formulaciÓn y ordenamiento del recurso...

FORMULACIÓN Y ORDENAMIENTO DEL RECURSO HÍDRICO RÍO CHICHIMENE

CORPORACIÓN PARA EL DESARROLLO SOSTENIBLE DEL ÁREA DE MANEJO ESPECIAL LA MACARENA - CORMACARENA

LIMNOESTUDIOS EU CONTRATO NO. PS - GCT 2.7.13 – 286


Contrato No. PS - GCT 2.7.13 - 286

Un proyecto de

Ejecuta

TOMO I. DIAGNÓSTICO

VOLUMEN 4. OFERTA HÍDRICA

CAPÍTULO 1 DE 3. CONDICIONES HIDROLÓGICAS EN LA CUENCA DEL RÍO CHICHIMENE Y ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS

Interventor

INGRID SUÁREZ CANARIA

Profesional coordinadora grupo aguas

Villavicencio, 2014




CONTENIDO

1 INFORMACIÓN HIDROLÓGICA ................................................................................................................ 8

1.1 REVISIÓN DE INFORMACIÓN SECUNDARIA ................................................................................. 8

1.2 MODELO DIGITAL DEL TERRENO (MDE) ....................................................................................... 9

1.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CUENCA ............................................................................. 11

1.3.1 Ordenes de Horton para la cuenca .............................................................................................. 11

1.3.2 Relación de bifurcación y longitudes ........................................................................................... 14

1.3.3 Parámetros morfométricos asociados a la corriente principal y sus tributarios ........................... 16

1.3.4 Tiempos de concentración ........................................................................................................... 17

1.4 ANÁLISIS CLIMATOLÓGICO Y ZONIFICACIÓN CLIMÁTICA ........................................................ 19

1.4.1 Información disponible ................................................................................................................. 19

1.4.2 Análisis de homogeneidad de la información disponible ............................................................. 25

1.4.3 Variabilidad climática ................................................................................................................... 26

1.4.4 Clasificación climática .................................................................................................................. 29

1.4.5 Clasificación Caldas Lang ............................................................................................................ 30

1.4.6 Clasificación IGAC ....................................................................................................................... 32

1.5 CAUDAL MEDIO BALANCE A LARGO PLAZO .............................................................................. 36

1.5.1 Distribución espacial de la precipitación ...................................................................................... 38

1.5.2 Distribución espacial de la temperatura ....................................................................................... 38

1.5.3 Distribución espacial de la evapotranspiración ............................................................................ 39

1.5.4 Resultados ................................................................................................................................... 45

1.6 ANÁLISIS HIDROCLIMÁTICO DE LA CUENCA DEL RÍO CHICHIMENE ...................................... 45

1.6.1 Análisis de correlación ................................................................................................................. 45

1.6.2 Clasificación de los registros por condición hidrológica............................................................... 47




1.7 SIMULACIÓN HIDROLÓGICA ......................................................................................................... 48

1.7.1 Modelo de tanques ...................................................................................................................... 49

1.7.2 Descripción conceptual del modelo de tanques .......................................................................... 50

1.7.3 Metodología de aplicación del modelo ......................................................................................... 55

1.7.4 Calibración del modelo ................................................................................................................ 57

1.7.5 Validación de los resultados ........................................................................................................ 58

1.7.6 Generación de series de caudales para el rio Chichimene a nivel de cuenca y subcuencas ..... 59

1.7.7 Análisis de resultados para el proceso de simulación hidrológica ............................................... 61

2 HIDROGEOLOGÍA: ZONAS DE RECARGA Y DESCARGA DEL ACUIFERO ........................................ 62

2.1 GENERALIDADES ........................................................................................................................... 62

2.1.1 Puntos de Agua Subterránea ....................................................................................................... 63

2.2 MODELO HIDROGEOLÓGICO POMCH RÍO ACACIAS – PAJURE 2011 ..................................... 66

2.2.1 Características Hidráulicas .......................................................................................................... 66

2.2.2 Características Hidrogeológicas .................................................................................................. 66

3 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................... 69




LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Revisión de información secundaria relevante dentro del componente hidrológico .............................. 8

Tabla 2. Corrientes que drenan en la cuenca del río Chichimene y su orden de drenaje ................................. 14

Tabla 3. Corrientes que drenan en la cuenca del río Chichimene y su orden de drenaje ................................. 14

Tabla 4. Parámetros morfométricos de las corrientes objeto de estudio ........................................................... 16

Tabla 5. Continuación parámetros morfométricos de las corrientes objeto de estudio ..................................... 16

Tabla 6. Cálculo del tiempo de concentración para el río Chichimene y sus afluentes ..................................... 18

Tabla 7. Estaciones Hidroclimatológicas disponibles en la zona de estudio ..................................................... 20

Tabla 8. Estaciones de Precipitación definitivas para la zona de estudio ......................................................... 25

Tabla 9. Influencia de cada estación en las cuencas de interés ....................................................................... 25

Tabla 10. Resultados del análisis de cambios y tendencias ............................................................................. 26

Tabla 11. Clasificación coeficiente de Lang ....................................................................................................... 31

Tabla 12. Clasificación coeficiente de Caldas ................................................................................................... 31

Tabla 13. Clasificación Caldas - Lang ............................................................................................................... 32

Tabla 14. Clima ambiental como sustento para el suelo ................................................................................... 34

Tabla 15. Caudal medio por balance a largo plazo ........................................................................................... 45

Tabla 16. Indicadores Macroclimáticos .............................................................................................................. 45

Tabla 17. Precipitación cuenca de referencia .................................................................................................... 56

Tabla 18. Rangos de variación parámetros del modelo .................................................................................... 57

Tabla 19. Parámetros de Calibración Estación Rancho Alegre (3501707) ....................................................... 57

Tabla 20. Comparación del caudal medio multianual del río Chichimene. ........................................................ 58

Tabla 21. Comparación de la morfometría entre las cuencas Orotoy y Chichimene ........................................ 60

Tabla 22. Parámetros para la generación de series de caudales a nivel de cuenca y subcuencas ................. 61




Tabla 23. Inventario captaciones de aguas subterráneas en la cuenca del río Chichimene............................. 64

Tabla 24. Parámetros hidráulicos del acuífero .................................................................................................. 66

Tabla 25. Potencial hidrogeológico de unidades litoestratigráficas ................................................................... 67




LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Modelo digital del terreno en la cuenca del río Chichimene ............................................................... 10

Figura 2. Subcuencas drenantes en la cuenca del río Chichimene .................................................................. 12

Figura 3. Orden de la red de drenaje según Horton .......................................................................................... 13

Figura 4. Ubicación de las estaciones disponibles en la zona de análisis ........................................................ 22

Figura 5. Polígonos de Thiessen en la zona de la cuenca del río Chichimene ................................................. 24

Figura 6. Variación de la Precipitación en las estaciones disponibles .............................................................. 27

Figura 7. Variación de la Temperatura Estación Unillanos (3503507) .............................................................. 28

Figura 8. Variación de caudales Estación Rancho Alegre (3501707) ............................................................... 29

Figura 9. Variación Temporal de la Precipitación .............................................................................................. 30

Figura 10. Clasificación Caldas Lang ................................................................................................................ 33

Figura 11. Clasificación Climática según IGAC ................................................................................................. 35

Figura 12. Esquema del balance hidrológico sobre una cuenca ....................................................................... 36

Figura 13. Distribución espacial de la precipitación media multianual .............................................................. 40

Figura 14. Distribución espacial de la temperatura media multianual ............................................................... 41

Figura 15. Validación del modelo de balance hídrico para la zona de estudio .................................................. 42

Figura 16. Distribución espacial de la evapotranspiración real media multianual ............................................. 44

Figura 17. Análisis de correlación con variables macro-climáticas ................................................................... 47

Figura 18. Clasificación del Ciclo Anual para el Río Chichimene en función de las condiciones ENSO .......... 48

Figura 19. Esquema general del modelo de tanques ........................................................................................ 51

Figura 20. Serie de Caudales simulados durante el periodo de calibración para la estación Rancho Alegre .. 58

Figura 21. Curva de duración estación Rancho Alegre. Rio Orotoy .................................................................. 59

Figura 22. Formaciones Hidrogeológicas en la cuenca del río Chichimene y tipo de usuarios disponibles y registrados. ........................................................................................................................................................ 65



LIMNOESTUDIOS EU CONTRATO NO. PS - GCT 2.7.13 - 286

7

INTRODUCIÓN

El análisis adelantado en el Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca Hidrográfica (POMCH) del río Acacias – Pajure (CORMACARENA, 2011), contó con la verificación de la cartografía en campo y ajuste de la misma a las condiciones reales de cada sitio, esto incluye una depuración en el área de drenaje del río Chichimene. Para este procedimiento se contó con los estudios del Plan Básico de Ordenamiento Territorial (PBOT) de Acacias (Municipio de Acacias, 2000) y los Esquemas de Ordenamiento Territorial (EOT) de los municipios de San Carlos de Guaroa (Municipio de San Carlos de Guaroa, 2000), y Castilla La Nueva (Municipio de Castilla La Nueva, 2000), permitiendo completar especialmente la ubicación de sitios de interés y toponimia general, así como la toponimia de las superficies de agua y sitios de interés fue la cartografía IGAC a escala 1:100.000 del año 2007, fundamental para actualizar la infraestructura vial en detalles como órdenes de vías (CORMACARENA, 2011).

Partiendo entonces de la geodatabase del POMCH Acacias – Pajure (CORMACARENA, 2011), se tomó como información base cartográfica las curvas de nivel, la malla vía, la red de drenaje y la divisoria de sub cuencas, específicamente la información contenida dentro del área tributaria del río Chichimene.

A continuación, se presenta inicialmente un esquema general de la revisión de información necesaria para adelantar con el modelo hidrológico y posteriormente se presenta el desarrollo de las actividades encaminadas a generar la hidrología de la cuenca del río Chichimene.




8

1 INFORMACIÓN HIDROLÓGICA

1.1 REVISIÓN DE INFORMACIÓN SECUNDARIA

Previo a la evaluación de las condiciones de hidrológicas en la cuenca del río Chichimene, se adelantó la revisión de la información disponible como base para los diferentes análisis. En la Tabla 1, se presenta cada una de las referencias utilizadas para evaluar las condiciones actuales del río a ordenar, y la información con la que se cuenta para el componente hidrológico.

Tabla 1. Revisión de información secundaria relevante dentro del componente hidrológico

NO. TÍTULO ENTIDAD AÑO INFORMACIÓN TOMADA

1 Esquema de

Ordenamiento Territorial

Municipio de San Carlos de Guaroa

2000 Se analizó el contenido relacionado con la

Dimensión Ambiental, desde los temas de clima, relieve e hidrografía..

2 Plan Básico de Ordenamiento

Territorial

Municipio de Acacias

2000

La información tomada a partir de este documento, corresponde a la ubicación

geográfica de municipio de Acacias y las corrientes naturales que drenan en su territorio.

3 Modificaciones del

PBOT Municipio de

Acacias 2011

Se revisaron aquellos ajustes implementados en el PBOT del municipio de Acacias con relación a

los presentados en el 2000.

4

Plan de Ordenamiento y Manejo de la Cuenca

del Río Acacias - Pajure

CORMACARENA 2011

Se analizó el componente físico del Plan, tomando como referencia la codificación y zonificación de las cuencas, las estaciones

hidrometeorológicas disponibles y los análisis hidrológicos adelantados con el fin de

determinar los caudales disponibles en las cuencas tributarias del río Acacias, entre las que

se encuentra el caño Chichimene.

5 Decreto 1640 de 2012

Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible

2012

Este decreto derogó el Decreto 1729 de 2003, y se revisó entonces los procedimientos para la zonificación y codificación hidrográfica en el

territorio colombiano.

6

Zonificación y Codificación de Cuencas en el

Departamento de Nariño

CORPONARIÑO 2007

Se presenta en este documento las bases técnicas indicadas en el Decreto 1729 de 2003 a

cerca de la codificación de cuencas en el departamento de Nariño. Se destaca que según el Decreto 1640 de 2013, este procedimiento no

fue modificado.

Fuente: Elaboración propia. Limnoestudios EU, 2013




9

1.2 MODELO DIGITAL DEL TERRENO (MDE)

Existen nuevas herramientas que han agilizado el procesamiento y obtención de datos a partir de mapas digitales del terreno. Es el caso de la obtención de cuencas hidrográficas de una corriente a partir de modelos digitales de elevación. El software que será utilizado para el proyecto (HidroSIG 4.0 potenciado por MapWindows), fue desarrollado por un grupo interdisciplinario de los posgrados en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos y de Sistemas de la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín. HidroSIG 4.0 es un paquete que modela algunas variables hidrometeorológicas y genera cuencas.

Un modelo digital de elevación (MDE) es una representación digital del terreno que permite su almacenamiento y procesamiento en sistemas de información geográfica. En particular, los modelos digitales de elevación tienen la estructura que se conoce como ráster. Según esta estructura, el área que se desea representar se discretiza en regiones elementales rectangulares llamadas píxeles y a cada una de ellas se les asigna un valor de altura sobre el nivel del mar; este valor representa el valor medio de la altura tomado sobre todos los puntos al interior del píxel.

Se tienen diversas formas de construir un MDE, una de ellas se conoce como “rasterización” y utiliza información de curvas de nivel. Las curvas de nivel digitalizadas constituyen información tipo vectorial que representan líneas con igual elevación. El convertir esta información en tipo ráster implica la interpolación de estas elevaciones para asignarle un valor de elevación en todo punto de la zona a trabajar y la siguiente rasterización o discretización de dicha superficie de elevación.

La representación digital del terreno o modelos digitales de elevación -MDE- se tomó de la misión satelital ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection), lo cual consiste en arreglos matriciales de datos de elevación (formato ascii) con diversas resoluciones espaciales, siendo la más fina y gratuita la de 1” de arco (celdas de aproximadamente 30m). Dicha información puede adquirirse en el sitio webhttp://www.gdem.aster.ersdac.or.jp/search.jsp (ver Figura 1).




10

Figura 1. Modelo digital del terreno en la cuenca del río Chichimene





11

1.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CUENCA

La morfometría corresponde a las características físicas de la cuenca que influyen directamente en su comportamiento hidrológico, especialmente lo que tiene que ver con la respuesta de la cuenca ante los eventos hidrológicos extremos (CORMACARENA, 2011).

Las características de las subcuencas se describen por medio de valores numéricos (índices morfométricos), calculados con base en la distribución de cuencas y la topografía de la zona. Dentro de las características evaluadas se encuentran: área, perímetro, índice de compacidad (Kc), índice de forma (Kf), longitud total del cauce, altura media, entre otros. Para este análisis se utilizó el Modelo Digital del Terreno mencionado, información corroborada con la cartografía IGAC 1:25.000.

Tal como se ha indicado, la cuenca del río Chichimene cuenta con 12 subcuencas tributarias, las cuales se encuentran contenidas dentro de un área de 227,49 Km². En los capítulos posteriores se presenta la caracterización de estas cuencas.

Una cuenca está conformada por su cauce principal y la red de drenaje que confluye sobre el mismo. A partir de esta información se realizará un análisis de las características de la Red (ver Figura 2).

1.3.1 Ordenes de Horton para la cuenca

La zonificación y codificación de cuencas establecida por el IDEAM (MAVDT, 2010) parte del método de clasificación de Graveliuos. A continuación se utilizará el método indicado por Horton en el cual un cauce de primer orden es el que no tiene tributarios y la unión de dos cauces de primer orden forman uno de segundo orden y el orden de la cuenca es el mismo de su cauce principal a la salida.

Cabe resalar que la información de zonificación y codificación de la cuenca del río Chichimene se consolida en el Tomo I. Diagnóstico, Volumen 1. Caracterización, Codificación y Red Hidrográfica, Capítulo 1. Caracterización, Codificación y Red Hidrográfica; partiendo de la distribución de la información requerida de acuerdo con el contrato.

Cada uno de los cauces de la cuenca se jerarquizó siguiendo la clasificación de Horton y con base en ella se clasifica la cuenca del río Chichimene de orden cinco (5), tal como fue indicado en el POMCH del río Acacias – Pajure (CORMACARENA, 2011). En la Figura 3 se presenta la red de drenaje del río Chichimene y su respectivo orden según Horton y en la Tabla 2 se muestra el orden de cada una de las corrientes en la cuenca.




12

Figura 2. Subcuencas drenantes en la cuenca del río Chichimene





13

Figura 3. Orden de la red de drenaje según Horton





14

Tabla 2. Corrientes que drenan en la cuenca del río Chichimene y su orden de drenaje

CORRIENTE ORDEN

Caño N.N. 1 3

Caño N.N. 2 3

Caño Chipas 4

Caño Piedras 3

Caño Arrecifes 2

Caño N.N. 3 2

Caño N.N. 4 2

Caño Tres Rotos 1

Caño Blanco 2

Caño Chavisnavis 4

Caño Las Brisas 2

Caño Yeguas 3

Río Chichimene 5


1.3.2 Relación de bifurcación y longitudes

Con base en la jerarquización de los cauces y en las tres leyes de Horton, se calcularon los parámetros de relación bifurcación y longitud, para cada una de las cuencas, lo cual se presenta en la Tabla 3.

Tabla 3. Corrientes que drenan en la cuenca del río Chichimene y su orden de drenaje

CUENCA ORDEN NUMERO LONGITUD (M) RELACIÓN

BIFURCACIÓN RELACIÓN LONGITUD

Caño N.N. 1

1 7 7.367,382856 2,33 0,59

2 3 4.345,893254 3,00 0,28

3 1 1.204,010624

Caño N.N. 2

1 8 12.398,89957 4,00 0,42

2 2 5.198,72724 2,00 0,05

3 1 242,644935

Caño Chipas

1 55 75.454,2722 1,90 0,42

2 29 31.482,62262 2,90 0,61

3 10 19.287,2209 0,83 1,11




15

CUENCA ORDEN NUMERO LONGITUD (M) RELACIÓN

BIFURCACIÓN RELACIÓN LONGITUD

4 12 21.415,1647

Caño Piedras

1 20 20.439,33889 2,00 0,43

2 10 8.823,461998 1,11 2,15

3 9 18.978,00265

Caño Arrecifes 1 3 2.777,064927 1,50 3,60

2 2 10.007,26037

Caño N.N. 3 1 3 9.486,095446 1,50 0,14

2 2 1.368,309582

Caño N.N. 4 1 5 7.088,971453 1,67 0,22

2 3 1.556,604648

Caño Tres Rotos 1 1 6.905,368263

Caño Blanco 1 5 6.476,700752 1,25 0,58

2 4 3.778,479788

Caño Chavisnavis

1 14 21.430,88237 2,00 0,59

2 7 12.737,30749 1,75 0,53

3 4 6.771,219555 2,00 0,08

4 2 543,490858

Caño Las Brisas 1 5 2.710,290072 1,25 2,13

2 4 5.761,111051

Caño Yeguas

1 5 7.916,070552 1,67 0,18

2 3 1.455,019406 3,00 3,46

3 1 5.033,572755

Río Chichimene

1 197 259.119,5733 2,19 0,40

2 90 103.075,5093 2,73 0,59

3 33 61.205,457 1,32 0,54

4 25 32.875,14761 0,76 1,54

5 33 50.674,6399


Nota: La información relacionada como Caño N.N. 1, Caño N.N. 2, Caño N.N. 3 y Caño N.N. 4, corresponden a las corrientes tributarias del río Chichimene identificadas dentro de la geodatabase del POMCH río Acacias – Pajure, pero para las cuales no se tiene un nombre definido dentro del mismo estudio. Igualmente, con la corporación se definió que para dichas corrientes se utilizaría la codificación “Caño N.N.” (Mesa de trabajo CORMACARENA – LIMNOESTUDIOS EU, Noviembre 5 de 2013).




16

1.3.3 Parámetros morfométricos asociados a la corriente principal y sus tributarios

Los parámetros morfométricos se determinan con el propósito de conocer las características físicas de las cuenca del río Chichimene. La información se procesó mediante sistemas de información geográfica SIG y luego se estimaron los parámetros morfométricos, tal como se presenta en la Tabla 4 y Tabla 5 para cada una de las corrientes asociadas.

Tabla 4. Parámetros morfométricos de las corrientes objeto de estudio

PARÁMETRO UNIDAD CAÑO

CHICHIMENE CAÑO N.N. 1 CAÑO N.N. 2 CAÑO N.N. 3 CAÑO N.N. 4

CAÑO YEGUAS

Área km² 227,449 5,973 7,789 8,025 3,417 3,472

Longitud Cauce Principal

km 79,773 8,13 5,4 7,43 4,46 11,54

Pendiente Cauce % 0,24 0,26 0,065 0,075 0,037 0,38

Pendiente Cuenca % 15,72 20,07 17,884 15,269 15,884 13,656

Cota Mayor Cuenca m.s.n.m. 475 291 319 324 334 469

Cota Menor Cuenca m.s.n.m. 172 181 185 234 253 323

Cota Mayor Cauce m.s.n.m. 450,71 224 252 275 276 400

Cota Menor Cauce m.s.n.m. 172 181 185 234 253 323

Longitud Cuenca km 50,89 4,79 6,38 7,46 3,46 11,86


Tabla 5. Continuación parámetros morfométricos de las corrientes objeto de estudio


ARRECIFES CAÑO TRES

ROTOS CAÑO

BLANCO CAÑO

CHAVISNAVIS CAÑO LAS

BRISAS CAÑO

CHIPAS CAÑO

PIEDRAS

Área km² 9,782 7,689 6,628 34,622 2,547 59,819 17,501

Longitud Cauce Principal

km 11,025 6,9 6,76 14,58 6,76 37,09 23,9

Pendiente Cauce % 0,089 0,34 0,5 0,57 0,48 0,072 0,18

Pendiente Cuenca

% 15,373 15,501 15,116 13,726 11,562 14,701 15,491

Cota Mayor Cuenca

m.s.n.m. 322 344 393 469 388 368 348

Cota Menor Cuenca

m.s.n.m. 222 254 271 269 309 183 209

Cota Mayor Cauce

m.s.n.m. 275 298 324 375 370 350 293




17


ARRECIFES CAÑO TRES

ROTOS CAÑO

BLANCO CAÑO

CHAVISNAVIS CAÑO LAS

BRISAS CAÑO

CHIPAS CAÑO

PIEDRAS

Cota Menor Cauce

m.s.n.m. 222 254 271 269 309 183 209

Longitud Cuenca km 10,96 7,06 6,64 17,96 5,49 26,42 17,68


1.3.4 Tiempos de concentración

Se define como el tiempo mínimo necesario para que todos los puntos de una cuenca estén aportando agua de escorrentía de forma simultánea al punto de salida o punto de cierre. Está determinado por el tiempo que tarda en llegar a la salida de la cuenca el agua que procede del punto hidrológicamente más alejado, y representa el momento a partir del cual el caudal de escorrentía es constante, al tiempo que máximo.

En la literatura existen múltiples expresiones para el cálculo del tiempo de concentración, entre otras las propuestas por: Témez, Kirpich, California Coulverts Practice, Giandotti, S.C.S y Ven Te Chow. Sus fundamentos teóricos pueden ser revisados en Campo y Múnera (1997) y Vélez y Botero (2010). Algunas de las metodologías usadas se presentan a continuación.

Témez (1978)

75.0

25.0

o

c

S

L3,0T

(1)

Donde:

Tc: Tiempo de concentración en horas.

L: Longitud del cauce principal en kilómetros.

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

Kirpich 385.077.0

cS*L*0078,0T (2)

Donde:


L: Longitud del cauce principal en pies.

So: Pendiente promedio del canal principal en m/m.




18

Giandiotti (1990) oLS

LATc

3.25

5.14 (3)

Donde:


A: Área de la cuenca, en kilómetros cuadrados.

L: Longitud del cauce principal, en kilómetros.

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

California Culverts Practice (1942)

385.03*87075.0

*60

H

LTc (4)

Donde:

Tc: Tiempo de concentración en minutos.

L: Longitud del cauce principal hasta la divisoria en kilómetros

H: Diferencia de cotas entre el punto de control y la divisoria, en metros

En la Tabla 6 se presentan los resultados obtenidos con cada uno de los métodos utilizados.

Tabla 6. Cálculo del tiempo de concentración para el río Chichimene y sus afluentes

CUENCA MÉTODO (min)

PROMEDIO (min) TÉMEZ KIRPICH GIANDIOTTI CCP

Caño N.N. 1 114,31 197,43 358,38 104,77 193,72

Caño N.N. 2 109,00 245,68 771,10 60,53 296,58

Caño Chipas 462,40 1041,50 1256,36 495,04 813,82

Caño Piedras 278,20 521,78 601,24 332,66 433,47

Caño Arrecifes 176,64 377,15 695,44 154,51 350,94

Caño N.N. 3 135,20 297,28 714,06 102,00 312,13




19

CUENCA MÉTODO (min)

PROMEDIO (min) TÉMEZ KIRPICH GIANDIOTTI CCP

Caño N.N. 4 104,91 263,41 822,22 58,91 312,36

Caño Tres Rotos 95,90 156,93 331,99 93,65 169,62

Caño Blanco 87,75 133,16 263,64 81,35 141,47

Caño Chavisnavis 153,50 228,82 373,53 163,40 229,81

Caño Las Brisas 88,43 135,26 217,54 96,16 134,35

Caño Yeguas 138,80 223,40 280,44 140,79 195,86

Río Chichimene 658,33 1181,55 975,51 991,51 951,73


1.4 ANÁLISIS CLIMATOLÓGICO Y ZONIFICACIÓN CLIMÁTICA

La variabilidad climatológica de la zona de estudio es un aspecto importante que se debe evaluar, ya que representa los cambio en la respuesta hidrológica de la cuenca del río Chichimene. Para este análisis se partió de la información disponible con registros de las variables de mayor importancia, así como la aplicación de métodos indirectos.

1.4.1 Información disponible

En primer lugar se revisó la red de estaciones hidrometeorológica de la zona de estudio, principalmente la relacionada con aquellas que se ubican en los municipios de Acacias, Guamal, San Carlos de Guaroa, Castilla La Nueva, Villavicencio y Puerto López, municipios que presentan influencia en el área de drenaje de la cuenca del río Chichimene, Acacías y Orotoy.

Según el registro de estaciones en la zona de estudio, se cuenta con un total 39 estaciones de tipo Pluviográfica PG, Pluviométrica PM, Climatológica Ordinaria CO, Limnimétrica LM, Limnigráfica LG, Meteorológica ME, Climatológica Principal CP, Sinóptica Secundaria SS, Sinóptica Principal SP y Agrometeorológica AM. , tal como se relaciona en la Tabla 7.

Adicionalmente, en la Figura 4 se presenta la ubicación espacial de cada una de las estaciones hidroclimatológicas disponibles en la zona de estudio.




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Tabla 7. Estaciones Hidroclimatológicas disponibles en la zona de estudio

CÓDIGO ESTACIÓN CORRIENTE CATEGORÍA INSTALACIÓN ENTIDAD SUSPENSIÓN COTA NORTE ESTE MUNICIPIO

35010020 Acacias Acacias PM 15/04/1961 IDEAM

525 3,995 -73,766 Acacias

35010180 Mis Buenos Aires Acacias PM 15/01/1963 IGAC 15/11/1963 529 3,967 -73,767 Acacias

35017070 Rancho Alegre Orotoy LM 15/05/1979 IDEAM

337 3,864 -73,541 Acacias

35020030 Manzanares Manzanares PM 15/08/1968 IDEAM

1200 4,117 -73,800 Acacias

35020060 Pompeya Negro PM 15/11/1978 IDEAM

260 4,040 -73,368 Villavicencio

35020120 OBS Misional Meta PM 15/01/1914 MINAGRICU 15/12/1957 240 4,167 -73,633 Villavicencio

35020130 Internado Agrícola Meta PM 15/06/1929 MINAGRICU 15/12/1939 245 4,167 -73,667 Villavicencio

35020270 La Libertad Negro PM 15/05/1968 ICA 15/12/1972 336 4,067 -73,483 Villavicencio

35025020 La Libertad Negro AM 15/04/1968 IDEAM


35025110 La Libertad Aut Negro AM 25/03/2007 IDEAM


35027140 Puente Carretera Guayuriba LG 15/04/1968 IDEAM


35027160 Puente Carretera Pipiral LM 15/04/1978 IDEAM 15/12/1998 870 4,200 -73,717 Villavicencio

35027180 Canal Peralonso Pachaquar LM 15/07/1978 IDEAM 15/06/2002 261 4,100 -73,450 Villavicencio

35030040 Acue La Esmeralda Guatiquia PG 15/02/1986 IDEAM


35030030 Sena Guatiquia PG 15/08/1984 IDEAM


35030050 Ojo de Agua Ocoa PM 15/07/1978 IDEAM


35030060 Apiay Meta PM 15/04/1968 IDEAM 15/06/1972 300 4,083 -73,567 Villavicencio

35030070 Himat R6 Ocoa PM 15/05/1981 IDEAM 15/04/1994 400 4,083 -73,567 Villavicencio

35030100 Alcaldía Guatiquia PG 15/08/1993 IDEAM


35030290 Servita Guatiquia PM 15/04/1995 IDEAM


35030360 Puente Abadía Aut Guatiquia PG 28/09/2008 IDEAM


35035010 Base Aérea Apiay Ocoa SS 15/10/1972 IDEAM


35035020 Apto Vanguardia Guatiquia SP 15/10/1924 IDEAM


35035060 El Hachon Guatiquia CO 15/09/1967 IDEAM 15/01/1971 420 4,167 -73,600 Villavicencio




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CÓDIGO ESTACIÓN CORRIENTE CATEGORÍA INSTALACIÓN ENTIDAD SUSPENSIÓN COTA NORTE ESTE MUNICIPIO

35035070 Unillanos Guatiquia CP 15/10/1983 IDEAM


35035080 Termo Ocoa Ocoa ME 15/12/1993 IDEAM 15/07/2000 400 4,100 -73,700 Villavicencio

35035100 Villavicencio IDEAM Guatiquia AM 22/03/2007 IDEAM


35037100 Puente Abadía Aut Guatiquia LG 15/04/1968 IDEAM


35037130 Puente El Amor Ocoa LM 15/05/1978 IDEAM


35037140 Murujuy Ocoa LM 15/06/1978 IDEAM 15/08/1985 340 4,117 -73,283 Villavicencio

35010050 Borrego V Rica Guayuriba PM 15/07/1975 IDEAM 15/01/1989 300 3,967 -73,400 San Carlos de Guaroa

35010150 Yaguarito Acacias PM 15/01/1994 IDEAM

2750 3,883 -73,340 San Carlos de Guaroa

35015030 San Carlos de Guaroa Humadea CO 15/02/1977 IDEAM 15/04/1992 230 3,717 -73,250 San Carlos de Guaroa

35017040 El Barro Metica LM 15/05/1979 IDEAM

193 3,750 -73,180 San Carlos de Guaroa

35017050 Rincón del Pajure Metica LM 15/05/1979 IDEAM 15/04/1993 190 3,883 -73,117 San Carlos de Guaroa

35010060 El Toro Guaroa PM 15/05/1978 IDEAM

230 3,787 -73,401 Castilla La Nueva

35015010 La Nutria Guaroa CO 15/05/1968 IDEAM 15/09/1975 230 3,800 -73,433 Castilla La Nueva

35017030 Alto Corozal Guamal LM 15/05/1979 IDEAM 15/01/1990 331 3,800 -73,583 Castilla La Nueva

35017080 Orotoy Orotoy LM 15/06/1979 IDEAM 15/11/1985 358 3,833 -73,617 Castilla La Nueva

35010040 Caño Hondo Guamal PM 25143 IDEAM

800 3,9 -73,85 Guamal

35010070 Guamal Guamal PM 28581 IDEAM

525 3,85 -73,73 Guamal


IGAC: Instituto Geográfico Agostín Codazzi

IDEAM: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia

ICA: Instituto Colombiano Agropecuario

MINAGRICU: Ministerio de Agricultura




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Figura 4. Ubicación de las estaciones disponibles en la zona de análisis





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Con el fin de caracterizar adecuadamente la variación climatológica de la cuenca del río Chichimene, se adelantó en primer lugar el descarte de aquellas estaciones que se encuentran suspendidas o con un registro inferior a 20 años. Adicionalmente, no fueron tomadas en cuenta las estaciones que son operadas por una entidad diferente al Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia - IDEAM, debido a la accesibilidad de los registros en las estaciones.

Dentro de la ejecución del Plan de Ordenamiento del Recurso Hídrico del río Chichimene, se requiere determinar la oferta de agua de la cuenca. Según el análisis previo de información, la cuenca de estudio no cuenta con registros de caudales sobre su corriente principal o afluentes principales, por lo que se realizará la modelación hidrológica de la zona de estudio, y así construir una serie sintética de caudales en el río Chichimene a partir de los registros históricos de una cuenca vecina y las características de respuesta hidrológica.

Según la información disponible, el río Orotoy cuenta con una estación limnimétrica LM llamada Rancho Alegre (3501707) y que presenta un registro lo suficientemente extenso (mayor a 20 años). La serie de caudales sobre el río Chichimene será elaborada mediante la aplicación del modelo de Tanques (Lluvia - Escorrentía), el cual será analizado más adelante en el presente informe. El área de la cuenca del río Orotoy tiene un área de drenaje hasta la confluenca con el río Acacías de 179,46 Km² y hasta el sitio donde se ubica la estación Rancho Alegre de 123,76 Km².

Se analizó entonces la influencia de cada una de las estaciones restantes en el área de drenaje de estudio. Para ello se aplicó la metodología de Polígonos de Thiessen y así determinar la proximidad de estas estaciones a la cuenca del río Chichimene y Orotoy, análisis que fue realizado para las estaciones con registro de variables espaciales, tales como precipitación y temperatura. Para este análisis se descartó la información registrada en la estación de lluvia Base Aérea Apiay (3503501), ya que según el reporte emitido por el IDEAM, presenta grandes cantidades de datos faltantes. En la Figura 5, se presenta el resultado del análisis mencionado.

Se puede apreciar que cinco (5) estaciones presentan influencia sobre la cuenca del río Chichimene y cuatro (4) sobre la cuenca del río Orotoy hasta el sitio donde se presenta la estación de caudales. También se puede apreciar la ubicación de la estación de caudales Rancho Alegre (3501707). En la Tabla 8 y Tabla 9, se presentan las estaciones utilizadas para caracterizar las condiciones climatológicas de la cuenca de estudio, y su respectivo porcentaje de influencia dentro del área total de la cuenca. Es importante mencionar que, la información relacionada fue comprada al IDEAM y se entrega de manera digital como Anexo 1 dentro de este capítulo.




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Figura 5. Polígonos de Thiessen en la zona de la cuenca del río Chichimene





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Tabla 8. Estaciones de Precipitación definitivas para la zona de estudio

CÓDIGO ESTACIÓN CORRIENTE CATEGORÍA INICIA ENTIDAD COTA NORTE ESTE MUNICIPIO P MEDIA (mm/año)

3501002 Acacias Acacias PM 15/04/1961 IDEAM 525 3,995 -73,766 Acacias 4923,6

3502006 Pompeya Negro PM 15/11/1978 IDEAM 260 4,04 -73,368 Villavicencio 2572,6

3503005 Ojo de Agua Ocoa PM 15/07/1978 IDEAM 300 4,091 -73,449 Villavicencio 2990,4

3503507 Unillanos Guatiquia CP 15/10/1983 IDEAM 340 4,077 -73,582 Villavicencio 3589,8

3501006 El Toro Guaroa PM 15/05/1978 IDEAM 230 3,787 -73,401 Castilla La

Nueva 2628,4

3501004 Caño Hondo Guamal PM 25143 IDEAM 800 3,9 -73,85 Guamal 5290,4

3501007 Guamal Guamal PM 28581 IDEAM 525 3,85 -73,73 Guamal 4219,2

Fuente: Estaciones de precipitación. IDEAM, 2013

Tabla 9. Influencia de cada estación en las cuencas de interés

CUENCA ESTACIÓN CÓDIGO ÁREA (km²) % INFLUENCIA

Río Chichimene El Toro 35010060 80,965 35,59

Río Chichimene Unillanos 35035070 67,511 29,68

Río Chichimene Acacias 35010020 1,109 0,49

Río Chichimene Ojo de Agua 35030050 14,830 6,52

Río Chichimene Pompeya 35020060 63,084 27,73

Río Orotoy a Estación LM Caño Hondo 35010040 20,54 16,60

Río Orotoy a Estación LM El Toro 35010060 3,44 2,78

Río Orotoy a Estación LM Guamal 35010070 90,70 73,29

Río Orotoy a Estación LM Acacias 35010020 9,08 7,33


1.4.2 Análisis de homogeneidad de la información disponible

En las estaciones de precipitación definitivas para la zona de estudio, necesarias para calibrar y validar el modelo lluvia escorrentía , se elaboró un análisis de homogeneidad y calidad de la información hidrológica. Para tal efecto se propuso efectuar los análisis de consistencia, homogeneidad y calidad de los registros diarios disponibles en la cuenca evaluando para ello:

Cambios en la media para detectar la existencia de posibles períodos no homogéneos en las series con niveles de confianza del 95% utilizando la prueba T-simple (Lettenmaier, 1976a), la prueba T-modificada (Bayley & Hammersley, 1946), (Matalas & Langbein, 1962) y la prueba U de Mann-Whitney (Hollander & Wolf, 1973).




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Cambios en la varianza para detectar la existencia de posibles períodos no homogéneos en las series con niveles de confianza del 95% utilizando la prueba F simple (Devore, 1982), (Lettenmaier, 1976b), la prueba F modificada (Bayley & Hammersley, 1946) y la prueba de Ansari – Bradley (Hollander & Wolf, 1973)

Tendencias en la media para evaluar posibles períodos no homogéneos con niveles de confianza del 95% mediante el uso de la prueba T de tendencias.

Los resultados obtenidos al aplicar las diferentes pruebas de homogeneidad se presentan en la Tabla 10. Para justificar la remoción o no de los cambios y las tendencias detectados en el análisis de homogeneidad, se tomarán en cuenta aquellas fechas de cambio con ocurrencia superior a los dos años contados desde el inicio de la serie de tiempo, además deben ser confirmadas por dos pruebas. Según lo anterior, solo serán considerados relevantes el cambio en la media de la estación.

Tabla 10. Resultados del análisis de cambios y tendencias

CÓDIGO NOMBRE T SIMPLE T MOD M_WHITNEY F SIMPLE F MOD A_BRADLEY T_TEND

35010020 Acacias 04/11/1995 04/11/1995 03/21/1994 04/19/1995 04/19/1995 03/11/1987 NO

35020060 Pompeya 19/02/2010 30/03/2009 04/03/1993 02/01/1980 02/01/1980 31/01/2000 NO

35030050 Ojo de Agua

29/03/2010 04/01/2011 08/03/1996 02/01/1980 18/05/1981 21/05/1986 NO

35035070 Unillanos 20/04/1996 20/03/1996 15/03/2003 07/04/2005 20/03/1998 22/08/2006 NO

35010060 El Toro 23/02/2010 16/04/2010 04/04/1999 05/08/2011 12/07/2011 20/12/1997 NO

35010040 Caño

Hondo 10/03/2002 05/03/1993 21/03/1994 14/10/2011 10/03/2010 19/01/1990 NO

35010070 Guamal 27/03/1987 07/04/2011 04/03/1993 02/01/1987 07/11/1995 14/12/1994 NO


Posterior al análisis de cambios y tendencias en las series de tiempo se busca determinar la existencia de puntos anómalos (outliers) con niveles de confianza del 95%. Los outliers son observaciones atípicas, poco frecuentes (datos de una variable que parecen no seguir la distribución característica de los datos restantes) y que pueden representar propiedades reales del fenómeno en estudio (variable), o ser debidas a errores en la medición u otros errores que no deben ser modelizados. Las pruebas estadísticas utilizadas para detección de outliers en el presente estudio corresponden a la prueba de puntos fuera de rango y la prueba del rango normalizado.

1.4.3 Variabilidad climática

Con base en la información de precipitación disponible en la zona, se caracterizó el ciclo anual de la lluvia el cual se presenta en la Figura 6. Los máximos niveles de lluvia son reflejados en la estación Caño Hondo




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(3501004) con un valor de 5290.4 mm/año, y el valor mínimo en la estación El Toro (3501006) con un valor de 2628,4 mm/año.

En general, se aprecia un comportamiento bimodal con dos épocas marcadas de invierno, la primera comprendida entre los meses de abril, mayo y junio y la segunda entre los meses de septiembre, octubre y noviembre, así como dos veranos en los meses de enero y agosto, siendo este primero el más fuerte.

Figura 6. Variación de la Precipitación en las estaciones disponibles


Este comportamiento está asociado al movimiento de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) (Jaramillo & Chaves, 2000 y Mejía et al, 1999).

Adicionalmente, se contó con el registro de temperatura a partir de las mediciones adelantadas en la estación Climatológica Unillanos (3503507). El comportamiento de la temperatura no representan cambios tan importantes durante el año, sin embargo se alcanza apreciar un periodo de temperaturas superiores que se




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presenta en el mes de febrero, con valor promedio de 26,5 °C y para el mes de julio, como temperatura mínima un valor de 24,2 °C, lo que indica un rango de variación de temperatura de aproximadamente 2,3 °C. En la Figura 7, se presenta la variación mensual multianual de la temperatura en la zona de estudio.

Dado que la cuenca del río Chichimene no cuenta con registro de caudales en su interior, se realizará la construcción de una serie sintética a partir de información disponible en una cuenca vecina. Para el presente estudio se aplicará el modelo de Tanques (Vélez et. al, 2010 ), el cual corresponde a un modelo hidrológico agregado del tipo lluvia - escorrentía. Por tal razón se tendrá como insumo para este análisis los caudales registrados en la estación Rancho Alegre (3501707), la cual se ubica sobre el cauce principal del río Orotoy.

Figura 7. Variación de la Temperatura Estación Unillanos (3503507)


El río Orotoy es uno de los principales afluentes del Río Acacias y aporta sus aguas sobre la margen derecha de este, con una dirección de drenaje de sur-oeste a nor-este, tributando aguas arriba de la confluencia del río Acacias con el río Chichimene. En la Figura 8, se presenta la variación de caudales en la estación Rancho Alegre (3501707), operada por el IDEAM.




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Figura 8. Variación de caudales Estación Rancho Alegre (3501707)


La construcción del ciclo anual a partir de la información de la estación Rancho Alegre, correspondiente al río Orotoy, indica un comportamiento bimodal, el cual representa coherencia con el comportamiento indicado por la precipitación de la zona. Los mayores volúmenes de agua en esta corriente se presenta en los meses de mayo - junio y octubre - noviembre, lo que reflejan crecientes importantes sobre las riberas de esta corriente, y dos épocas de estaje para los meses de enero - febrero y agosto - septiembre.

En la Figura 9 se presenta la variación de la precipitación a lo largo de los años de registro en cada una de las estaciones disponibles. Se observa para la estación Acacias unos niveles de precipitación atípicos en año 1966 y 1976, los cuales serán estudiados en el análisis de homogeneidad de las series.

1.4.4 Clasificación climática

Se realizó la clasificación climática de la zona de estudio donde drena la cuenca del río Chichimene. Para este procedimiento se aplicó la clasificación Caldas Lang y la propuesta por el IGAC.




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Figura 9. Variación Temporal de la Precipitación


1.4.5 Clasificación Caldas Lang

La Clasificación de Caldas Lang es la unificación de las clasificaciones independientes realizadas por Caldas y por Lang. La metodología de Caldas se basa en la variación de la temperatura con la altitud que determinó los pisos términos. Por su parte la clasificación Lang se basa en la relación de la precipitación con la temperatura. La clasificación unificada Caldas - Lang se base en los dos factores climáticos principales, la temperatura y la precipitación, los cuales se relacionan a través del Coeficiente de Lang (CORMACARENA, 2011).

aTemperatur

necipitaciólangdeeCoeficient

Pr (5)




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De acuerdo con este coeficiente existen seis (6) clases de clima, tal como se presenta en la Tabla 11. Por otra parte según la metodología Caldas existen cinco (5) clases de clima, tal como se relaciona en la Tabla 12.

Tabla 11. Clasificación coeficiente de Lang

CLASES DE CLIMA SÍMBOLO RANGO DE VARIACIÓN DEL COEFICIENTE DE

LANG

Desértico D 0 20

Árido A 20,1 40

Semiárido sa 40,1 60

Semihúmedo seh 60,1 100

Húmedo h 100,1 160

Superhúmedo sh Mayor 160

Fuente: CORMACARENA, 2011

Tabla 12. Clasificación coeficiente de Caldas

CLASES DE CLIMA SÍMBOLO RANGO DE ALTITUD (m.s.n.m) TEMPERATURA (°C)

Cálido C 0 1000 T > 24

Templado T 1001 2000 24 > T > 17.5

Frio F 2001 3000 17.5 > T > 12

Páramo Bajo PB 3200 3700 12 > T > 7

Páramo Alto PA 3701 4200 T < 7

Fuente: CORMACARENA, 2011

Con base en la información climatológica de las estaciones disponibles del IDEAM, se determinó el valor del Coeficiente de Lang en cada una de ellas, partiendo del valor de precipitación media multianual (mm/año), y de la temperatura de la zona. El cálculo de la temperatura se explicarán en el capítulo de caudal medio por balance a largo plazo.

Dadas las condiciones topográficas y climatológicas de la zona donde se ubica el río Chichimene, sólo se presentan clasificaciones Lang de tipo húmeda, semi húmeda y súper húmeda y de Caldas tipo cálida. En la Tabla 13, se presentan los resultados de la metodología de clasificación Caldas Lang.




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Tabla 13. Clasificación Caldas - Lang

CÓDIGO ESTACIÓN P (MM/AÑO) T(°C) H (m.s.n.m.) COEF LANG CLASIFICACIÓN

LANG CLASIFICACIÓN

CALDAS

3502006 Pompeya 2604,26 25,90 258,00 100,55 Húmedo Cálido

3503005 Ojo de Agua 2836,24 25,60 311,00 110,79 Húmedo Cálido

3503507 Unillanos 3194,82 25,20 380,00 126,78 Húmedo Cálido

3501002 Acacías 4915,53 24,34 531,00 201,95 Super Húmedo Cálido

3501006 El Toro 2565,95 25,80 274,00 99,46 Semi Húmedo Cálido

3501007 Guamal 3983,44 24,73 462,00 161,08 Súper Húmedo Cálido

3501004 Caño Hondo 5064,80 22,56 843,00 224,50 Súper Húmedo Cálido


Una vez se contó con el valor de la clasificación Caldas Lang en cada uno de los sitios donde se ubican las estaciones de precipitación, se realizó la interpolación de estos valore en toda el área de estudio, y sí construir adecuadamente un mapa de variación espacial de este parámetro. Esta información se presenta en la Figura 10.

1.4.6 Clasificación IGAC

La clasificación IGAC, propone una metodología para clasificar las condiciones climáticas a partir de la precipitación media de la zona, la relación entre esta precipitación y la evapotranspiración potencial, la altura media y la temperatura. En la Tabla 14, se presenta la clasificación mencionada y en la Figura 11, la distribución espacial de esta clasificación en la zona de estudio.




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Figura 10. Clasificación Caldas Lang





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Tabla 14. Clima ambiental como sustento para el suelo

TIPO DE CLIMA PRECIPITACIÓN

ANUAL (MM)

RELACIÓN EVAPOTRANSPIRACIÓN

POTENCIAL/PRECIP.

ALTITUD (m)

TEMP. (°C)

CÓDIGO SÍMBOLO DENOMINACIÓN

Z c – A Cálido, árido > 250 > 8

0 – 1000 > 24

Y c – SA Cálido, semiárido 250-500 8 – 4

X c – MS Cálido, muy seco 500-1000 4 – 2

W c – S Cálido, seco 1000-2000 2 – 1

V c – H Cálido, húmedo 2000-4000 1 – 0,5

U c – MH Cálido, muy húmedo 4000-8000 0,5 – 0,25

T c – P Cálido, pluvial >8000 0,25 – 0,125

S m – MS Templado, muy seco < 500 > 2

1000- 2000

18 – 24

R m – S Templado, seco 500-1000 2 – 1

Q m – H Templado, húmedo 1000-2000 1 – 0,5

P m – MH Templado, muy

húmedo 2000-4000 0,5 – 0,25

O m – P Templado, pluvial > 4000 0,25 – 0,125

N f-MS Frío, muy seco < 500 2

2000-3000

12 - 18 M f-S Frío, seco 500-1000 2-1

L f-H Frío, húmedo 1000-2000 1-0,5

K f-MH Frío muy húmedo 2000-4000 0,5-0,25

J f-P Frío, pluvial > 4000 0,25-0,125

I mf-S Muy frío, seco < 500 1-Feb

3000-3600

8 – 12 H mf-H Muy frío, húmedo 500-1000 1-0,5

G mf-MH Muy frío, muy

húmedo 1000-2000 0,5-0,25

F mf-P Muy frío, pluvial > 2000 0,25-0,125

E ef-H Extr. Frío, húmedo y

muy húmedo 500-2000 1-0,25

3600-4200

4 - 8

D ef-P Extremad. Frío,

pluvial >2000 0,25-0,125

C s-MH Subnival, muy

húmedo 250-500 0,5-0,25 4200-

4700 1.5-4

B s-P Subnival, pluvial 500-1000 0,25-0,125

A N Nival > 4700 < 1,5





35

Figura 11. Clasificación Climática según IGAC





36

1.5 CAUDAL MEDIO BALANCE A LARGO PLAZO

La estimación de la oferta hídrica natural de una cuenca define una fase fundamental en la determinación de la disponibilidad del recurso hídrico, previo aprovechamiento del mismo. Para la estimación de caudales medios se utilizó el método del balance hídrico de largo plazo que permite definir el caudal medio en un punto de una corriente con base en las características medias de precipitación y evapotranspiración en la cuenca definida por dicho punto. De esta manera, el éxito en la aplicación de dicho método recae en una buena representación de la variabilidad espacial de las variables hidro-climáticas que lo definen y en la correcta delimitación de cuencas partiendo de MDE (Modelo Digital de Elevación).

La estimación de caudales medios usa la metodología del Balance Hidrológico a largo plazo, la cual se encuentra automatizada en el sistema de información geográfica HidroSIG 4.0. Se describen los pasos que se siguen para realizar el balance hidrológico en la cuenca, señalando las hipótesis asumidas, las fuentes de error y resultados previos; igualmente, se presentan las metodologías usadas para evaluar las variables involucradas en el balance hidrológico.

El balance hidrológico, utiliza las ecuaciones de conservación de masa de agua en un sistema o volumen de control. En este caso, el volumen de control considerado está conformado por las columnas de agua y suelo, donde la frontera horizontal definida por la divisoria de la cuenca; el borde inferior de la columna de suelo es un estrato impermeable y el borde superior de la columna atmosférica es su tapa.

La Figura 12 muestra un esquema del volumen de control donde se indican las variables del sistema. Las variables P, E, F y R tienen dimensiones de longitud por unidad de tiempo, o caudal por unidad de área; mientras que W y S tienen dimensiones de longitud, o sea, volumen por unidad de área.

Figura 12. Esquema del balance hidrológico sobre una cuenca

Fuente: UNAL, 2006




37

Combinando las ecuaciones las anteriores se obtiene la ecuación (6) para el balance en todo el volumen de control.

dt

SWdRF

(6)

Considerando la integración sobre un intervalo de tiempo largo (varios años), de tal manera que los cambios en las cantidades almacenadas E y S sean despreciables, se cumple que F = R, o sea, que el influjo atmosférico debe ser igual al promedio de largo plazo de la escorrentía neta R. De esta manera, R será también igual a la diferencia de los correspondientes promedios de P y E. Así, el balance de agua a largo plazo se puede expresar como se relaciona en la ecuación (7),

EPR (7)

Una suposición adicional que se puede hacer es identificar a R con el promedio de escorrentía superficial, la cual es justificada por la imposibilidad de observar, medir o estimar la componente subterránea. En algunas zonas, esta suposición puede llevar a errores considerables.

Se debe recordar que las variables en esta ecuación son promedios tomados sobre un tiempo largo y por unidad de área; así, R, P y F tienen unidades de longitud sobre una unidad de tiempo cualquiera. Por ejemplo, se puede tomar un promedio de P y E sobre un período de varias décadas y expresarlo en mm/año (precipitación y evaporación promedio anual) así, la escorrentía estará expresada en mm/año, o caudal por unidad de área.

Para una cuenca dada, el cálculo del balance hidrológico se hace realizando la operación que se presenta en la siguiente ecuación en cada punto interior (x,y). La expresión se representa como se indica en la ecuación (8).

),(),(),( yxEyxPyxR (8)

Donde R(x,y) representa la columna de agua que el punto (x,y) le aporta a la escorrentía de la cuenca en el período considerado; P(x,y) la precipitación que recibe el mismo punto, en el mismo período y E(x,y), la lámina de agua que se pierde por evaporación en el punto (x,y) en el mismo período. Integrando la ecuación anterior sobre toda la cuenca, se obtiene la ecuación (9).




38

Área

dAyxEyxPMedioCaudal ,, (9)

Finalmente el caudal medio se obtiene aplicando la ecuación anterior mediante diferenciales de área del tamaño de los píxeles del MDE (30 m x 30 m). Así, para cada píxel en el interior de la cuenca, se estima E y P de los mapas descritos en secciones posteriores, se evalúa la ecuación anterior y su resultado se multiplica por el área del píxel, obteniendo así el volumen de agua que el píxel aporta durante el intervalo de tiempo dado (un año en este caso). La integración sobre toda la cuenca estima el volumen total de agua que sale de la cuenca durante el mismo período de tiempo, este valor se convierte finalmente a m³/s para obtener el caudal medio.

1.5.1 Distribución espacial de la precipitación

A partir de la información de precipitación disponible en la zona de estudio relacionada con la cuenca del río Chichimene, se realizó la construcción de un campo de precipitación media multianual. Este análisis consistió en realizar la interpolación de los valores de precipitación media multianual en cada una de las estaciones disponibles, aplicando el método de Kriging Ordinario y teniendo como referencia el mapa de precipitación para todo Colombia que fue elaborado por Álvarez, (2007) (variograma). En la Figura 13, se presenta el campo de precipitación para la cuenca del río Chichimene.

Una vez obtenido el campo de precipitación de la zona de influencia en la cuenca del Río Chichimene, se determina una precipitación media multianual de 2706,39 mm/año, y para el río Orotoy hasta el sitio de la estación Rancho Alegre de 3591,69 mm/año.

1.5.2 Distribución espacial de la temperatura

Según la información disponible en la zona, se cuenta con los registros de temperaturas de la estación Unillanos (3503507). Sin embargo, se aplicarán métodos indirectos para así determinar la variación espacial de la temperatura. Por la escasez de información en la cuenca, no es posible la determinación de la variabilidad de la temperatura de forma directa, por lo cual se utiliza la metodología propuesta por Cenicafé (Chávez y Jaramillo, 1999). En esta metodología se regionaliza está variable con la altura sobre el nivel del mar a partir de registros de temperatura media mensual en superficie para diferentes regiones geográficas en el país. La ecuación (10) utilizada, pertenece a la región oriental, relacionada como se indica a continuación.

HTmedia 0057,037,27 …(10)




39

Donde, Tmedia es la temperatura media anual en (°C) y H es la altura sobre el nivel del mar en (m). La Figura 14 se muestra la distribución espacial de la temperatura media anual en la cuenca del Río Grande.

La temperatura promedio anual estimada por el método propuesto por Cenicafé, 1999, presenta un resultado para la cuenca del río Chichimene de 25.65 °C y para la cuenca del río Orotoy de 24.61 °C.

1.5.3 Distribución espacial de la evapotranspiración

La evapotranspiración es uno de los componentes más importantes del balance hídrico. Representa la cantidad de agua saliente del sistema hacia la atmósfera en forma de vapor de agua, por una combinación de la evaporación física y de la transpiración de la vegetación. La evapotranspiración depende fundamentalmente de condiciones climáticas que a su vez son función de las características físicas de la atmósfera que se encuentra cerca al suelo y a la vegetación, además depende de la calidad del agua y área de la superficie del agua.

Para el cálculo de esta variable existen varios métodos empíricos, la mayoría de ellos basados en fórmulas que han sido obtenidas en condiciones climáticas diferentes a las tropicales. Para el presente estudio, se utilizó el método propuesto por Cenicafé, dado que presenta los menores errores de balance regional según el estudio “FORMULACIÓN DEL PLAN DE ORDENAMIENTO DE LAS FUENTES HÍDRICAS PRIORIZADAS EN JURISDICCIÓN DE CORMACARENA - Contrato No. PS-GCT.2.7.010-375 (2011), ejecutado por LIMNOESTUDIOS EU para CORMACARENA. En dicho estudio los caudales estimados por balance hídrico utilizando diferentes métodos de evapotranspiración han sido llevados a escala logarítmica para ser comparados con los caudales históricos, dicha comparación se presenta en la Figura 15, donde se demuestra que el método de CENICAFE presenta el menor error de balance.




40

Figura 13. Distribución espacial de la precipitación media multianual





41

Figura 14. Distribución espacial de la temperatura media multianual





42

Figura 15. Validación del modelo de balance hídrico para la zona de estudio

1.5.3.1 Cenicafé

Esta metodología permite calcular la evapotranspiración potencial de forma sencilla, pues solo depende de la elevación sobre el nivel del mar. La siguiente ecuación fue obtenida realizando una regresión a los valores obtenidos al aplicar el método de Penman a los datos de sus estaciones climáticas en Colombia.




43

hTPE 0002,0exp17,1017 …(11)

Donde, ETP es la evapotranspiración potencial (mm/año) y h es la elevación (m). La evapotranspiración potencial se transforma a evapotranspiración real mediante la expresión de Budyko, la cual se presenta en la ecuación (12).

5,0

cosh1tanh

P

ETPsenh

P

ETP

ETP

PPETPTRE

…(12)

Donde, ETR es la evapotranspiración real [mm/año], ETP es la evapotranspiración potencial (mm/año) P es la precipitación media en la cuenca (mm/año). Los resultados obtenidos para la evapotranspiración real en la cuenca del río Chichimene, se presentan en la Figura 16.

Una vez analizado el comportamiento de a evapotranspiración real en la cuenca del rio Chichimene, se obtiene un valor medio en la cuenca de 874,72 mm/año y 863.53 mm/año para la cuenca del río Orotoy.




44

Figura 16. Distribución espacial de la evapotranspiración real media multianual





45

1.5.4 Resultados

Una vez estimado cada uno de los parámetros necesarios para el uso del método de Balance Hídrico a Largo Plazo, se empleó la expresión antes mencionada para determinar los caudales medios en la cuenca del río Chichimene. Aplicando el método mencionado se obtiene un caudal medio en la cuenca de estudio de 13,21 m³/s, valor que se asemeja al caudal medio presentado en el estudio del POMCA Acacias - Pajure de 14 m³/s (CORMACARENA, 2011). En la Tabla 15, se presentan los resultados obtenidos para el caudal medio por balance a largo plazo en las cuencas del río Chichimene y Orotoy (hasta el sitio de estación Rancho Alegre).

Tabla 15. Caudal medio por balance a largo plazo

CUENCA ÁREA (km²) Q MEDIO (m³/s)

Río Chichimene 227,55 13,21

Río Orotoy 123,76 10,71


1.6 ANÁLISIS HIDROCLIMÁTICO DE LA CUENCA DEL RÍO CHICHIMENE

1.6.1 Análisis de correlación

Se propone evaluar la influencia que ejercen los fenómenos macroclimáticos sobre la hidrología las diferentes corrientes analizadas mediante el cálculo de correlaciones cruzadas entre índices macro-climáticos y los caudales medios mensuales. Los índices macro climáticos se presentan en la Tabla 16.

Tabla 16. Indicadores Macroclimáticos

INDICE DESCRIPCION

Índice Oceánico del Niño (ONI)

Es el promedio de los últimos tres meses de las anomalías de temperatura superficial del océano (SST) Pacifico en la región Niño 3-4 (5N-5S, 120-170W).

Temperaturas superficiales del océano

en la región Niño 3-4 (SST N3-4)

Definidas como el valor promedio las temperaturas superficiales del océano Pacífico en la región Niño 3-4 (5N-5S, 120-170W).

Índice Oscilación del Sur (SOI)

Se estima como la diferencia de presiones atmosféricas entre las islas de Tahití y Darwin en el Océano pacifico y representa la componente de presiones del ENSO




46

INDICE DESCRIPCION

La Oscilación Decadal del Pacífico (PDO)

La Oscilación Decadal del Pacífico (PDO) puede describirse como un patrón de la variabilidad climática en el océano Pacífico, esta tiene características similares al

fenómeno macro-climático El Niño/La Niña, ya que exhibe aproximadamente las mismas relaciones en cuanto a las anomalías o desviaciones en las temperaturas superficiales del mar; pero a diferencia de éste, la PDO tiene un periodo de oscilación de más o menos 10-20 años y sus efectos se encuentran localizados más al Pacífico Norte. El índice PDO se obtiene tomando la primera componente principal de las anomalías de temperatura en el

océano Pacífico Norte.

Oscilación del Atlántico Norte (NAO)

Es la alternación de la masa atmosférica entre las regiones subtropical y subpolar del océano Atlántico Norte, se caracteriza por variaciones en el gradiente de presiones a nivel del mar en escalas mensual y estacional, en los vientos del oeste en las latitudes medias,

en las temperaturas superficiales del mar y en el clima de las regiones continentales adyacentes. Se define en términos de la variabilidad de la presión en dos sitios claves, un

centro de presión en las islas Azores, influenciado por el centro de alta presión subtropical, y el otro centro de presión sobre Islandia, lugar donde predominan las bajas

de presiones.

Oscilación Cuasi-Bienal (QBO)

Consiste en un fenómeno atmosférico de ciclicidad casi perfecta, a lo cual debe su nombre. Es una oscilación en la dirección de los vientos zonales a 30 hPa o 50 hPa y en

la temperatura de la estratosfera ecuatorial.


Dicho análisis se hará para rezagos negativos donde el fenómeno macro-climático antecede a la hidrología. Correlaciones positivas indican efectos directos entre el fenómeno y la hidrología (los dos disminuyen o aumentan), mientras que correlaciones negativas indicarían efectos inversos (uno disminuye el otro aumenta). Los coeficientes de correlación serán tomados como significativos si sobrepasan los límites ~±2/(N)0,5, con N igual al número de observaciones; dichos límites corresponden a los umbrales de correlación significativa definidos para variables puramente aleatorias y serán mostrados en la gráficas de correlación (correlogramas) como líneas punteadas.

En la Figura 17 se muestra la serie de caudales medios mensuales simulados para el río Chichimene en la desembocadura al río Acacias, el análisis de correlación elaborado indica que las correlaciones con las temperaturas superficiales del océano en la región Niño 3-4 son significativas, además la correlación con el índice SOI refleja la dependencia de los caudales con el índice de Oscilación del sur para la estación en mención, en consecuencia se asumen que el sistema ENSO posee una influencia significativa sobre la hidrología de la corriente en la estación de monitoreo analizada.




47

Figura 17. Análisis de correlación con variables macro-climáticas


1.6.2 Clasificación de los registros por condición hidrológica

La propuesta metodológica para la estimación de caudales ambientales, sugiere clasificar los años en húmedos, promedio y secos, utilizando para ello la Tabla de Consenso Internacional de años Niño y Niña, compilada por Null (2003), a partir de los reportes de cuatro grupos de investigación estadounidenses que investigan el ENSO y que incluyen el Western Regional Climate Center (WRCC-http://www.wrcc.dri.edu/) el Climate Diagnostic Center (CDC- http://www.cdc.noaa.gov/) el Climate Prediction Center (CPC- http://www.cpc.ncep.noaa.gov/) y el Multivariate ENSO index (propuesto por el CDC http://www.cdc.noaa.gov/people/klaus.wolter/MEI/ ), sin embargo, es de recordar que ambas fases del ENSO inician en la primavera boreal ( finales de marzo, comienzos de Abril), y por ello se ha considerado el uso del Índice Oceánico del Niño (ONI) para la clasificación de los registros según las diferentes condiciones del ENSO en el presente proyecto.

(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml)

En la Figura 18 se presenta los resultados de la clasificación de los caudales para el río Chichimene en la desembocadura al río Acacias en función de los estados del sistema ENSO (El Niño, Normal, o El Niño), los resultados indican que dicho sistema afecta la amplitud y la fase de los caudales medios mensuales. Resulta bastante interesante notar que los efectos del sistema ENSO sobre la hidrología del piedemonte llanero, y más exactamente la zona de estudio, son diferentes (por no decir contrarios) a los experimentados en la región Andina y el occidente del país. El efecto del fenómeno de La Niña se traduce en una disminución en la magnitud de los caudales, El Niño por su parte aumenta de los caudales, sin embargo, se puede concluir que




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el ENSO puede aumentar o disminuir los caudales de la cuenca del río Chichimene dependiendo del mes analizado.

Figura 18. Clasificación del Ciclo Anual para el Río Chichimene en función de las condiciones ENSO


1.7 SIMULACIÓN HIDROLÓGICA

La ausencia de información hidrológica convierte la estimación de caudales en un proceso complejo, cuyos resultados dependen de la información existente en el vecindario y a los objetivos de la modelación.

La información disponible para la estimación de esta variable es de tipo escasa, por lo tanto se recurrió a métodos que permitieron estimar de manera aproximada el caudal medio en la cuenca del río Chichimene. Para ello se generaron series sintéticas de caudales con resolución diaria utilizando el modelo hidrológico de base conceptual de tanques (los detalles metodológicos y de cálculo están contenidos en Vélez J. I, 2001).

El modelo se calibró utilizando la estación limnimétrica Rancho Alegre (3501707), la cual se ubica sobre el cauce principal del río Orotoy, que junto con el río Chichimene hacen parte de la cuenca del río Acacias - Pajure. Con las series obtenidas a partir de la aplicación de este modelo se estimó el caudal medio de la corriente, información que podrá relacionarse a partir de una curva de duración de caudales.




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Es importante hacer notar que cercanas al río Orotoy solo existen 4 estaciones limnimétricas, la más cercana sobre el río Guayuriba (o Blanco) cuya cuenca se encuentra en un 95% sobre la cordillera de los Andes y no presenta condiciones similaridad con la cuenca del río Chichimene, la siguiente es el río Guamal, una cuenca mixta con importante porción sobre la cordillera, apenas tiene 5 años de registros y se ve afectada por el trasvase natural del bazo Camelias. El río Ocoa posee una cuenca entre montañosa y de planicie, buena parte de la misma sobre la conurbación de Villavicencio y usos del suelo muy diferentes a la del río Oroto, y el caño Camoa, la siguiente cuenca con información hidrológica en el vecindario, ya está muy alejada del río Acacías y presenta otra zonificación climática. Se puede entonces asumir que no existen en el vecindario cuencas de referencia con iguales características a la no aforada lo que impide evaluar los parámetros del modelo en otras cuencas antes de utilizarlos en el río Chichimene, sin embargo en el presente documento se describen las consideraciones de morfometría, y zonificación climática que han sido adoptadas para demostrar la similaridad de la cuenca del río Chichimene con respecto a la cuenca del río Orotoy.

1.7.1 Modelo de tanques

Uno de los métodos que se han venido implementando en los últimos años para la estimación de caudales mínimos o medios en cuencas con información escasa, es el modelo de tanques estudiado por Vélez (2001), el cual reproduce valores de escorrentía superficial directa a una resolución temporal diaria en un lapso de tiempo dado por los periodos de precipitación que se tengan en la cuenca.

Un modelo es la conceptualización de un sistema real que trata de preservar sus características esenciales. El modelo busca representar por medio de un sistema de tanques interconectados entre sí los procesos determinantes de la producción de la escorrentía: interceptación, detención, infiltración, evaporación y evapotranspiración, recarga del acuífero, y escorrentía superficial y subsuperficial, retorno del flujo base y flujo en los canales de la red de drenaje.

La representación de cada uno de estos procesos que determinan la producción de escorrentía se puede realizar desde un punto de vista físico, mediante las ecuaciones de conservación de masa, conservación de la cantidad de movimiento y/o conservación de la energía y algunas relaciones empíricas obtenidas de mediciones en el laboratorio o de mediciones puntuales en el campo. Estas ecuaciones son acopladas para definir las cantidades de agua que cada elemento transfiere a sus vecinos (horizontal y verticalmente) en un intervalo de tiempo (Vélez, 2001).

Al ser la lluvia y la escorrentía, los principales procesos a tener en cuenta, se ha popularizado el término lluvia-escorrentía para describir a aquellos modelos que simulan el ciclo hidrológico. La importancia de la aplicación del modelo de tanques es que permite simular series de caudales en cualquier punto de la cuenca.




50

1.7.2 Descripción conceptual del modelo de tanques

En el modelo empleado para la simulación de caudales, la producción de escorrentía se basa en el balance hídrico en la cuenca, asumiendo que el agua se distribuye en cuatro tanques o niveles de almacenamiento conectados entre sí, como puede observarse en la Figura 19.

En cada intervalo de tiempo, la precipitación X1, se distribuye a los distintos almacenamientos, donde en función del volumen almacenado en cada uno de ellos Hi, se determina su contribución a la escorrentía Yi. El modelo realiza el balance de agua en cada tanque y actualiza los volúmenes almacenados en cada uno.

La cantidad de agua que se deriva en cada nodo Di y la que continua hacia los niveles inferiores Xi por el conducto distribuidor depende de la cantidad de agua disponible, el estado del almacenamiento del tanque y de la capacidad del conducto distribuidor aguas abajo del nodo, la cual se puede relacionar con la conductividad hidráulica en el subsuelo.

La descarga Yi en cada uno de los tanques está en función del volumen almacenado y de las características de la cuenca que se pueden asociar con el tiempo de permanencia del agua en un elemento de almacenamiento temporal.

1.7.2.1 Tanque 1: Almacenamiento capilar en el suelo

Este almacenamiento representa el agua que transita por la cuenca y que sólo sale de ella por evapotranspiración, por lo tanto no hace parte de la escorrentía. Este almacenamiento se refiere a la interceptación de agua por parte de las plantas, la detención de agua en charcos y el agua que se retiene en el suelo debido a fuerzas capilares.

De acuerdo con la configuración del modelo, la precipitación X1 se estima según los registros de las estaciones más cercanas, empleando un método de interpolación espacial.

El valor obtenido de lluvia entra a un conducto del que se deriva una cantidad D1 para el almacenamiento o tanque T1. Se supone que este tanque tiene una capacidad máxima (Hu) igual a la suma de la capacidad de almacenamiento de “agua útil” en el suelo y la capacidad de la cobertura de la superficie para almacenar agua. La capacidad de almacenamiento de “agua útil” está relacionada con la cantidad de agua que hay que agregar a una columna de suelo muy seco hasta alcanzar el mayor almacenamiento capilar posible, sin que el agua fluya por la acción de la gravedad. La capacidad de la cobertura de la superficie por lo general está relacionada con la cobertura vegetal.

La cantidad de agua que se deriva D1 y que entra al almacenamiento estático, corresponde de una forma muy elemental al mínimo entre el agua existente en el conducto distribuidor (X1), el que se requiere para llenar el tanque de almacenamiento capilar (Hu - H1), y el máximo (Hu) que puede ingresar al suelo durante un intervalo de tiempo.




51

Figura 19. Esquema general del modelo de tanques

Fuente: UNAL, 2006

Así, a menos que se llene el almacenamiento capilar, no se deja pasar nada a la escorrentía. En la realidad puede haber escorrentía sin que necesariamente se haya llenado el almacenamiento capilar en el suelo. Entonces se utiliza un coeficiente para lograr que la cantidad de agua que se deje pasar corresponda a una fracción de la lluvia que está relacionada con el estado del almacenamiento capilar tal que, cuando este almacenamiento esté muy lleno deje pasar mucho, y cuando está muy vacío deje pasar poco. En este caso D1 corresponde a las ecuaciones (13) y (14).

111 ,. HHuXMinD … (13)

a

Hu

H

11 (14)




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Este esquema ha sido utilizado por varios modelos conceptuales agregados. Es el caso del modelo HBV (Bergström, 1995, en Vélez, 2001) en el que puede tomar valores entre 1 y 3 y es un parámetro que define el analista. Otro caso es el de los modelos GR-3J y GR-3H (Arnaud y Lavabre, 1996, en Vélez, 2001) en los que es igual a 2.

La cantidad de agua que representa la evapotranspiración Y1 es función del agua disponible en el tanque H1 y la evapotranspiración real ETR.

La ETR depende de la cantidad de agua disponible, así cuando hay déficit de agua en el suelo la evapotranspiración es menor que la evapotranspiración potencial ETP. Varios autores han utilizado una expresión en la que se obtiene un estimado de la evaporación real a partir de la evapotranspiración potencial y de la relación entre la humedad del suelo y la capacidad de campo. En el modelo, la relación entre la humedad del suelo y la capacidad de campo equivale a la relación entre el agua que se encuentra en el almacenamiento estático y la capacidad máxima para ese almacenamiento, tal como lo relaciona la ecuación (15).

b

Hu

HETPY

1

1 . …(15)

En los modelos GR-2 y GR-3 del CEMAGREF (Michel, 1989, en Vélez, 2001) se utiliza una expresión muy similar a la anterior y el parámetro tiene un valor de 0,5. Igualmente el modelo HBV (Bergström, 1995, en Vélez, 2001) utiliza una expresión equivalente cuando el =1. Singh y Dickinson (1975, en Vélez, 2001) obtienen buenos resultados con igual a 0,7.

Además, en el modelo se tiene en cuenta que el valor de la evapotranspiración real no puede ser mayor que el agua disponible para evaporación en este almacenamiento estático, tal como se presenta en la ecuación (16).

},.{ 11

1 HHu

HETPMinY

b

(16)

Para estimar la evapotranspiración potencial se recomienda utilizar la ecuación de Turc Modificado (Barco y Cuartas, 1998; Vélez, 2002; UNAL-CTA, 2001).

De acuerdo con lo propuesto en el modelo, el agua que no ingresa al almacenamiento estático T1, sigue su camino por la zona capilar del suelo hacia abajo, expresado de la forma que relaciona la ecuación (17).

112 DXX (17)




53

1.7.2.2 Tanque 2: Almacenamiento del flujo superficial

En este almacenamiento se representa el agua que es susceptible a infiltrarse a un nivel inferior o que fluye por la ladera (escorrentía directa). Se supone que la capa superior del suelo tiene una conductividad hidráulica Ks representativa o característica y que se asocia al tipo de suelo y a su estructura, lo cual está relacionando la cobertura vegetal, el uso y el manejo del suelo.

Por lo tanto, la cantidad de agua que entra al almacenamiento T2, está relacionada con la capacidad del suelo para dejar pasar el agua a su interior Ks (una conductividad hidráulica de la capa superior del suelo asociada a la cobertura en condiciones de saturación) y con el flujo excedente del almacenamiento capilar X2, de acuerdo con la ecuación (18).

},0{ 22 KsXMaxD …(18)

Para el flujo superficial en la cuenca, suponiendo velocidad constante y aplicando la ecuación de continuidad, la escorrentía directa se puede representar mediante un embalse lineal, como se relaciona en la ecuación (19). Donde el coeficiente de descarga, , es función del tiempo de la residencia del agua en el interior del

suelo, como se relaciona en la ecuación (20).

22 HY (19)

residenciadetiempo

1 (20)

El agua que no ingresa al almacenamiento estático T2, sigue su camino por la zona de la capa superior del suelo hacia la capa inferior, expresado a partir de la ecuación (21).

223 DXX (21)




54

1.7.2.3 Tanque 3: Almacenamiento de agua gravitacional en la capa superior del suelo

Esta parte representa el agua almacenada en la capa superior del suelo mientras fluye lentamente hacia la red de drenaje, se desarrolla inicialmente sobre una capa delgada que fluye lateralmente hacia abajo por el interior de la misma hasta que sale a los elementos de la red de drenaje.

De acuerdo con lo propuesto en el modelo, durante el intervalo de tiempo, se tiene una cantidad de agua gravitacional X3 que se mueve verticalmente hacia el interior del suelo. De esta cantidad, una parte X4, podrá percolar o seguir hacia la zona inferior del suelo, mientras que el resto del agua se deriva al almacenamiento superior del suelo donde se convertirá en flujo subsuperficial.

Se supone igualmente que la capa inferior del suelo tiene una capacidad de percolación representativa que se asocia al tipo de subsuelo y su estructura, lo cual está estrechamente relacionado con las características geológicas (litológicas y estructurales) y geomorfológicas de las capas inferiores del suelo. En algunos casos la capacidad de percolación y su variabilidad espacial se pueden inferir por características del relieve, algunos rasgos morfológicos, el desarrollo de la vegetación, el uso y manejo del suelo y la producción de flujo base aguas abajo.

La cantidad de agua que ingresa al almacenamiento durante el intervalo de tiempo se puede asociar con el flujo excedente del almacenamiento del flujo superficial en ladera X3 y la conductividad hidráulica en la capa inferior del suelo (subsuelo) en condiciones de saturación que se conoce como capacidad de percolación Kp y que se expresa como se presenta en la ecuación (22).

},0{ 33 KpXMaxD (22)

Para la producción de escorrentía subsuperficial en la ladera se hace una formulación análoga a la presentada en el almacenamiento T2 para obtener la relación lineal como se expresa en la ecuación (23).

33 HY (23)

1.7.2.4 Tanque 4: Almacenamiento subterráneo

Se representa por un tanque donde se considera el almacenamiento del agua gravitacional mientras fluye a través del interior del suelo hacia la red de drenaje, en lo que se podría considerar como el acuífero, y donde sale a formar el flujo base.




55

El volumen de agua que durante el intervalo de tiempo ingresa por percolación X4 tiene la posibilidad de que una cantidad de agua siga hacia las pérdidas subterráneas X5 y que el resto sea derivado hacia el almacenamiento subterráneo T4.

La cantidad de agua que se deriva para el flujo subterráneo depende de la cantidad de agua que ha percolado y de la cantidad que pasa a las pérdidas, expresado mediante la ecuación (24).

},0{ 44 KppXMaxD (24)

Para la representación del flujo a través del almacenamiento subterráneo, se utiliza la ecuación de continuidad y una ecuación que relaciona la tasa de flujo que sale de este almacenamiento con la cantidad de agua almacenada, como se presenta en la ecuación (25).

44 HY (25)

La importancia de la representación del flujo subterráneo en la modelación de crecidas está en reproducir adecuadamente las recesiones del flujo en los cauces y que esto sea coherente con el volumen de agua que ha ingresado al almacenamiento subterráneo.

Finalmente, el caudal total en la cuenca para cada intervalo de tiempo es la suma del flujo producido en cada tanque o almacenamiento, expresado mediante la ecuación (26).

432 YYYQ (26)

1.7.3 Metodología de aplicación del modelo

Este programa permite de forma muy sencilla, simular caudales para una cuenca de área conocida, en la cual se conoce el valor de la temperatura media y se tienen series continuas con periodos en común para las diferentes estaciones de lluvia que se usarán como entrada para la simulación de escorrentía.

En este punto la simulación de caudales se puede abordar de dos formas:




56

Simulación de caudales para estaciones con registros y comparación de los valores simulados con los reales. Esta vía es de calibración del modelo y permite hallar los parámetros y tiempos de residencia del agua en el suelo para la cuenca en cuestión.

Simulación de caudales en puntos donde no se tienen registros, pero se conocen los parámetros y tiempos de residencia del agua en el suelo. Esta vía es de simulación e implica suponer los datos de entrada al modelo basándose en las diferentes calibraciones realizadas.

Se definen los periodos de calibración con base en la calidad de los datos de las estaciones de caudal y según los períodos en común de las estaciones de precipitación que mejor representan la variabilidad espacial de la lluvia en la cuenca.

Se determinan los factores de ponderación de manera tal que la precipitación del modelo sea igual a la precipitación media real de la cuenca, tal como se presenta en la Tabla 17.

Tabla 17. Precipitación cuenca de referencia

CÓDIGO NOMBRE PRECIPITACIÓN MEDIA (mm/año)

3501707 Rancho Alegre 3591,69


Los parámetros del modelo se varían manualmente entre rangos establecidos a criterio (ver Tabla 18), ajustándolos a lo que cualitativamente se espera de cada uno. En este punto se compara la serie gráfica real con la simulada y se construye además una curva de duración real y simulada. La simulación se finaliza cuando la serie gráfica simulada represente de forma aceptable la serie real, haciendo especial énfasis en la simulación de las recesiones de los caudales, y además, cuando la curva de duración simulada sea similar a la curva real, al menos desde el 30% del porcentaje de caudal excedido.

Una vez llevado a cabo la calibración del modelo de tanques, se supone que los parámetros de la calibración son aplicables a la cuenca del río Chichimene, y que a partir de ellos, se pueden simular caudales en estas cuencas.

En esta instancia se recurre a la vía que implica solamente simulación hidrológica, para esto se ha diseñado la siguiente metodología:

Se seleccionan estaciones de precipitación cercanas a la cuenca con el mismo periodo de medición, este será el mismo periodo de simulación de caudales. Para ganar confiabilidad en el proceso de estimación de caudales, se debe buscar que las series simuladas sean lo más largas posibles, y estimar con mayor precisión los estadísticos de la serie de valores extremos que se explicará más adelante.

Los factores de ponderación de la lluvia para cada una de las estaciones de precipitación, se estiman minimizando la diferencia entre la precipitación media en cada cuenca (determinada a partir del mapa de precipitación) y la precipitación media estimada en el modelo de tanques.




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Tabla 18. Rangos de variación parámetros del modelo

PARÁMETRO MÍNIMO MÁXIMO

Almacenamiento Capilar 20 600

Conductividad Capa Superior (mm/día) 1 100

Conductividad Capa Inferior (mm/día) 0,01 10

Perdidas Subterráneas (mm) 0 10

Tiempo Medio de Residencia Flujo Superficial (días) 1 10

Tiempo Medio de Residencia Flujo Subsuperficial (días) 1 10

Tiempo Medio de Residencia Flujo Base (días) 50 200

Exponente Infiltración 2 2

Exponente Evaporación 0.6 0.6

Radiación Global Incidente Promedia (cal/cm2)/día 350 350

Fuente: UNAL, 2011

1.7.4 Calibración del modelo

Los resultados de calibración del modelo para la estación de caudal Rancho Alegre (3501707) se presentan en la Tabla 19. La Figura 20 muestra la serie gráfica real y simulad en la estación de calibración selecciona. El periodo de calibración inició el 01/01/1991 y terminó el 31/12/1998, para un total de 8 años. Es importante destacar que, este periodo se escogió ya que fue el rango de tiempo en el cual se contaron con menos datos faltantes.

Tabla 19. Parámetros de Calibración Estación Rancho Alegre (3501707)

Área de la Cuenca en km2 123,76

PARÁMETROS

Almacenamiento Capilar 100

Conductividad Capa Superior (mm/día) 20

Conductividad Capa Inferior (mm/día) 4

Perdidas Subterráneas (mm) 0

Tiempo Medio de Residencia Flujo Superficial (días) 3.5

Tiempo Medio de Residencia Flujo Subsuperficial (días) 4.0

Tiempo Medio de Residencia Flujo Base (días) 200





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Figura 20. Serie de Caudales simulados durante el periodo de calibración para la estación Rancho Alegre


1.7.5 Validación de los resultados

Una vez lograda una adecuada calibración, se evalúa nuevamente el ajuste del modelo para un nuevo set de variables de entrada y salida, sin ajustar los parámetros previamente calibrados, es decir, se valida el modelo (Refsgaard, 1997; Moriasi et al, 2007). Usando los datos de precipitación y caudales de la estación rancho Alegre desde el año 1999 hasta 2008 (10 años), se procedió a validar los resultados, cabe aclara que existen bastantes datos faltantes de caudal que pueden incidir en el cálculo de los indicadores de validación; sin embargo, es necesario destacar que, el proceso de modelación está orientado hacia la representación adecuada de los caudales medios y mínimos de la corriente, con el propósito de simular adecuadamente la oferta hídrica y los caudales ambientales.

Como primer indicador de validación se estimó el error medio de balance, el cual fue del 3,27%, por lo que se puede afirmar que el modelo representa adecuadamente los caudales medios de la corriente. En la Tabla 20 se presenta la comparación del caudal medio multianual para la cuenca del río Chichimene según el balance hídrico de largo plazo, la estimación del POMCA del río Acacias y el caudal estimado en el presente estudio con el modelo de tanques, se muestra que conservan órdenes de magnitud semejantes.

Tabla 20. Comparación del caudal medio multianual del río Chichimene.

CUENCA Q BALANCE

(m³/s) Q POMCA ACACIAS

(m³/s) Q MODELO

(m³/s)

Río Chichimene 13,21 14,12 13,18




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El error medio porcentual fue del orden de 40%, pero el error medio porcentual en el caso de los caudales mínimos ( meses de diciembre, enero y febrero) son inferiores al 25%. Para corroborar dicha afirmación, en la Figura 21, se muestra la curva de duración para la estación de caudales Rancho Alegre y de los caudales simulados respectivamente; donde se muestra que, para percentiles superiores al 50% de excedencia, los percentiles simulados son bastante semejantes a los observados en la serie de la estación Rancho Alegre.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ca

ud

al (

m3/s

)

Porcentaje de tiempo en el que el caudal es excedido

Caudal Simulado Caudal Observado

Figura 21. Curva de duración estación Rancho Alegre. Rio Orotoy


1.7.6 Generación de series de caudales para el rio Chichimene a nivel de cuenca y subcuencas

Con el objeto de estimar la oferta hídrica total y disponible, incluyendo el caudal ambiental, a nivel de toda la cuenca, las subcuencas y los diferentes puntos de monitoreo existentes, se deben generar series de caudales a escala diaria utilizando los datos de precipitación existentes en la zona y el modelo tanques calibrado para el río Guamal. La información necesaria para la generación de las series sintéticas corresponden a las series de precipitación desde el 01/01/1995 hasta 31/12/2012, el área aferente de la cuenca, las subcuencas y los diferentes puntos de monitoreo, la altura media sobre el nivel del mar y la precipitación media multianual de la cada cuenca.

Para justificar la adopción de los parámetros del río Orotoy en la cuenca del río Chichimen, se consideraron las siguientes observaciones:




60

i) La cuenca del río Chichimene es cercana a la cuenca del río Orotoy, donde ambas representan los principales afluentes directos de la cuenca del río Acacias; es decir, hacen parte de una misma cuenca hidrográfica, según la codificación IGAC.

ii) Tanto la cuenca del río Orotoy como la cuenca del río Chichimene, presentan una pequeña porción de su territorio sobre la vertiente oriental de la cordillera oriental y se extienden en gran medida sobre el pie de monte llanero. Para efectos de comparación entre las cuencas del río Chichimene y Orotoy, en la Tabla 21 se presentan los parámetros morfométricos asociados a la forma y el relieve.

Tabla 21. Comparación de la morfometría entre las cuencas Orotoy y Chichimene

PARÁMETRO CHCICHIMENE OROTOY % DIFERENCIA

Área (km2) 227,4 200,23 12%

Perímetro 107,84 116,75 8%

Longitud de la cuenca 50,89 53,69 6%

Ancho de la cuenca 4,47 3,73 17%

Pendiente media 15,70% 17,20% 10%

Factor de forma 0,09 0,07

Relación de elongación 0,33 0,30

Coeficiente de compacidad 2,02 2,33


Las áreas entre ambas cuencas son similares y las pendientes son comparativamente idénticas, la semejanza en los órdenes de magnitud de los factores de forma, elongación y coeficiente de compacidad demuestran que ambas cuencas son alargadas, relativamente cuadradas por lo que se esperan respuestas hidrológicas semejantes en la simulación lluvia – escorrentía.

iii) Según la zonificación Climática ambas cuencas poseen más del 70% de su territorio entre los climas Cálido húmedo y cálido semihumedo.

iv) Los usos del suelo son semejantes en ambas cuencas, predominando los pastos y los cultivos de palma de aceite.

Adicionalmente y con el ánimo de tener en cuenta la variabilidad espacial de la precipitación, se utilizaron los polígonos de Thiseen a fin de determinar el área de influencia de cada estación y su efecto sobre las diferentes subcuencas. El peso final que de las diversas estaciones en cada simulación tiene por objeto procurar que el promedio multianual de la precipitación que entra a la cuenca sea igual al valor medio multianual estimado a partir del mapa de precipitación. Los diferentes parámetros necesarios para la generación de las series de caudales medios diarios a nivel de cuenca, subcuencas se presentan en la Tabla 22.




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Tabla 22. Parámetros para la generación de series de caudales a nivel de cuenca y subcuencas

CODIGO CORRIENTE ÁREA (km2) ELEVACIÓN P MEDIA EL TORO POMPEYA OJO DE AGUA UNILLANOS

3501-04 Rio Chichimene 227,45 302,6 2720 0,27 0,19 0,19 0,26

3501-04_001 Caño N.N. 1 5,973 229,2 2492 0,48 0,47

3501-04_002 Caño N.N. 2 7,789 242,2 2506

1

3501-04_003 Caño Chipas 59,819 288,8 2622 0,10 0,56 0,29

3501-04_004 Caño Piedras 17,501 279,1 2561 0,49 0,49

3501-04_005 Caño Arrecifes 9,782 274,5 2596 1,01

3501-04_006 Caño N.N. 3 8,025 279,1 2539 1

3501-04_007 Caño N.N. 4 3,417 290,6 2582 0,7 0,3

3501-04_008 Caño Tres Rotos 7,689 302,7 2628 1,02

3501-04_009 Caño Blanco 6,628 326,5 2760

0,35 0,46

3501-04_010 Caño Chavisnavis 34,622 361,9 3005

0,3 0,7

3501-04_011 Caño Las Brisas 2,547 355,0 3040

1

3501-04_012 Caño Yeguas 3,472 390,5 3292

1

3501-04_013 S/N Chichimene 60,23 302,5 2764 0,47 0,19

0,28


1.7.7 Análisis de resultados para el proceso de simulación hidrológica

Se han construido las series de caudales medios diarios para el río Chichimene a nivel de cuenca, subcuencas y puntos de monitoreo, con base en lo cual se presentan los siguientes análisis de resultados:

Se ha optado por la simulación hidrológica para generar las series de caudales diarios, dado que captura con mayor fidelidad la variabilidad espacial y temporal del ciclo hidrológico en función de la distribución de la precipitación diaria en la zona, lo que representa una verdadera ventaja comparada con el método de rendimiento por áreas.

La comparación entre las curvas de duración de caudales durante los procesos de calibración, permiten concluir que el modelo hidrológico de tanques representa adecuadamente los balances hídricos e la cuenca, y en efecto, estima adecuadamente los caudales medios, además se representan adecuadamente los caudales mínimos. El modelo no es apto para caracterizar los caudales máximos de la cuenca.

Gracias al procedimiento empleado se han generado series temporales con 18 años de longitud, más que suficientes para estimar la oferta hídrica, los balances y los caudales ambientales siguiendo las diversas metodologías propuestas.




62

2 HIDROGEOLOGÍA: ZONAS DE RECARGA Y DESCARGA DEL ACUIFERO

EL análisis hidrogeológico de la cuenca del río Chichimene, se realizó en función de los aspectos presentados en el estudio Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca del Río Acacías - Pajure, CORMACARENA, 2011. En dicho estudio se presenta un modelo hidrogeológico preliminar de la zona de la cuenca del río Acacías dentro de la cual se ubica la cuenca del río Chichimene, a partir de información existente de estudios geológicos e hidrogeológicos, de inventarios de puntos de agua subterránea, de estudios geofísicos, de análisis fisicoquímicos y bacteriológicos y de estudios hidráulicos, también de información obtenida en campo, para identificar las unidades potencialmente acuíferas, estimar zonas de recarga y descarga de los acuíferos, que permitan identificar áreas de manejo que puedan garantizar la preservación de este recurso.

2.1 GENERALIDADES

La hidrogeología se define como la ciencia que estudia el almacenamiento, circulación y distribución de las aguas terrestres en las zonas saturada y no saturada de las formaciones geológicas, teniendo en cuenta sus propiedades físicas y químicas, sus interacciones con el medio físico y biológico y sus reacciones a la acción del hombre (CORMACARENA, 2011).

De acuerdo con la clasificación de las unidades de roca frente al comportamiento hidrogeológico, se consideran los siguientes tipos:

Acuíferos: Estrato o formación geológica que permite el almacenamiento y circulación del agua por sus poros y/o grietas. Dentro de estas formaciones se puede encontrar materiales muy variados como gravas, calizas fracturadas, areniscas porosas, arenas de playa, algunas formaciones volcánicas, depósitos de dunas, las cuales son económicamente explotables.

Acuicludos: Formación geológica que, conteniendo agua en su interior incluso hasta la saturación, no la transmite y por lo tanto no es posible su explotación. Se pueden citar como ejemplos los depósitos de arcillas de cualquier origen.

Acuitardos: Formación geológica que conteniendo apreciables cantidades de agua la transmiten muy lentamente, por lo que no son aptos para el emplazamiento de captaciones de aguas subterráneas; sin embargo, bajo condiciones especiales, permiten una recarga vertical de otros acuíferos, lo que puede llegar a ser muy importante en ciertos casos.

Acuífugos: Aquellas formaciones geológicas que no contienen agua ni la pueden transmitir, como por ejemplo un macizo granítico que no esté fisurado o rocas metamórficas sin meteorización ni fracturación, los cuales son considerados impermeables.




63

La recarga es el proceso por el cual el agua lluvia y/o de escorrentía, que una vez satisface las necesidades de humedad de suelo, entra al sistema hidrogeológico, o más precisamente percola y alcanza la zona freática y renueva las reservas del acuífero; la zona de recarga o alimentación es el área en la superficie del terreno donde se dan los procesos de infiltración del agua y generalmente se presenta donde las unidades acuíferas afloran en la superficie o a través de otros acuíferos por goteo o por recarga lateral. Estas zonas son por lo general muy vulnerables y de ellas puede depender el abastecimiento de agua en el futuro, son sensibles a la contaminación y sobre las mismas se deben tomar medidas de protección.

La descarga es la tasa de flujo de una corriente, manantial o sistema de agua subterráneo. La zona de descarga es la zona donde el agua sale del acuífero, puede ser por un manantial o por la descarga a un río o al mar. El Modelo Hidrogeológico Conceptual: Corresponde a una descripción física cualitativa de cómo se comporta el sistema hidrogeológico.

En el presente documento se presentan los resultados obtenidos durante la elaboración del POMCH del río Acacias – Pajure, CORMACARENA 2011.

2.1.1 Puntos de Agua Subterránea

Asociada a la zona de influencia del río Chichimene, el recurso hídrico subterráneo es de gran importancia y es ampliamente utilizado, especialmente los niveles más someros, a través de aljibes y manantiales, tanto niveles someros y profundos por medio de pozos. En la zona rural el agua subterránea se convierte básicamente en la principal fuente de abastecimiento, y en la cuenca media y baja la mayor parte de los acueductos veredales se abastecen del recurso hídrico subterráneo en la cuenca del río Acacias - Pajure (CORMACARENA, 2011).

La corporación tiene, dentro de sus archivos, una lista de pozos y aljibes concesionados o permisos para perforación en el área de su jurisdicción, con más de 300 expedientes abiertos relacionados con el recurso hídrico subterráneo, el cual fue actualizado hasta el año 2009; aunque de este listado se localizan principalmente en el área de la ciudad de Villavicencio y alrededores, se tienen algunos puntos para la zona de la cuenca del río Acacias. En total se extrajo y se depuró de dicha lista 15 captaciones así: once (11) pozos, cuatro (4) aljibes y cuatro(4) puntos adicionales que no se hallan georeferenciados pero que podrían estar dentro de la cuenca del río Acacias, en algunos casos no se determina el tipo de estructura. De estos puntos, algunos se verificaron en campo, observando en la mayoría pozos y aljibes que abastecen acueductos veredales. En la Figura 22, se presenta el mapa hidrogeológico para la cuenca del río Chichimene y los respectivos usuarios. En la Tabla 23, se presenta el inventario de captaciones disponible y presentado en CORMACARENA, 2011 para la cuenca del río Chichimene.

De acuerdo con lo revisado, se recopiló información de tres (3) manantiales permanentes, ubicados en la zona alta de la cuenca, que tal como se presenta en el POMCH del río Acacias - Pajure, son estos los que forman el nacimiento del río Chichimene a través de sus dos caños principales.




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Tabla 23. Inventario captaciones de aguas subterráneas en la cuenca del río Chichimene.

CLASIFICACIÓN TIPO USO MUNICIPIO VEREDA N E CAUDAL

(L/S)

Subterránea Pozo profundo Doméstico San Carlos de Guaroa San José de Palomas 928903 1071485 3,980

Subterránea Pozo profundo Doméstico Acacias Quebraditas 929608 1063231 1,500

Subterránea Aljibe Doméstico Acacias Dinamarca 922690 1067888 6,090

Subterránea Pozo profundo Doméstico Acacias Dinamarca 923337 1067186 9,000

Subterránea Aljibe Agrícola Acacias San Cayetano 933910 1051560 2,000

Subterránea Aljibe Doméstico Acacias Dinamarca 929608 1063231 1,500





Fuente: POMCH río Acacias – Pajure. CORMACARENA, 2011




65

Figura 22. Formaciones Hidrogeológicas en la cuenca del río Chichimene y tipo de usuarios disponibles y registrados.





66

2.2 MODELO HIDROGEOLÓGICO POMCH RÍO ACACIAS – PAJURE 2011

En el POMCH del río Acacias – Pajure se presenta un modelo hidrogeológico preliminar para la zona de drenaje del río Acacias - Pajure, en el cual se encuentra incluida la cuenca del río Chichimene. A continuación se presentan los principales aspectos mostrados en dicho estudio y que se relacionan con la cuenca objeto de análisis.

2.2.1 Características Hidráulicas

La información de parámetros hidráulicos de los acuíferos presentes como Transmisividad y Coeficiente de Almacenamiento que definen el tipo de acuífero y su capacidad para almacenar y transmitir agua es muy escasa para la cuenca del río Acacias, se tiene algunos datos como los presentados en el estudio de Ecopetrol 2010 que involucra información adquirida durante la ejecución del mismo e información recopilada del pozo de la Base Área de Apiay, ubicada al norte del área de estudio (prueba realizada por Ingeominas en el año 1987) (ver Tabla 24). Por otra parte, en la información de captaciones de Cormacarena, no se encuentra ningún dato de características hidráulicas de las captaciones con concesión o que se encuentran en trámite.

Tabla 24. Parámetros hidráulicos del acuífero

CAPTACIÓN COORDENADAS

UNIDAD CAPTADA PROF POZO (M) N.E. (M) T (M²/DÍA) S (ADM) NORTE ESTE

Base Aérea Apiay 943900 1058100 Arenisca del Limbo 110

215 9,9 E-04

Finca Coinduagro 931697 1045380 Acuífero Cuaternario 60 18,19 28 1,5 E-0.3

Finca Villa Marina 932321 1043587 Acuífero Cuaternario 110-120 13,5 32,3 9,0 E-04

Predio Las Delicias 93069 1047578 Arenisca del Limbo 5,46 2,73 24,8 1,0 E-03


2.2.2 Características Hidrogeológicas

Como resultado de la evaluación geológica, de los resultado de los Sondeos Eléctricos Verticales del reconocimiento de puntos de agua subterránea y demás información existente (CORMACARENA, 2011), se realizó una caracterización de las formaciones litoestratigráficas presentes en la zona del proyecto, desde el punto de vista de su capacidad para almacenar y permitir el flujo de agua subterránea, con el fin de identificar la presencia de acuíferos y diferenciarlos de las rocas impermeables.




67

En la zona se presentan varios acuíferos de importancia, especialmente en la cuenca media y baja del río Acacias - Pajure, donde además de presentarse los acuíferos con mayor extensión regional, es donde se hace mayor aprovechamiento del recurso. A continuación, se hace una valoración de las unidades litoestratigráficas presentes en la cuenca del río Acacias, de acuerdo a su potencialidad hidrogeológica, tal como se muestra en la Tabla 25.

Tabla 25. Potencial hidrogeológico de unidades litoestratigráficas

ESPESOR

(m)

UNIDAD

LITOESTRATIGRÁFICA DESCRIPCIÓN POTENCIAL HIDROGEOLÓGICO

Variable Depósitos

Coluviales (Qco)

Materiales poco consolidados, matriz-

soportados, de cantos de roca de diferente

composición y tamaño, incluso bloques.

Podrían conformar acuíferos muy

locales de poca extensión y muy

limitados por su espesor

<5

Dep

ósito

s de

Lla

nura

Alu

vial

Conos de

deyección

(Qcd)

Bloques y cantos de roca embebidos en una

matriz areno arcillosa semiconsolidada.

Podrían conformar acuíferos muy

locales de poca extensión y muy

limitados por su espesor

30

Depósitos de

abanicos

aluviales (Qab

- Qaa)

Sedimentos sueltos, mal seleccionados

desde gravas hasta bloques hasta de un

metro y promedio de 25 centímetros, en

matriz areno-arcillosa

Conforman acuíferos por

porosidad primaria, de extensión

regional y moderada capacidad.

30

Terrazas

Aluviales

recientes

(Qtar)

Guijos, gravas y cantos redondeados y

subredondeados, provenientes de la

meteorización de las rocas que conforman el

piedemonte llanero, embebidos en un matriz

limo arenosa, y en algunos sectores areno

arcillosa

Conforman acuíferos de poca

extensión por porosidad primaria,

por su extensión y abundante

matriz fino no constituye

acuíferos de importancia

<2

Depósito de

Llanura de

Inundación –

(Qlli)

Intercalaciones de limos, arenas y arcillas

Podrían conformar acuíferos

locales, muy pobres, por

porosidad primaria, limitados por

su espesor, puede influir en la

recarga hacia los acuíferos

infrayacentes


En la Tabla 25 se presentan las unidades disponibles dentro de la cuenca del río Chichimene, las cuales son Qaa, Qal, Qlli, Qtar. A continuación se describe cada una de estas unidades, tal como lo presenta el estudio relacionado en el POMCH del río Acacias – Pajure.




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Acuífero Cuaternarios de Abanicos Aluviales – Qaa y Qab

Se agrupa los acuíferos conformados por depósitos de origen aluvial, aquellos correspondientes a abanicos aluviales recientes (Qab) y abanicos aluviales antiguos (Qaa), depositados durante el Pleistoceno – Holoceno. Estos depósitos son producto de eventos torrenciales ocurridos en el piedemonte, los cuales depositaron grandes cantidades de material heterométrico y heterogéneo, sobre la zona plana, en la que se extiende ampliamente, tiene una amplia extensión en superficie en general forman suelos bien drenados, especialmente hacia la parte más oeste de la cuenca media. Están compuestos por materiales de diverso tamaño, desde bloques, cantos y gravas en matriz limoarenosa y limoarcillosa, principalmente clastosoportados, de colores grises, amarillos y rojizos, también presenta niveles limosos rojizos, presentan gran variedad de facies tanto vertical como horizontalmente.

Conforma acuíferos de tipo libre a localmente confinados, con espesores variables que no superan los 30 metros. Es frecuente encontrar manantiales en los taludes de estos abanicos aterrazados con los drenajes actuales por donde se drenan. Son aprovechados ampliamente por medio de aljibes y pozos someros, con niveles de la tabla de agua que varían entre 1 y 10 metros en periodo lluvioso, pero que en periodos secos pueden descender alrededor de 8 metros. Con base en los sondeos eléctricos realizados en el presente estudio, este nivel acuífero presenta resistividades que varían entre 172 a 1581 Ohm/m, con espesores entre 10 a 40 metros.

De acuerdo con los resultados de la prueba de bombeo realizadas en el aljibe del predio Las Delicias, con una profundidad de 5,5 metros, que capta parte de este acuífero, se determinó una Transmisividad (T) de 24,8 m2/día, que corresponde a valores bajos y un coeficiente de almacenamiento de (S) de 1,0 E-3, identificado como un acuífero Semiconfinado. Este acuífero por sus características es de tipo libre a semiconfinado localmente.

Acuífero Cuaternarios locales – Qal, Qtar, Qcd, Qlli, Qco

Se consideran en esta categoría principalmente los acuíferos conformados por los siguientes depósitos de origen aluvial y algunos de tipo coluvial: depósitos aluviales recientes (Qal), terrazas aluviales recientes (Qtar) y Conos de deyección (Qcd), depósitos de llanura de inundación (Qlli) y depósitos coluviales (Qco).

Estos depósitos están compuestos por materiales de diverso tamaño, desde bloques, cantos y gravas en matriz limoarenosa y limoarcillosa, principalmente clastosoportados, de colores grises, amarillos y rojizos. Conforma acuíferos de tipo libre a localmente confinados, con espesores variables que no superan los 30 metros.




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3 BIBLIOGRAFÍA

Corporación Autónoma Regional para la Defensa de la Meseta de Bucaramanga - CDMB, 2010. Plan de Ordenamiento del Recurso Hídrico del Río de Oro Alto, Propuesta Final. 123 p.

Corporación Autónoma Regional De Nariño – CORPONARIÑO, 2007. Zonificación y Codificación de Las Cuencas Hidrográficas en el Departamento de Nariño. 76 p.

Corporación para el Desarrollo Sostenible del Área de Manejo Especial de La Macarena – CORMACARENA, 2011. Plan de Ordenamiento y Manejo de la Cuenca del Río Acacias - Pajure.

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia – IDEAM, 2010. Estudio Nacional del Agua (ENA).

Municipio de Acacias, Meta. Plan Básico de Ordenamiento Territorial. Acuerdo 021 de 2000 modificado mediante Acuerdo 184 de Diciembre 10 de 2011.

Municipio de San Carlos de Guaroa, Meta. Esquema Básico de Ordenamiento Territorial, 2000.

Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Resolución 865 de 2004, por medio de la cual se adopta la metodología para el cálculo del índice de escasez para aguas superficiales a que se refiere el Decreto 155 de 2004 y se adoptan otras disposiciones.

Moriasi. (2007). Model Evaluation Guidelines for Systematic Quantification of Accuracy in Watershed Simulation. Transactions of the ASABE 50: (3) , 885-900.

Presidencia de la República. Decreto 1640 de 2012, Por medio del cual se reglamentan los instrumentos para la planificación, ordenación y manejo de las cuencas hidrográficas y acuíferos, y se dictan otras disposiciones.

Refsgaard, J. C. 1997. Parameterisation, calibration, and validation of distributed hydrological models. J. Hydrology 198(1): 69-97.

Vélez, J.I., 2001. Desarrollo de un modelo hidrológico conceptual y distribuido orientado a la simulación de las crecidas. Tesis doctoral. Universidad Politécnica de Valencia, Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente.

formulaciÓn y ordenamiento del recurso...

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