estudio de inundación en utica final
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SUBDIRECCIÓN DE RECURSO NATURALES Y ÁREAS PROTEGIDAS
BOGOTÁ
JUNIO DE 2012
Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca - CAR
CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA
INTEGRANTES CONSEJO DIRECTIVO
Presidente de la República Juan Manuel Santos Calderón
Representante del Señor Presidente Carlos Angulo Galvis
Gobernador de Cundinamarca Álvaro Cruz Vargas
Gobernador de Boyacá Juan Carlos Granados Becerra
Alcalde Mayor de Bogotá D.C. Gustavo Francisco Petro Urrego
Delegado Alcalde Mayor de Bogotá D.C. Diego Fernando Bravo Borda
Ministro de Ambiente y Desarrollo Sostenible Frank Joseph Pearl González
Delegado Ministro de Ambiente y Desarrollo Sostenible Aníbal Fernández de Soto
Alcalde Municipal de Sasaima - Cundinamarca Juan Carlos Ramos Flórez
Alcalde Municipal de Zipaquirá - Cundinamarca Marco Tulio Sánchez Gómez
Alcalde Municipal de Buenavista - Boyacá Miguel Antonio Castillo Barragán
Representante del Sector Privado –ASOTENGIR Magdalena Collazos Luna
Representante del Sector Privado - LIMOUSIN Luis Alfonso Rubiano López
Representante de las Comunidades Indígenas Julio Hernando Balsero
Representante de Entidades Sin Ánimo de Lucro Luis Alejandro Motta Martínez
Representante de Entidades Sin Ánimo de Lucro Andrés Iván Garzón
ELABORACIÓN EQUIPO TÉCNICO
MARTÍN MAURICIO MAZO VILLALOBOSAsesor Dirección General Gestión del Riesgo
ADRIANO CHAPARRO CAMILO ZAMBRANOSubdirección Administración Recursos Naturales y Áreas Protegidas
REVISO: HENRY JAVIER PALACIOS CLAVIJOSubdirector Administración Recursos Naturales y Áreas Protegidas
Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca - CAR
INTEGRANTES DIRECTIVOS CAR
Director General (E)Dr. Alfred Ignacio Ballesteros Alarcón
Secretario GeneralDra. Amparo Cruz Peña
Subdirección de Recursos Económicos y Apoyo LogísticoDr. Luis Alfonso Rodríguez Valbuena
Subdirector de Planeación y Sistemas de InformaciónDr. Pacífico Ernesto Barrera Nubán
Subdirector de Desarrollo Ambiental Sostenible (E)Dra. Edith Sofia Castro Martínez
Subdirectora JurídicaDra. Piedad Gutierréz Barrios
Subdirectora de Gestión Social (E)Dra. Martha Mercedes Carrillo Silva
Subdirección de Administración de los Recursos Naturales y Áreas ProtegidasDr. Henry Javier Palacios C.
Jefe Oficina de ComunicacionesDr. Édgar Humberto Cárdenas Sarmiento
Jefe Oficina de Gestión del Talento HumanoDra. Mónica Rocío Fonseca Páez
Jefe Oficina de Control Interno (E)Dra. Marlen Ortiz Rozo
Jefe Oficina de Control Disciplinario InternoDra. Juana María Sánchez Rubio
Jefe Oficina de Cooperación InternacionalDr. Fernando Páez Mejía
Jefe Fondo para las Inversiones Ambientales en el Perímetro Urbano de Bogotá- FIABDr. Anibal Segundo Acosta Pulido
Jefe Laboratorio AmbientalDr. Edwin Giovani García Masmela
Jefe Oficina Bogotá DC - La CaleraDra. Olga Lí Romero Delgado
Jefe Oficina Provincial Almeidas y Municipio de GuatavitaDra. Rosa María Sarmiento Puchana
Jefe Oficina Provincial Alto MagdalenaDr. Edwin César Gaviria Montanez
Jefe Oficina Provincial Bajo MagdalenaDr. Javier Correal Pizarro
Jefe Oficina Provincial ChiquinquiráDr. Ramón Anselmo Vargas López
Jefe Oficina Provincial GualiváDr. José Gregorio Espejo Jiménez
Jefe Oficina Provincial Magdalena CentroDr. Luís Fernando Hernández Sandoval
Jefe Oficina Provincial RionegroDr. Juan Filiberto Cotrino Guevara
Jefe Oficina Provincial Sabana CentroDra. Martha Susana Muñoz Cepeda
Jefe Oficina Provincial Sabana OccidenteDra. Adriana Lucía Roa Vanegas
Jefe Oficina Provincial Soacha (E)Dra. Jhoanna Alexandra Montoya Munñoz
Jefe Oficina Provincial SumapazDr. Néstor Emilio Ruiz Rodríguez
Jefe Oficina Provincial TequendamaDr. Martín Eduardo Moreno Roa
Jefe Oficina Provincial UbatéDr. Carlos Manuel Montaño Barrantes
Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca - CAR
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN..............................................................................................1
2. OBJETIVO GENERAL......................................................................................1
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS......................................................................23. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO....................................................2
3.1 CUENCA DEL RÍO NEGRO......................................................................23.2 CUENCA DE LA QUEBRADA NEGRA......................................................33.3 MUNICIPIO DE UTICA..............................................................................5
4. COMPONENTE ECOLÓGICO..........................................................................6
4.1 CARACTERÍSTICAS HÍDRICAS...............................................................64.2 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS..........................................................8
4.2.1 FLORA................................................................................................8
4.2.2 FAUNA................................................................................................9
4.3 CARACTERÍSTICAS SOCIOECONÓMICAS..........................................135. ANÁLISIS HIDROLÓGICO..............................................................................15
5.1 ESTACIONES UTILIZADAS....................................................................155.2 PRECIPITACIÓN.....................................................................................165.3 CURVA DE INTENSIDAD – DURACIÓN – FRECUENCIA.....................195.4 HIETOGRAMA PARA LA ESTACIÓN AGUA FRÍA.................................215.5 ESTIMACIÓN DE LA CURVA NÚMERO.................................................23
6. MODELACIÓN HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA............................................28
6.1 MODELACIÓN HIDROLÓGICA...............................................................287. MODELACIÓN DEL TRANSITO HIDRÁULICO DE CAUDALES DE
CRECIENTES........................................................................................................32
7.1 METODOLOGÍA......................................................................................327.2 IMPLEMENTACIÓN DE LA MODELACIÓN HIDRODINÁMICA..............327.3 RESULTADOS DE LA MODELACIÓN HIDRÁULICA..............................38
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..................................................44
9. BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................45
10. ANEXOS......................................................................................................46
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 Parte Alta de la Quebrada La Chorrera..................................................4Figura 3.2 Parte Media de la Quebrada La Chorrera..............................................5Figura 3.3 Localización municipio de Utica.............................................................6Figura 4.1 Deforestación en la subcuenca..............................................................8Figura 4.2 Acciones que generan inestabilidad y debilitamiento del suelo de la cuenca de la quebrada negra.................................................................................14Figura 5.1 Mapa de isoyetas para la zona de estudio...........................................17Figura 5.2 Precipitación promedio anual (mm) estación Agua Fría.......................18Figura 5.3 Curva Intensidad Duración y Frecuencia para la estación Agua Fría. .21Figura 5.4 Hietograma de bloque alterno periodo de retorno 20 años..................22Figura 5.5 Hietograma de bloque alterno periodo de retorno 50 años..................22Figura 5.6 Hietograma de bloque alterno periodo de retorno 100 años................23Figura 5.7 Mapa de curva número para el área de estudio...................................27Figura 6.1 Resultado del modelo HEC-HMS para hietograma de 100 años de retorno....................................................................................................................29Figura 6.2 Caudal de retorno vs. Probabilidad de ocurrencia...............................31Figura 7.1 Batimetría y topografía de la planicie de inundación............................34Figura 7.2 Extracción desde DEM de las secciones transversales cada 100 m en promedio................................................................................................................36Figura 7.3 Pantalla de con la geometría del modelo HEC – RAS utilizado...........37Figura 7.4 Pantalla de salida de resultados del modelo HEC-RAS.......................38Figura 7.5 Sección típica quebrada Negra............................................................39Figura 7.6 Sección típica quebrada Negra con sedimentos..................................39Figura 7.7 Perfil longitudinal de la quebrada Negra..............................................40Figura 7.8 Mapa de Inundación de la zona de estudio.........................................41Figura 7.9 Mapa de creciente en el escenario de deposición de sedimentos en el cauce frente a la cabecera municipal de Utica.......................................................43
LISTA DE TABLAS
Tabla 4.1 Anfibios endémicos y/o que tienen algún grado de amenaza..................9Tabla 4.2 Reptiles endémicos y/o que tienen algún grado de amenaza................10Tabla 4.3 Aves endémicas y/o que tienen algún grado de amenaza.....................10Tabla 4.4 Mamíferos endémicos y/o que tienen algún grado de amenaza............11Tabla 5.1 Estaciones utilizadas en el estudio.........................................................16Tabla 5.2 Coeficientes del método de vargas y díaz-granados Utilizados.............20Tabla 5.3 Intensidad Duración y Frecuencia para la estación Agua Fría...............20Tabla 5.4 Tabla de curvas número según SCS de los EEUU,1964.......................26Tabla 6.1 Caudales de diseño utilizados................................................................30Tabla 6.2 Caudales para los periodos de retorno 20, 50 y 100 años.....................31
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1. INTRODUCCIÓN
Durante la pasada ola invernal que azotó al país durante el último trimestre del
2010 y el primer trimestre del 2011 quedó en evidencia la necesidad de estudios
hidrológicos e hidráulicos que permitan actualizar la determinación de cotas de
inundación. Se evidencia en los últimos periodos el incremento de los periodos de
estiaje con valores extremos, causados por fenómenos climáticos como el enso,
de igual manera los valores superiores de precipitación afectados por acción de la
niña que cada vez arremete al continente con mayor fuerza.
Cada vez son más las zonas vulnerables aledañas a los cuerpos hídricos, que
están ocupadas por los centros poblados; esta situación obliga a las
administraciones municipales y entes territoriales a identificar el riesgo por
inundaciones, conocer muy bien las variaciones que tienen las quebradas que
atraviesan sus municipios, tanto en la zona urbana como rural.
El Municipio de Utica fue uno de las áreas urbanas más afectadas en estos
últimos eventos de crecimiento de los ríos, específicamente a causa del
incremento de los niveles de agua de la Quebrada Negra.
El día 12 de marzo de 2012 se celebró de manera conjunta el Comité Regional y
Local de Prevención y Atención de Desastres en el Municipio de Utica cuyo fin era
analizar las acciones sectoriales de reducción y prevención del riesgo para el
Municipio de Utica. Dentro de las obras requeridas para reducir el riesgo se
plantea la ejecución de un muro de protección aguas arriba del casco urbano en la
Quebrada Negra con el fin de rectificar el cauce del río para evitar socavación,
labor encargada a la CAR. En este informe se elabora el estudio de la obra de
protección requerida.
0 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
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2. OBJETIVO GENERAL
Analizar la amenaza por inundación del casco urbano del Municipio de Utica, en el
Departamento de Cundinamarca a causa de la quebrada la Negra en la
confluencia con el Río Negro, evaluando escenario de aporte de sedimentos y
crecientes para diferentes periodos de retorno.
2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar los caudales para periodos de retorno de 20, 50 y 100 años en
la quebrada la Negra y en el Río Negro.
Determinar las áreas de amenaza por inundación del Casco Urbano del
Municipio de Utica bajo escenarios de periodos de retorno.
Simular el escenario de una reducción del cauce de la quebrada negra a
causa del aporte de sedimentos de la parte alta de la cuenca.
Diseñar la ubicación del muro de protección en la Quebrada Negra aguas
arriba del casco urbano del Municipio de Utica
3. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
3.1 CUENCA DEL RÍO NEGRO
La cuenca hidrográfica del Río Negro hace parte de la hoya hidrográfica del Río
Magdalena, se ubica al norte del Departamento de Cundinamarca, cubre una
extensión de 4235,24 Km2 el 22.7% de la jurisdicción de la CAR.
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La cuenca limita al norte con el Departamento de Boyacá, al sur con la cuenca del
Río Bogotá, por el oriente con la cuenca del Río Minero y parte media del Río
Bogotá finalmente por el occidente con la cuenca del Río Magdalena.
Comprende los municipios de Albán, Caparrapí, Guaduas, Guayabal de Síquima,
la Palma, La Peña, La Vega, Nimaima, Nocaima, Pacho, Puerto Salgar, Quebrada
Negra, San Francisco, Sasaima, Supata, Topaipí, Utica, Vergara, Vianí Villeta y
Yacopí.
Fisiográficamente, los paisajes más representativos lo constituyen los valles y las
montañas de la cordillera Oriental, los primeros están formados por vegas y
abanicos a lo largo del Río Negro, los segundos por montañas de laderas
coluviales y estructurales que forman áreas con topografía variable de ondulada a
fuertemente quebrada y escarpada . Es importante mencionar que toda la cuenca
presenta problemas de inestabilidad con procesos de remoción, deslizamientos y
desplomes originados por los tipos de suelos, por la humedad, entre otros.
La altitud de la cuenca varía entre los 800 hasta los 3600 msnm, con temperaturas
entre los 8ºC y los 26ºC, con un régimen de lluvias tipo bimodal, con totales
anuales de 1923 mm, lo que hace que el área de estudio sea de carácter que
varía desde el superhúmedo en las cuencas del río Guaguaquí y bajo río Negro;
húmedo hasta semiseco, en el río alto Negro; semiarido en las cuencas del río
Villeta y árido en esta misma y la de los ríos Pinzaima y Supatá. (CAR, 2006)
3.2 CUENCA DE LA QUEBRADA NEGRA
Nace en el alto El palmar entre los Municipios de Quebrada Negra y Villeta. Su
cauce tiene una longitud de 17 Km, con un caudal promedio de 1,5 m3/s y sus
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pendientes llegan hasta el 80% en algunos puntos. En el territorio municipal de
Utica recoge aguas principalmente de las quebradas Chorrera y Agua Clara, y de
gran cantidad de pequeñas Quebradas como: La Abuelita, la Jabonera, Amargosa,
el Descanso, la Papaya, la Rivera y Zanja Seca. El área que cubre esta
subcuenca es de 2.369.94 hectáreas. (Útica, 2000).
Figura 3.1 Parte Alta de la Quebrada La Chorrera
La Quebrada La Chorrera corresponde a uno de los afluente de la Quebrada
Negra en la parte alta de la cuenca en visita realizada al sector se observa que
presenta un deterioro importante del suelo, la sobre explotación mediante la
agricultura intensiva de caña panelera que se encuentra hasta la parte más alta de
la cuenca, aumentando el problema de erosión y de remoción en masa que
suceden en esta cuenca, material fino y grueso que se comienza a mezclar desde
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esta parte y que más adelante es transportado en las épocas de creciente, como
quedo en evidencia durante el pasado periodo de ola invernal, en donde este río
fue el principal aportante de la Quebrada Negra que llevó su avalancha hasta la
población de Utica, municipio afectado directamente por estar ubicado en el cono
de eyección o la llanura aluvial con material de arrastre que presenta esta
quebrada en su desembocadura al río Negro.
Figura 3.1 Parte Media de la Quebrada La Chorrera
En la parte media de la cuenca, en inmediaciones en donde se pretende la
construcción se presenta el segundo sector en donde el proceso de remoción en
masa de la cuenca se intensifica, y en donde suceden represamiento de material
transportado en las zona encañonada del cauce, que luego es removido en
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momentos de creciente, incrementando la amenaza de destrucción de cualquier
estructura hidráulica que se localice sobre el río.
3.3 MUNICIPIO DE UTICA
Se localiza al Noroeste del Departamento de Cundinamarca, en la provincia del
Gualiva, con una altura que oscila entre los 400 a 1600 m.s.n.m
Figura 3.2 Localización municipio de Utica.
El área aproximada del municipio es de 9.233 hectáreas, correspondientes a
superficie rural 9.029 hectáreas y urbana 204 hectáreas.
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4. COMPONENTE ECOLÓGICO1
4.1 CARACTERÍSTICAS HÍDRICAS
El casco Urbano del municipio de Útica se ubica en la confluencia de la quebrada
Negra y el río Negro. En general estos son de carácter torrencial, debido a lo
estrecho de los cauces, a la alta pendiente relacionada con el terreno quebrado, a
la corta longitud de su recorrido (con excepción del río Negro), a la baja
amortiguación de las aguas antes de llegar a los cauces y a la alta deforestación
que en general presenta el Municipio.
Según los resultados obtenidos por el equipo consultor para la formulación del
POMCA Rionegro, la Quebrada Negra presenta un valor de pH que cumple con la
Normatividad ambiental y con tendencia a la alcalinidad, una conductividad que
refleja un grado de mineralización bajo.
Los valores de oxígeno disuelto obtenido, reflejan que el cuerpo de agua presenta
condiciones de poca favorabilidad para la sobrevivencia de especies acuáticas.
El valor obtenido de nitritos tanto de la Quebrada Negra, cumple con el Decreto
1594/84 y Decreto 475/98; sin embargo se evidencia un alto contenido de
Nitrógeno amoniacal que excede el valor límite permisible establecido en estos
Decretos, lo cual se relaciona directamente con un alto contenido de coliformes
totales.
Los valores obtenidos de Sólidos totales de la Quebrada Negra exceden el límite
permisible del Decreto 475/98 para calidad de agua segura.
1 Plan de Ordenamiento y Manejo de Cuenca Hidrográfica - POMCA RIO NEGRO – CAR 2009
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La Quebrada Negra, excede los límites permisibles del Decreto 1594/84 para los
diferentes usos en cuanto a coliformes totales, permitiendo concluir que se está
realizando vertimiento de aguas residuales domésticas sin previo tratamiento
antes de su descarga.
4.2 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS
4.2.1 FLORA
La subcuenca de la quebrada Negra se encuentra altamente deforestada lo cual
indica un alto grado de intervención existente sobre la cobertura natural, las
principales causas de este fenómeno son la actividad ganadera y la expansión de
la frontera agrícola.
Figura 4.3 Deforestación en la subcuenca
El área de estudio, según el sistema de clasificación de Holdridge (1967), se
encuentra enmarcada en el bosque seco tropical (bs-T). La vegetación de esta
zona es la respuesta a factores climáticos, de suelo y a la intervención antrópica,
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es así como en época de sequía la mayoría de la vegetación arbórea pierde su
follaje como medio de defensa para soportar el déficit hídrico y las altas
temperaturas, durante el periodo de lluvias el bosque vuelve a recuperar su follaje
devolviéndole su aspecto exuberante, las copas de los árboles son de forma
aparasoladas, con fustes torcidos y con espinas entre las que se encuentran las
cactáceas. En esta formación se encuentran especies de gran valor comercial que
han venido desapareciendo con la implementación de potreros y cultivos
agrícolas.
Algunas de las especies florísticas que sobresalen en esta zona son: Cedro
(Cedrela odorata), Ceiba bruja (Ceiba pentandra), Diomate (Astronuim
graveolens), Baho (Platymiscium polystachium), Cumulá (Aspidosperma
polyneurum), Cardón (Lemairocereus griseus), Doncello (Prosopis juliflora),
Guadua (Guadua angustifolia), Guayacán carrapo (Bulnesia carrapo), Olivo
(Capparis adoratissima), Dinde (Maclura tinctoria), Cedrillo (Guarea guidonia),
Payandé (Pithcellobium dulce), Iguá (Pseudosmanea guachapele), Flor Morado
(Tabebuia rosea) y Samán. (Pithecellobium saman), Cactáceas arborescentes
como el Cardón (Lemairocereus humilis), algunas parásitas como el Cacto
parásito (Hylocereus undatus), Lluvia de perlas (Rhipsalis cassutha); entre las
terrestres el Higo (Opuntia elatior), Pitahaya (Acanthocereus pitajaya) y el Higo
redondo (Melocactus communis).
4.2.2 FAUNA
El POMCA Rionegro cita a las especies de fauna silvestre con probable presencia
en la zona, que son endémicas y/o que tienen algún grado de amenaza2 así:
Tabla 4.1 Anfibios endémicos y/o que tienen algún grado de amenaza.
2 End: Endémica; EN: En peligro; CR: En peligro crítico; VU: Vulnerable
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Grupo Familia Especie Nombre ComúnEnd
Uicn
Anfibios
Bufonidae Atelopus subornatus Sapito arlequín EN
Bufonidae Atelopus farci Sapito arlequín CRDendrobatidae Colostethus
ranoidesRana venenosa CR
Leptotodactilidae Eleutherodactylus ingeri
Rana VU
Plethodontidae Bolitoglossa lozanoi Salamandra corpulenta
X VU
Tabla 4.2 Reptiles endémicos y/o que tienen algún grado de amenaza.
Grupo Familia EspecieNombre Común
Uicn
ReptilesCrocodylidae Crocodylus acutus Cocodrilo CR
Testudinidae Geochelone carbonaria
Tortuga, morrocoy
CR
Tabla 4.3 Aves endémicas y/o que tienen algún grado de amenaza.
Grupo Familia Especie Nombre ComúnEnd
Uicn
AVES Tinamidae Crypturellus saltuarius Tinamú CR
Tinamidae Tinamus osgoodi Tinamú ENAnatidae Anas cyanoptera Pato ENAnatidae Netta erythrophthalma Pato CRAnatidae Anas geogica Pato pico de oro ENAnatidae Oxyura jamaicensis Pato andino ENAccipitridae Oroaetus isidori Aguila ENCracidae Crax alberti Pavón
colombianoX CR
Odonthophoridae Odontophorus strophium
Perdiz X CR
Rallidae Rallus semiblumbeus Tingua bogotana ENPsittacidae Pyrrhura calliptera Perico X VUPsittacidae Pionopsitta pyrilia Cotorra VUPsittacidae Touit stictoptera Perico ENPsittacidae Hapalopsittaca
amazoninaLora VU
Psittacidae Ognorhynchus icterotis Perico palmero CRTrochilidae Saucerottia cyanifrons Colibrí X
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Grupo Familia Especie Nombre ComúnEnd
Uicn
Trochilidae Coeligena prunellei Colibrí CRCapitonidae Capito hypoleucus Torito X ENPicidae Melanerpes
chrysauchenCarpintero VU
Furnariidae Synallaxis subpudica Hornero XThamnophilidae Clytoctantes alixii Hormiguero
arbóreoEN
Formicariidae Grallaria kaestneri Hormiguero XTyrannidae Phylloscartes lanyoni Atrapamoscas X ENAlaudidae Eremophila alpestris Alondra ENIcteridae Macroagelaius
subalarisChango X CR
Thraupidae Habia gutturalis Ahumado X NT
Tabla 4.4 Mamíferos endémicos y/o que tienen algún grado de amenaza
Grupo Familia Especie Nom ComúnEnd
UICN CITES
Mamíferos
Bradypodidae Bradypus variegatus Mico perezoso de tres dedos
II
Megalonychidae Choloepus hoffmanni Perezoso de dos dedos IIIMyrmecophagidae Tamandua mexicana Oso hormiguero, oso
meleroIII
Soricidae Cryptotis colombiana Musaraña XCallitrichidae Saguinus leucopus Tití gris, X VU ICebidae Ateles hybridus Marimonda del Magdalena CRCebidae Aotus griseimembra Mico de noche caribeño VUCebidae Aotus lemurinus Mico de noche andino VUCebidae Cebus albifrons Maicero cariblanco, macaco IICanidae Speothos venaticus Perro venadero, perro de
monteI
Canidae Cerdocyon thous Zorro, zorro común IIProcyonidae Nasua nasua Cusumbo sureño, coatí,
guacheIII
Procyonidae Potos flavus Pero de monte, micoleón IIIMustelidae Eira barbara Comadreja, ulamá, tayra IIIMustelidae Lutra longicaudis Nutria, gato de agua, lobito
de ríoVU I
Mustelidae Galictis vittata Nutria, hurón IIIFelidae Oncifelis colocolo Tigrillo ecuatoriano, gato
pajeroII
Felidae Puma concolor Puma, león, león colorado I
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Grupo Familia Especie Nom ComúnEnd
UICN CITES
Felidae Panthera onca Pantera, tigre mariposo, jaguar
VU I
Felidae Leopardus wiedii Tigrillo, tigrillo peludo IFelidae Leopardus pardalis Tigrillo, canaguaro IFelidae Herpailurus
yagouarondiGato pardo, gato de monte I
Tapiridae Tapirus pinchaque Tapir,danta de montaña EN ITayassuidae Tayassu pecari Cafuche, tatabro, pecarí, IITayassuidae Pecari tajacu Saino, tatabro, puerco de
monteII
Cervidae Mazama americana Venado colorado, soche IISciuridae Microsciurus
pucheraniiArdillita de los robledales X
Muridae Zygodontomys brunneus
Ratón rastrojero X
Muridae Akodon affinis Ratón campestre XMuridae Akodon bogotensis Ratón campestre XMuridae Thomasomys
monochromosRatón montañero X
Erethizontidae Coendou vestitus Puercoespín pardo X VUDinomydae Dinomys branickii Pacarana, guagua, tinajo VUDasyproctidae Dasyprocta punctata Ñeque, carmo, gautín IIIAgoutidae Agouti paca Paca, boruga, lapa, tinajo IIIEchimyidae Olallamys albicauda Casiragua XEchimyidae Proechimys oconnelli Casiragua X
4.3 CARACTERÍSTICAS SOCIOECONÓMICAS
El municipio de Útica cuenta con una población aproximada de 4200 habitantes,
de los cuales 2991 viven en la subcuenca de la quebrada Negra lo que
corresponde al 71.06% de la población total.
La economía de la zona de la Subcuenca se basa principalmente en los cultivos
de pan coger, café y caña panelera en las zonas medias, cacao en las zonas más
bajas, pero sobretodo predomina la ganadería de cría leche y cría carne.
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Algunas de las malas prácticas evidenciadas, producto de las actividades
mencionadas, que generan inestabilidad y debilitamiento del suelo de la cuenca de
la quebrada negra son:
Intensa Deforestación. El aumento de actividades agrícolas y pecuarias en
contraposición con las áreas destinadas a bosques aumentan la susceptibilidad
del suelo a la erosión, disminuyendo la calidad de los suelos y del agua.
Prácticas de quemas y uso intensivo del suelo. A ellas se debe la pérdida de la
capa orgánica del suelo, además de generar inestabilidad en laderas y por esto
movimiento de tierra.
Sobrepastoreo. Este genera procesos erosivos reflejados en la disminución de
vegetación herbácea y el socavamiento del terreno por pisoteo del ganado.
Además de lo mencionado anteriormente se pudo evidenciar la invasión a la zona
de ronda de la quebrada Negra para construcción de vivienda, en especial en el
área del casco urbano, incrementando aún más las amenazas de inundación.
(1) (2)
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(3) (4)
Figura 4.4 Acciones que generan inestabilidad y debilitamiento del suelo de la
cuenca de la quebrada negra.
(1) Pérdida de capa vegetal.(2) Construcciones en zona de ronda.(3) Potrerización de la cuenca para ganado.(4) Deforestación de la cuenca.
5. ANÁLISIS HIDROLÓGICO
La distribución espacial de la lluvia tiene gran incidencia en el comportamiento de
caudales de una cuenca hidrográfica, teniendo en cuenta la variación de
características físicas de la cuenca como el relieve, tipo de suelo, tipo y densidad
de cobertura vegetal, uso del suelo, además intervención humana (actividades),
destacando la urbanización, que conlleva a la impermeabilización del suelo en
gran porcentaje del área.
De la misma manera, la distribución temporal de la lluvia define ciclos secos,
húmedos y de transición, con efecto directo en el régimen (comportamiento) de
niveles y caudales en corrientes superficiales y depósitos superficiales y
subterráneos al interior de la cuenca hidrográfica
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5.1 ESTACIONES UTILIZADAS
Con el fin de obtener información hidrológica en la cuenca de la quebrada Negra y
del río Negro se utilizaron las siguientes estaciones meteorológicas en el presente
estudio.
Tabla 5.5 Estaciones utilizadas en el estudio.
14 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
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5.2 PRECIPITACIÓN
La precipitación total anual en esta cuenca oscila entre los 1400 y los 1800 mm
como se puede observar en el mapa de isoyetas elaborado para la zona de
estudio.
15 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
Figura 5.5 Mapa de isoyetas para la zona de estudio.
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En esta zona el comportamiento de las lluvias es de régimen bimodal,
encontrándose dos épocas de invierno durante el año bien definidas, una en los
meses de Marzo a Junio y otra de Octubre a Diciembre. En la Figura 5.6 se
puede observar el comportamiento de la precipitación mensual multianual en la
estación Agua Fria.
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE
Prec
ipit
acio
n m
m
Meses
Precipitación promedio mm estación Agua Fria
Figura 5.6 Precipitación promedio anual (mm) estación Agua Fría.
Es importante tener en cuenta que sobre la quebrada Negra no existen
limnimetros ni limnigrafos que permitan evaluar caudales medidos directamente,
con el fin de determinar los caudales máximos para el escenario propuesto.
Por esta razón es necesario efectuar un modelo lluvia escorrentía que permita
generar los caudales necesarios para simular el comportamiento de la quebrada
en el modelo hidráulico.
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Con el fin de generar estos caudales se empleara el método desarrollado por el
Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos (SCS), mediante la
herramienta computacional de modelación hidrológica HEC-HMS desarrollada por
el cuerpo de ingenieros de la armada de los Estados Unidos.
Para el desarrollo de este ejercicio se estimaran en base a la morfología y los
regímenes de precipitación en la cuenca, los tiempos de concentración Tc, el
Hietograma de Diseño a partir las curvas IDF de la zona y la asignación de la
curva número para las condiciones de la cuenca en particular.
5.3 CURVA DE INTENSIDAD – DURACIÓN – FRECUENCIA
Para la determinación de las funciones de intensidad-duración-frecuencia IDF, se
adoptó el método de “Curvas Sintéticas Regionalizadas para Colombia”, estudio
adelantado por R. Vargas y M. Díaz-Granados (1998). En dicho estudio se analizó
toda la información de registros de pluviógrafo disponibles en el país y se
correlacionaron con los registros pluviométricos para proponer relaciones de
intensidad – duración – frecuencia, deducidas a partir de las lluvias diarias
máximas. En el estudio se proponen ecuaciones para las diferentes regiones
naturales; la correspondiente a la Región Andina obtuvo altos niveles de
confiabilidad.
La siguiente es la ecuación general:
I=a⋅T
b
t c⋅M d
Donde,
I = Intensidad media en mm/hora.
T = Tiempo de retorno en años.
t = Tiempo de duración de la precipitación en horas.
M = Promedio de la precipitación máxima anual en 24 horas.
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Los coeficientes a, b, c y d son producto de las investigaciones del mismo estudio
y están generalizados para las diferentes regiones de Colombia, para el caso de
este estudio, se utilizan los coeficientes de la región andina presentados en
laTabla 5.6.
Tabla 5.6 Coeficientes del método de vargas y díaz-granados Utilizados.
Coeficientes Región
Andina
a 0,94
b 0,18
c 0,66
d 0,83
Como resultado de la aplicación de este método a la estación Agua Fria, se obtuvo
como resultado las Curvas Intensidad Duración y Frecuencia. En la Tabla 5.7 se
puede observar en los datos obtenidos y en la Figura 5.7 se puede observar la
curva IDF.
Duración Intensidad 3 5 10 25 50 100
10 127.95 140.27 158.91 187.40 212.30 240.5220 80.97 88.77 100.57 118.60 134.36 152.2230 61.96 67.93 76.96 90.76 102.82 116.4840 51.25 56.18 63.65 75.06 85.03 96.3350 44.23 48.49 54.93 64.78 73.39 83.1460 39.21 42.99 48.70 57.44 65.07 73.7270 35.42 38.83 43.99 51.88 58.77 66.5980 32.43 35.56 40.28 47.50 53.82 60.9790 30.01 32.90 37.27 43.95 49.79 56.41100 27.99 30.69 34.77 41.00 46.45 52.62110 26.28 28.82 32.65 38.50 43.62 49.41120 24.82 27.21 30.82 36.35 41.18 46.65
18 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
Tabla 5.7 Intensidad Duración y Frecuencia para la estación Agua Fría
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0102030405060708090
100110120130140150160170180190200210220230240250260
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Inte
nsida
d (m
m/h
r)
Duración (min)
CURVAS IDF OBTENIDAS POR EL MÉTODO DE DÍAZ GRANADOS
TR = 3
TR = 5
TR = 10
TR = 25
TR = 50
TR = 100
Figura 5.7 Curva Intensidad Duración y Frecuencia para la estación Agua Fría
5.4 HIETOGRAMA PARA LA ESTACIÓN AGUA FRÍA.
Con la información base de la curva IDF, se procedió a la elaboración del
hietograma para el periodo de retorno propuesto en este caso 20, 50 y 100 años,
por medio del método del bloque alterno, el cual consiste en especificar la
profundidad de precipitación que ocurre en n intervalos de tiempo sucesivos ∆t,
sobre una duración de Td= n∆t, después de seleccionar el periodo de diseño, la
intensidad es leída en una curva IDF para cada una de las ecuaciones ∆t, 2∆t,
3∆t…, y la profundidad de precipitación correspondiente se encuentra al multiplicar
la intensidad y la duración. Tomando diferencias entre valores de precipitación se
encuentra la cantidad de precipitación que debe añadirse por cada unidad
adicional de tiempo ∆t, estos momentos o bloques se ordenan en una secuencia
temporal de modo que la intensidad máxima ocurra en el centro de la duración
requerida Td, y los demás bloques queden en orden descendente
19 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
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alternativamente hacia la derecha y la izquierda del bloque central para formar el
hietograma de diseño.
20 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pre
cip
ita
ció
n (m
m)
Duración (minutos)
BLOQUE ALTERNO 20 años
ORDEN
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pre
cip
ita
ció
n (m
m)
Duración (minutos)
BLOQUE ALTERNO 50 años
ORDEN
Figura 5.8 Hietograma de bloque alterno periodo de retorno 20 años
Figura 5.9 Hietograma de bloque alterno periodo de retorno 50 años
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5.5 ESTIMACIÓN DE LA CURVA NÚMERO
Para la aplicación de esta metodología, se parte de la condición II en la cual para cada tipo de uso
de suelo en la cuenca estudiada se elige un valor de CN siguiendo en forma orientativa los valores
típicos y se pondera con respecto al valor del área para las condiciones promedio mencionadas
anteriormente.
Para condiciones de estiaje (secas) el valor del CN se calcula mediante la siguiente ecuación:
El valor del CN para la condición de mayor pluviosidad (húmedas), condición de
humedad antecedente III, se calcula mediante la ecuación:
21 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
)(058.010
)(2.4)(
IICN
IICNICN
)(13.010
)(23)(
IICN
IICNIIICN
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pre
cip
ita
ció
n (m
m)
Duración (minutos)
BLOQUE ALTERNO 100 años
ORDEN
Figura 5.10 Hietograma de bloque alterno periodo de retorno 100 años
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Definidas las variables necesarias, el valor de la diferencia potencial (S) se calcula
según la relación:
Este parámetro de retención también varia con el contenido de agua presente en
el perfil del suelo en un momento dado, de acuerdo con la siguiente ecuación:
.
La metodología utilizada para la generación de los caudales diarios está basada
en el concepto de la Curva Numero desarrollado por el Servicio de Conservación
de Suelos de los Estados Unidos, a partir de precipitaciones diarias.
3Este método se basa en la estimación directa de la escorrentía superficial de una
lluvia aislada a partir de características del suelo, uso del mismo y de su cubierta
vegetal. A partir de la representación de la precipitación (P) y precipitación efectiva
(Pe) se obtuvo una familia de curvas que fueron estandarizadas para definir un
número adimensional de curvas NC, que varía de 1 a 100 según sea el grado de
escurrimiento directo. El NC igual a 1 indica que toda la lluvia infiltra y un NC de
100 representa el escurrimiento total de la precipitación. Los números de curva se
aplican para diferentes condiciones de humedad antecedente, siendo la condición
II la que corresponde a humedad media del suelo. Si en el momento de producirse
la precipitación el suelo se encuentra saturado de acuerdo con lluvias precedentes
en el período de 5 días anteriores, se supone un aumento de la escorrentía
3 Relación precipitación - escorrentía y número de curva bajo diferentes condiciones de uso del
suelo .Cuenca modal del sistema serrano de La Ventana, Argentina 2003
22 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
S = 1000CN
−10 pu lg ó S = 25400CN
−254 mm
S = Smax [1− SW
[SW + exp (w1 − w2SW )] ]
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(condición III); por el contrario, si el suelo está seco la infiltración será
predominante (condición I).
En base a las condiciones del suelo existente en la cuenca, sus usos y
comportamientos hidrológicos, existen diferentes valores para los números de
curva, para el caso particular de la cuenca de quebrada Negra, se evaluaron los
tipos de suelos y sus usos encontrando que gran parte de ellos son de tipo B, y C
como se verá más adelante, pero además sus usos actuales están dados
principalmente para actividades silvopastoriles y restauración de coberturas
vegetales, además de ganadería extensiva y semiextensiva, es por esta razón que
se seleccionaron curvas numero para condiciones húmedas con valores cercanos
a 90, y con abstracciones iniciales de 6 mm. A continuación se presenta una tabla
de Números de curva de escorrentía para complejos hidrológicos suelo - cubierta
(para las condiciones de una cuenca II e Ia = 0,25 S (según SCS de los
EEUU,1964)
23 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
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24 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
Tabla 5.8 Tabla de curvas número según SCS de los EEUU,1964.
A B C D
1. Rastrojo Hileras Rectas ------------ 77 86 91 94Hileras Rectas Mala 71 81 88 91Hileras Rectas Buena 67 78 85 89Curvas de Nivel Mala 70 79 84 88Curvas de Nivel Buena 65 75 82 86Cur/Niv y Terrazas Mala 66 74 80 82Cur/Niv y Terrazas Buena 62 71 78 81Hileras Rectas Mala 65 76 84 86Hileras Rectas Buena 63 75 83 87Curvas de Nivel Mala 63 74 82 85Curvas de Nivel Buena 61 73 81 84Cur/Niv y Terrazas Mala 61 72 79 82Cur/Niv y Terrazas Buena 59 70 78 81Hileras Rectas Mala 66 77 85 89Hileras Rectas Buena 58 72 81 85Curvas de Nivel Mala 64 75 83 85Curvas de Nivel Buena 55 69 78 83Cur/Niv y Terrazas Mala 63 73 80 83Cur/Niv y Terrazas Buena 51 67 76 80
Mala 68 79 86 89Regular 49 69 79 84Buena 39 61 74 80
Curvas de Nivel Mala 47 87 81 88Curvas de Nivel Regular 25 59 75 83Curvas de Nivel Buena 6 35 70 79
6. Pastos de Corte Buena 30 58 71 78Mala 45 66 77 83
Regular 36 60 73 79Buena 25 55 70 77
8. Patios -------- 59 74 82 869. Caminos de Tierra 2/ -------- 72 82 87 8910. Pavimentos -------- 74 84 90 92
USO DE LA TIERRA
4. Leguminosas en Hileras Estrechas o Forraje en Rotación 1/
5. Pastos de Pastoreo
7. Bosque
3. Cultivos en Hileras Estrechas
2. Cultivos en Hileras
NUMERO DE CURVA
GRUPO DE SUELOSCONDICION HIDROLOGICA
COBERTURA TRATAMIENTO O
PRACTICA
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Figura 5.11 Mapa de curva número para el área de estudio.
Como se puede apreciar en la gráfica anterior la cuenca evaluada está
conformada por suelos de tipo B, C y D, en su gran mayoría tipo B es decir son
suelos moderadamente profundos a profundos, moderadamente bien drenados a
bien drenados, suelos con texturas moderadamente finas a moderadamente
gruesas y permeabilidad moderadamente lenta a moderadamente rápida, son
25 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
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suelos con ratas de transmisión de agua moderada además de zonas con
infiltración lenta cuando muy húmedos. Consiste de suelos con un estrato que
impide el movimiento del agua hacia abajo; suelos de textura moderadamente
finas a finas; suelos con infiltración lenta debido a sales o álcali o suelos con
mesas de agua moderadas.
6. MODELACIÓN HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA
6.1 MODELACIÓN HIDROLÓGICA
Para la implementación de la modelación hidrológica en la cuenca se utilizó el
sistema HEC – HMS, software desarrollado por El Cuerpo de Ingenieros del
Ejército de los Estados Unidos, y es una evolución del modelo HEC-1 desarrollado
por el mismo ente. Es un modelo de simulación de evento único de Lluvia-
Escorrentía. Tiene la capacidad de simular eventos históricos, eventos en tiempo
real o tormentas generadas en forma sintética.
Este modelo permite efectuar el modelo lluvia escorrentía mediante diferente
metodologías de transformación, estimación de pérdidas, determinación de flujo
base, tránsitos de flujo entre otros.
Para este caso en particular se han seleccionado como método de estimación de
perdidas, el de la curva número SCS, como método de transformación se ha
optado por el del hidrograma unitario de SCS, como se ha toma toda la cuenca
desde su nacimiento no asignaremos valor al flujo base. Estos métodos fueron
seleccionados de acuerdo a la disponibilidad de información existente, estimando
un tiempo de concentración de 250 minutos evaluando los métodos de Kirpich,
Temez, Vt Chow entre otros, abstracción inicial de 6 mm y tiempo te retardo de
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150 minutos. A continuación se presentan las imágenes con los resultados
arrojados por el modelo para cada uno de los escenarios propuestos en la
quebrada Negra
Figura 6.12 Resultado del modelo HEC-HMS para hietograma de 100 años de
retorno
Como se ha definido en los objetivos del presente estudio, y por consiguiente en la
metodología de evaluación, se efectuo un análisis de los caudales presentes en el
rio Negro en el sector de confluencia con la quebrada Negra, para ello se tomaron
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los datos de los caudales máximos absolutos de la estación Tobia con esta
información se efectuó un análisis de frecuencias para calcular periodos de retorno
por los métodos de Pearson III, Gumbell, Normal Máximos, Ev3, Logaritmo de
Pearson, y Logaritmo Normal, para luego de hacer una evaluación por Chi
cuadrado, seleccionar la mejor alternativa de cálculo, para el caso del rio Negro se
seleccionó la metodología de Gumbel.
Tabla 6.9 Caudales de diseño utilizados en la Estación Tobia para Río Negro
Tr NORMAL GUMBEL PEARSON LOG- PEAR LOG-NOR EV3
años mm mm mm mm mm mm2 357.6 338.7 346.5 346.4 338.3 345.4
2.5 388.6 371.7 377.7 378.2 368.1 378.43.33 421.7 410.3 412.6 413.7 402.7 415.0
5 460.6 461.1 455.9 457.7 447.7 459.710 514.6 542.1 519.8 521.8 518.4 523.820 559.1 619.8 576.2 577.2 585.1 578.250 609.1 720.4 643.7 641.8 670.5 640.8100 642.5 795.8 691.2 685.9 734.1 683.1
chi 2 60.3 36.0 39.4 39.8 49.4 41.5
FRECUENCIA DE LLUVIAS TOTALES - ESTACION TOBIA
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0
100
200
300
400
500
600
700
800
CA
UD
AL
(m3 /
s)
PROBABILIDAD P(X < Xi)
Posición de Ploteo
Normal
Log Normal
Gumbel
Pearson
Log Pearson
EV3
Abscisa
.010 .2 .30.40 .50 .60 .70 .80 .90 .95 .97 .98 .99 .995 .9990.001
1.0011.01 50 200
100021.11
1051.25
.10
PERÍODO DE RETORNO (Años) CAUDALES RIO NEGRO
Figura 6.13 Caudal de retorno vs. Probabilidad de ocurrencia.
Tabla 6.10 Caudales para los periodos de retorno 20, 50 y 100 años.
tr 20 años tr 50 años tr 100 añosrio negro 619.8 720.4 795.8
quebrada negra 243.3 288.7 341.8
caudales m3/scuerpos hidricos
Una vez estimados los caudales máximos de retorno para cada una de las
corrientes evaluadas, a continuación se presenta el cuadro consolidado de
caudales.
29 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
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7. MODELACIÓN DEL TRANSITO HIDRÁULICO DE CAUDALES
DE CRECIENTES
7.1 METODOLOGÍA
Para la delimitación de la Franja que delimitan las crecientes para los periodos de
retorno de 20, 50 y 100 años en los ríos Quebrada Negra y Río Negro se
implementó el tránsito de distribuido de crecientes mediante la aplicación del
modelo hidráulico de transito HEC-RAS, software que permite acoplarse a las
herramientas de Sistemas de Información Geográfica para la aplicación en
ejercicios de este tipo; en donde para la implementación se utiliza la información
básica suministrada como son las topografías de los ríos incluyendo su batimetría
y de la planicie de inundación. El modelo permite obtener a partir de los datos
determinados durante el análisis hidrológico de precipitaciones, en donde se
obtuvieron los caudales para las respectivas intensidades de periodos de retorno.
En este ejercicio que básicamente corresponde al tránsito hidrológico, se
determina el nivel del agua en cada una de las secciones transversales levantadas
de la topografía y de esta manera obtener la línea de mareas para los distintos
periodos de retorno que se establecieron para hacer el análisis de crecientes en
cada uno de los ríos estudiados en el presente informe.
Con la información Hidrológica (Caudales) e Hidráulica (Topografía) y con la
ayuda de la modelación matemática por medio de las herramientas
computacionales HEC-GeoRAS y HEC-RAS de distribución libre. A continuación
se presentan las diferentes etapas que se siguieron para la determinación del
Cauce para los distintos periodos de retorno 20, 50 y 100 años.
30 ESTUDIO OBRA DE PROTECCION QUEBRADA NEGRA – CREPAD No. 5 – CLOPAD No. 12 AÑO 2012
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7.2 IMPLEMENTACIÓN DE LA MODELACIÓN HIDRODINÁMICA
Una vez determinado los caudales en la entrada de cada río para los periodos de
retorno. Esta información es el insumo para la alimentación del modelo
matemático unidimensional HEC-RAS en sus correspondientes fronteras externas
e internas del sistema. Se adoptaron rugosidades de acuerdo con las
características de las corrientes, en el caso del río Negro y quebrada Negra,
correspondiente a un lecho rocoso de montaña, se tomó una rugosidad de
Manning de 0.04.
Para la esquematización del río fue necesario la creación de un Modelo Digital del
Terreno (DEM) de la zona de estudio, a partir de la información levantada para el
río Negro se tomó la topografía del Lidar y los puntos topobatimétricos que realizó
la firma consultora que realizó el trabajo de definición de la ronda hidráulica del río
Negro, para la Quebrada Negra se realizó un levantamiento en campo de las
secciones transversales con la ayuda del equipo topográfico con que cuenta la
Subdirección de Recursos Naturales y Áreas Protegidas de la Corporación, la
información describe la geometría del cauce con una distancia promedio de 250
metros a cada lado desde el eje demarcada en cada corriente; complementada
con el DEM de 30 metros de la Nasa.
Para efectos de la operatividad del modelo Hidrodinámico se extraen las
secciones que describen cada corriente de acuerdo con el modelo digital de
elevación (DEM). Se construyeron DEMs con la topografía suministrada, cada
modelo comprende una longitud promedio de 1.2 Kilómetro medidos por el eje del
río (Ver Figura 7.15).
La creación de cada DEM se llevó a cabo mediante el método de triangulación TIN
(Trianguated Irregular Network) con la ayuda del Sistema de Información
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Geográfico (ArcGIS). Se tiene de esta forma la batimetría y la topografía de la
planicie de inundación como se muestra en la Figura 7.14
Figura 7.14 Batimetría y topografía de la planicie de inundación.
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De cada uno de los modelo digitales de terreno, con la ayuda de la aplicación
GeoRAS que se acopla al SIG ArcGIS, se extraen las secciones transversales
necesarias para la esquematización del río en el modelo matemático
unidimensional HEC-RAS (Ver Figura 7.16). Se tomaron secciones cada 25
metros medidos por el eje del río con una ancho promedio de 50 metros. Además
se realizó la digitalización de las bancas derecha e izquierda del río que definen
los marcadores correspondientes en cada una de las secciones.
Una vez teniendo este insumo del SIG, se migran a la herramienta HEC-RAS
cada una de las secciones que describen la geometría necesaria en el modelo
hidrodinámico. Durante este proceso de descripción de la geometría es necesario
realizar ajuste de los marcadores de las bancas de acuerdo con la geometría que
describe cada sección transversal, al igual definir diques que se puedan identificar
y también darle la rugosidad a las secciones. Después de este proceso se definen
las condiciones de frontera externas e internas del modelo de acuerdo con los
datos obtenidos de los caudales y niveles en las estaciones localizadas en el
tramo donde se realiza la corrida (ver Figura 7.15).
La modelación de los niveles de los ríos se trabajó con el escenario de los
caudales máximos, basados en una ventana de tiempo histórica de registros
pluviométricos de 10 años y proyectados los caudales de acuerdo con el modelo
hidrológico basado en distribuciones de probabilidad para los periodos de retorno.
Además se consideró para condiciones de flujo permanente y en un régimen de
flujo supercrítico dada la alta pendiente que presentan estos cuerpos de agua en
la zona de estudio. En la Figura 7.16 se presenta una pantalla del modelo con sus
correspondientes ventanas en donde se realiza todo el ejercicio de aplicación y en
donde se obtienen los resultados que se anexan para cada uno de los ríos
estudiados.
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Figura 7.15 Extracción desde DEM de las secciones transversales cada 100 m en
promedio.
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Figura 7.16 Pantalla de con la geometría del modelo HEC – RAS utilizado.
7.3 RESULTADOS DE LA MODELACIÓN HIDRÁULICA
Una vez realizada la corrida del modelo HEC-RAS se tienen los datos de niveles
de agua, líneas de energía, velocidad, caudal, números de froude, pendientes
entre otros aspectos hidráulicos en cada una de las secciones que se realizó la
extracción del DEM y en todo el perfil longitudinal del río.
En la Figura 7.17 se presenta un ejemplo de la salida de resultados del modelo
mostrando la memoria de cálculos, en los anexos se pueden apreciar el total de
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los resultados obtenidos para cada uno de los tramos analizados en cada una de
las corrientes en donde se realizó la aplicación del modelo.
Figura 7.17 Pantalla de salida de resultados del modelo HEC-RAS
A continuación se presenta la sección típica y el perfil longitudinal de la quebrada
Negra con sus resultados de niveles de agua. Se observa para el escenario en
donde la cuenca deposita los sedimentos disminuyendo el área de la sección y en
el perfil una pendiente constante propia de un río de montaña.
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Figura 7.18 Sección típica quebrada Negra.
Figura 7.19 Sección típica quebrada Negra con sedimentos.
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Figura 7.20 Perfil longitudinal de la quebrada Negra
Finalmente se migran los resultados de la modelación en HEC-RAS de regreso
esta vez al DEM para realizar la determinación del mapa de la creciente.
Básicamente el modelo utiliza el TIN para analizar los niveles de agua de
desbordamiento y determinación del cauce para cada periodo de retorno que se
realizó la corrida hidrodinámica. En la Figura 7.21 se tiene el ejemplo de la salida
del modelo HECGeoRAS acoplado a ArcGIS en donde se presenta el mapa de los
niveles de agua registrado en la modelación en la confluencia de los dos ríos.
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Figura 7.21 Mapa de Inundación de la zona de estudio.
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Se obtuvo en todos los casos que los caudales modelados para los distintos
periodos de retorno no representan niveles de desbordamiento importantes en la
mayoría del tramo en los dos ríos que se realizó la modelación hidrodinámica.
Sin embargo, dado que la serie utilizada para determinar los caudales con
periodos de retorno corresponde a una ventana de tiempo de tan solo 14 años, es
importante tener cuidado con la proyección a periodos de retorno superiores a los
20 años. En el caso de la aplicación de cualquier metodología de ajuste de
funciones de probabilidad este supone que los momentos estadísticos del evento
analizado se mantienen, en este caso la condición hidrológica es estable y
constante; y es claro que esta situación se ha venido modificando por el
incremento e intensificación de fenómenos climáticos como el Enso y aspectos de
variabilidad y cambio climático que modifican las constantes climáticas que
suponen metodología de ajuste de probabilidad de eventos extremos como la
implementada para el presente estudio. Es decir, que se debe tener cuidado al
aplicar cualquier condición de periodo de retorno encontrada por ejemplo en el
caso de los 50 y 100 años.
Se planteó el escenario en el caso en donde el río sufra un proceso de depósito de
sedimentos en las secciones transversales adecuadas, disminuyendo el vaso del
cauce, y transitando una creciente típica para un periodo de retorno de uno en 20
años.
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Figura 7.22 Mapa de creciente en el escenario de deposición de sedimentos en el
cauce frente a la cabecera municipal de Utica.
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8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El ejercicio de implementación de la modelación hidrológica muestra que el aporte
de caudales en la Quebrada Negra es importante, así como el transito hidráulico
en el cauce está influenciado de manera directa por el aporte de sedimentos
representados en el material de arrastre conformado en su mayoría por canto
rodado y sedimentos de lecho marino que es aportado por los afluentes aguas
arriba en las subcuencas altas tributarias a esta Quebrada, de tal forma que
durante los eventos extremos este material es transportado y depositado en la
zona del cono de eyección en inmediaciones de la cabecera municipal de Utica.
A corto plazo la mejor solución es el constante trabajo de realización de las
excavaciones y extracción del material depositado sobre el cauce en todo el sector
del río en inmediaciones a la frontera del río con la cabecera municipal.
Complementado con la creación de un sistema de monitoreo del cauce con fines a
establecer un sistema de alerta temprana para evitar pérdidas humanas en el caso
de un suceso de amenaza por inundación y avalancha de la Quebrada Negra.
A mediano plazo el control constante y monitoreo de los ríos afluentes a la
Quebrada Negra en cuanto a la deposición y posible formación de represamiento
de los materiales de arrastre del río a causa del constante proceso de remoción en
masa que sucede en la parte alta de los tributarios El Papayo y La Chorrera. Evitar
la formación de embalse de estos depósitos de material grueso que puede causar
la avalancha aguas abajo del río.
A largo plazo pensar en un posible reubicación de gran parte de las viviendas de
la cabecera municipal y que se encuentra más cercanas, así como el
mejoramiento de las cuencas tributarias que se encuentran muy intervenidas y que
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acrecientan el problema de remoción del material que transporta el río y disminuir
los caudales picos con una mayor reforestación de las microcuencas que regulan
dichos eventos extremos.
9. BIBLIOGRAFÍA
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10. ANEXOS
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