entre Vs y Vmax en el municipio de Puerto Salgar.


En las Figura 19 a Figura 21 se observa gráficamente la relación funcional con un coeficiente de correlación R2 el cual se incluye en cada figura, este valor es cercano a 1 en todos los casos evaluados. Generando las siguientes equivalencias:

59

3. CAPITULO III

3.1. PARÁMETROS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD MÁXIMA

La determinación de las velocidades superficiales, medias y máximas en el cauce del río Sumapaz es importante en planeación de medidas estructurales y no estructurales ante posibles eventos de inundación, de modo que se prevenga la pérdida de vidas y daños en las propiedades aledañas. Además, esta información tiene relevancia en estudios de calidad del agua, conservación de los organismos vivos y hábitats en los cuerpos de agua.

Con los valores de las velocidades registradas en las carteras de cada una de las estaciones seleccionadas, se ajustaron relaciones funcionales entre las velocidades medias y superficiales con respecto a la velocidad máxima registrada, de manera que en cada estación se determinaron las equivalencias necesarias para ello.

Ahora se procede a generar los parámetros finales para la determinación aproximada de la velocidad máxima de flujo, mediante el aforo de la velocidad superficial o media empleando los métodos de molinete o flotador.

3.1.1. Comparativa de los resultados finales en las estaciones evaluadas

Los resultados hallados en las estaciones ubicadas en los municipios de Cabrera, Pandi, Melgar, Honda y Puerto Salgar con respecto a las velocidades registradas se resumen en la Tabla 14.

60

Tabla 14: Comparativa de relaciones de velocidades en las estaciones evaluadas.


Mediante estas equivalencias se determina los parámetros finales que permiten calcular de manera aproximada la velocidad máxima de flujo, mediante el promedio aritmético de dichas relaciones, el cual se resume en la Tabla 15. Cabe mencionar que estos parámetros generan magnitudes teóricas cercanas a las que puedan generarse propiamente en este caudal.

Tabla 15: Equivalencias finales de las velocidades en el río Sumapaz.


Vm = 0,84 Vs Vm = 0,81 Vs Vm = 0,84 Vs

Vmax = 1,74 Vm Vmax = 2,15 Vm Vmax = 1,58 Vm

Vmax = 1,48 Vs Vmax = 1,76 Vs Vmax = 1,33 Vs

CABRERA PANDI MELGAR

Vm = 0,91 Vs Vm = 0,87 Vs

Vmax = 1,38 Vm Vmax = 1,43 Vm

Vmax = 1,24 Vs Vmax = 1,25 Vs

PUERTO SALGARHONDA

Vm = 0,85 Vs

Vmax = 1,66 Vm

Vmax = 1,41 Vs

EQUIVALENCIAS

FINALES

61

CONCLUSIONES

La velocidad máxima de flujo es un indicador importante del comportamiento hidráulico en el cauce de un rio, este estudio se generó relaciones funcionales teóricas para el cálculo aproximado en el río Sumapaz, en síntesis la velocidad máxima es equivalente a 1.66 veces la velocidad media y 1.41 veces la velocidad superficial registrada en cualquier aforo que se ejecute en esta cuenca empleando los métodos de flotador o molinete.

Con respecto a la velocidad media se determinó que equivale teóricamente a 0.85 veces la velocidad superficial, siendo un parámetro importante para calcular el caudal de flujo sin contar con instrumentación técnica especializada, dado que solo se requiere medir la velocidad superficial y los parámetros geométricos de la sección del río.

La determinación de la velocidad máxima de flujo en la cuenca del Río Sumapaz toma relevancia para la prevención y planes de manejo en caso de inundaciones, gestión de recursos hídricos, análisis hidrológico y seguimiento de la calidad de agua entre otros, de forma tal que se preserve el bienestar de los habitantes de los municipios evaluados así como los ecosistemas y las diferentes especies de seres vivos que moran cerca al cauce del río.

Este método de cálculo hidráulico representa un método fácil y económico para los habitantes aledaños al río, los cuales dependen del fluido vital para su consumo o empleo en actividades agropecuarias, dado que no requiere de un conocimiento especializado del tema para evaluar la velocidad y cantidad de volumen de agua que esté pasando a través de este cauce.

62

BIBLIOGRAFÍA

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CASTILLO, Ángela. Aplicación del método sinergia seguimiento a la planificación y gestión ambiental en los municipios que conforman la provincia del Sumapaz, departamento de Cundinamarca, en el periodo de gobierno 2012-2015. Bogotá DC: Universidad Distrital Francisco José de Caldas. [En linea]. [Consultado 03/04/2018]. 37-45 p. Disponible en: <http://repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4542/1/Proyecto%20de%20Aplicaci%C3%B3n%20%281%29.pdf>.

CHOW, Ven Te. Hidrología Aplicada. 1 Ed. Bogotá DC: Ed. McGraw-Hill. 190-205 p. ISBN 0-07-010810-2.

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determinaciÓn de la velocidad mÁxima del rÍo sumapaz...

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