Modelación Qual2k - Calidad de Agua

(1)

CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DEL VALLE DEL CAUCA

DIRECCIÓN TÉCNICA AMBIENTAL

Orden de trabajo CVC No. 575 de Abril 21 de 2005

CARACTERIZACIÓN Y MODELACIÓN DE LA CALIDAD DEL

AGUA DEL RIO TULUÁ

TRAMO JARDÍN BOTÁNICO – ANTES DESEMBOCADURA

(2)

Caracterización y Modelación del Río Tuluá Listados

CVC María Fernanda Hernández López

i

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1 INTRODUCCIÓN ...1.1 2 CARACTERIZACIÓN DEL RÍO TULUÁ ...2.1

2.1 Características Generales... 2.1 2.2 Climatología... 2.2

2.2.1 Estadística Descriptiva de Registros Mensuales Multianuales ... 2.2 2.2.2 Diferencias Estacionales ... 2.5 2.2.3 Temperatura... 2.8 2.2.4 Humedad Relativa ... 2.9 2.2.5 Precipitación y Evapotranspiración Total... 2.10 2.2.6 Radiación Solar... 2.10 2.2.7 Vientos ... 2.11 2.2.8 Zonas de Vida... 2.11

2.3 Suelos... 2.13

2.3.1 Uso Actual del Suelo... 2.13 2.3.2 Uso Potencial del Suelo... 2.14

2.4 Hidrología ... 2.16

2.4.1 Estación Mateguadua... 2.16 2.4.2 Estación La Rafaela ... 2.19

2.5 Usos del Agua... 2.19 2.6 Calidad del Agua ... 2.23

2.6.1 Estadística Descriptiva... 2.29 2.6.2 Diferencias Estacionales ... 2.39 2.6.3 Evaluación Espacial por Condición Estacional (1996 – 2005)... 2.51 2.6.4 Índices de Calidad ... 2.55 2.6.5 Índice de Contaminación –ICOMO... 2.60

(3)

ii

3 MODELO MATEMÁTICO QUAL-2K...3.1

3.1 Descripción del Modelo ... 3.1

3.2 Representación Conceptual ... 3.3

3.3 Representación Funcional... 3.4

3.3.1 Ecuación del Transporte de Masa... 3.4 3.3.2 Características Hidráulicas... 3.6

3.4 Modelo de la Temperatura ... 3.7

3.5 Reacciones Fundamentales ... 3.9

3.5.1 Reacciones Bioquímicas... 3.9 3.5.2 Estequiometría de la Materia Orgánica... 3.9 3.5.3 Efecto de la Temperatura en las Reacciones... 3.10

3.6 Reacciones de los Constituyentes ... 3.10

3.6.1 Fitoplancton (ap)... 3.10 3.6.2 Algas (ab)... 3.12 3.6.3 Detritus (Mo)... 3.13 3.6.4 DBOC lentamente oxidable (Cs) ... 3.14 3.6.5 DBOC rápidamente oxidable (Cf) ... 3.14 3.6.6 Nitrógeno Orgánico Disuelto (no) ... 3.14 3.6.7 Nitrógeno Amoniacal (na)... 3.15 3.6.8 Amonio Desionizado... 3.16 3.6.9 Nitratos (nn)... 3.16 3.6.10 Fósforo Orgánico (po) ... 3.17 3.6.11 Fósforo Inorgánico (pi)... 3.17 3.6.12 Sólidos Suspendidos Inorgánicos (mi)... 3.17 3.6.13 Oxígeno Disuelto ... 3.18

3.6.14 Coliformes ... 3.22 3.6.15 Constituyentes no Conservativos... 3.23 3.6.16 pH ... 3.23 3.6.17 Carbono Inorgánico Total... 3.24 3.6.18 Alcalinidad ... 3.24

3.7 Entradas del Sistema ... 3.25 3.8 Solución Numérica ... 3.25

(4)

iii

4 MODELACIÓN DEL RÍO TULUÁ...4.1

4.1 Introducción ... 4.1 4.2 Definición de la Red... 4.2 4.3 Fronteras del Modelo... 4.2

4.3.1 Fronteras Externas ... 4.2 4.3.2 Fronteras Internas ... 4.3

4.4 Red Esquematizada ... 4.4 4.5 Bases de Datos ... 4.4

4.5.1 Georeferenciación ... 4.5 4.5.2 Datos Geográficos y Climatológicos... 4.5 4.5.3 Datos Hidráulicos ... 4.6 4.5.4 Condiciones de Frontera... 4.7

4.6 Calibración y Verificación del Modelo... 4.9

4.6.1 Modelo Hidrodinámico ... 4.9 4.6.2 Modelo de Calidad del Agua... 4.10 4.6.3 Análisis de la Calibración y Verificación del Modelo del Río Tuluá ... 4.18

4.7 Modelo Parte Alta del Río Tuluá (Jardín Botánico – Puente Nuevo) ... 4.19

4.7.1 Fronteras Externas ... 4.20 4.7.2 Fronteras Internas ... 4.21 4.7.3 Bases de Datos ... 4.21 4.7.4 Calibración y Verificación del Modelo ... 4.24

4.8 Modelo Parte Baja del Río Tuluá (Puente Nuevo – Desembocadura Vereda El Salto) ... 4.27

4.8.1 Fronteras Externas ... 4.27 4.8.2 Fronteras Internas ... 4.28 4.8.3 Bases de Datos ... 4.29 4.8.4 Calibración y Verificación del Modelo ... 4.31 5 MODELACIÓN DEL RÍO TULUÁ...5.1

5.1 Introducción ... 5.1 5.2 Escenario Crítico ... 5.2

(5)

iv

5.2.1 Fronteras Externas ... 5.2 5.2.2 Fronteras Internas ... 5.3 5.2.3 Resultados ... 5.7

5.3 Escenario Metas de Calidad... 5.10

5.3.1 Tratamiento Primario... 5.10 5.3.2 Tratamiento Secundario... 5.17

5.4 Consideraciones Finales... 5.24

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...6.1

(6)

v

LISTADO DE TABLAS

Capítulo 2 Pag.

Tabla 2.1Resumen Estaciones Climatológicas en la Cuenca del Río Tuluá ... 2.2

Tabla 2.2 Resumen de la Curtosis para la Temperatura Mínima, Media y Máxima en la Estación Acueducto Tuluá (CVC)... 2.3 Tabla 2.3 Resumen de la Simetría para la Temperatura Mínima, Media y Máxima en la

Estación Acueducto Tuluá (CVC)... 2.4 Tabla 2.4 Resultado Prueba de Kolmogorov – Smirnov para los Parámetros de

Precipitación y Evaporación Total, Humedad Relativa, y Temperatura Mínima, Media y Máxima de la Estación Acueducto Tuluá (CVC)... 2.5 Tabla 2.5 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras para Establecer

Diferencias Significativas entre las Condiciones Estacionales de Verano e Invierno de los Registros de Evaporación Total y Humedad Relativa Estación: Acueducto Tuluá (CVC)... 2.8 Tabla 2.6 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney para establecer Diferencias

Significativas entre las Condiciones Estacionales de Verano e Invierno de la Precipitación y Temperatura Mínima, Media y Máxima Estación: Acueducto Tuluá (CVC) ... 2.8 Tabla 2.7 Áreas de las Zonas de vida en la Cuenca del Río Tuluá (Caicedo y Medina,

2005). ... 2.12 Tabla 2.8 Cobertura y Uso Actual del Suelo... 2.13 Tabla 2.9 Uso Potencial del Suelo en la Zona de Ladera de la Cuenca del Río Tuluá ... 2.15 Tabla 2.10 Uso Potencial del Suelo en la Zona Plana de la Cuenca del Río Tuluá... 2.15 Tabla 2.11 Registros de Aforos Estación: La Rafaela (CVC) (1998 – 2005)... 2.20 Tabla 2.12 Georeferenciación Estaciones de Calidad y Vertimientos sobre el Río

Tuluá. ... 2.26 Tabla 2.13 Parámetros Críticos Identificados para Diferentes Usos en el Río Tuluá

(CVC-Universidad del Valle, 2005) ...2.28 Tabla 2.14 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición

Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Jardín Botánico (CVC)... 2.40 Tabla 2.15 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición

Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Barrio Justicia (CVC)... 2.41

(7)

vi

Tabla 2.16 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Puente Nuevo (CVC)... 2.42 Tabla 2.17 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición

Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Después Urbanización Maracaibo (CVC)... 2.43 Tabla 2.18 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición

Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Desembocadura Vereda El Salto (CVC)... 2.44 Tabla 2.19 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras en la Estación

Jardín Botánico (CVC)... 2.45 Tabla 2.20 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Jardín Botánico

(CVC)... 2.46 Tabla 2.21 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras en la Estación

Barrio Justicia (CVC) ... 2.47 Tabla 2.22 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Barrio Justicia

Puente Nuevo (CVC)... 2.48 Tabla 2.24 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Puente Nuevo

Después Urbanización Maracaibo (CVC) ... 2.50 Tabla 2.26 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Después

Urbanización Maracaibo (CVC)... 2.50 Tabla 2.27 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras en la Estación

Desembocadura Vereda El Salto (CVC) ...2.51 Tabla 2.28 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Desembocadura

Vereda El Salto (CVC)... 2.52

Tabla 3.1Variable del Modelo QUAL2K ... 3.11

Tabla 3.2Datos de Entrada ... 3.26

Tabla 4.1 Localización de las Fronteras Internas y Estaciones de Calidad del Agua en la Red Esquematizada del Río Tulúa... 4.4 Tabla 4.2 Abscisado de la Red de Trabajo ... 4.5 Tabla 4.3 Datos Geográficos... 4.6

(8)

Caracterización y Modelación del Río Tuluá Capítulo 1. Introducción

1.1

1 INTRODUCCIÓN

El recurso hídrico ha sido aprovechado de manera intensa por el hombre para múltiples actividades como el consumo humano, uso agrícola e industrial, generación de energía, navegación, pesca, recreación, etc. Este aprovechamiento puede generar conflictos con las funciones naturales de los ríos, como son la conducción de agua, transporte de sedimentos del cauce y materiales de erosión de la cuenca y las orillas, transporte de sustancias y desechos naturales, soporte del ecosistema acuático y terrestre, etc. A su vez, los ríos también son generadores de grandes desastres tales como inundaciones, avalanchas, contaminaciones y colapso de estructuras como compuertas, presas, diques, puentes y bocatomas.

Predecir la respuesta de un río ante la intervención natural de los diferentes fenómenos que pueden ocurrir en él o de forma artificial generados por el hombre es factible en muchos casos sólo por medio de modelos matemáticos o modelos físicos a escala. En la actualidad gracias al gran avance tecnológico en el desarrollo de software, casi sin excepción, toda intervención importante en un río sólo se lleva a cabo después de un estudio previo de modelación matemática, donde se determina y evalúa los posibles efectos hidráulicos, morfológicos y ambientales, lo que permite seleccionar la alternativa que genere los beneficios deseados, sin ir en detrimento del ecosistema para las futuras generaciones.

El río Tuluá, objeto del presente estudio, es el principal cauce tributario del río Cauca en términos del deterioro que presenta en la calidad del agua y su influencia sobre el río Cauca de acuerdo con CVC – Universidad del Valle (2004), quienes se basaron en tres criterios de selección basados en la priorización de la ordenación de cuencas planteada por la CVC, aporte de carga contaminante y los niveles de oxígeno disuelto reportados en la desembocadura.

El tramo comprendido entre las estaciones de calidad, Jardín Botánico y Antes Desembocadura con 14359 m de longitud, corresponde a la zona de interés del presente estudio. Donde las descargas de agua residual en la zona plana del municipio de Tuluá, son los principales afluentes.

Por medio de la Orden de Trabajo No. 575 del 21 de Abril de 2005, se efectuó el Proyecto de Modelación de la Calidad de las Aguas Superficiales de los Ríos Tulúa y Guadalajara, en el cual se adelantaron los estudios para la implementación de un sistema de modelación matemática. El sistema de modelación permitió el análisis y la toma de decisiones para

(9)

Caracterización y Modelación del Río Tuluá Capítulo 2. Caracterización

2.1

2 CARACTERIZACIÓN DEL RÍO TULUÁ

2.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES

La cuenca hidrográfica del río Tuluá, se localiza en el suroccidente de Colombia en el centro del departamento del Valle del Cauca, está limitada por el Norte con las cuencas de los ríos Morales y Bugalagrande, por el Este con el departamento del Tolima, por el Sur con las cuencas de los ríos Amaime, Guabas, Guadalajara y San Pedro y por el Oeste con el cauce del río Cauca.

El río Tuluá nace en el Parque Natural de las Hermosas, a una altura de 4100 m.s.n.m y pertenece a la vertiente de la Cordillera Central en jurisdicción de los municipios de Tuluá, Buga, San Pedro y Cerrito. La cuenca hidrográfica del río Tuluá tiene una extensión de 732

Km2_{hasta la estación Mateguadua, constituyéndose en una de las cuencas más grandes}

tributarias del Río Cauca en el departamento del Valle del Cauca (CVC – Universidad del Valle, 2001).

La longitud del cauce principal es de 49.9 Km y son tributarios los ríos Cofre, Loro y San Marcos, y las quebradas Nogales, San Antonio, Peñas, La Magdalena y San Isidro. La

subcuenca más grande de la cuenca del río Tuluá es la del Río Cofre, con un área de 199 Km2

y una longitud del cauce de 24.81 Km (CVC – Universidad del Valle, 2001).

La Cuenca se extiende desde el río Cauca hasta el Parque Natural Nacional Páramo de las Hermosas en la Cordillera Central, límites con el Departamento del Tolima, con alturas que van desde los 900 hasta los 4100 m.s.n.m. El 85,9% del área corresponde a la zona de ladera y el 14,1% al valle geográfico del río Cauca o zona plana (Caicedo y Medina, 2005).

La cuenca esta conformada por áreas pertenecientes a los municipios de Tuluá (41,3%), Buga (45,2%), San Pedro (6,7%) y El Cerrito (6,8%). Contiene el 100% del área urbana de Tuluá y cuenta con ocho concentraciones de población considerables como son: Tres Esquinas, Aguaclara, La Marina, La Moralia, Monteloro, Santa Lucía en Tuluá, La Mesa de Ríoloro en Buga y Buenos Aires en San Pedro (Caicedo y Medina, 2005).

(10)

2.2

2.2 CLIMATOLOGÍA

De acuerdo con la información disponible en la sección de Monitoreo Ambiental de la Corporación Autónoma del Valle del Cauca – CVC y Cenicaña se seleccionaron tres estaciones climatológicas representativas de la zona de estudio (Tabla 2.1).

Tabla 2.1 Resumen Estaciones Climatológicas en la Cuenca del Río Tuluá

Ubicación Estación Entidad

Latitud Longitud Altitud Registros Período

Tipo de Registro Acueducto Tuluá CVC 4.04 76.19 1014 Precipitación Total Evaporación Total Temperatura Mínima Temperatura Media Temperatura Máxima Humedad Relativa 1967-2001 _MultianualMensual

Yotoco Cenicaña 3.52 76.2 960 Velocidad y Procedencia _{del Viento} 1997-1999 _MultianualMensual

Tuluá Cenicaña 4.03 76.1 960

Precipitación Media Temperatura Seca Mínima Temperatura Seca Media Temperatura Seca Máxima Oscilación de Temp. Humedad Relativa Radiación Solar

1993-2003 _MultianualMensual

2.2.1 Estadística Descriptiva de Registros Mensuales Multianuales

En el Anexo 1 se presenta el resumen de la estadística descriptiva para los registros mensuales multianuales de los parámetros climatológicos existentes en la estación Acueducto Tuluá donde se muestra la media, error típico, mediana, la moda, desviación estándar, varianza, curtosis, coeficiente de asimetría, rango, mínimo, máximo y número de datos.

• Precipitación Total

El 16.6% de los meses, correspondientes a febrero y mayo, los registros mensuales multianuales están muy concentrados en torno a la media existiendo pocos valores extremos, comportándose como variables de tipo leptocúrticos donde la curtosis es mayor a cero; durante el mes de abril la curtosis es igual a cero, indicando una distribución para este mes tan apuntada como una distribución normal, y por lo tanto se tiene una variable mesocúrtica. El resto de los meses (75%) se presenta un comportamiento platicúrtico o curtosis menores a cero, teniendo muchos valores extremos para los meses en donde se presentan.

(11)

2.3

En cuanto a la simetría, se encontró que el 91.7% de los meses (11) se presenta un coeficiente de asimetría positivo, y la media es ligeramente mayor a la mediana, indicando un sesgo positivo o derecho, donde la mayoría de los datos son bajos existiendo pocos datos altos y los valores extremos se presentan a la derecha de la distribución. En el mes de marzo se presenta una distribución simétrica, donde los registros se concentran en torno a la media. • Evaporación Total

El 75% de los meses se presentaron curtosis positivas o variables leptocúrticas, indicando que existen pocos valores extremos y los datos se encuentran muy concentrados en torno a la media; el resto del tiempo (25%) correspondiente a los meses de agosto, octubre y diciembre, la curtosis es negativa (variables platicúrticas), o sea que existen muchos valores extremos en estos meses.

Durante los meses de enero, noviembre y diciembre se presenta un comportamiento simétrico, por lo que los registros se concentran en torno a la media. En los meses de febrero, abril, junio y julio se presentó una asimetría positiva, en donde los valores extremos se presentan a la derecha de la distribución, por lo tanto la mayoría de los datos son bajos y pocos datos son altos. En el resto de los meses (marzo, mayo, agosto, septiembre y octubre) la asimetría es negativa, donde la mediana es mayor a la media distribuyéndose los datos a la derecha y presentándose los valores extremos a la izquierda de la distribución.

• Temperatura Mínima, Media y Máxima

Curtosis

Se presenta un 66.7 y un 91.7% del tiempo para la temperatura mínima y media respectivamente, un comportamiento platicúrtico donde la curtosis es negativa y por lo tanto se tienen muchos valores extremos para los meses en donde se presentan. En el mes de septiembre para la temperatura media y en los meses de abril, mayo, julio y diciembre en el caso de la temperatura mínima se presenta un comportamiento leptocúrtico o curtosis positiva. La curtosis en el caso de la temperatura máxima presenta un mayor porcentaje del tiempo valores positivos, y en los meses de julio, agosto y septiembre una curtosis negativa (Tabla 2.2).

Tabla 2.2 Resumen de la Curtosis para la Temperatura Mínima, Media y Máxima en la Estación Acueducto Tuluá (CVC)

Curtosis Temperatura Leptocúrtica (%) Mesocúrtica (%) Platicúrtica (%) Mínima 33.3 0 66.7 Media 8.3 0 91.7 Máxima 75.0 0 25.0

(12)

2.4

Coeficiente de Asimetría

El coeficiente de asimetría para la temperatura mínima indica que el 58.3% de los meses se presenta valores extremos mínimos, mientras que el 75% de los meses para la temperatura máxima se presentan valores extremos máximos o a la derecha de la distribución (Tabla 2.3).

Tabla 2.3 Resumen de la Simetría para la Temperatura Mínima, Media y Máxima en la Estación Acueducto Tuluá (CVC)

Asimetría Temperatura Positiva (%) Simétrica (%) Negativa (%) Mínima 41.7 0.0 58.3 Media 58.3 16.7 25.0 Máxima 75.0 0.0 25.0

La temperatura media presenta una distribución variable de los datos durante el año. Durante los meses de julio, noviembre y diciembre (25%) se presentan valores altos pero extremos, mientras que el 16.7% de los meses (mayo y octubre) se presenta una concentración de los datos alrededor de la media; y el resto del tiempo (58.3%) se presentan valores bajos y pocos valores altos pero extremos.

La temperatura mínima, media y máxima presenta una variación pequeña, que se ve reflejada en su coeficiente de variación donde se observan valores menores a 10 para los diferentes meses en cada uno de estos parámetros.

• Humedad Relativa

Durante los meses de febrero, septiembre y octubre se presenta una curtosis positiva o leptocurtosis, es decir, que la distribución de los datos es más apuntada que una distribución normal, y por lo tanto los valores de la variable están muy concentrados en torno a su media y hay pocos valores extremos. El resto de los meses (75%) se presenta una curtosis negativa o platicurtosis, la forma de la distribución es menos apuntada que la normal por lo que se evidencia muchos valores extremos.

En el mes de octubre se presenta una asimetría negativa, o una concentración de los registros a la derecha de la media y los valores extremos se concentran a la izquierda; en el mes de septiembre los registros se concentran alrededor de la media, mientras el resto de los meses se presenta una simetría derecha o positiva, presentándose pocos valores altos pero extremos y la mayoría de los datos son bajos o se presentan al izquierda de la media.

(13)

2.5

2.2.2 Diferencias Estacionales

• Pruebas de Normalidad

De acuerdo con la Tabla 2.4 y las Figuras 2.1 y 2.2, se encontró que los registros de evaporación total y humedad relativa para ambas condiciones estacionales, y la temperatura media para la condición de verano proceden de una población de tipo normal, puesto que el nivel de significancia es mayor a 0.05 y los registros se concentran en torno a los datos esperados para una población normal en los gráficos Q-Q.

Tabla 2.4 Resultado Prueba de Kolmogorov – Smirnov para los Parámetros de Precipitación y Evaporación Total, Humedad Relativa, y Temperatura Mínima,

Media y Máxima de la Estación Acueducto Tuluá (CVC)

Verano Invierno

Parámetro

Estadístico Significancia Normalidad Estadístico Significancia Normalidad

Precipitación Total 0.086 0.000 No 0.161 0.00 No Evaporación Total 0.047 0.200 Si 0.049 0.200 Si Humedad Relativa 0.069 0.033 Si 0.081 0.006 Si Temp. Mínima 0.114 0.000 No 0.148 0.000 No Temp. Media 0.044 0.200 Si 0.062 0.000 No Temp. Máxima 0.121 0.000 No 0.147 0.000 No

Para determinar si existen diferencias estacionales o no para cada uno de los parámetros climáticos evaluados, se realizó pruebas paramétricas y no paramétricas dependiendo de si procedían una población normal o no. En el caso de las pruebas paramétricas se uso la Prueba t Combinada para Dos Muestras para Varianzas Iguales y Diferentes dependiendo cual fuera el caso. Para las estadísticas no paramétricas se uso la Prueba de U de Mann-Whitney con un nivel de significancia (α) en ambos casos de 0.05

• Pruebas Paramétricas y No Paramétricas

En las Tablas 2.5 y 2.6 se presentan los resultados de las pruebas estadísticas paramétricas y no paramétricas respectivamente, para establecer si existían diferencias en las condiciones estacionales de verano e invierno.

La evaporación y la temperatura mínima y máxima presentan diferencias en las condiciones estacionales, mientras que la precipitación total, temperatura media y la humedad relativa no presentan diferencias significativas en las condiciones de verano e invierno, que como se puede observar en las tablas ni las medianas ni las medias por condición estacional difieren significativamente.

(14)

2.6

a) Precipitación Total

b) Evaporación Total

c) Humedad Relativa

Figura 2.1 Gráficos Q-Q de Normalidad por Condición Estacional de los Registros de Precipitación Total, Evaporación Total y Humedad Relativa Mensual

Multianual en la Estación Acueducto Tuluá (CVC) Verano Valor observado 300 200 100 0 -100 V a lo r N o rm a l e sp e ra d o 300 200 100 0 -100 Invierno Valor observado 2000 1000 0 -1000 V a lo r N o rm a l e sp e ra d o 500 400 300 200 100 0 -100 -200 Verano Valor observado 180 160 140 120 100 80 60 40 N o rm a l e sp e ra d o 3 2 1 0 -1 -2 -3 Invierno Valor observado 180 160 140 120 100 80 60 40 N o rm a l e sp e ra d o 3 2 1 0 -1 -2 -3 Verano Valor observado 100 90 80 70 60 No rm al es p er ad o 3 2 1 0 -1 -2 -3 Invierno Valor observado 100 90 80 70 60 No rm al es p er ad o 3 2 1 0 -1 -2 -3

(15)

2.7

a) Temperatura Mínima

b) Temperatura Media

c) Temperatura Máxima

Figura 2.2 Gráficos Q-Q de Normalidad por Condición Estacional de los Registros de Temperatura Mínima, Media y Máxima Mensual Multianual en la Estación

Acueducto Tuluá (CVC) Verano Valor observado 40 38 36 34 32 30 28 26 No rm al es p er ad o 3 2 1 0 -1 -2 -3 Invierno Valor observado 40 38 36 34 32 30 28 26 No rm al es p er ad o 3 2 1 0 -1 -2 -3 Verano Valor observado 21 20 19 18 17 16 15 14 N o rm a l e sp e ra d o 3 2 1 0 -1 -2 -3 Invierno Valor observado 20 19 18 17 16 15 14 N o rm a l e sp e ra d o 3 2 1 0 -1 -2 -3 Verano Valor observado 28 27 26 25 24 23 22 21 No rm al es p er ad o 3 2 1 0 -1 -2 -3 Invierno Valor observado 29 28 27 26 25 24 23 22 21 No rm al es p er ad o 3 2 1 0 -1 -2 -3

(16)

2.8

Tabla 2.5 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras para Establecer Diferencias Significativas entre las Condiciones Estacionales de Verano e Invierno de

los Registros de Evaporación Total y Humedad Relativa Estación: Acueducto Tuluá (CVC)

Varianza Medias

Parámetro _Ver₁_InvFcal Ftabla Relación Igualdad de

Varianza Ver Inv

tcal t tabla Relación _{de Medias}Igualdad

Evaporación

Total 438,5 447,4 0.980 0.801 Fcal>Ftab No 108.3 105.3 1.502 1.648 tcal<t tablas Si Humedad

Relativa 50.83 35.89 1.420 1.280 Fcal>Ftab No 78.8 80.78 2.856 1.649 tcal>ttablas No

Tabla 2.6 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney para establecer Diferencias Significativas entre las Condiciones Estacionales de Verano e Invierno de la

Precipitación y Temperatura Mínima, Media y Máxima Estación: Acueducto Tuluá (CVC)

Mediana

Parámetro _Verano _Invierno Significancia Nivel de

(p) Relación Igualdad de Medianas Precipitación Total 69.0 127.5 0.000 p < α No Temperatura Mínima 17.0 17.0 0.350 p > α Si Temperatura Media 24.2 23.95 0.003 p < α No Temperatura Máxima 32.9 32.5 0.178 p > α Si 2.2.3 Temperatura

La temperatura promedio mensual multianual es de 23°C, el promedio mensual multianual máxima asciende a 29.4°C. y el promedio mensual multianual mínima es 18.7°C. Las temperaturas mínimas oscilan entre 18.3 y 19.1°C, mientras que las temperaturas máximas se encuentran del orden de 28.7 a 30.1°C tomando como base la estación climatológica de Tuluá de la red Metereológica Automatizada de Cenicaña (Figura 2.3).

En la estación Acueducto Tuluá, monitoreada por la CVC, se presenta valores extremos en cuanto a las temperaturas máximas y mínimas con respecto a la estación Tuluá de Cenicaña. La temperatura promedio, máxima y mínima anual multianual son de 24.1, 32.8 y 16.9°C respectivamente. Las tendencias de variación que presentan en promedio las temperaturas máximas, medias y mínimas mensuales multianuales, pueden considerarse uniformes durante todo el año.

(17)

2.9

Figura 2.3 Temperatura Promedio Mensual Multianual 2.2.4 Humedad Relativa

Los valores promedios mensual multianual de la humedad relativa para las estaciones de Tuluá (Cenicaña) y Acueducto Tuluá (CVC) son de 84 y 79.8% respectivamente (Figura 2.4). Mayo se destaca como el mes en el cual la humedad relativa presentó los valores más altos del año, y los menores valores de humedad relativa tuvieron lugar en el mes de agosto en ambas estaciones.

Figura 2.4 Humedad Relativa Promedio Mensual Multianual

15 20 25 30 35 40 45

Ene Feb Ma Abr Ma Jun Jul Ag Sep Oct No Dic

Tie mpo (Me se s)

Te m p e r a tu r a ( °C )

Es t ació n Tuluá Es t ació n Acued uct o Tuluá

Cenicaña CVC

M áxima M áxima

Pro med io Pro med io

M í nimo M í nimo 50 60 70 80 90 100

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Tie mpo (Me se s)

H u m e d a d R e la ti va (% )

(18)

2.10

2.2.5 Precipitación y Evapotranspiración Total

El régimen de lluvias se encuentra influenciado por las corrientes de aire húmedo que entran a la cuenca por el Norte y por el Sur, encontrando barreras montañosas que provocan su precipitación antes de llegar a la zona central de la cuenca. En el sector del Crucero Nogales, Los Bancos y La Playa del Buey se forma un núcleo subhúmedo en el que circula una corriente de aire húmedo proveniente de la zona plana (CVC – Universidad del Valle, 2001). La zona de estudio presenta un régimen bimodal, caracterizado por dos períodos lluviosos (Marzo – Abril - Mayo y Septiembre - Octubre – Noviembre) y dos períodos secos (Diciembre - Enero – Febrero y Junio – Julio – Agosto). Tomando como referencia la estación Tuluá de Cenicaña, esta zona se presenta un promedio multianual de precipitación de 1134 mm. El mes de abril corresponde al mes más lluvioso durante los períodos evaluados (143 mm), mientras que julio corresponde al mes más seco (35 mm) para el mismo período. En cuanto a la evapotranspiración para el período 1993 – 2003, se presentan en esta zona un promedio multianual de 1919 mm, excediendo el valor de precipitación histórico (Figura 2.5).

Figura 2.5 Precipitación y Evapotranspiración Total Promedio Mensual Multianual

Estación: Tuluá (Cenicaña) Período: 1993 - 2003

2.2.6 Radiación Solar

A nivel anual multianual el valor promedio de la radiación solar registrado en la estación

Tuluá de la red metereológica de Cenicaña es de 462.3 cal/cm2_{d, mientras que su valor}

máximo y mínimo corresponden a 481 y 430 cal/cm2_{d (Figura 2.6).}

0 30 60 90 120 150 180

P re cip it ac ió n T ot al (m m ) 100 125 150 175 200 E va pot ra ns pi ra ci ón T ot al (mm) Precipitación Evapotranspiración

(19)

2.11

Figura 2.6 Radiación Solar Promedio Mensual Multianual

Estación: Tuluá (Cenicaña) Período: 1993 - 2003

2.2.7 Vientos

El flujo general del aire sobre la superficie de la tierra se produce por sistemas de presión a gran escala. La fuerza y la dirección del viento en cualquier punto están determinadas por la posición, intensidad y movimiento de estos sistemas.

De acuerdo con la Figura 2.7, en la estación Yotoco de Cenicaña, el viento no tiene una procedencia predominante claramente definida; por el contrario, el viento puede proceder de cualquier orientación, presentándose un rango de frecuencia entre el 5 y el 9%, siendo la dirección SE la de mayor frecuencia (9%), mientras que las direcciones WNW y SW son las direcciones de menor frecuencia de procedencia (4%) (Hernández-López, 2005).

La velocidad promedio durante el período 1997 – 1999 fue de 6.9 kph, presentándose valores máximos y mínimos de 15.2 y 3.4 kph a las 18 y 7 horas respectivamente.

2.2.8 Zonas de Vida

Según Holdridge (1978) son áreas definidas por parámetros de precipitación (isoyetas), elevación (curvas de nivel) y temperatura (isotermas). La combinación de estos factores define ciertos rangos en donde pueden existir formaciones vegetales particulares, definidas en categorías. En la cuenca del río Tuluá se tienen zonas de vida que van desde el piso tropical hasta el subandino (Tabla 2.7).

400 415 430 445 460 475 490

R ad s ol ar (c al /c m 2 d)

(20)

2.12

Figura 2.7 Rosa de Vientos

Estación: Yotoco (Cenicaña) Período: 1997 – 1999

Tabla 2.7 Áreas de las Zonas de vida en la Cuenca del Río Tuluá (Caicedo y Medina, 2005).

ZONAS DE VIDA AREA

(ha) %

BOSQUE SECO TROPICAL (BS – T) 11307.3 12.4

Bosque seco premontano (bs – PM) 3089.1 3.4

Bosque seco montano bajo (bs – MB) 2559.2 2.8

Bosque húmedo premontano (bh – PM) 11058.2 12.1

Bosque húmedo montano bajo (bh – MB) 24527.7 26.8

Bosque húmedo montano (bh – M) 15323.8 16.7

Bosque muy húmedo montano bajo (bmh – MB) 613.2 0.7

Bosque muy húmedo montano (bmh – M) 18308.3 20.0

Bosque muy húmedo subandino (bmh – SA) 4698.6 5.1

Total 91485.5 100.0 0 5 10 15 20 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW FREC. (%)

(21)

2.13

2.3 SUELOS

2.3.1 Uso Actual del Suelo

El uso actual del suelo comprende las coberturas vegetales establecidas en el suelo o existentes en él y el manejo que se pueda dar a la misma en un momento dado. A lo largo de la cuenca del río Tuluá se presentan diversas actividades basadas en el uso del suelo, las cuales influencian las condiciones medioambientales de la zona y la calidad del recurso hídrico. En esta cuenca se han considerado 6 tipos de cobertura vegetal: vegetación natural, áreas cultivadas, cuerpos de agua, asentamientos, infraestructura industrial, y tierras eriales, los cuales están asociados con los siguientes usos del suelo: protección, agrícola, ganadería, vivienda, industria y extractivo como se muestra en la Tabla 2.8

Tabla 2.8 Cobertura y Uso Actual del Suelo

Tipo de Cobertura Uso Estructura _{Extensión (Ha)}Área de Porcentaje _(%)

Vegetación de Páramo 14191.7 15.51 Bosque Natural 13041.4 14.26 Bosque de Guadua 22.9 0.02 Protección Rastrojo 14117.0 15.43 Bosque Plantado 95.2 0.10 Caña 7907.6 8.64 Vegetación Natural Protección

Agrícola Cultivos Permanentes

(cacao, plátano, etc) 54.6 0.06

Cultivos Transitorios (soya, maíz, sorgo,

algodón, etc) 2853.1 3.12

Café 829.5 0.91

Agrícola

Árboles Frutales 89.0 0.10

Áreas Cultivadas

Ganadería Pastos Cultivados y _Naturales 37026.6 40.47

Cuerpos de Agua Protección Lagos, Lagunas, _Masreviejas 142.4 0.16

Asentamientoa Vivienda Zonas Urbanas 1028.2 1.13

Infraestructura

Industrial Industria y comercio Infraestructura 81.3 0.09

Tierras Eriales Carcava Las Azules 4.9 0.01

Total 91485.5 100

Nota: Modificado de Caicedo y Medina (2005).

De acuerdo con Caicedo y Medina (2005), el uso predominante en la cuenca del río Tuluá es la ganadería extensiva (40.5%), la cual es practicada desde la zona plana hasta las partes más

(22)

2.14

altas de la cuenca, donde algunas de estas áreas forman parte de las zonas de reservas. El 29,7% del área de la cuenca corresponde a coberturas de bosques naturales (BN) en diferentes estados de sucesión incluyendo los bosques de guadua (BG) y rastrojos (RA), los cuales se encuentran ubicados hacia las áreas de mayores pendientes y son explotados básicamente para la extracción de leña, estacones y varas, localizados especialmente en pequeñas franjas repartidas en toda la cuenca.

El uso predominante en la zona plana corresponde a uso agrícola intensivo con alto grado de mecanización basado en la explotación de la caña de azúcar (8,6 %) y algunos cultivos temporales (3.2%) como sorgo, maíz, soya, piña, y algodón entre otros. Mientras que las plantaciones forestales son muy escasas y se lleva a cabo en áreas muy pequeñas (<100 ha) (Caicedo y Medina, 2005).

2.3.2 Uso Potencial del Suelo

Caicedo y Medina (2005) evaluaron el uso potencial del suelo de la cuenca del río Tuluá dividiéndola en zona de ladera y plana. En la zona de ladera aplicaron la metodología utilizada en la CVC, que consiste en organizar el suelos en cuatro grandes grupos de uso: Tierras cultivables (C1 a C4), Tierras para pastoreo (P), Tierras para recuperación (AF) y Tierras forestales (F1, F2, F3) y Reservas Naturales o Parques Nacionales (R), los cuales están determinados por la pendiente, erosión, profundidad efectiva y susceptibilidad a la erosión. Para esta zona se encontró que los posibles usos potenciales tienden a ubicarse en las categorías que son menos agresivas con el recurso suelo como son: áreas para protección (F3) (45%), bosques productores (F1) (5.4%), bosques productores protectores (F2) (10.9%) y Parque Nacional (R) (11.4 %). También se tienen algunas áreas a recuperar (AF) por presentar problemas graves de erosión (7,2%) sobre todo en ubicadas en la zona de colinas de piedemonte debido a la sobre explotación del suelo con ganadería extensiva. En menor proporción es posible adelantar algunos de los tipos de agricultura pero condicionadas a prácticas muy estrictas de manejo de suelos como los cultivos semilimpios (C2), cultivos densos (C3) y cultivos en multiestrato (C4). En cuanto al pastoreo se puede apreciar que es una actividad poco recomendada debido a que menos del 1% del área es apta para este uso (Tabla 2.9).

La zona plana fue evaluada con base en la aptitud del suelo por medio de la clasificación agrológica, que consiste en agrupar diferentes suelos en unidades que permitan dar recomendaciones para su manejo y uso adecuados. Las clases agrológicas son ocho y se designan con números romanos.

(23)

2.15

Tabla 2.9 Uso Potencial del Suelo en la Zona de Ladera de la Cuenca del Río Tuluá

Uso Potencial _(Ha)Área Porcentaje _(%)

Áreas a Recuperar (AF) 7775.6 7.2

Cultivos Semilimpios (C2) 522.3 0.5

Cultivos Densos (C3) 243.0 0.2

Cultivos en Multiestratos (C4) 3864.4 3.6

Bosques Productores (F1) 5856.6 5.4

Bosques Productores – Protectores (F2) 11810.7 10.9

Áreas Protectoras (F3) 48547.3 45.0

PNN Páramo de las Hermosas 12319.6 11.4

Áreas de Pastoreo (P) 992.5 0.9

Nota: Modificado de Caicedo y Medina (2005)

Estas clases pueden ir acompañadas de letras en minúsculas o subclases que describen el tipo de limitaciones que presenta el suelo. Las subclases encontradas en esta zona son:

e: Susceptibilidad a la erosión o erosión presente.

h: Exceso de humedad dentro del perfil, encharcamientos e inundaciones. s: Inconvenientes físicos o químicos para el normal desarrollo radicular.

En la Tabla 2.10 se presenta el grupo la clasificación agrológica y sus características en la cuenca del río Tuluá.

Tabla 2.10 Uso Potencial del Suelo en la Zona Plana de la Cuenca del Río Tuluá

Clase

Agrológica (Ha) Área Porcentaje (%) Características

I 776.1 0.7 Suelos que no poseen limitaciones de uso, o son muy pocas.

IIs 1672.1 1.6 Suelos con algunas limitaciones para su uso por lo cual requieren de _{unas mínimas prácticas de conservación.}

IIIs 6040.2 5.6 Suelos con limitaciones que reducen el número de cultivos _{agronómicos propios de la zona.}

IVsh 1023.2 1.0

IVes 745.2 0.7

IVs 1291.5 1.2

Suelos con bastantes limitaciones que hacen disminuir la elección de cultivos a muy pocos.

Vh 431.3 0.4

Vs 2255.0 2.1

Vsh 350.3 0.3

Todos aquellos cultivos que mediante inversiones fuertes de capital se pueden mejorar y pasar a una clase con menores limitaciones. Zonas

Urbanas (ZU) y Aeropuerto

(24)

2.16

2.4 HIDROLOGÍA

El estudio hidrológico está enfocado hacia el comportamiento de los diferentes niveles hidrométricos y caudales más representativos del río Tuluá en las estaciones hidrográficas Mateguadua y La Rafaela.

2.4.1 Estación Mateguadua

• Relación Nivel-Caudal

La relación nivel de agua-caudal se usa para convertir los registros de niveles de agua en caudales. En la Figura 2.8 se presenta la curva de calibración Nivel-Caudal vigente para esta estación y las regresiones calculadas con base en la información suministrada por CVC.

Figura 2.8 Curva de Calibración Nivel – Caudal

Estación: Mateguadua (CVC) Vigente desde: 01/08/2001

• Histograma de Caudales Medios Mensuales Multianuales

Con base en la información disponible de los caudales mensuales medios se calcularon los caudales medios mensuales multianuales (Figura 2.9). Se aprecia una distribución bimodal de caudales con períodos húmedos en el segundo y cuarto trimestres (Abril-Mayo-Junio y Octubre-Noviembre-Diciembre) y períodos secos en el primer y tercer trimestres

(Enero-Febrero-Marzo y Julio-Agosto-Septiembre). El máximo caudal (22.4 m3_{/s) ocurre en el mes}

de Noviembre y el mínimo caudal (8.52 m3_{/s) se presenta en el mes de Septiembre.}

Q = 8.7263h2 + 22.649h - 23.663 0 20 40 60 80 100 120 140 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Nivel de Mira h (m) Ca ud a l Q ( m 3 /s )

(25)

2.17

Figura 2.9 Histograma de Caudales Medios Mensuales Multianuales (Estación Mateguadua-CVC) y Precipitación Media Mensual Multianual

(Estación Tuluá-Cenicaña) Período: 1987 - 2005

• Variación Anual de Caudales y Niveles Máximos, Medios y Mínimos Anuales

En la Figura 2.10 y 2.11 se presentan las curvas de variación anual de caudales y niveles máximos, medios y mínimos en la estación hidrográfica de Mateguadua. Los valores

promedio de caudales máximos, medios y mínimos son de 28.5, 15.3 y 7.5 m3_/s

respectivamente y donde los valores promedios anuales de niveles máximos, medios y mínimos son de 1097.47, 1097.28 y 1097.13 m respectivamente.

Figura 2.10 Caudales Máximos, Medios y Mínimos Anuales

Estación: Mateguadua (CVC) Período: 1945 - 2005 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Tiempo (Años) C a uda l ( m ³/ s)

Caudal Máximo Caudal Medio Caudal Mínimo

0 3 6 9 12 15 18 21 24

0 30 60 90 120 150 180

(26)

2.18

Figura 2.11 Niveles Máximos, Medios y Mínimos Anuales Estación: Mateguadua (CVC) Período: 1987 – 2005

• Curva de Duración de Caudales y Niveles

En la Figura 2.12 se presenta la curva de duración de caudales y niveles, donde se relacionan caudales y medios del río, ordenados por su magnitud, contra la frecuencia de ocurrencia del evento en términos del porcentaje total.

Figura 2.12 Curvas de Duración de Caudales y Niveles de Agua Diarios Estación: Mateguadua (CVC) Período: 1987 - 2005

1096.0 1096.5 1097.0 1097.5 1098.0 1098.5 1099.0 1099.5 1100.0 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 Tiempo (Años) Ni v e l ( m sn m )

Nivel Máximo Nivel Medio Nivel Mínimo

1 10 100

0 25 50 75 100

Porce ntaje de Tie mpo e n que un C audal e s Igualado o Exce di do (%)

Ca u d a l D ia rio (m ³/ s ) 0.1 1 10 0 25 50 75 100

Porce ntaje de Tie mpo e n que un Nive l e s Igualado o Exce dido (%)

N iv e l D ia r io ( m )

(27)

2.19

El 90% del tiempo, es decir, durante 329 días al año en promedio, el caudal en el río Tuluá a

la altura de la estación Mateguadua es inferior a 6 m3_{/s; el 75% del tiempo, es decir, durante}

274 días al año en promedio, el caudal es inferior a 8 m3_{/s. El 50% del tiempo, es decir, 182}

días al año en promedio, el caudal diario es inferior a 12.1 m3_{/s. Mientras que el 25% del}

tiempo (91 días al año), el caudal es inferior a 18.4 m3_{/s; y el 10 del tiempo (36 días al año), el}

caudal es inferior a 27.2 m3_/s.

2.4.2 Estación La Rafaela

La estación La Rafaela fue puesta en funcionamiento en el año de 1998. Desde su instalación hasta la fecha existen 2 registros de secciones transversales (Figura 2.13), 12 aforos (Tabla 2.11) y datos de niveles a partir del año 2004. En la Figura 2.14 se presentan las curvas de Nivel – Caudal generadas a partir de la información existente y por medio del método de Manning para extender la curva de calibración a niveles más altos.

Figura 2.13 Sección Transversal Estación: La Rafaela (CVC)

2.5 USOS DEL AGUA

Las aguas derivadas del río Tuluá, se emplean para satisfacer la demanda de agua del acueducto del municipio de Tulúa y el riego de cultivos de caña de azúcar, pastos y abrevaderos de animales principalmente.

926 927 928 929 930 931 932 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Abscisa (m) C o ta (m.s .n .m .) Feb 23/01 Oct 17/02

(28)

2.20

Tabla 2.11 Registros de Aforos Estación: La Rafaela (CVC) (1998 – 2005)

Número Fecha Nivel _(m) Caudal _(m₃_/s)

1 Julio 7 / 99 --- 12,504 2 Sep 28 / 99 1,72 32,22 3 Oct 21 / 99 --- 10,257 4 Ene 26 / 00 2,17 21,812 5 May 17 / 00 1,89 24,71 6 Jun 23 / 00 1,60 18,744 7 Jul 18 / 00 1,38 9,078 8 Oct 20 / 00 1,17 4,445 9 Feb 26 / 02 0,88 2,824 10 Oct 17 / 02 0,75 1,527 11 Nov 29 / 02 0,75 1,76 12 Oct 22 / 03 0,97 13,15

Figura 2.14 Curvas Nivel – Caudal Estación: La Rafaela (CVC)

De acuerdo con CVC (1999), la zona media de la cuenca del río Tuluá, la cual está localizada por encima de la cota 1050 m.s.n.m, no presenta conflictos por el uso del agua y corresponde al área de la cuenca productora. En la zona media el uso del recurso corresponde a abastecimiento para consumo humano. Mientras que la zona plana que se encuentra localizada por debajo de la cota 1050 m.s.n.m, tiene la mayor demanda y consumo del recurso, y es en esta zona donde se presentan conflictos por el uso del recurso y en especial el sector agrícola. Q = 3,7272 h3,1831 R2 = 0,999 Q = 3,6463 h3,2204 R2 = 0,9988 -30 0 30 60 90 120 150 180 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Nivel de Mira, H (m) Ca u d a l (m 3 /s ) Oct 17 / 02 Feb 26 /01

(29)

2.21

Para el aprovechamiento del agua en este río, actualmente existen 3 derivaciones. La derivación 1 corresponde al abastecimiento para consumo humano por medio de la Planta de Tratamiento El Rumor mediante una captación de tipo lateral construida a lo ancho del cauce, localizada en la margen izquierda frente al Jardín Botánico de la Secretaria de Agricultura del Valle; en las coordenadas IGAC 937.336 N - 1’100.740 E (Foto 2.1). El caudal disponible para distribución de acuerdo con la Reglamentación del río Tuluá (CVC, 2003) es de 4000 l/s, 2500 l/s regresan al río Tuluá después de haber sido utilizada en la generación de energía; y el restante (1500 l/s), atraviesa el río por medio de un sifón, en el que están incluidos los 500 l/s que deben ser trasvasados a la quebrada La Rivera para que a través de este cauce lleguen al río Morales, formado parte del caudal base de distribución en la zona baja de este río.

Foto 2.1 . Derivación 1: Bocatoma Planta El Rumor (Junio 2/2005)

La segunda derivación, corresponde a Acequia Grande localizada en la margen izquierda del río Tuluá en el predio “El Rumor” en las coordenadas IGAC 940.671,776 N – 1’098.656,162 E. Esta derivación posee una captación de tipo lateral y abastece de agua al Ingenio San Carlos y Levapan, por medio de dos compuertas (Foto 2.2).

La derivación 3 es denominada acequia La Rafaela y se localiza sobre la margen izquierda del río en el predio “Thailandia” en las coordenadas IGAC 946.577,995 N - 1’096.829,179 E. No posee obra y la captación se realiza de manera frontal por medio de un trincho con material del río para poder conducir el agua hacia un canal en tierra (Foto 2.3).

(30)

2.22

a) Bocatoma b) Canales de Conducción

Foto 2.2 Derivación 2: Acequia Grande (Junio 2/2005)

Foto 2.3 Derivación 3: Acequia La Rafaela (CVC, 2003)

De acuerdo con CVC – Universidad del Valle (2005), el principal uso del agua del río Tuluá corresponde a uso agrícola con un 88.8% (5936 l/s) del caudal total asignado, seguido por el abastecimiento para consumo humano el cual presenta el 10.5% (707 l/s) y la industria con un 0.6% (39 l/s). Además el río es empleado para actividades recreativas por los habitantes de los sectores cercanos al río.

Según la Resolución No. SGA 006 del 17 de Enero 2003 de la CVC, por la cual se reglamenta el uso del agua en el río Tuluá, las aguas derivadas de este río se emplean principalmente para satisfacer la demanda del agua del acueducto de Tuluá y el riego de cultivos de caña de

(31)

2.23

azúcar, semestrales, pastos y abrevaderos de animales, por medio de una red de distribución que consta de tres derivaciones principales (Acequia Planta El Rumor, Acequia Grande, y acequia La Rafaela) y seis derivaciones por tramo directos del río (Figura 2.15 y 2.16).

Figura 2.15 Localización de la Zona Reglamentada del Río Tuluá (CVC, 2003).

2.6 CALIDAD DEL AGUA

En la parte alta de la cuenca del río Tuluá, se drenan las aguas residuales de 12 veredas y 8 corregimientos del municipio de Buga por una serie de quebradas afluentes al río Loro, que a su vez drenan al río Tuluá. En esta parte de la cuenca también se drenan las aguas mieles de beneficiaderos de café al río Tuluá.

(32)

2.24

Figura 2.16 Distribución de Caudales del Río Tuluá (CVC, 2003)

En la parte baja de la cuenca, el río Tuluá atraviesa la cabecera municipal de Tuluá, por lo que recibe las descargas de aguas residuales domésticas, industriales y agropecuarias provenientes de la cabecera municipal de Tuluá. Las aguas residuales domésticas son combinadas con las industriales, puesto que industrias como la Compañía Nacional de Levadura Levapan y la Productora de Jugos S.A., se encuentran localizadas dentro de la cabecera municipal, cuyas aguas son vertidas al río Tuluá por medio del alcantarillado municipal.

Q e col ó gi co = 8 5 0 l /s Río Cauca Derivación 1 Derivación 2

Qderivado en este tramo : 42 lps

Derivación 3

Qderivado en este tramo : 66 lps Qderivado en este tramo : 35 lps

Acequia Planta El Rumor Qdisponible: 4000 l/s

Regresan al río 2700 l/s

Acequia Grande Qdisponible: 5350 l/s

Acequia La Rafaela Qdisponible: 360 l/s

(33)

2.25

Las aguas residuales domésticas e industriales provenientes de la cabecera municipal son colectadas por el alcantarillado combinado, para posteriormente ser vertido al río Tuluá en diferentes lugares en su recorrido al atravesar la ciudad de Tuluá (Foto 2.4).

a) Colector del Barrio Portales del Río (Tuluá)

b) Aguas Residuales Barrio Fátima c) Aguas Residuales Barrio Portales del Río

Foto 2.4 Descargas de Aguas Residuales Domésticas e Industriales al Río Tuluá

En la Tabla 2.12 y la Figura 2.17 se presenta un listado de las estaciones de calidad implementadas por la CVC y los vertimientos localizados en el tramo Jardín Botánico – Desembocadura Vereda El Salto o Puente Papayal sobre el río Tuluá.

río Tuluá

(34)

2.26

Tabla 2.12 Georeferenciación Estaciones de Calidad y Vertimientos sobre el Río Tuluá

Estación Vertimiento Derivación Coordenadas

Nº Nombre Nº Descripción Nº Descripción N W Observaciones

1 Jardín Botánico --- --- --- --- 939257.65 1.100005.83 ---

--- --- --- --- 1 Planta el Rumor 937.336 1.100.740 ---

--- --- --- --- 2 Acequia Grande Abastece al Ingenio San _{Carlos y Levapan} --- --- 1

Aguas residuales del barrio la Rivera y la

escuela Simón Bolívar --- --- 04º04´17.5” 76º11´41.7”

Margen derecha. Barrio Fátima

--- --- 2 Aguas Residuales del _{barrio Fátima} --- --- 04º04´46.6” 76º11´42.8” Margen derecha. Barrio _{Fátima (Cll 32 con Cra 50)} --- --- 3 Aguas residuales del _{barrio La Victoria} --- --- 04º04´43.9 76º11´42.7” Margen derecha. En el puente del Club Colonial.

Cra 29 con Cll 28 --- --- 4 Aguas residuales sin información del barrio

proveniente --- --- 04º05´05.9” 76º11´42.2”

Margen derecha. En el puente Blanco y el Parque del Comercio. Cll 30 con Cra 26. Barrio La Rivera. --- --- 5 Aguas residuales sin información del barrio

proveniente

--- --- 04º05´12.5” 76º11´41.8”

Margen izquierda. Al pie del Cuerpo de Bomberos. Cll 24 con Cra 27. Barrio Villanueva.

2 Barrio Justicia -- --- --- --- 944.626 1.097.891 ---

--- --- 6 Aguas residuales sin información del barrio

proveniente --- --- 04º05´40.5” 76º11´44.4”

Margen izquierda. 200 m después de la estación anterior. Barrio La Trinidad.. --- --- 7 Aguas residuales sin información del barrio

proveniente --- --- 04º05´44.4” 76º11´47.7”

Margen izquierda. Barrio La Graciela 3 Puente Nuevo --- --- --- --- 975.427 1.097.775 --- --- --- 8 Aguas residuales domésticas e industriales, sin información del barrio proveniente

--- --- 04º06´09.4” 76º11´50.2”

Margen izquierda. 30 m después de Puente Nuevo en el barrio Portales del Río.

proveniente --- --- 04º06´17.3” 76º11´51.3”

Margen derecha. Barrio El Paraíso.

proveniente --- --- 04º06´20.5” 76º11´56.8”

Margen izquierda. Barrio Portales del Río.

--- --- --- --- 3 Acequia El Cairo 945.848 1.097.588 ---

--- --- 11 Colector del aguas _residuales --- --- 04º06´41.0” 76º11´18.7” Margen izquierda. Barrio _{Bosques de Maracaibo.}

--- --- --- --- 4 Acequia La Rafaela 945.848 1.097.588 ---

4 Después Urbanización

Maracaibo --- --- --- --- 946.591 1.096.831 ---

(35)

2.27 DESPUÉS URBANIZACIÓN MARACAIBO PUENTE NUEVO BARRIO JUSTICIA JARDÍN BOTÁNICO Derivación 1 Acueducto El Rumor

Aguas Residuales Barrio La Trinidad

Aguas Residuales Barrio Portales del Río + Levapan Aguas Residuales Barrio Portales

del Río Aguas Residuales Barrio Bosques de Maracaibo

PUENTE PAPAYAL

Ingenio San Carlos Levapan

Aguas Residuales Barrio Fátima Aguas Residuales Barrio Fátima II Aguas Residuales Barrio La Victoria

Aguas Residuales Barrio La Rivera Aguas Residuales Barrio Villanueva Aguas Residuales Barrio La

Graciela

Aguas Residuales Barrio ? Q = 6 l/s

Derivación 4 Acequia La Rafaela

Derivación 2 Acequia Grande Sobrante Planta El Rumor

CONVENCIONES

Extracciones de Agua Estaciones de Calidad Descargas Contaminantes

(36)

2.28

Figura 2.17 Esquema de Estaciones de Calidad y Vertimientos sobre el Río Tuluá

Los parámetros críticos identificados por CVC - Universidad del Valle (2005) para los diferentes usos del agua en la cuenca del río Tulúa (agrícola, abastecimiento para consumo

humano y recreación) son oxígeno disuelto, DBO5, DQO, sólidos totales, suspendidos y

disueltos, turbiedad, color, nitrógeno amoniacal, fosfatos, bicarbonatos, hierro, manganeso, coliformes totales y coliformes fecales (Tabla 2.13).

Tabla 2.13 Parámetros Críticos Identificados para Diferentes Usos en el Río Tuluá (CVC-Universidad del Valle, 2005)

Usos del Agua Parámetros Críticos

Consumo Humano Agrícola y Pecuario Recreación

Oxígeno Disuelto x DBO5 x DQO x Sólidos Totales x Sólidos Suspendidos x x Sólidos Disueltos x Turbiedad x Color x Nitrógeno Amoniacal x Fosfatos x Bicarbonatos x Hierro x Manganeso x Coliformes Totales x x x Coliformes Fecales x x x

Los parámetros críticos encontrados están asociados básicamente a vertimientos de origen doméstico e industrial que recibe el río, principalmente en su paso por la ciudad de Tuluá, y procesos erosivos presentados en la cuenca debido a las actividades de ganadería en la zona de ladera y agricultura intensiva en la zona plana.

El promedio de carga contaminante total durante el período 1996-2003 en la desembocadura al río Cauca son de 488.15 y 72.28 Ton/día en los períodos de invierno y verano respectivamente (CVC – Universidad del Valle, 2005). El oxígeno disuelto en este mismo punto de muestreo es de 5.14 y 1.93 mg/l para las condiciones de invierno y verano respectivamente; por lo que en la condición de verano no se cumple con el requisito mínimo para garantizar la diversidad biológica en cuerpos de agua de acuerdo con el Decreto 1594 de 1984, como consecuencia de la disminución en la capacidad de dilución.

(37)

2.29

2.6.1 Estadística Descriptiva

En el Anexo 2 se presenta el resumen de la estadística descriptiva de 34 parámetros de calidad del agua en las 5 estaciones implementadas por la CVC durante el período 1996 – 2005 donde se muestra la media, el error típico, la mediana, la moda, la desviación estándar, la varianza, la curtosis, el coeficiente de asimetría, el rango, el mínimo, el máximo y el número de datos.

La estadística descriptiva se presenta por las condiciones estacionales de invierno y verano, las cuales se determinaron de acuerdo con los caudales diarios y la curva de duración de caudales de la estación limnigráfica de Mateguadua monitoreada por la CVC (Figura 2.12);

para caudales mayores al 50% del tiempo en que es igualado o excedido (12.1 m3_{/s) se tomó}

como condición de invierno y los caudales por debajo de este valor se consideró como verano.

A continuación se analiza la estadística descriptiva por estación de calidad de los parámetros considerados para la posterior modelación y los que se consideran más relevantes para corrientes superficiales.

2.6.1.1 Jardín Botánico

En la Tabla 1 del Anexo 2 se presenta la estadística descriptiva de los registros de calidad en la estación Jardín Botánico para las condiciones estacionales de invierno y verano durante el período 1996 – 2005.

• pH

Para la condición de invierno se presenta una curtosis y un coeficiente de asimetría negativo indicando que existen bastantes valores extremos y que estos se ubican a la izquierda de la media. Existe muy poca dispersión de los datos.

En cuanto a la condición de verano, se encontró que existen pocos valores extremos (curtosis positiva) y el coeficiente de asimetría mostró que los valores extremos se encuentran a la izquierda de la media; al igual que en la condición de invierno se presenta una dispersión de los datos muy baja.

• Temperatura

Para la condición de invierno se presenta pocos valores extremos que se reflejan en una curtosis positiva, y un coeficiente de asimetría negativo indicando que existen bastantes valores extremos y que estos se ubican a la izquierda de la media, por lo que la media se ve

(38)

2.30

influenciada por estos valores extremos evidenciado en que la media es menor que la mediana.

En verano, tanto la curtosis como el coeficiente de asimetría son positivos por lo que existen pocos valores extremos y estos se ubican a la derecha de la media. En cuanto a la variación de los datos se encontró que estos oscilan entre 12 y 20.3.

• Turbiedad, Sólidos Totales, Suspendidos y Disueltos

Los registros que se presentan en la condición de invierno y verano para estos parámetros, muestran una curtosis de tipo leptocúrtica evidenciando pocos valores extremos con una asimetría positiva, donde estos valores extremos se encuentran a la derecha de la media, por lo que se encuentra un sesgo positivo donde la media es mayor que la mediana y el promedio se ve influenciado por estos valores extremos. Esto se evidencia además en que la desviación y el coeficiente de variación son grandes.

• Oxígeno Disuelto

En invierno se presenta una curtosis y un coeficiente de asimetría negativo indicando que existen bastantes valores extremos y que estos se ubican a la izquierda de la media, existiendo poca dispersión de los datos.

En verano, se encontró que existen pocos valores extremos (curtosis positiva) y que el coeficiente de asimetría mostró que los valores extremos se encuentran a la derecha de la media, aunque la mayoría de los registros son bajos por lo cual se tiene un sesgo negativo o la izquierda y por lo tanto la dispersión de los datos es baja.

• DQO y Conductancia Específica

Para las condiciones de invierno y verano en esta estación se encuentra que los existen pocos valores extremos de DQO y que estos valores se encuentran a la derecha de la media generando un sesgo a la derecha reflejado en que la media es mayor que la mediana. La varianza y la desviación estándar muestra que este parámetro muestra una gran variabilidad, donde esta variabilidad se observa más pronunciada en la condición de invierno que en verano.

• Cloruros

En invierno, los cloruros presentan un comportamiento de tipo platicúrtico, reflejado en una curtosis negativa, indicando que existen valores extremos altos ubicados a la derecha de la media, donde esta se ve influencia por estos valores extremos y por lo que la media es mayor que la mediana.

(39)

Caracterización y Modelación del Río Tuluá Capítulo 3. Modelo Matemático QUAL2K

3.1

3 MODELO MATEMÁTICO QUAL-2K

3.1 DESCRIPCIÓN DEL MODELO

QUAL2K es el resultado de un desarrollo histórico de los modelos de fósforo, oxígeno disuelto y nitrógeno que dieron paso a extensiones y a una complejidad creciente. El punto de partida era el modelo pionero de Streeter-Phelps basado en la descripción del aumento y la disminución en el déficit de oxígeno disuelto aguas arriba y aguas abajo de una fuente de materia orgánica. Más tarde fue ampliado a los procesos de nitrógeno que incluyeron sobre todo nitrificación en el modelo matemático QUAL1.

Finalmente, los ciclos del fósforo y las algas fueron añadidos en la creación de la familia de modelo de QUAL2 (Brown y Barnwell, 1987). Varias versiones de QUAL2 están disponibles según el objetivo del empleo (Brown y Barnwell, 1987). Sin embargo, QUAL2K compila los mejores rasgos de las versiones disponibles de QUAL2 sobre las cuales fueron añadidas las opciones de análisis de incertidumbre.

El QUAL2K es un modelo unidimensional de la EPA que puede aplicarse a lagos, ríos, reservorios y estuarios, y permite modelar descargas de aguas residuales, extracciones, flujos tributarios, mediante la representación de un río y sus afluentes coma una descarga lateral. Donde cada elemento tiene flujo unidimensional y se asume un mezclado completo en las dimensiones verticales y transversales y se pronostica niveles de agua, temperatura y varios parámetros de calidad del agua, en condiciones de flujo permanente.

En el QUAL2K las ecuaciones de transporte de masa (advección - dispersión) y de reacción son resueltas mediante un esquema de diferencias finitas. En donde el río es dividido en tramos y subdividido en subtramos o elementos computacionales, y en cada elemento computacional se efectúa un balance hidrológico en términos de flujo, un balance de calor en términos de temperatura y un balance de masa en términos de concentración de los materiales.

El programa simula cambios en las condiciones de flujo a lo largo de la corriente mediante el cálculo de una serie de perfiles de la superficie del agua bajo flujo permanente. El caudal en cada una de las secciones transversales que corresponden a un elemento computacional se evalúa por un balance de masas. Con base en éste se calculan la velocidad media, la profundidad y el área de la sección transversal. Lo anterior permite determinar las