Análisis de vulnerabilidad por inundación del caño buque en el casco urbano del municipio de Villavicencio
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(2) 2 ANALISIS DE VULNERABILIDAD POR INUNDACIÓN DEL CAÑO BUQUE EN EL CASCO URBANO DEL MUNICIPIO DE VILLAVICENCIO. JUAN CAMILO REY VARGAS JUAN DAVID MONTOYA LEÓN. Trabajo de grado para obtener el título de especialista en Recursos Hídricos.. ASESOR: JESÚS ERNESTO TORRES QUINTERO INGENIERO CIVIL, MSC.. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS BOGOTÁ D.C – 2019.
(3) 3.
(4) 4 NOTA DE ACEPTACIÓN. Presidente del Jurado. Jurado. Jurado Bogotá D.C., noviembre de 2019.
(5) 5 DEDICATORIA. Dedicamos este trabajo de investigación, a Dios quien nos ha brindado de sabiduría, a nuestros padres, quienes ha sido apoyo constante en esta etapa de arduo trabajo académico.. A todos los profesores quienes nos brindaron su conocimiento para nuestro desarrollo profesional.
(6) 6 AGRADECIMIENTOS. Nosotros, Juan Camilo Rey y Juan David Montoya, agradecemos al alcalde de la Ciudad de Villavicencio, Ingeniero Wilmar Barbosa y al director de la Oficina de Gestión del Riesgo Municipal, Arquitecto Carlos Enrique Vaca Rodríguez por brindarnos el apoyo en el desarrollo de este proyecto que hace parte de nuestra labor para el municipio de Villavicencio.. Al Ingeniero Jesús Ernesto Torres, profesor de la Universidad Católica de Colombia quien asesoró en el aspecto técnico en el presente trabajo..
(7) 7 TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO ..................................................................................................................... 7 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 11 GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO ................................................................... 12. 1. 1.1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................................ 12. 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.................................................................................................... 12. 1.2.1. Antecedentes del Problema. ....................................................................................................... 12 1.2.2. Pregunta de investigación. ......................................................................................................... 13 1.3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................. 13. 1.4. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 16. 1.4.1. Objetivo General. ....................................................................................................................... 16 1.4.2. Objetivos Específicos. ................................................................................................................ 16 2.. 3.. MARCOS DE REFERENCIA .................................................................................................... 16 2.1.. MARCO CONCEPTUAL ................................................................................................................. 16. 2.2.. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................................ 19. 2.2.1.. Caracterización Morfométrica de la Cuenca. ....................................................................... 20. 2.2.2.. Levantamiento Topográfico. .................................................................................................. 22. 2.2.2.1.. Topografía ...................................................................................................................................... 22. 2.2.2.2.. Batimetría ....................................................................................................................................... 23. 2.2.2.3.. Modelo de Elevación Digital (Digital Elevation Model – DEM) ................................................... 23. 2.2.3.. Modelo Hidrológico. ............................................................................................................. 24. 2.2.4.. Modelación hidráulica. ......................................................................................................... 29. 2.3.. MARCO JURÍDICO ........................................................................................................................ 33. 2.4.. MARCO GEOGRÁFICO .................................................................................................................. 35. 2.5.. MARCO DEMOGRÁFICO ............................................................................................................... 36. METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 38 3.1.. FASES DEL TRABAJO DE GRADO................................................................................................... 38. FASE 1: Recopilación de información ................................................................................................. 38 FASE 2: Levantamiento de información en campo .............................................................................. 38 3.1.1.1.. Caracterización social: .................................................................................................................... 38. 3.1.1.2.. Topografía y batimetría: ................................................................................................................. 39.
(8) 8 FASE 3: Crear un modelo hidrológico e hidráulico ............................................................................ 39 FASE 4: Crear un mapa de inundaciones. ........................................................................................... 40 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................ 40 4.1. CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LA SUBCUENCA .................................................................................... 40 4.1.1. Localización ............................................................................................................................... 40 4.1.2. Caracterización fisiográfica y morfométrica ............................................................................. 41 4.1.3. Divisoria de la Cuenca............................................................................................................... 41 4.1.4. Parámetros de forma.................................................................................................................. 42 4.1.5. Características del relieve ......................................................................................................... 43 4.2. CARACTERIZACIÓN HIDROLÓGICA ..................................................................................................... 44 4.2.1. Precipitación total...................................................................................................................... 45 4.2.2. tiempo de concentración. ........................................................................................................... 46 4.2.3. Determinación de curvas IDF .................................................................................................... 47 4.2.4. Hietogramas ............................................................................................................................... 48 4.3. MODELO HIDROLÓGICO. ..................................................................................................................... 49 4.3.1. Caracterización de coberturas y suelos. .................................................................................... 49 4.3.2. Determinación de caudales máximos por periodo de retorno ................................................... 52 4.4. MODELACIÓN HIDRÁULICA – HEC RAS ............................................................................................ 56 4.5. ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD .......................................................................................................... 59 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................ 62 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 64.
(9) 9 LISTA DE FIGURAS. ILUSTRACIÓN 1. APLICACIONES DE LA MODELACIÓN HIDROLÓGICA – FUENTE. IDEAM, 2018. ........................................ 27 ILUSTRACIÓN 2. CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO EN 1D, 2D Y 3D. FUENTE. IDEAM, 2018 ................................................ 29 ILUSTRACIÓN 3. APLICACIONES DE LA MODELACIÓN HIDRÁULICA DE ACUERDO CON LAS CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO. FUENTE. IDEAM, 2018 ....................................................................................................................................... 30 ILUSTRACIÓN 4. ESQUEMA MODELACIÓN HIDRÁULICA EN HEC-RAS ............................................................................. 32 ILUSTRACIÓN 5. CAÑO BUQUE ..................................................................................................................................... 35 ILUSTRACIÓN 6. PLANO DE DIVISORIA PARA LA SUBCUENCA HIDROGRÁFICA CAÑO BUQUE .............................................. 42 ILUSTRACIÓN 7. PLANO DE MODELO DE ELEVACIÓN DEL TERRENO PARA LA SUBCUENCA HIDROGRÁFICA CAÑO BUQUE. FUENTE. AUTOR, 2019. ........................................................................................................................................ 43 ILUSTRACIÓN 8. PLANO DE PENDIENTES PARA LA SUBCUENCA HIDROGRÁFICA CAÑO BUQUE. FUENTE. AUTOR, 2019. ...... 44 ILUSTRACIÓN 9 PRECIPITACIÓN MEDIA MENSUAL MULTIANUAL ...................................................................................... 45 ILUSTRACIÓN 10 ISOYETAS CUENCA CAÑO BUQUE ....................................................................................................... 46 ILUSTRACIÓN 11 CURVAS IDF PARA LOS PERIODOS DE RETORNO EN LA ESTACIÓN SENA. FUENTE. PROPIA. .................... 47 ILUSTRACIÓN 12 GRAFICA HIETOGRAMA PRECIPITACIÓN PERIODO RETORNO DOS AÑOS ................................................... 48 ILUSTRACIÓN 13 PLANO DE CLASIFICACIÓN HIDROGEOLÓGICA DE ACUERDO AL MÉTODO DE NÚMERO DE CURVA SCS ..... 50 ILUSTRACIÓN 14 PLANO DE RECLASIFICACIÓN DE LAS COBERTURAS DE ACUERDO A LA METODOLOGÍA DEL NÚMERO DE CURVA SCS. ......................................................................................................................................................... 51. ILUSTRACIÓN 15 PLANO DE NÚMERO DE CURVA SEGÚN METODOLOGÍA SCS .................................................................... 51 ILUSTRACIÓN 16 RESPUESTA MODELO LLUVIA ESCORRENTÍA - SOFTWARE HEC-HMS...................................................... 55 ILUSTRACIÓN 17 GRÁFICA CAUDAL EN PERIODO DE RETORNO PARA 2 AÑOS ..................................................................... 56 ILUSTRACIÓN 18 CREACIÓN DEL TERRAIN EN RAS MAPPER – HEC-RAS.......................................................................... 57 ILUSTRACIÓN 19 CREACIÓN DE LA GEOMETRÍA SOBRE EL TERRAIN INCORPORADO EN HEC-RAS ...................................... 57 ILUSTRACIÓN 20 INCORPORACIÓN DE LOS CAUDALES SEGÚN PERIODO DE RETORNO PARA EL MODELAMIENTO POR HIDROGRAMAS DE FLUJO ...................................................................................................................................... 58. ILUSTRACIÓN 21 MODELACIÓN DE LOS PARÁMETROS INCORPORADOS ANTERIORMENTE EN EL SOFTWARE HEC-RAS ......... 59 ILUSTRACIÓN 22 MANCHA DE INUNDACIÓN GENERADA POR EL MODELO HIDRÁULICO DEL SOFTWARE HEC – RAS ............ 59 ILUSTRACIÓN 23 PLANO DE MANCHAS DE INUNDACIÓN DE ACUERDO A LOS PERIODOS DE RETORNO EVALUADOS .............. 60 ILUSTRACIÓN 24 PLANO DE AMENAZA POR INUNDACIÓN DE CAÑO BUQUE ...................................................................... 61.
(10) 10 LISTA DE TABLAS TABLA 1. SOFTWARE DE MODELACIÓN HIDRÁULICA DE ESQUEMA DE DIFERENCIAS FINITAS. FUENTE. IDEAM, 2018 ........ 32 TABLA 2. MARCO JURÍDICO ......................................................................................................................................... 35 TABLA 3 POBLACIÓN AFECTADA UBICADA EN ZONAS DE RIESGO EN EL MUNICIPIO DE VILLAVICENCIO - FUENTE: BASE DE DATOS “CARACTERIZACIÓN DE FAMILIAS EN RIESGO – OFICINA DE GESTIÓN DEL RIESGO MUNICIPAL”. AÑO 2018.. ........................................................................................................................................................................... 36 TABLA 4 ÁREA, PERÍMETRO, LONGITUD AXIAL, ANCHO DE LAS UNIDADES DE ESTUDIO DE LA SUBCUENCA HIDROGRÁFICA CAÑO BUQUE. FUENTE. AUTOR, 2019 .................................................................................................................. 41. TABLA 5. ÍNDICE DE GRAVELIUS PARA LA SUBCUENCA HIDROGRÁFICA CAÑO BUQUE ....................................................... 42 TABLA 6. FACTOR DE FORMA PARA LA SUBCUENCA HIDROGRÁFICA CAÑO BUQUE ............................................................ 42 TABLA 7. FACTOR DE FORMA PARA LA SUBCUENCA HIDROGRÁFICA CAÑO BUQUE ............................................................ 43 TABLA 8. ESTACIONES DE MONITOREO AMBIENTAL DE REFERENCIA – FUENTE. IDEAM ................................................. 44 TABLA 9 DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE PRECIPITACIÓN TOTAL – ESTACIÓN SENA ............................................................. 45 TABLA 10. DETERMINACIÓN DE LOS TIEMPOS DE CONCENTRACIÓN .................................................................................. 47 TABLA 11. HIETOGRAMA PARA PERIODO DE RETORNO DE DOS AÑOS ................................................................................ 48 TABLA 12 RESULTADOS DEL MODELO LLUVIA ESCORRENTÍA – SOFTWARE HEC-HMS ...................................................... 55.
(11) 11 Introducción El objeto de este proyecto de grado es realizar una evaluación de la vulnerabilidad del riesgo de inundación a la población del casco urbano que se encuentra en cercanía con el caño buque. Lo anterior por medio del análisis de riesgo y propuesta de medidas de adaptación que afecten a cualquiera de las componentes que la forman, peligrosidad, exposición o vulnerabilidad de forma que se reduzca o se elimine en la medida de lo posible, además de establecer una zonificación de amenazas que sea un limitante al desarrollo urbano de forma que no se generen nuevas áreas de riesgo. El estudio de inundación que se dará en este proyecto se basa en el estudio hidrológico e hidráulico; una vez analizadas las lluvias en la cuenca, se calcularan caudales en el caño buque para así posteriormente, mediante la realización de modelos matemáticos hidráulicos, definir la velocidad y la profundidad de inundación alcanzada por las aguas. Una vez analizada la amenaza de inundación en términos probabilísticos, se estudiarán los elementos expuestos (viviendas, infraestructura vial y otros) a esta amenaza y se determinara la vulnerabilidad de cada uno de estos elementos mediante funciones de vulnerabilidad que determinan la relación entre el grado de daño del elemento y el valor de la profundidad de la inundación. Así podremos estimar las pérdidas materiales y humanas para cada una de las frecuencias o periodos de retornos que se proyecten..
(12) 12 1. Generalidades del trabajo de grado 1.1. Línea de Investigación Gestión del Riesgo. 1.2. Planteamiento del Problema. 1.2.1. Antecedentes del Problema. El municipio de Villavicencio está ubicado en el piedemonte llanero, sitio donde convergen más de 38 fuentes hídricas en el casco urbano, y otras 40 en el área rural, característica que hace a la ciudad altamente vulnerable a eventos de inundación debido a su topografía e hidrología. La población villavicense se asentó desde sus inicios muy cerca de las fuentes hídricas dando como resultado que en el casco urbano las rondas de protección de los afluentes se encuentren ocupadas en toda la extensión de los cauces. Con el paso del tiempo las condiciones de la población se han vuelto más vulnerables al riesgo por inundación al que cada día se enfrentan, conviviendo con fenómenos de desbordamientos por las crecientes, riesgo por remoción en masa en las márgenes de los cauces, entre otras situaciones que afectan el curso normal de los afluentes y asimismo el inevitable riesgo en el que se encuentra la comunidad. De acuerdo con el artículo 30 de la ley 388 de 1997, decreto 353 de 2000 y su modificatorio, el acuerdo 021 del 2002, las urbanizaciones que fueron construidas en años anteriores y sin ningún tipo de planeamiento, ocasionaron la degradación de suelos y de los recursos naturales, con la ocupación de áreas no permitidas como humedales, zonas de reserva o en zonas de riesgo de origen natural. Es necesario realizar obras de mitigación definitivas para la conservación de las corrientes hídricas ya que como lo establecen los planes de ordenamiento territorial (POT) se requiere la.
(13) 13 protección para la producción de agua, y conservación de los ecosistemas de la ciudad de Villavicencio. Caño Buque es una fuente hídrica de aproximadamente 9,2 Kilómetros que atraviesa la ciudad de Villavicencio desde el occidente hacia el oriente, naciendo en la cordillera Oriental y con una desembocadura en el río Ocoa, recorre el municipio por el casco urbano y a lo largo de las márgenes de esta fuente hídrica se encuentran asentadas varias familias quienes viven en las rondas de protección y en las laderas que colindan con el caño Buque, esta situación social ha generado diferentes impactos ambientales en el recorrido del afluente dando como resultado la necesidad de realizar un análisis cuantitativo y cualitativo de la vulnerabilidad por riesgo de inundación que presenta el caño Buque en el municipio de Villavicencio. 1.2.2. Pregunta de investigación. ¿Qué grado de vulnerabilidad y de que tipo se manifiesta en el casco urbano de la ciudad de Villavicencio por fenómenos de inundación en el caño Buque? 1.3. Justificación En el municipio de Villavicencio, existen aproximadamente 78 caños y quebradas los. cuales presentan serios problemas de contaminación por basuras, seguridad, salubridad, invasión y otras problemáticas que generan riesgo a la ciudad. La construcción de viviendas dentro de los 30 metros de ronda de protección de las fuentes hídricas establecidos por la legislación colombiana vigente y considerados en el Acuerdo 287 del Plan de Ordenamiento Territorial (POT) 2015, no han sido respetados lo cual es un riesgo no solo para los habitantes de las laderas sino por el impacto ambiental que esto genera. Como ingenieros y dentro de la labor que desempeñamos.
(14) 14 diariamente como profesionales damos importancia a un análisis de vulnerabilidad por riesgo de inundación en un afluente tan importante dentro de la ciudad como el Caño Buque el cual cuenta con una extensión de 9,2 Km. La geomorfología que se presenta en el piedemonte llanero en donde se evidencian cuencas de alta pendiente y altas precipitaciones, muestra una salida del cañón de la cordillera oriental a las vegas de Villavicencio con fuertes corrientes, altos caudales y alta capacidad de arrastre de sedimentos; correspondientes a grandes rocas y material de arrastre grueso, movido a altas velocidades, lo cual hace vulnerables las orillas de los cauces y la socavación profunda de sus márgenes. De igual manera, la mayoría de los cauces de los ríos y quebradas, presentan inestabilidad ambiental, pues se encuentran colmatados y sedimentados por el uso indebido del suelo, fallas geológicas, cultivos en ladera y potreros, entre otras causas; dicha sedimentación creciente ha venido reduciendo la capacidad hidráulica de los drenajes naturales que permitan una rápida evacuación de crecientes, ocasionando de manera permanente en épocas de invierno inundaciones, desbordamientos y erosión de orillas. Esta situación ha generado daños en viviendas, cultivos e infraestructura pública colocando en condición de riesgo a la comunidad asentada en las rondas de protección hídrica, lo cual amerita la construcción de obras de mitigación ante estos eventos de inundación y avenidas torrenciales, en particular en los sectores priorizados en el Plan de Ordenamiento Territorial - POT. Teniendo en cuenta que, como ingenieros civiles, desempeñamos una labor profesional en la Oficina de Gestión del Riesgo del municipio de Villavicencio y analizando diariamente las condiciones de riesgo que se presentan en las márgenes del caño Buque para el caso urbano, encontramos la necesidad de aportar una herramienta de identificación frente a la problemática.
(15) 15 que se presenta, creando un insumo para la generación de alternativas de solución por medio de la modelación hidrológica e hidráulica del caño Buque, teniendo en cuenta que en medio del proceso se hará la recolección de información hidrológica aportada por el IDEAM, la modelación hidrológica correspondiente, la información topográfica y su posterior análisis hidráulico, tendremos la posibilidad de crear un mapa de vulnerabilidad de riesgo con los factores anteriormente mencionados y posteriormente determinar las conclusiones de ese análisis..
(16) 16 1.4. Objetivos. 1.4.1. Objetivo General. Analizar la vulnerabilidad por inundación del caño Buque para la población que habita el casco urbano en el municipio de Villavicencio. 1.4.2. Objetivos Específicos. - Establecer las variables a considerar en el modelo hidrológico e hidráulico de la cuenca del caño buque. - Categorizar la vulnerabilidad en el caño Buque por amenaza de inundación en el casco urbano del municipio de Villavicencio por medio de un sistema de información geográfico. 2. Marcos De Referencia 2.1.Marco Conceptual Para una mejor comprensión del presente proyecto, se presentan a continuación algunas definiciones teóricas relacionadas al análisis de vulnerabilidad en el municipio de Villavicencio. -. Amenaza:. Peligro latente de que un evento físico de origen natural, o causado, o inducido por la acción humana de manera accidental, se presente con una severidad suficiente para causar pérdida de vidas, lesiones u otros impactos en la salud, así como también daños y pérdidas en los bienes, la infraestructura, los medios de sustento, la prestación de servicios y los recursos ambientales (Ley 1523 de 2012, Art.4).
(17) 17 -. Análisis de Vulnerabilidad:. Este proceso busca relacionar los eventos de vida críticos, sus causas, los impactos de éstos sobre los activos de las personas – que pueden ser tangible o intangibles – y las estrategias utilizadas por los hogares para hacer frente a dichos eventos (Lampis, 2011ª, pág. 72) -. Riesgo de Desastres:. Corresponde a los daños o perdidas potenciales que pueden presentarse debido a los eventos físicos peligrosos de origen natural, socio-natural, tecnológico, biosanitario o humano no intencional, en un periodo de tiempo específico y que son determinados por la vulnerabilidad de los elementos expuestos; por consiguiente, el riesgo de desastres se deriva de la combinación de la amenaza y la vulnerabilidad (Ley 1523 de 2012, Art 4). -. Inundación. Se define inundación como el desbordamiento del agua fuera de los confines normales de un río o cualquier masa de agua y/o la acumulación de agua procedente de drenajes en zonas que normalmente no se encuentran anegadas (OMM N°385 2012). -. Gestión del Riesgo:. Es el proceso social de planeación, ejecución, seguimiento y evaluación de políticas y acciones permanentes para el conocimiento del riesgo y promoción de una mayor conciencia del mismo, impedir o evitar que se genere, reducirlo o controlarlo cuando ya existe y para prepararse y manejar las situaciones de desastre, así como para la posterior recuperación, entiéndase:.
(18) 18 rehabilitación y reconstrucción. Estas acciones tienen el propósito explícito de contribuir a la seguridad, el bienestar y calidad de vida de las personas y al desarrollo sostenible (ABC Gestión del Riesgo: Conoce, reduce y prepárate; Edición 4) -. Oferta Hídrica:. La oferta hídrica total superficial ha sido definida por el IDEAM, 2010, como “el volumen de agua continental que escurre por la superficie e integra los sistemas de drenaje superficial”; sin embargo, no es esta la oferta considerada para la estimación de indicadores como el Índice de uso del Agua, sino que se tiene en cuenta aquella en la que ya ha sido descontado el caudal Ambiental y que se reconoce como oferta hídrica superficial disponible. -. Demanda Hídrica.. El IDEAM, 2010 define la demanda de agua como “la extracción hídrica del sistema natural destinado para suplir las necesidades o requerimientos del consumo humano, la producción sectorial y las demandas esenciales de los ecosistemas no antrópicos” siendo esta última la destinada como caudal ecológico y ambiental. Las demandas hídricas se agrupan teniendo en cuenta el orden de prioridad establecido en el artículo 41 del decreto 1541 de 1978 actualmente compilado en el decreto 1076 del 2015 en el artículo 2.2.3.2.7.6. Este orden se presenta a continuación: a) Utilización para el consumo humano, colectivo o comunitario, sea urbano o rural. b) Utilización para necesidades domesticas individuales. c) Usos agropecuarios comunitarios, comprendidas la acuicultura y la pesca..
(19) 19 d) Usos agropecuarios individuales, comprendidas la acuicultura y la pesca. e) Generación de energía hidroeléctrica. f) Usos industriales o manufactureros. g) Usos mineros. h) Usos recreativos comunitarios. i. Usos recreativos individuales. 2.2. Marco Teórico Con frecuencia, el ingeniero debe dar soluciones factibles, en base a ciertos requerimientos, a problemas ingenieriles. Debe decidir a priori el enfoque, técnicas o métodos más convenientes para cada caso en particular. Algunas veces, estas soluciones pueden ser sencillas, debido a que están bien definidas tanto la parte técnica como la parte económica, por lo que sólo basta aplicarlas. En estos casos, se evaluará que tipo de investigación se va a adoptar. Dicha investigación se iniciará conceptualizando y esquematizando el problema, después se seleccionará la técnica física o matemática para estudiar el problema. A este proceso de abstracción se le conoce como modelación. En definitiva, la modelación implica simular un fenómeno real, conceptualizándolo y simplificándolo en mayor o menor medida, para luego, por último, describirlo y cuantificarlo. En el presente documento el autor pretende realizar un análisis de vulnerabilidad por inundación del caño Buque en el casco urbano de la ciudad de Villavicencio que permitirá a las diferentes entidades competentes tomar medidas tendentes a reducir el riesgo de inundación en las zonas donde se determine una alta amenaza. Para estimar este riesgo es necesario cuantificar la amenaza y vulnerabilidad y así calcular probabilidades de ocurrencia y el daño que se puede producir. Las estimaciones de las cuales se hablaba anteriormente son el resultado de un análisis.
(20) 20 hidrológico e hidráulico realizado de acuerdo a metodologías específicas, por ejemplo, para la estimación de la amenaza de inundación es necesario tener en cuenta una serie de parámetros entre los cuales encontramos: 2.2.1. Caracterización Morfométrica de la Cuenca. Para la caracterización de una cuenca es necesaria la recopilación de información de algunos parámetros que definen las características físicas de la cuenca, estas características dependen de la morfología (forma, relieve, red de drenaje, etc.), los tipos de suelos, capa vegetal, la geología, las prácticas agrícolas, etc. Estos elementos físicos proporcionan la más conveniente posibilidad de conocer la variación en el espacio de los elementos del régimen hidrológico. (Desastres, 2017) Cuenca hidrográfica La cuenca es aquella superficie en la cual el agua precipitada se transfiere a las partes topográficas bajas por medio del sistema de drenaje, concentrándose generalmente en un colector que descarga a otras cuencas aledañas, o finalmente al océano. La cuenca hidrológica, junto con los acuíferos, son las unidades fundamentales de la hidrología. (Breña Puyol & Jacobo Villa, 2006) Para estudiar una cuenca hidrológica es fundamental definir parámetros que representen algunas características particulares importantes, que pueden ofrecer una información relevante acerca de las variables y los procesos hidrológicos. (Breña Puyol & Jacobo Villa, 2006) Algunos de los parámetros característicos son: -. Parteaguas. Línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que separa dos cuencas adyacentes..
(21) 21 -. Área de la cuenca. Es la proyección del parteaguas a un plano horizontal, caracterizándose así el tamaño de la cuenca. El valor del área se obtiene de los mapas topográficos a través del uso del planímetro o de otros métodos.. -. Corriente principal. Es la corriente de mayor longitud que pasa por la salida de la cuenca hidrológica.. -. Corrientes tributarias. Serie de corrientes tributarias con un diferente grado de bifurcación.. -. Orden de corrientes. Se determina a partir del grado de bifurcación de las corrientes tributarias. a) Corriente de orden 1 es un tributario sin ramificaciones; b) Corriente de orden 2 solo tiene corrientes de orden uno; c) Y así sucesivamente dos corrientes de orden 1 forman una de orden 2, dos corrientes de orden 2 forman una de orden 3, dos corrientes de orden 3 forman una de orden 4, etc.. -. Longitud del eje mayor de la cuenca. Es la máxima longitud que va desde el punto de la descarga o salida de la cuenca al punto más lejano de la cuenca. Este parámetro es importante, ya que da una idea de la forma de la cuenca. Los procesos hidrológicos, por ejemplo, el escurrimiento superficial, responden de manera diferente en una cuenca alargada que a la que se aproxima a una forma circular.. -. Ancho de la cuenca. Es la longitud perpendicular a la longitud del eje mayor de la cuenca y para su estimación se miden las longitudes perpendiculares representativas de.
(22) 22 cada parte de la cuenca, tomando como referencia la recta que se ha trazado para la longitud del eje mayor. -. Orientación de la cuenca. Es el ángulo de orientación a partir del norte geográfico y para su determinación se toma como punto de referencia la descarga o salida de la cuenca y utilizando la recta que representa a la longitud del eje mayor, se determina el ángulo de la orientación a partir del norte geográfico. Este parámetro es importante, ya que los sistemas de circulación atmosférica son fundamentales en lo que respecta al régimen pluviométrico de una cuenca.. -. Índice de forma. Es la relación del perímetro de la cuenca entre el perímetro que tendría un círculo con el mismo valor de área. Con este parámetro se determina cuanto se aleja la forma de la cuenca de un círculo.. -. Relación de alargamiento. Es la relación del diámetro de un círculo que tiene el mismo valor de área de la cuenca entre la longitud del eje mayor.. 2.2.2. Levantamiento Topográfico. 2.2.2.1.Topografía La Topografía es la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones de puntos sobre la superficie de la tierra, por medio de medidas según los tres elementos del espacio. Estos elementos pueden ser: dos distancias y una elevación, o una distancia, una dirección y una elevación. Para distancias y elevaciones se emplean unidades de longitud (en sistema métrico decimal), y para direcciones se emplean unidades de arco. (grados sexagesimales). La mayor parte de los levantamientos, tienen por objeto el cálculo de superficies y volúmenes, y.
(23) 23 la representación de las medidas tomadas en el campo mediante perfiles y planos, por lo cual estos trabajos también se consideran dentro de la topografía. 2.2.2.2.Batimetría Una batimetría se refiere al levantamiento topográfico del relieve de superficies del terreno cubierto por el agua, sea este el fondo del mar o el fondo de los lechos de los ríos, ciénagas, humedales, lagos, embalses, etc. es decir, la cartografía de los fondos de los diferentes cuerpos de agua. Al igual que en los levantamientos topográficos convencionales, se determinan las coordenadas X, Y y Z, esta última corresponde a las profundidades de los cuerpos de agua levantados. De esta manera dependiendo del detalle con el que se lleve a cabo la batimetría, se pueden describir los fondos y el relieve de los cuerpos de agua y todas aquellas anomalías que en ellos puedan existir. Las aplicaciones de los levantamientos batimétricos son muy amplias, permiten estimar los volúmenes almacenados en los cuerpos de agua y conocer la dinámica de los lechos de ríos identificando zonas de socavación y áreas de depósito, que en ocasiones puede ocasionar la formación de islas en el río; también ofrece información para la navegación en grandes ríos. Particularmente los levantamientos batimétricos son insumo indispensable para aplicar cualquier software de modelación hidráulica lo cual permite evaluar el tránsito de crecientes con fines de pronóstico hidrológico. 2.2.2.3.Modelo de Elevación Digital (Digital Elevation Model – DEM) Un modelo digital de elevación es una representación visual y matemática de los valores de altura con respecto al nivel medio del mar, que permite caracterizar las formas del relieve y los elementos u objetos presentes en el mismo. Estos valores están contenidos en un archivo de tipo ráster con estructura regular, el cual se genera utilizando equipo de cómputo y software.
(24) 24 especializados. En los modelos digitales de elevación existen dos cualidades esenciales que son la exactitud y la resolución horizontal o grado de detalle digital de representación en formato digital, las cuales varían dependiendo del método que se emplea para generarlos y para el caso de los que son generados con tecnología LIDAR se obtienen modelos de alta resolución y gran exactitud (valores submétricos) 2.2.3. Modelo Hidrológico. La modelación hidrológica es una herramienta de gran importancia para el estudio de avenidas que se ha extendido por todo el mundo, fundamentalmente en países desarrollados. En la actualidad, con el empleo de estos modelos, se realiza el análisis y la prevención de las inundaciones; además, es posible manejar hipótesis suficientemente realistas o previsibles que ofrezcan un cierto grado de confianza para la toma de decisiones, ya sea en la ordenación del territorio en torno a los ríos o para exigir criterios de diseño de obras e infraestructuras capaces de soportar y funcionar adecuadamente en situaciones de emergencia. Incluso, alertar a los servicios de protección civil y establecer protocolos de actuación ante posibles situaciones de peligro por intensas lluvias (Dueñas 1997). Un modelo hidrológico es pues una representación simplificada de un sistema real complejo llamado prototipo, bajo forma física o matemática. De manera matemática, el sistema real está representado por una expresión analítica. En un modelo hidrológico, el sistema físico real que generalmente representamos es la 'cuenca hidrográfica' y cada uno de los componentes del ciclo hidrológico. De esta manera un modelo matemático nos ayudará a tomar decisiones en materia de hidrología, por lo que es necesario tener conocimiento de entradas (inputs) al sistema y salidas (outputs) a partir del sistema, para verificar si el modelo es representativo del prototipo. La.
(25) 25 salida de los modelos hidrológicos varía - dependiendo de las metas y objetivos del modelo. Algunos modelos se utilizan para predecir los totales mensuales de escorrentía, mientras que otros están diseñados para ver a las tormentas individuales. El resultado más común es el hidrograma o hidrograma de escurrimiento. (IDEAM, 2017) Tipos de Modelaciones Hidrológicas Existen diferentes tipos de modelos hidrológicos, los cuales han sido concebidos en diferentes contextos. La selección del tipo de modelo hidrológico a emplear en cada estudio está condicionada principalmente por la disponibilidad de datos e información para su implementación; de igual manera el nivel de instrumentación de la cuenca hidrográfica o área aferente estudiada, limita en gran medida su escogencia. (IDEAM, 2018) Dentro de las diversas clasificaciones de modelos hidrológicos más frecuentemente utilizados están los modelos estadísticos empleados básicamente en el diseño de estructuras hidráulicas y en casos específicos de evaluación de la amenaza asociada al agua, en tanto que los modelos lluvia escorrentía que normalmente involucran diferentes componentes del ciclo hidrológico a diferentes escalas y resoluciones tienen un campo de aplicación más amplio. (IDEAM, 2018) Dentro de los diferentes tipos de modelación hidrológica utilizada encontramos: -. Modelos Lluvia Escorrentía: Este tipo de modelos son usados principalmente para representar el ciclo hidrológico, los cuales pueden ser agregados o distribuidos, y además pueden modelar bajo el régimen de flujo permanente o flujo no permanente. Estos han sido desarrollados para una gran variedad de propósitos desde el diseño de estructuras para ingeniería y sistemas de abastecimiento de agua hasta modelos.
(26) 26 modernos en tiempo real utilizados continuamente en esquemas de regulación fluvial, también son valiosos para estimar, por ejemplo, los impactos potenciales de los cambios en el uso de la tierra o el clima. Los resultados pueden variar desde las predicciones de caudales máximos o los volúmenes totales de inundación, a la especificación completa de la distribución del agua en el tiempo, ya sea para eventos de tormentas individuales en modelos de eventos o para secuencias continuas de flujos en modelos continuos o secuenciales. Todos los modelos hidrológicos lluvia Escorrentía incluyen información relevante de las fases del ciclo hidrológico y estos a su vez están compuestos por una o más técnicas para cada fase (Water Environment Federation 2014). Los modelos lluvia escorrentía requieren, dependiendo del software, información y datos espaciales y temporales, cuya resolución y escala la define cada tipo de modelo, así por ejemplo algunos modelos hidrológicos que tienen una gran cantidad de parámetros, requieren un mayor número de datos e información. (IDEAM, 2018) En la siguiente ilustración podemos observar algunas de las aplicaciones que tienen los modelos hidrológicos de acuerdo al software utilizado..
(27) 27. Ilustración 1. Aplicaciones de la modelación hidrológica – Fuente. IDEAM, 2018.. Dentro de la información que se debe recopilar para el desarrollo de la modelación hidrológica es importante resaltar algunos parámetros como:. -. Pluviometría.. Lo primero es seleccionar las estaciones climáticas más cercanas a la zona de estudio. En el IDEAM existe el listado de estaciones y con todos los datos estadísticos de pluviometría de toda la serie histórica. Estos datos deben ser pedidos por encargo al IDEAM. Posteriormente hay que proceder a una homogeneización de los datos estadísticos obtenidos. Generalmente este ajuste se realiza por el método Gumbel. Finalmente se obtiene la precipitación de diseño, que servirá para el cálculo del patrón sintético de precipitaciones y los hidrogramas. -. Hidrología.. Parámetros de la Cuenca. Se definirá el tamaño de la cuenca. La cuenca es la superficie total sobre la que las precipitaciones acaban por drenaje en ese curso objeto de estudio. Si el curso.
(28) 28 fluvial aguas a arriba no tiene otros cursos que sobre el que viertan sus aguas, diremos que no hay subcuencas. Si las hay, se contabilizarán también dentro de la cuenca. Posteriormente hay que calcular el umbral de escorrentía, que es el porcentaje de precipitaciones que acaban en el curso respecto de las que infiltradas en el terreno. Para el cálculo de este valor se deberá calcular un coeficiente para cada zona de la cuenca, diferenciando si hay vegetación, tipo de suelo, asfalto, etc. -. Cartografía.. Para el estudio hidrológico es fundamental tener una buena cartografía en formato digital para modelar el terreno. En caso de que no exista cartografía previa de detalle, es muy recomendable ir al campo para tomar mediante equipos de topografía una serie de perfiles aguas arriba y en la zona de estudio. Una vez se cuente con una buena cartografía, se podrá pasar a modelizar el terreno, que servirá después para trabajar con software que simule el comportamiento de las precipitaciones sobre el terreno. Este tipo de programas requieren calcular los coeficientes de Manning, que se suele hacer mediante tablas. Este coeficiente de Manning depende del tipo de material. -. Simulaciones y planos:. Este último paso consiste en hacer los trabajos de simulación informática. Para el éxito de esta fase es fundamental contar con la adecuada cartografía de partida y haber hecho una buena entrada de datos (climatología, coeficientes, etc.). Finalmente, obtendremos la siguiente documentación: memoria, plano de situación del estudio hidrológico, plano de la cuenca hidrográfica, planta de perfiles de inundación, láminas de inundación, secciones..
(29) 29 2.2.4. Modelación hidráulica. En términos generales, la modelación hidráulica consiste en un procedimiento técnico que busca reproducir un fenómeno natural (mundo real) que, para el caso de interés, se enfoca en determinar el movimiento o dinámica del agua, utilizando modelos (simplificación) físicos y/o matemáticos. El presente documento se refiere, particularmente, a los modelos matemáticos. Ya que la modelación hidráulica busca realizar una simplificación de un fenómeno natural, se acostumbra tipificar su desarrollo en términos de la particularidad del flujo, para lo cual, se utilizan como referencia las dimensiones o direcciones características que describen el movimiento del agua en el sistema de interés.. Ilustración 2. Características del flujo en 1D, 2D y 3D. Fuente. IDEAM, 2018.
(30) 30. Ilustración 3. Aplicaciones de la modelación hidráulica de acuerdo con las características del flujo. Fuente. IDEAM, 2018. Para llevar a cabo una modelación Hidráulica o hidrodinámica se requiere de la siguiente información: Secciones transversales completas (batimetría). Esto es que incluya no sólo la parte húmeda del río, si no la topografía de la parte seca, mínimo hasta los taludes u “hombros” y unos 50 m a ambos lados de cada sección. Si las distancias a modelar son más de unos 50 kms se requeriría levantar secciones cada 2 0 3 kms de distanciamiento entre ellas. Si lo que se pretende modelar son unos pocos kilómetros, el distanciamiento entre secciones transversales levantadas en campo serían de 200 o 250 m.(IDEAM, 2018) Se requiere de información histórica de series de niveles y caudales. Se debe disponer de datos de niveles y caudales tanto en la entrada, como en la salida del trayecto a modelar que sirvan de.
(31) 31 frontera para la modelación. Si el trayecto a modelar es muy largo o hay afluentes aportantes al sistema se requeriría de otras estaciones intermedias. Es aconsejable que todas estas estaciones se encuentren geo-referenciadas sobre un mismo nivel de referencia planimétrico y altimétrico, esto es, que la cota cero de las miras se encuentre referenciadas a la red Geodésica del IGAC (MagnasSirga). Contar con la cartografía más detallada posible en el trayecto que se está modelando. En el caso de zonas de inundación, donde se requiere de una modelo 2D. (IDEAM, 2018) Existe una gran variedad de modelos hidráulicos empleados, muchos de ellos desarrollados desde diversos esquemas, desarrollos y simplificaciones matemáticas, siendo los más comúnmente utilizados de tipo de volumen finito y diferencias finitas. En la siguiente tabla se presentan algunos de los softwares utilizados en cada uno de estos esquemas, en modelación hidráulica..
(32) 32 Tabla 1. Software de modelación hidráulica de esquema de diferencias finitas. Fuente. IDEAM, 2018. Ilustración 4. Esquema Modelación Hidráulica en HEC-RAS.
(33) 33 2.3.Marco jurídico NORMA. CONTENIDO. Por el cual se reglamenta el artículo 189 del decreto ley 019 de 2012 en lo relativo a la incorporación de la gestión del riesgo en los planes de ordenamiento territorial y se dictan otras DECRETO disposiciones políticas de ordenamiento territorial. 1077 DE 2015,. DECRETO 1077 DE 2015. Política de ordenamiento territorial, ley 388 de 1997 y ley 1454 de 2011 del ordenamiento territorial establecen que debe existir una “construcción progresiva, gradual y colectiva, articulada con la organización político administrativa del estado en el territorio.. LEY 1523 DE 2012. DECRETO 308 DE 2016. ACUERDO 281 DE 2015. Por el cual se adopta la política nacional de gestión del riesgo de desastres y se establece el sistema nacional de gestión del riesgo de desastres y se dictan otras disposiciones. Por el cual el gobierno nacional adopta el plan nacional de gestión del riesgo de desastres.. Por medio del cual se adopta el nuevo plan de ordenamiento territorial del municipio de Villavicencio y se dictan otras disposiciones.. Por la cual se crea el ministerio del medio ambiente, se reordena el sector público LEY 99 DE 93. encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el sistema nacional ambiental, SINA, y se dictan otras disposiciones.. Atención de la salud y saneamiento ambiental Consagra como servicio público la ARTICULO atención de la salud y el saneamiento ambiental y ordena al Estado la organización, dirección y 49 reglamentación de los mismos..
(34) 34. Todas las personas tienen derecho a gozar de un ambiente sano. La ley garantizará la ARTÍCULO. participación de la comunidad en las decisiones que puedan afectarlo. Es deber del Estado. 79.. proteger la diversidad e integridad del ambiente, conservar las áreas de especial importancia ecológica y fomentar la educación para el logro de estos fines.. ARTICULO 95.. Establece como deber de las personas, la protección de los recursos culturales y naturales del país, y de velar por la conservación de un ambiente sano.. El Estado planificará el manejo y aprovechamiento de los recursos naturales, para garantizar su desarrollo sostenible, su conservación, restauración o sustitución. Además, deberá ARTÍCULO prevenir y controlar los factores de deterioro ambiental, imponer las sanciones legales y exigir 80. la reparación de los daños causados. Así mismo, cooperará con otras naciones en la protección de los ecosistemas situados en las zonas fronterizas.. LEY 1151 DE 2007. LEY 142 DE 1994. Plan Nacional de Desarrollo 2006-2010: Artículo 92. De las inversiones de las Corporaciones Autónomas Regionales en el Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico.. Por la cual se establece el régimen de los servicios públicos domiciliarios y se dictan otras disposiciones.. DECRETO. Por el cual se dicta el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al. 2811 DE 1974. Medio Ambiente.. DECRETO 1715 DE 1978. Por el cual se reglamenta parcialmente el Decreto Ley 2811 de 1974, la Ley 23 de 1973 y el Decreto Ley 154 de 1976, en cuanto a protección del paisaje. Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 09 de 1979, así como el DECRETO Capítulo II del Título VI - Parte III - Libro II y el Título III de la Parte III Libro I del Decreto 1594 DE 1984 2811 de 1974 en cuanto a usos del agua y residuos líquidos..
(35) 35. Por el cual se reglamentan, parcialmente, la Ley 23 de 1973, los artículos 33, 73, 74, 75 DECRETO. y 76 del Decreto - Ley 2811 de 1974; los artículos 41, 42, 43, 44, 45, 48 y 49 de la Ley 9 de. 948 DE 1995. 1979; y la Ley 99 de 1993, en relación con la prevención y control de la contaminación atmosférica y la protección de la calidad del aire. Tabla 2. Marco Jurídico 2.4.Marco geográfico Caño Buque es uno de los 78 afluentes que recorren el municipio de Villavicencio, atraviesa la ciudad de Occidente a Oriente, desde la cordillera Oriental hasta la desembocadura en el río Ocoa. Tiene un recorrido de 9,2 kilómetros. Ilustración 5. Caño Buque. Fuente: SIGRIV, 2019.
(36) 36 2.5.Marco demográfico A lo largo del cauce del caño Buque se encuentran asentamientos ocupando la ronda del caño, construcciones que se encuentran en riesgo Población Referencia: Municipio de Villavicencio: 527668 habitantes. Fuente: Proyección poblacional según censo DANE 2005.. Población Afectada: 10644 personas caracterizadas conformando 5627 viviendas identificadas que viven en asentamientos subnormales en las rondas de protección de las diferentes fuentes hídricas información sintetizada de la siguiente manera:. Tabla 3 Población afectada ubicada en zonas de riesgo en el municipio de Villavicencio - Fuente: Base de datos “Caracterización de Familias en Riesgo – Oficina de Gestión del Riesgo Municipal”. Año 2018..
(37) 37 Población Objetivo:. Se encuentran 10644 personas caracterizadas en zonas de riesgo (Población Afectada) y de las cuales 504 personas que conforman 122 familias son las que conforman la población objetivo y a quienes directamente se dirige el análisis, lo anterior de acuerdo a los estudios realizados por la Oficina de Gestión del Riesgo, los cuales reposan en la base de datos “Caracterización de Familias en Riesgo” en el SIGRIV (Sistema de Información Geográfica de Villavicencio implementado por la Oficina de Gestión del Riesgo Municipal..
(38) 38 3.. METODOLOGÍA. 3.1.Fases del trabajo de grado Para el correcto desarrollo del proyecto se indican actividades agrupadas en 4 Fases, las técnicas y procedimientos planeados son necesarios para llevar a cabo la investigación y responder a la problemática planteada. FASE 1: Recopilación de información Como primer paso se llevará a cabo una recopilación y análisis de información que se tenga sobre la cuenca del caño Buque, así como de la zona de estudio que se encuentra del perímetro urbano del municipio de Villavicencio. Con esto se podrá conformar la línea base o línea de partida del proyecto. La información recopilada será cartografía básica del IGAC, Modelo de Elevación Digital (DEM), Información hidrológica de la cuenca (registros pluviométricos que se hayan obtenido por medio de estaciones), entre otros. FASE 2: Levantamiento de información en campo Esta fase estará compuesta por tres tareas, las cuales se relacionan a continuación: 3.1.1.1.. Caracterización social:. Se realizarán caracterizaciones de las familias más vulnerables o susceptibles a inundaciones que se encuentran dentro de la cuenca del caño buque (familias en las rondas hídricas, familias dentro del cauce activo de la fuente hídrica, entre otras)..
(39) 39 3.1.1.2.. Topografía y batimetría:. Aquí se llevará un estudio topográfico y batimétrico del cauce principal de la cuenca del caño buque, esto con el fin de conocer cuáles son las secciones naturales y no naturales con las que cuenta el flujo principal. FASE 3: Crear un modelo hidrológico e hidráulico En la fase tres se creará un modelo hidrológico con el fin de establecer los caudales máximos, los cuales deberán ser evacuados dentro del cauce natural, con el fin de utilizarlos posteriormente para los cálculos hidráulicos; y así poder definir cuál es la capacidad hidráulica con la que cuenta el canal natural. Para la creación del modelo hidrológico se realizará la caracterización física de la cuenca del caño Buque, el análisis de la información de las estaciones pluviométricas que nos permitirán generar el modelo de lluvia escorrentía por medio del cual obtendremos los caudales máximos en periodos de retorno de 3, 5, 10, 25, 50 y 100 años. Lo anterior será modelado por medio del software HEC-HMS el cual nos permitirá conocer el comportamiento hidrológico de la cuenca y la determinación de los caudales. Respecto a la creación del modelo hidráulica se realizara por medio del software HECRAS el cual nos permitirá generar una mancha de inundación la cual será obtenida basado en los caudales máximos de los periodos de retorno anteriormente mencionados, asimismo se tiene en cuenta las condiciones topográficas para lo cual y en relación a la información recopilado, usaremos, un Modelo Digital de Elevación del área de la cuenca y por medio del cual obtendremos.
(40) 40 toda la información cartográfica necesaria para el desarrollo del modelo hidráulico del cual se genera la mancha de inundación, insumo clave en el análisis de la vulnerabilidad por inundación. FASE 4: Crear un mapa de inundaciones. En la cuarta fase mediante la información recolectada en campo y la información obtenida del modelo se creará un mapa de inundación en la parte urbana de la cuenca del caño buque, lo anterior siendo generado por medio del software ArcGIS, en el cual generaremos un mapa de inundación con los insumos generados por los modelos hidrológico e hidráulico de acuerdo a los periodos de retorno planteados de 3, 5, 10, 25, 50 y 100 años. De acuerdo a las manchas de inundación generadas por el software HEC-RAS en cada uno de los periodos de retorno, se trasladará la información a Arc-GIS, programa que efectuará un proceso de algebra de mapas correlacionando la información registrada y permitiendo proceder a la generación de un solo mapa de amenaza por inundación del cual se desprende el análisis, objetivo principal del presente documento. 4. Análisis De Resultados 4.1. Caracterización física de la subcuenca 4.1.1. Localización Como ya se había mencionado en el aparte 2.4. Marco Geográfico del presente documento, el área de estudio se refiere a la subcuenca hidrográfica del río Ocoa ubicado en el municipio de Villavicencio del departamento del Meta..
(41) 41 4.1.2. Caracterización fisiográfica y morfométrica En la siguiente tabla se mencionan las características físicas estimadas para las unidades de análisis de la subcuenca hidrográfica del río Ocoa, denominada caño Buque.. NOMBRE Caño Buque. AREA (Km2) 8.27. LONGITUD PERIMETRO AXIAL DE LA (Km) CUENCA (Km) 19.10. 8.79. ANCHO DE LA CUENCA (Km) 1.60. Tabla 4 Área, perímetro, longitud axial, ancho de las unidades de estudio de la subcuenca hidrográfica caño Buque. Fuente. Autor, 2019. 4.1.3. Divisoria de la Cuenca Caño Buque es una subcuenca hidrográfica que hace parte de la cuenca del río Ocoa ubicado en el municipio de Villavicencio. De acuerdo a lo evidenciado por medio de la información recopilada encontramos que la zona de estudio solo cuenta con el drenaje principal del cauce..
(42) 42. Ilustración 6. Plano de divisoria para la subcuenca hidrográfica caño Buque. 4.1.4. Parámetros de forma A continuación, se muestran los valores obtenidos para el índice de Gravelius (tabla 4), factor de forma (tabla 5), índice de alargamiento (tabla 6), de la unidad de estudio de la subcuenca hidrográfica caño Buque. NOMBRE Caño Buque. INDICE DE GRAVELIUS 1.80. CLASIFICACIÓN Oval oblonga a Rectangular Oblonga. Tabla 5. Índice de Gravelius para la subcuenca hidrográfica caño Buque. NOMBRE Caño Buque. FACTOR DE FORMA 0.11. CLASIFICACIÓN Muy Alargada. Tabla 6. Factor de Forma para la subcuenca hidrográfica caño Buque.
(43) 43 NOMBRE ÍNDICE DE ALARGAMIENTO Caño Buque 5.502. CLASIFICACIÓN Cuenca de tipología alargada. Tabla 7. Factor de Forma para la subcuenca hidrográfica caño Buque. 4.1.5. Características del relieve Con base en las alturas disponibles en el modelo digital de elevación para la zona de estudio se estima la pendiente media de las unidades de análisis de la subcuenca hidrográfica del caño Buque tal como se muestra en la siguiente ilustración. (Ilustración 6).. Ilustración 7. Plano de Modelo de Elevación del Terreno para la subcuenca hidrográfica caño Buque. Fuente. Autor, 2019.. La pendiente media de la subcuenca hidrográfica caño Buque es del 8.9% que índica un relieve ligeramente inclinado..
(44) 44. Ilustración 8. Plano de Pendientes para la subcuenca hidrográfica caño Buque. Fuente. Autor, 2019.. 4.2. Caracterización Hidrológica Análisis de información de las precipitaciones: se encuentran las siguientes estaciones de monitoreo ambiental, pertenecientes a la red hidrometereológica del IDEAM, las cuales serán referencia para la realización del modelo. Se realiza el cálculo de los datos mensuales de precipitación para la cuenca con cada una de las siguientes estaciones de monitoreo (ver anexos):. ESTACIONES IDEAM NOMBRE CÓDIGO ALCALDIA 35030100 VANGUARDIA 35035020 SENA 35030030 ACUEDUCTO LA ESMERALDA 35030040. CATEGORÍA PLUVIOMÉTRICA PLUVIOMÉTRICA PLUVIOMÉTRICA PLUVIOMÉTRICA. Tabla 8. Estaciones de Monitoreo Ambiental de Referencia – Fuente. IDEAM.
(45) 45 4.2.1. Precipitación total A continuación, observaremos la distribución de la precipitación media multianual (Ver Anexos); para la cual la estación SENA tuvo como valor máximo de 4843.8 mm y un promedio mensual de 406.94 mm, en el periodo de 1998-2017 (Tabla 8). # AÑO/MES 1 1998 2 1999 3 2000 4 2001 5 2002 6 2003 7 2004 8 2005 9 2006 10 2007 11 2008 12 2009 13 2010 14 2011 15 2012 16 2013 17 2014 18 2015 19 2016 20 2017 PROMEDIO. ENERO 30.70 92.20 68.30 16.40 9.20 1.30 88.00 71.10 85.53 12.80 30.80 88.40 0.60 92.30 32.30 0.20 40.80 158.10 3.60 80.90 50.18. FEBRERO 228.40 229.90 130.40 33.30 4.70 45.50 346.20 232.70 15.40 16.20 20.40 66.50 135.30 137.90 87.00 106.60 99.70 28.50 55.20 90.40 105.51. PROMEDIO MENSUAL. MARZO 293.00 157.80 93.20 144.10 350.30 127.70 135.40 138.10 348.40 320.60 31.60 251.30 332.40 109.00 652.70 242.50 211.10 175.60 191.10 381.40 234.37. ABRIL 621.80 677.20 495.50 278.70 616.80 506.90 539.20 420.30 489.30 419.70 304.73 454.30 682.80 451.80 557.80 602.90 510.90 470.10 754.60 324.80 509.01. MAYO 641.00 423.90 497.83 681.30 821.60 412.40 788.80 582.00 636.80 660.00 383.33 425.23 492.50 640.50 670.80 893.90 467.80 447.00 536.00 706.40 590.45. SENA JUNIO 475.83 568.60 372.30 518.00 651.20 609.60 575.70 468.20 494.40 581.70 340.63 676.53 480.00 540.70 447.50 464.80 695.60 467.90 381.40 537.50 517.40. JULIO 501.20 321.60 356.10 543.40 555.40 255.00 449.60 283.23 290.70 347.20 378.43 534.50 483.70 398.60 517.40 444.80 342.60 474.10 388.60 381.50 412.38. AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE Vr. Anual 427.80 317.80 313.00 445.90 170.20 4466.63 325.00 266.00 615.80 439.30 189.20 4306.50 313.30 250.90 319.10 379.30 130.00 3406.23 370.90 502.90 527.40 398.30 403.20 4417.90 353.80 419.30 536.40 200.70 166.60 4686.00 394.30 472.40 484.20 442.80 278.40 4030.50 236.43 443.95 240.93 307.13 208.73 4360.07 275.03 309.70 580.00 418.40 29.50 3808.26 259.80 257.90 562.10 559.20 177.70 4177.23 428.80 271.60 492.20 242.60 122.80 3916.20 355.23 432.10 443.20 512.20 118.83 3351.48 469.20 277.10 455.10 304.10 98.70 4100.96 422.40 302.50 452.80 396.90 363.50 4545.40 422.90 455.40 412.50 607.60 401.20 4670.40 406.90 286.60 506.60 284.40 393.80 4843.80 292.80 242.80 434.50 417.10 161.90 4304.80 291.20 326.50 341.90 381.70 159.80 3869.60 302.00 362.10 418.40 423.70 181.50 3909.00 661.90 406.00 510.90 611.10 438.60 4939.00 308.60 243.70 520.40 542.70 193.30 4311.60 365.91 342.36 458.37 415.76 219.37 4221.08. 406.94 Tabla 9 Distribución Temporal de precipitación total – Estación Sena. Ilustración 9 Precipitación Media Mensual multianual.
(46) 46 Dentro de la caracterización hidrológica y la evaluación de los datos pluviométricos de las estaciones de monitoreo, evidenciamos una distribución de la precipitación de tipo monomodal. Presenta un período húmedo entre los meses de abril a agosto, y de octubre a noviembre, siendo mayo el mes más húmedo; y un periodo de estilaje entre los meses de noviembre a marzo, siendo enero el mes más seco.. Ilustración 10 isoyetas cuenca caño buque 4.2.2. tiempo de concentración. Es el tiempo mínimo necesario para que todos los puntos de una cuenca estén aportando agua de escorrentía de forma simultánea al punto de salida, punto de desagüe 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.
(47) 47 escorrentía es constante. El tiempo de concentración de la cuenca es muy importante porque en los modelos lluvia-escorrentía, la duración de la lluvia se asume igual al tiempo de concentración de la cuenca, puesto que es para esta duración cuando la totalidad de la cuenca está aportando al proceso de escorrentía, por lo cual se espera que se presenten los caudales máximos. Para el caso de estudio se realiza el cálculo del tiempo de concentración por medio de cinco métodos con el fin Tiempo de Concentración (Horas) Cuenca. Kirpich. Caño Buque. California. 0.9 0.9 Tabla 10. Determinación de los tiempos de concentración. Temez. SCS. 2.48. 0.08. 4.2.3. Determinación de curvas IDF Se elaboran las curvas IDF con cada una de las estaciones de monitoreo ubicadas en la cuenca de caño Buque. (Ver anexos). Curvas IDF Estación SENA 500 450. Intensidad (mm/hr). 400 350. 3 Años. 300. 5 Años. 250. 10 Años. 200. 25 Años. 150. 50 años. 100. 100 Años. 50 0 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. Duración (min) Ilustración 11 Curvas IDF para los periodos de retorno en la estación SENA. Fuente. Propia..
(48) 48 4.2.4. Hietogramas Se realiza un hietograma para cada uno de los periodos de retorno (2, 5, 10, 25, 50, y 100 años). Ver anexos. HIETOGRAMA PARA PERIODO RETORNO 2 AÑOS Duración de la tormenta (h). 1.5. Intervalos de tiempo (min). Instante (min). Intensidad (mm/h). Precipitación acumulada (mm). Precipitación (mm). 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90. 245.94 158.92 123.10 102.69 89.22 79.54 72.18 66.36 61.61 57.65 54.29 51.40 48.87 46.64 44.66 42.88 41.27 39.81. 20.50 26.49 30.77 34.23 37.18 39.77 42.11 44.24 46.21 48.05 49.77 51.40 52.94 54.41 55.82 57.17 58.47 59.72. 20.50 5.99 4.29 3.46 2.95 2.59 2.33 2.13 1.97 1.84 1.72 1.63 1.54 1.47 1.41 1.35 1.30 1.25. 5. Intensidad parcial Precipitación (mm/h) Alternada (mm). 245.94 71.90 51.45 41.48 35.35 31.13 28.01 25.59 23.65 22.04 20.69 19.54 18.54 17.66 16.88 16.19 15.56 15.00. 1.30 1.41 1.54 1.72 1.97 2.33 2.95 4.29 20.50 5.99 3.46 2.59 2.13 1.84 1.63 1.47 1.35 1.25. Tabla 11. Hietograma para periodo de retorno de dos años. Ilustración 12 Grafica hietograma precipitación periodo retorno dos años. Int. Parcial Alternada (mm). 15.56 16.88 18.54 20.69 23.65 28.01 35.35 51.45 245.94 71.90 41.48 31.13 25.59 22.04 19.54 17.66 16.19 15.00.
(49) 49 4.3. Modelo Hidrológico. Para la modelación hidrológica de la cuenca de Caño Buque se utiliza el software HECHMS el cual requiere de unos parámetros de entrada; dentro de los cuales encontramos: 4.3.1. Caracterización de coberturas y suelos. Para la caracterización de coberturas y suelos se tuvieron en cuenta el estado de la zona de estudio. El método usado es el del Número de Curva del SCS, la cual es una técnica desarrollada por el SCS para estimar la infiltración. Considera todas las pérdidas netas menos la evaporación real. El Número de Curva depende de las siguientes propiedades generadoras de escorrentía de la cuenca: 1) Tipo hidrológico de suelo. Hay que clasificarlo en uno de los cuatros grupos hidrológicos existentes. Estos grupos van desde A hasta D, representando el grupo A un potencial de escurrimiento mínimo y el D un potencial de escurrimiento alto. Para asignar a un suelo un grupo determinado hay que considerar su composición, su textura y la profundidad del nivel freático. (Ilustración 12)..
(50) 50. Ilustración 13 Plano de clasificación hidrogeológica de acuerdo al método de número de curva SCS. 2) Uso de la tierra y tratamiento. Clasificar los usos del suelo de acuerdo a la leyenda de usos que aparece en las tablas originales del SCS y asignar a cada uso un código de uso del suelo, que se llamará “Landuse”..
(51) 51. Ilustración 14 Plano de reclasificación de las coberturas de acuerdo a la metodología del número de curva SCS.. 3) Como último se generó el número de curvo mediante el software HEC-GeoHMS el cual nos dará el los resultados computando los dos mapas anteriores.. Ilustración 15 Plano de número de curva según metodología SCS.
(52) 52 4.3.2. Determinación de caudales máximos por periodo de retorno De acuerdo a las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF), los tiempos de concentración y la determinación de los números de curva, se procede a calcular los caudales en los periodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años por medio de la modelación en el software HEC-HMS. Ver anexos. Periodo de Retorno 2Años Date 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12. Time Pre (mm) Loss (mm) Excess (mm) Direct (M3/s) Total Flow (M3/s) 8:00 8:05 8:10 8:15 8:20 8:25 8:30 8:35 8:40 8:45 8:50 8:55 9:00 9:05 9:10 9:15 9:20 9:25 9:30 9:35 9:40 9:45 9:50 9:55 10:00 10:05 10:10. 0.39 0.40 0.40 0.41 0.41 0.42 0.43 0.43 0.44 0.45 0.45 0.46 0.47 0.48 0.48 0.49 0.50 0.51 0.52 0.53 0.55 0.56 0.57 0.58 0.60 0.61. 0.37 0.38 0.38 0.39 0.39 0.40 0.41 0.41 0.42 0.43 0.43 0.44 0.45 0.46 0.46 0.47 0.47 0.48 0.49 0.50 0.52 0.53 0.54 0.55 0.57 0.58. 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03. 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7. 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7.
(53) 53 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12 12-may-12. 10:15 10:20 10:25 10:30 10:35 10:40 10:45 10:50 10:55 11:00 11:05 11:10 11:15 11:20 11:25 11:30 11:35 11:40 11:45 11:50 11:55 12:00 12:05 12:10 12:15 12:20 12:25 12:30 12:35 12:40 12:45 12:50 12:55 13:00 13:05 13:10 13:15 13:20 13:25 13:30. 0.63 0.65 0.67 0.69 0.71 0.73 0.76 0.79 0.82 0.86 0.90 0.94 1.00 1.06 1.13 1.21 1.31 1.44 1.61 1.84 2.18 2.75 4.00 19.13 5.59 3.23 2.42 1.99 1.71 1.52 1.37 1.26 1.17 1.09 1.02 0.97 0.92 0.88 0.84 0.81. 0.60 0.62 0.64 0.66 0.67 0.69 0.72 0.75 0.78 0.82 0.85 0.89 0.95 1.01 1.07 1.15 1.24 1.37 1.53 1.75 2.07 2.61 3.79 16.38 4.26 2.37 1.73 1.40 1.18 1.04 0.92 0.84 0.77 0.71 0.66 0.62 0.59 0.56 0.53 0.50. 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05 0.06 0.06 0.07 0.07 0.08 0.09 0.11 0.14 0.21 2.75 1.33 0.86 0.69 0.59 0.53 0.48 0.45 0.42 0.40 0.38 0.36 0.35 0.33 0.32 0.31 0.31. 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 1.0 1.0 1.0 1.1 1.1 1.2 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8 2.4 3.8 6.0 9.3 12.9 16.0 18.1 19.5 19.9 19.6 18.7 17.4 16.3 15.2 14.3 13.5 12.7. 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 1.0 1.0 1.0 1.1 1.1 1.2 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8 2.4 3.8 6.0 9.3 12.9 16.0 18.1 19.5 19.9 19.6 18.7 17.4 16.3 15.2 14.3 13.5 12.7.
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