OD ; DBO Modelo Hidrodinámico HEC – RAS 3.1.3 Configuración Topología Información disponible Calibración de parámetros Definición de escenarios
Comparación con valores observados Simulación Modelo de transporte Calidad de agua Plataforma HidroSIG Implementación ecuación ADR en SIG
Entrada de datos
Verificación esquema numérico – Casos Teóricos
Casos de aplicación Río Sinú
Figura 4.1. Metodología general para la implementación del modelo MUTC
Una vez evaluada la capacidad del modelo hidráulico para representar diferentes condiciones de flujo, se definen los escenarios de tránsito de caudales que se consideren más relevantes en la definición de la dinámica de las sustancias de interés ambiental establecidas en este trabajo (oxígeno disuelto y demanda bioquímica de oxígeno), y se estiman variables como velocidad media
de flujo, profundidad media de flujo, ancho superficial y área mojada en las diferentes secciones transversales con las que se cuente, empleadas posteriormente en la implementación de la ecuación ADR. Cabe anotar que bajo dicho esquema, el movimiento de la masa de agua y el movimiento de los solutos transportados por ella se encuentran desacoplados.
4.1 COMPONENTE HIDRODINÁMICA
4.1.1 Configuración del modelo HEC-RAS
En el empleo de modelos en general, no pueden esperarse resultados adecuados ni útiles si la
representación de la realidad física por los elementos del modelo no es adecuada. Cunge et al. (1980) separa el problema de la configuración de un modelo en términos de la
discretización topológica y la discretización hidráulica del mismo, donde la primera se refiere al tipo de elementos (tanques, celdas, nodos, etc.) empleados para representar el sistema y el segundo a la calidad de la información necesaria para definir dichos elementos.
En ese orden de ideas, el modelo hidráulico HEC-RAS permite representar (como principal topología del modelo) una corriente a partir de tramos o volúmenes de control cuya adecuada representación depende de la disponibilidad de secciones transversales, que definen la frontera del mismo, y el grado de detalle tanto transversal como longitudinal que se tenga. Dichas secciones permiten definir variables como la pendiente longitudinal del canal, el área mojada y volúmenes de agua para determinadas condiciones de flujo, entre otros requeridos por los esquemas numéricos empleados por el modelo. Junto con la geometría transversal, las abscisas de cada una de las secciones disponibles permiten definir el alineamiento del canal principal de flujo. Para este tipo de configuración es requerido, además, el bien conocido coeficiente de rugosidad de Manning, y coeficientes de expansión y contracción que permiten tener en cuenta pérdidas locales inducidas por los cambios en la sección transversal del canal.
Además de canales de flujo unidimensionales, en la Tabla 4.1 se listan algunos de los sistemas que pueden representarse en la versión 3.1.3 del modelo HEC-RAS, así como la información básica que hay detrás de cada uno de ellos. Una descripción más amplia puede encontrarse en el manual de usuario del modelo (Brunner, 2002b).
Tabla 4.1. Sistemas que pueden representarse en el modelo HEC-RAS 3.1.3
Sistema Herramienta Información requerida
Zonas de almacenamiento Storage area Curva Cota – Volumen Curva Cota - Área
Confluencias Junction Secciones transversales de canales
que confluyen al canal principal de flujo
Derivaciones Lateral Structure Curvas de derivación Vertederos
Orificios Canales
Curva de caudales derivados vs. caudales del canal principal. Geometría y coeficientes de descarga de vertederos, u orificios y canales.
Obras de control InLine Structure Diques – Vertederos Orificios
Puntes Box Culverts
Geometría y características de obras hidráulicas disponibles en el modelo.
En el Capítulo 2 se describió la localización de la cuenca del río Sinú y se mencionó la regulación ejercida por el proyecto hidroeléctrico Urrá I como el principal agente que condiciona la dinámica hídrica de la cuenca. Aguas abajo del proyecto, la cuenca esta caracterizada por una compleja dinámica hídrica en la que intervienen diversos tipos de cuerpos de agua como caños (caracterizados por bajas velocidades y caudales moderados), ciénagas (grandes zonas de almacenamiento) y arroyos (caudales y velocidades moderadas), entre los que cabe destacar al caño Bugre y al caño Aguas Prietas (CVS-FONADE, 2004; CVS-UNALMED, 2005; CVS-UNALMED, 2007), como aquellos que corresponden al caso de aplicación de este trabajo junto con el río Sinú, y al Complejo Lagunar del Bajo Sinú que corresponde a la mayor extensión de ciénagas de la cuenca.
A la altura del corregimiento Los Garzones, en la margen derecha del río Sinú, tiene origen el caño Bugre en el sitio conocido como Boca La Ceiba (ver Figura 4.2), que es alimentado por las aguas del río Sinú cuando los niveles de éste favorecen el flujo hacia el caño. El flujo del caño Bugre tiene dirección noreste y sus aguas convergen al Complejo Lagunar del bajo Sinú a través de los caños Cotorra y Culebra, donde es el último el que transporta los mayores porcentajes del caudal del caño Bugre después de su bifurcación en el sitio conocido como Tres Bocas. En su
recorrido, el caño Bugre atraviesa los municipios de Cereté y Cotorra, y corregimientos como Rabolargo, Tierralta y las Guamas.
El caño Aguas Prietas tiene su origen en cercanías al Caserío Miraflores (CVS-UNALMED, 2005), aunque el tramo comprendido desde este punto hasta su confluencia con
el caño Purgatorio posee un régimen intermitente de caudales. A diferencia del caño Bugre, el régimen de caudales de este cuerpo de agua en su parte alta y media responde al comportamiento hidrológico de la región; sin embargo, en inmediaciones del Complejo Lagunar del bajo Sinú la influencia del río Sinú es notable en los niveles de las ciénagas haciendo de estas un control hidráulico para los caños que convergen a ellas. A pesar de dicho control, el flujo del caño Aguas Prietas aguas arriba del complejo lagunar es unidireccional, lo cual no ocurre en el tramo localizado en cercanías del municipio de Lorica donde la interacción río – ciénaga genera flujo bidireccional a través del caño de acuerdo con los niveles relativos entre dichos cuerpos y, por supuesto, con las políticas de operación del embalse Urrá. En la Figura 4.2 se muestran los principales cuerpos de agua contemplados en este estudio.
La representación de los cuerpos de agua en el modelo HEC-RAS, correspondientes al caso de aplicación de este trabajo, se muestra en la Figura 4.3a , donde el río Sinú y los caños Bugre y Aguas Prietas fueron discretizados hidráulicamente a través de secciones transversales levantadas por la CVS en cada uno de ellos (Tabla 4.2), y el Complejo Lagunar del bajo Sinú a través de un tanque cuya relación nivel – volumen es unívoca y es descrita por una función discreta tal como se muestra en la Figura 4.4 (CVS - UNALMED, 2007).
C. Aguas Prietas C. Bugre