Hidrología de páramos. Modelación hidrológica de la cuenca alta del rio Blanco

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(1)HIDROLOGIA DE PARAMOS. MODELACIÒN HIDROLOGICA DE LA CUENCA ALTA DEL RIO BLANCO EN AvSWAT2000. JUAN DAVID NAVARRETE GONZALEZ. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO DE ING. CIVIL Y AMBIENTAL MAGISTER EN ING. CIVIL BOGOTA D.C 2004.

(2) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González MIC-2004-I-49. TABLA DE CONTENIDO PAG INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 001. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................ 003. OBJETIVO DEL PROYECTO ....................................................................................................... 004. 1. LOS PÁRAMOS 1.1. GENERALIDADES .......................................................................................................... 005. 1.1.1. Origen de Los Páramos ........................................................................................... 005. 1.1.2. Definición Altitudinal de Los Páramos ................................................................... 006. 1.1.3. Zonas Altitudinales del Páramo .............................................................................. 007. 1.2. PÁRAMOS EN COLOMBIA Y EN EL MUNDO ........................................................... 009. 1.3. IMPORTANCIA DE LOS PÁRAMOS ............................................................................ 010. 1.4. CARACTERIZACIÓN DE LOS ECOSISTEMAS DE PÁRAMO .................................. 010. 1.4.1. Clima ....................................................................................................................... 011. 1.4.2. Suelos ...................................................................................................................... 012. 1.4.3. Vegetación ............................................................................................................... 014. 1.4.4. Uso del Suelo .......................................................................................................... 015. 2. AREA DE ESTUDIO – CUENCA ALTA DEL RÍO BLANCO 2.1. SISTEMA CHINGAZA .................................................................................................... 017. 2.2. SISTEMA RÍO BLANCO ................................................................................................. 017. 2.3. CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LA CUENCA ALTA DELRÍO BLANCO ............. 019. 2.3.1. Geomorfología ......................................................................................................... 019. 2.3.2. Clima ....................................................................................................................... 021. 2.3.3. Uso del Suelo .......................................................................................................... 024. 2.3.4. Cobertura Vegetal ................................................................................................... 024. 2.3.5. Suelos ...................................................................................................................... 025. 3. MODELACIÓN HIDROLÓGICA 3.1. DESCRIPCIÓN DEL MODELO AVSWAT2000 ........................................................... 028. 3.2. IMPLEMENTACIÓN DE SWAT EN LA CUENCA ALTA DEL RÍO BLANCO ........ 030. 3.2.1. Delimitación de Cuencas y Unidades de Respuesta Hidrológica (HRU) ............... 030. 3.2.2. Suelos y Uso del Suelo ........................................................................................... 032. 3.2.3. Información Hidroclimatológica ............................................................................ 039. 3.2.4. Modelo Atmosférico de Precipitación Horizontal .................................................. 045.

(3) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González MIC-2004-I-49. 3.3. RESULTADOS PRELIMINARES .................................................................................. 053. 3.4 CALIBRACIÓN DEL MODELO ..................................................................................... 056. REFERENCIAS ............................................................................................................................. 057. ANEXOS. ANEXO 1. Análisis morfométrico de los cauces principales. ANEXO 2. Valores Medios Mensuales de Precipitación. ANEXO 3. Valores Mensuales de Temperatura. ANEXO 4. Valores Medios Mensuales de Velocidad del viento. ANEXO 5. Valores Medios Mensuales de Humedad Relativa. ANEXO 6. Valores Medios Mensuales de Temperatura de Punto de Rocío. ANEXO 7. Resumen de valores medios mensuales multianuales de los parámetros climatológicos utilizados por SWAT. ANEXO 8. Valores medios mensuales de caudales observados en Pozo1, Pozo2, Pozo3 y Pozo4. ANEXO 9. Caudal simulado y observado mensual sin Precipitación Horizontal.’78-’84. ANEXO 10. Gráficos Box-Whisker de Caudal observado y simulado mensual multianual sin Precipitación Horizontal.’78-’84. ANEXO 11. Caudal simulado y observado mensual con PH=0.10PV.’78-’84..

(4) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González MIC-2004-I-49. “El conocimiento de los Páramos de nuestras montañas nos permitirá, no solo el inmenso placer de contemplar la belleza de sus paisajes y de su extraña y compleja vegetación, sino que nos plantea un compromiso frente a la conservación de este bioma que, además de mantener el equilibrio ambiental de nuestras montañas, nos proporciona ese elemento esencial para la subsistencia humana: el agua.”. Efraín Otero Alvarez Presidente Banco de Occidente.

(5) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González MIC-2004-I-49. INTRODUCCIÓN “Páramo se denomina en los Andes todo lugar donde en una altura desde los 1700 hasta 2000 toisas (3315 hasta 3900m), la vegetación no prospera y donde el frío penetra hasta los huesos (...) los desgraciados habitantes de estas tierras yermas no tienen otra alimentación que las patatas, y cuando éstas no maduran, como el año que acaba de pasar, la gente se va al monte a buscar el tronco de un pequeño árbol que se llama Achupulla, el cual sirve de forraje para el oso, por lo cual es frecuente la rivalidad entre el hombre y el animal” dice Alexander Von Humbolt camino a Quito proveniente de Popayán1, quien posteriormente, en 1815, complementa su percepción con: ”...agrestes soledades, sujetas al embate constante de tremendas tempestades y en cuya superficie discurre por doquiera la nieve derretida, región revuelta, azotada día y noche por la fuerza de los vientos y la lluvia y el granizo, envuelta de nubes, escasa de luz, casi nunca acariciada por un sol tibio y despejado”. Y fueron precisamente estas primeras impresiones las que llevaron a los españoles a atribuirle el nombre “Páramo“ a éstos ecosistemas , relacionándolos con las inhóspitas altiplanicies de la antigua Castilla. El concepto de Páramo en América implica más de lo que reza su definición en el diccionario de la Real Academia de la Lengua Española “terreno yermo, desolado y sin árboles”. Para comprender su alcance en América es necesario conocer sus características. Los páramos son ecosistemas de gran riqueza ecológica y a su vez juegan un papel muy importante en la economía de sociedades andinas por su valor agrícola e hídrico. Luteyn (1992) resalta la importancia ecológica, genética y científica de estos ecosistemas por sus paisajes únicos y flora endémica, acondicionada a sus extremas condiciones climáticas y a las características de sus suelos. Por otro lado, los páramos tienen una importante función social y económica en algunas comunidades aisladas y a veces marginadas que basan su sustento en las actividades agrícolas que allí realizan. Los páramos son fundamentales en la regulación natural regional y además constituyen la fuente de agua de las principales ciudades al norte de los Andes. Gracias a su vegetación y características de sus suelos, retienen el agua controlando la escorrentía superficial, reduciendo picos y protegiendo de la erosión a las zonas bajas (Arce & Paladines, 1997); según Hofstede (1997), probablemente sea esta última, su más importante función para la sociedad. Sin embargo, considerando su importancia, es poco lo que se conoce de ellos. En este trabajo se pretende.

(6) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González MIC-2004-I-49. como la implementación de algunos modelos diseñados para simular las características específicas de los ecosistemas de páramo, como lo son los modelos de precipitación horizontal. Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) proporcionan una plataforma integral capaz de administrar, analizar y presentar gráfica y numéricamente diferentes tipos de información; favoreciendo de manera importante su organización, la calibración de modelos y visualización del comportamiento de diferentes parámetros producto de simulaciones. Además, un SIG puede ser utilizado en la generación de información valiosa en la toma de decisiones en forma de mapas de resultados que pueden ser utilizados fácilmente bajo diferentes escenarios. Para tal efecto, se implementó el modelo SWAT en su versión 2000, conocido como AvSWAT2000, en la cuenca alta del Río Blanco, una de las principales corrientes hídricas en el Páramo de Chingaza, aprovechadas para el abastecimiento de agua de Bogotá. La principal innovación de esta versión es su integración con ArcView ver 3.x. SWAT ha sido implementado como una extensión de ArcView, lo cual además de las ventajas generales de utilizar los SIG como plataforma, permite una interacción directa con las funciones propias de ArcView y con la gran diversidad de extensiones que existen disponibles en Internet. De ser satisfactorios los resultados del presente estudio, tendríamos a la mano una metodología capaz de representar adecuadamente la producción hídrica de los ecosistemas de páramo con la ayuda de un software robusto, versátil y gratuito; situación que nos pondría frente a una herramienta útil en la estimación de respuesta hídrica de cuencas paramunas bajo diferentes escenarios, lo cual nos conduciría a decisiones más adecuadas en torno a su manejo..

(7) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Juan David Navarrete González MIC-2004-I-49. Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. JUSTIFICACIÓN La necesidad de la modelación de la hidrología de páramos ha sido ampliamente discutida como lo presentan Sáenz, Domínguez & Díaz-Granados (2000) y como lo señalan Bruinjzeel & Hamilton (2000) quienes concluyen que es adecuado invertir en esfuerzos que busquen profundizar en ellos. La mayoría de la investigación en páramos se ha enfocado a su flora y fauna. Por otra parte, existen algunas investigaciones acerca de los procesos hidrológicos que ocurren en ellos, como la precipitación horizontal y la influencia de los suelos en los flujos de agua y en la retención de agua. Sáenz & DíazGranados (2001) resumen tres de estos trabajos. El primero de ellos, utiliza un modelo basado en el modelo de balance hídrico USSCS (Montoya & Díaz-Granados, 1998) para representar la cuenca del alto río Cauca (Correa, 1997). Las otras dos aproximaciones usan el Soils and Water Assessment Tool (SWAT) en modelar el río Blanco en la base del páramo de Chingaza (Domínguez, 1999) y el río Chochal en el páramo de Sumapaz (Calvano, 2000). Los resultados obtenidos se presentan en la Figura 1. Se observa que la tendencia de los datos históricos representa valores medios de las series generadas menores que los de las series históricas, en los tres casos. Se concluye que lo anterior indica que las magnitudes son subestimadas a causa de no considerar la precipitación horizontal; por otra parte, en (b) se observa que durante el período seco, los valores estimados son cercanos a cero cuando la serie histórica muestra valores mayores, lo cual es atribuido a la capacidad de retención de agua del suelo.. (a). (b). (c). Figura 1. (a) Caudales mensuales para 1987 históricos y estimados en el Alto Cauca. Modelo USSCS (Adoptado de Correa, 1997), (b) Caudales medios mensuales históricos y estimados 1978-1979 en el Alto Río Blanco. Modelo SWAT (Adoptado de Domínguez, 2000), (c) Caudales medios mensuales multianuales históricos y estimados en el río Chochal. Modelo SWAT (Adoptado de Calvano, 2000). La motivación y justificación de este trabajo es continuar con los esfuerzos que viene haciendo la Universidad de Los Andes en conocer los procesos hidrológicos que ocurren en los ecosistemas de páramo, así como en el desarrollo de modelos matemáticos, físicos y computacionales que se aproximen a sus particulares características y en torno a sus funciones permitan hacer análisis objetivos con diferentes escenarios y tomar decisiones relacionadas con su manejo. El desarrollo de una aplicación que relacione los adelantos en el conocimiento de la hidrología de cuencas paramunas con las posibilidades que ofrece un SIG, es un importante avance en la adaptación de los progresos conceptuales logrados a las tecnologías más adecuadas que servirán de herramienta en la toma de decisiones..

(8) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González MIC-2004-I-49. OBJETIVO DEL PROYECTO El objetivo general del trabajo es evaluar la posibilidad de implementar un modelo de balance hídrico físicamente basado y que utilice un Sistema de Información Geográfica como plataforma, en simular la respuesta hidrológica de una cuenca propia de un ecosistema de páramo. Para esto se han planteado los siguientes objetivos específicos: •. Consecución, consolidación y evaluación de toda la información cartográfica, hidrológica y temática posible relacionada con la cuenca alta del Río Blanco.. •. Evaluación conceptual del planteamiento del modelo AvSWAT y su aplicabilidad en ecosistemas paramunos, identificando fortalezas y deficiencias.. •. Implementación, calibración y evaluación de desempeño del modelo AvSWAT en cuatro subcuencas propias de la cuenca Alta del Río Blanco en el Páramo de Chingaza.. •. Implementación, calibración y evaluación de modelos de precipitación horizontal integrados con AvSWAT..

(9) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. 1. LOS PÁRAMOS Guhl (1982), propone la siguiente definición técnica: “Concepto ecológico (biogeográfico) que se refiere a regiones montañosas de los Andes ecuatoriales húmedos por encima del límite superior de bosque con una geomorfología hasta periglacial, caracterizada en el alto Páramo por morrenas, solifluxión y gelifracción, sometido a condiciones ambientales extremas, como bruscos cambios en la temperatura diaria y recios vientos en determinadas épocas del año”1. 1.1. GENERALIDADES. Los Páramos son ecosistemas zonales ubicados por encima del límite superior del bosque cerrado, o bosque de niebla, y por debajo del límite superior de vida en las montañas tropicales de centro y sur América (Hofstede,1997; Luteyn, 1999). Se encuentran entre los 3000 y 4800 m.s.n.m. aproximadamente (Verweij, 1995). Se trata de un piso altitudinal de las montañas de los trópicos, cuyas características climáticas especiales generan tipologías florísticas, ecológicas, edafológicas, geomorfológicas y microclimáticas especiales como la isotermia anual; es decir, una temperatura más o menos homogénea durante todo el año, con estacionalidad diaria –cambios fuertes de temperaturas: alta de día y baja en la noche- y frecuentes heladas cuya periodicidad es mayor a medida que aumenta la latitud2.. 1.1.1 ORIGEN DE LOS PÁRAMOS4 El levantamiento final de los Andes y los episodios glaciales ocurridos durante el Plio-Pleistoceno-hace 3 a 4 millones de años-, fueron la base de la estructuración y modelado de los hábitat que conformaron el Páramo andino. La Figura 1, presenta esquemáticamente la evolución de los límites que definen los ecosistemas de Páramo. En resumen, el proceso es como sigue: Al final del Plioceno, las montañas alcanzaron una altura de 3000 a 3200msnm, surgió a partir de los 2500msnm, un protoplano que comparado con el actual era florísticamente pobre; posteriormente, en el Pleistoceno se inicia la conformación de la vegetación de Páramo -hace 2 millones de años-, periodo en el cual ocurrieron de 15 a 20 periodos glaciales seguidos por un número igual de ciclos interglaciales, el límite altitudinal entre el Bosque y el Páramo cambió entonces muchas veces durante el cuaternario -600000 a 10000 años antes del presente- y su rango de variación de 1200 a 1500msmn dependió de donde se encontrara la temperatura medial anual de 6 a 7°C; durante el período más frío de los eventos glaciales, el hielo cubría lo que ahora es la zona de superpáramo, mientras el propio Páramo se hallaba entre los 2000 y los 3500msnm y ocupaba una superficie mucho mayor a la actual. Los glaciales alcanzaron su mayor extensión entre 45000 a 25000 años antes del presente, donde los glaciales y el bosque pudieron estar en contacto entre los 2200 a 2700 msnm, pues la zona de páramo posiblemente era muy reducida y húmeda. Posteriormente entre los 21000 y los 14000 años antes del presente, época que se caracterizó por ser un período muy frío y seco, la extensión de los glaciales fue mucho menor, el límite de los bosques bajó y el clima seco produjo una franja de páramo mucho más extensa, la mayor en la historia de páramos, el límite entre el bosque y el páramo descendió cerca de 1400msnm. En el Holoceno, hace 10000 años, las condiciones climáticas presentaban una relativa mayor estabilidad; las temperaturas medias anuales eran aproximadamente 2°C más altas que las de ahora, por lo cual el área de Páramo se redujo a pequeñas zonas en las cimas de las montañas andinas. Un importante aspecto en la evolución del ecosistema de páramo durante el Holoceno 1. Citado por Calvano (2000). 2. Adaptado de: Banco de Occidente Credencial. Páramos de Colombia. Cali, Colombia. 2001. 1.

(10) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. es el gradual desarrollo de los suelos, pantanos y turberas; principalmente en los páramos más húmedos aparecieron musgos que generaron suelos a partir de las rocas y las plantas en forma de cojín, las cuales se desarrollaron hace unos 5000 años. El actual páramo se estableció hace aproximadamente 10000 años, luego de sufrir cambios severos de clima que incidieron en la evolución y organización vegetal hasta lo que hoy conocemos.. Figura 1. Representación del proceso de formación de la cordillera Oriental colombiana. Distribución del bioma Páramo en distintas eras geológicas. (Páramos de Colombia, 2001). 1.1.2 DEFINICIÓN ALTITUDINAL DE LOS PÁRAMOS En la actualidad, respecto al límite inferior de los Páramos, no existe una diferenciación precisa, más bien existe un progreso descendente. Algunos autores citan varios factores responsables de esta situación, entre ellos la latitud, la vertiente considerada, el clima global y la actividad humana3. Weber (1959), hace referencia a la relación entre la latitud y el límite inferior paramuno; en su estudio indica que cerca del paralelo ecuatorial la radiación solar es muy fuerte, lo cual indica que estos ecosistemas solo pueden encontrase en altitudes superiores a 3600 msnm, mientras que en latitudes mayores como en Centroamérica, la radiación solar es menor y el límite inferior puede encontrase cerca de los 3100 msnm. Ver Figura 2. 3. Adaptado de Calvano (2000). 2.

(11) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Figura 2.. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Influencia de la Latitud sobre los límites verticales de los ecosistemas. (Weber, 1959). Suárez (1989), relaciona la asimetría de los regímenes de lluvia en los Andes a causa de la influencia de los vientos alisios del este; indica que al chocar estas corrientes de vientos con la vertiente oriental de los Andes, éstos se elevan provocando lluvias que hacen más húmeda la vertiente oriental, lo cual se ve reflejado en un incremento del límite superior del bosque húmedo y en una disminución del límite inferior de las nieves perpetuas. Ver Figura 3. Figura 3. Asimetría de las vertientes en los Andes. (Suárez, 1989). En Colombia, algunos autores estiman que en las cordilleras central y occidental, el límite inferior del Páramo es de 3800-3900 msnm, mientras que en la cordillera oriental es de 3600-3700 msnm. Molano (1995), por otra parte, se refiere al clima global a escala geológica para referirse al tema; señala en su trabajo la recomposición altitudinal de la vegetación como resultado del descenso de la temperatura durante las glaciaciones, así el límite inferior llegó a estar a 2000 msnm. En la actualidad estamos en un periodo interglacial en el cual también existe un fenómeno de recomposición vegetal en sentido contrario donde se puede encontrar Páramo en alturas superiores a 3600 msnm. La acción antrópica sobre los bosques andinos, principalmente quemas y tala, ha hecho desaparecer extensiones de bosque ubicados por debajo de los Páramos, generando zonas con microclimas característicos de Páramo, que favorece su poblamiento con vegetación endémica de Páramo, que cubre el suelo con capas de materia orgánica que limitan la regeneración del bosque natural, (Hofstede,1997). Molano (1995) afirma que cerca del 60% del área actual de Páramo ha sido ensanchada de esta forma y que cerca del 90% del espacio ocupado por lo Páramos ha sido incorporado como espacio productivo.. 1.1.3 ZONAS ALTITUDINALES DEL PÁRAMO A pesar de que varios botánicos y ecólogos modernos han realizado estudios detallados del Páramo colombiano, el esquema clásico de Cuatrecasas basado en criterios fisionómicos y florísticos se mantiene vigente. Este esquema divide a los Páramos de acuerdo a la importante variación de la vegetación con la altitud en SuperPáramo, Páramo y SubPáramo. El Superpáramo. Su límite inferior entre los 4100 y 4300 msnm en las cordilleras central y oriental y 200 metros más alto en la oriental hasta aproximadamente los 5200 msnm. En el Superpáramo ocurren heladas durante todas las noches del año y la temperatura fluctúa entre los 0 y los 6°C, con fuertes oscilaciones térmicas que pueden alcanzar los 25°C durante días soleados y temperaturas mínimas de –2°C. Una característica importante es la existencia de un suelo móvil e inestable debido a solifluxión-congelamiento y descongelamiento diario-. En esta franja son frecuentes las nevadas, la congelación del agua en las madrugadas y su fusión que ocurre el mismo día o el siguiente. Este hábitat, con 69 tipos de comunidades 3.

(12) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. vegetales conocidas, tiene una escasa cobertura vegetal del suelo, que está ocupado principalmente por musgos y otras plantas, presenta gramíneas pequeñas, de los géneros Agrostis y Festuca. Ver Figura 4. Figura 4.. Figura 5.. Paisaje característico del SuperPáramo (Páramos de Colombia, 2001). Paisaje característico del Páramo propiamente dicho (Páramos de Colombia, 2001). 4.

(13) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Figura 6.. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Paisaje característico del Subpáramo (Páramos de Colombia, 2001). El Páramo propiamente dicho. En la vertiente occidental de la cordillera occidental abarca desde los 2900 hasta los 3800 msnm; en el flanco oriental solo es nítida entre los 3300 y 3800 msnm; en la cordillera central, vertiente occidental, se encuentra entre 3400 y 4000 msnm, en la oriental va de 3200 a 3900 msnm; en la cordillera Oriental su mayor extensión está en la vertiente occidental de 3000 a 3800 msnm, el costado oriental el límite inferior está a 3300 msnm. Es la franja más extensa y la mejor consolidada ecológicamente; manifiesta una topografía suave y ondulada lo cual permite clasificarlo como el más estable de los pisos del páramo. Los suelos tienen una cobertura densa, que impide la erosión hídrica superficial. La principal característica desde el punto de vista de vegetación, es el dominio del pajonalfrailejonal y de los pastizales, con 146 especies. Predominan las gramíneas del género Calamagrostis, acompañados de frailejones de los géneros Espeletia,Espeletiopsis,Libanothamnus y Tamana.Ver Figura 5 El Subpáramo. En la cordillera oriental se observa de los 3000 a los 3500 msnm, mientras que en la cordillera oriental el límite superior se encuentra hasta los 3800 y 4000 msnm. Considerado como una transición entre el límite superior del bosque altoandino y el páramo propiamente dicho; presenta muchos arbustos y árboles bajos que proceden del bosque adyacente, entremezclados con la vegetación propia de páramo. La altitud donde se presenta la transición entre el bosque y el subpáramo es muy variable y en muchos casos la actividad del hombre la ha transformado mediante la adaptación de terrenos para el cultivo de papa y establecimiento de pastizales para ganadería. En esta franja se presentan cerca de 112 comunidades vegetales, como resultado de una gran homogeneidad de condiciones ambientales y fisiográficas; entre ellas se destacan algunos árboles propios de los bosques enanos, densos matorrales compuestos por ericáceas, varios tipos de chuscales y algunos frailejones. Ver Figura 6. 1.2. PÁRAMOS EN COLOMBIA Y EN EL MUNDO. Tradicionalmente se ha considerado que el bioma Páramo solo se presenta en los Andes de Colombia, Venezuela y Ecuador. Sin embargo, desde una perspectiva ecosistémica global, muchos lugares cuyas condiciones ambientales eran homogéneas durante el Pleistoceno –hace dos millones de años-, evolucionaron en forma paralela a la de los Páramos andinos y generaron ambientes con características similares; tal es el caso de las altas montañas de Nueva Guinea, Hawai y América Central. Los Páramos se encuentran a lo largo de la cordillera de Los Andes en Colombia, Venezuela y Ecuador entre las latitudes 8°S y 11°N (Monasterio, 1980). El Páramo también se presenta en la vertiente oriental de los Andes, más al sur, hasta los 15° de latitud, pero en un piso altitudinal más alto y guarda estrechas relaciones con las jalcas de Perú y Bolivia. Weber (1959) menciona la existencia de algunos lugares con 5.

(14) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. características similares en El Salvador, Guatemala, Honduras y Costa Rica, aunque algunos autores señalan la ausencia de vegetación característica en estos lugares (género Espeletia). Ambientes paramunos se observan en forma aislada, en algunos cerros tipo mesas de Guyana, entre el Orinoco y el Amazonas. Formaciones vegetales similares a las del Páramo se presentan en las regiones volcánicas cercanas a la línea ecuatorial en el oriente de Africa, donde su posición altitudinal está determinada básicamente por las condiciones climáticas. Colombia posee alrededor del 64% de los Páramos del mundo, siendo los más ricos por su gran variedad de especies. En nuestro país se encuentran distribuidos a lo largo de la cordillera de los Andes y en el sistema montañoso de la Sierra Nevada de Santa Marta. Según Castaño (1996), los Páramos más extensos de Colombia en orden de magnitud son: Sumapaz, Sierra Nevada de Santa Marta, Las Hermosas, Chingaza y el Macizo Colombiano. Entre los de mediana magnitud señala: El Cocuy, Guicán, Chita, Santa Isabel, Tolima y Ruiz. Finalmente clasifica como Páramos de pequeños: Perijá, San Turbán, Berlín, El Almorzadero, La Rusia Guantiva, Palacios, Betulia, Galeras y Azufral, Guerrero, Pan de Azúcar y Tasajeras.. 1.3. IMPORTANCIA DE LOS PARAMOS. Luteyn (1992) resalta la importancia ecológica, genética y científica de estos ecosistemas por sus paisajes únicos y flora endémica. Los Páramos tienen capacidad de producción de alimentos, lo cual le merece un papel social muy importante al considerar las poblaciones campesinas de estas regiones que de la agricultura derivan su sustento. Por otra parte, los Páramos son fundamentales en la regulación de la hidrología regional. Son captadores de las aguas lluvias y tienen un importante papel en la reducción de la escorrentía superficial, en la protección de las zonas bajas, en la regulación de las corrientes de agua y la prevención de la erosión, siendo esta última su función más importante para la sociedad según Arce & Paladines, 1997. Adicionalmente, las plantas de generación hidroeléctrica dependen en buena parte de estos ecosistemas en Colombia y Ecuador, pues una buena cantidad de centrales se encuentran a alturas considerables. Según Guhl (1982), el suelo paramuno también tiene la importante función de convertir el agua lluvia en potable. La lluvia infiltrada es modificada por los minerales y microorganismos presentes en la capa de humus, convirtiéndose en potable al alcanzar el subsuelo. Y es por esta razón que él se refiere a los Páramos como verdaderas “Fabricas de agua freáticas”. Los páramos constituyen la fuente de agua potable para la mayoría de la población al norte de Los Andes. Figura 7.. Cascada Laguna de Medio - Chingaza. 6.

(15) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. 1.4. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. CARACTERIZACIÓN DE LOS ECOSISTEMAS DE PÁRAMO.. En ellos ocurren procesos muy particulares por sus condiciones climáticas y por las características de sus suelos. Los Páramos presentan condiciones ambientales extremas debido a su bajo promedio diario de temperatura, alto promedio diario de humedad relativa, baja presión atmosférica, escasa densidad del aire, alta radiación solar, cambios bruscos de temperatura y humedad y suelos ácidos como lo presentan Sáenz & Díaz-Granados (2001); se ha encontrado que dadas las anteriores características, la evapotranspiración en los Páramos es baja y la capacidad de retención de agua de las plantas es alta. Además de la lluvia, en los Páramos la precipitación horizontal es un importante factor del importante rendimiento presente en estos ecosistemas. Debido a las bajas temperaturas y alta humedad relativa, la descomposición de la materia orgánica se da a tasas muy bajas, en consecuencia, los suelos tienen altos contenidos de materia orgánica así como alta porosidad y conductividad hidráulica. Extendiendo las ideas expuestas en el párrafo anterior, los Páramos se pueden caracterizar con base en tres elementos fundamentales: clima, formas de vegetación y tipos de suelo4.. 1.4.1 CLIMA Desde el punto de vista hídrico, los Páramos pueden presentar de 9 a 12 meses de máxima humedad con oscilaciones diarias y temperaturas contrastantes con cambios súbitos el mismo día, que pueden pasar de horas de intenso brillo solar a situaciones bajo densa niebla y humedad atmosférica del 100%. Los días de alta radiación solar son seguidos por noches extremadamente frías, debido a la irradiación nocturna. Este ciclo térmico ubica los Páramos en un intervalo entre 10 y –2°C. La humedad en los Páramos se manifiesta por el rocío, la constante neblina y las lloviznas frecuentes, características de las altas montañas tropicales de clima húmedo. Esta gran humedad no está directamente relacionada con una precipitación alta, ya que a pesar de que existen regiones donde la precipitación anual es superior a 3000 mm, la mayoría de Páramos tienen una precipitación media anual aproximada de 1000 mm o menos. Sin embargo, por las bajas temperaturas y la alta nubosidad, la evapotranspiración es reducida y es esta una de las principales razones del alto rendimiento hídrico de estos ecosistemas. Las temperaturas medias mensuales varían poco en el transcurso de año. En contraste con lo anterior, las temperaturas diarias presentan valores máximos diarios entre 14.2 y 17.3°C y mínimas entre –1.5 y 3.1°C (Weber, 1959). Ver Figura 8. Respecto a la humedad relativa, Sturm & Mora-Osejo (1994), indican valores de HR máxima promedio multianual superiores al 94% y HR mínima promedio multianual cercanos a 56%.. 4. Tomado de: Díaz-Granados, M A. (2000). Balance hídrico en cuencas paramunas. 7.

(16) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Figura 8. Situaciones climáticas extremas registradas el mismo día. Laguna de Iguaque (Tomado de Páramos de Colombia, 2001). 1.4.1.1. PRECIPITACION HORIZONTAL. Además de la lluvia, la precipitación horizontal es una fuente importante de agua a los ecosistemas paramunos. La precipitación horizontal es el proceso en el cual pequeñas gotas de agua presentes en las nubes o la niebla son movidas por el viento hacia la vegetación, donde son interceptadas y acumuladas en gotas más grandes que se precipitan, escurren por la superficie de las plantas o son absorbidas por ellas (Bruijnzeel y Proctor, 1993; Kerfoot, 1969; Antón, 1988; Cavelier y Goldstein, 1989; Harr, 1982; Juvik y Nullet, 1993; Schemenauer y Cereceda, 1994; Vogelmann, 1973; Weaver, Byer y Bruck, 1973; Zadroga, 1981).. Figura 9.. Colector de Niebla y. Cavelier y Goldstein (1989) en su trabajo basado en estación metereológica en El Tofo, Chile. mediciones hechas principalmente en el Bosque Húmedo Fuente: Schemenauer & Cereceda Tropical señalan que la precipitación horizontal puede aportar hasta el 65% de las entradas hídricas a éstos ecosistemas. Por otra parte, mediante mediciones con colectores de niebla en un Páramo a 3500 msnm en Costa Rica, se han estimado valores de 18% de la precipitación total (Dorewend, 1979, citado por Bruijnzeel y Proctor, 1993); en Colombia, resultados similares se han encontrado en El Zumbador, a 3100msnm (Cavelier y Goldstein, 1989). Si se considera que la vegetación de Páramo ha desarrollado características fisiológicas para captar agua, de esta forma, este porcentaje puede ser mayor.. 8.

(17) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Según Bruijnzeel y Proctor (1995), la precipitación horizontal ocurre en los bosques de neblina de las montañas tropicales, en cantidades que dependen de la vegetación y del clima. En efecto, la altura de la vegetación, el tamaño de las hojas y su forma, sumados a factores climáticos como el contenido de humedad, tamaño de las gotas de agua y la velocidad y dirección del viento, producen grandes variaciones entre distintas cuencas; es por esto que se hace difícil su cuantificación.. Figura 10. Aprovechamiento hídrico en la región de Dhofar en Omán. Arbol de Olivo. Fuente: Schemenauer & Cereceda. También se ha logrado establecer que la precipitación horizontal aumenta cuando disminuye la precipitación, constituyéndose éste en un factor que no se puede despreciar cuando escasea la precipitación vertical (Cavelier y Goldstein, 1989).. 1.4.2 SUELOS Los suelos de Páramos son por lo general de origen volcánico, y se caracterizan por ser ácidos y húmedos, con PH de 3.9-5.4 (Guhl,1982), lo cual condiciona los contenidos de humus, de tal manera que a medida que se asciende, los suelos son más crudos y con menos capa orgánica. El suelo paramuno es rico en humus bien descompuesto, de acidez considerable, enmohercido y de color pardo oscuro o negro; con un espesor que varía entre algunos centímetros y un metro (Suárez, 1989). En el Páramo, la descomposición de la materia orgánica se lleva a cabo a tasas muy bajas, debido a las bajas temperaturas y a la alta humedad (Hofstede y Sevink, 1995). La infiltración es generalmente alta debido a la presencia de suelos típicamente porosos relacionados con altos valores de conductividad hidráulica. La retención de agua es especialmente significativa, dado que en los primeros 30 cm de profundidad, el agua ocupa el 61.7% del volumen total del suelo (CAR, 1988). Según Cortés (1995)5, la naturaleza del suelo paramuno está marcada por factores como el clima, los organismos, el material parental, el relieve y el tiempo. La precipitación en los Páramos, favorece el proceso de alteración química de los minerales; sin embargo, las bajas temperaturas disminuyen la velocidad de desarrollo de estos procesos retrasándolos. La descomposición del material vegetal muerto ayuda a la conformación del suelo, siendo éste el compuesto principal de las capas superiores de los estratos de suelo; este proceso de descomposición también ocurre a una tasa temporal muy baja por las bajas temperaturas, lo cual se manifiesta en la formación de horizontes superficiales espesos de color negro o tonos muy oscuros. Los organismos causan reordenamientos de la estructura interna de los suelos por medios mecánicos; adicionalmente, algunas de sus actividades biológicas como la fijación de nitrógeno atmosférico, la descomposición de la materia muerta y la absorción de nutrientes, determinan la concentración de los compuestos orgánicos en la matriz del suelo. Por otro lado, el relieve determina la circulación de los vientos, los gradientes de temperatura, la distribución de las lluvias y la circulación de la energía y del agua, lo cual condiciona inevitablemente las composición estructural de los suelos; la profundidad efectiva, el drenaje y la evolución de los suelos son determinados por la pendiente y las formas de relieve. Los materiales parentales son aquellos a partir de los cuales se conforman los suelos. Entre estos materiales se encuentran los depósitos de las morrenas, derrubios de gelifracción y cenizas volcánicas. 5. Citado por Calvano, B. “Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Chochal”. 2000. 9.

(18) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Según Pulido (1988), los materiales parentales y el relieve son los factores que más han contribuido a la diferenciación de los horizontes del suelo paramuno. Pulido señala, a manera de ejemplo, que los suelos se pueden clasificar según la forma del terreno en que se desarrollaron, de acuerdo con Tabla 1. Tabla 1.. Suelos de Páramo según las formas de relieve. 3600-4500msnm (Pulido,1988). FORMA DEL TERRENO. CARACTERISTICAS DEL TERRENO. CARACTERISTICAS DEL SUELO. Crestas de Gelifracción. Zonas escarpadas donde predominan afloramientos rocosos. Cimas de Gelifracción. Partes culminantes de las vertientes aledañas a Suelos con poco desarrollo y escasa las crestas, con pendientes muy pronunciadas profundidad efectiva. Laderas y derrubios de Gelifracción. Areas con mantos de material dendrítico de espesor variable. Morrenas. Depósitos de origen glacial. Depresiones. Sectores de relieve plano cóncavo ocupados Suelos pertenecientes al orden de los por lagunas o depósitos de materiales orgánicos Histosoles. Laderas de Denudación. Relieve entre ligeramente quebrado hasta escarpado. Suelos superficiales y poco evolucionados. Suelos superficiales, con abundante piedra en perfil, a menos que presente cenizas volcánicas Suelos bien drenados, poco evolucionados y superficiales. Suelos con un horizonte A grueso y profundo cuando se ubican en pendientes suaves. 1.4.3 VEGETACIÓN El clima es el factor determinante del tipo de vegetación y de los mecanismos estratégicos que las plantas adoptan para amortiguar o reducir las condiciones de estrés a las cuales están sometidas, regulando por ejemplo la temperatura gracias a su envoltura que controla la transpiración y la fotosíntesis, o presentando tejidos acuíferos que contribuyen al equilibrio hídrico. Según Salamanca (1986), la vegetación paramuna está adaptada para resistir el frío y la sequía. Aunque el páramo es muy húmedo y sus suelos permanecen saturados, las bajas temperaturas hacen que sea difícil el aprovechamiento de agua por las plantas. Por lo tanto, experimentan una situación similar a la que se presenta en las zonas áridas y de ahí que muchas de las adaptaciones coincidan en ambos ambientes. El clima frío y húmedo del Páramo retarda la descomposición y mineralización de la materia orgánica. Por esta razón los nutrientes se encuentran en el suelo en formas no utilizables. Además, el suelo inmoviliza los nutrientes, y en el caso del fósforo, esta inmovilización es crítica y limita el crecimiento de las plantas (Hofstede y Sevink, 1995). La vegetación en el Páramo es xeromórfica, es decir que ha desarrollado características fisiológicas para adaptarse y sobrevivir a las extremas condiciones del clima, topografía y suelos. Algunas de estas características son: la formación de rosetas que sirve de defensa contra viento y frío, la enanificación arbustiva, el desarrollo de hojas coriáceas reduce la pérdida de agua por transpiración, la formación de cubiertas de pelos en las hojas para captar el agua de lluvia o de rocío, la permanencia de hojas muertas sobre los tallos (mantiene la temperatura, trampa de residuos orgánicos, almacén de agua), la formación de macollas (trampa de la materia orgánica y de humedad) y la agrupación de varias plantas pequeñas en cojines, entre otros (Salamanca, 1986). Además, existen algunas características xeromórficas de las 10.

(19) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. plantas de Páramo que estabilizan la película de agua que reviste las dos caras de la hoja y que contribuyen a la estabilización de la transpiración como la presencia de pelos de cobertura densa, pelos glandulares, nerviación prominente, margen revoluto, lámina convoluta, criptas, papilas y ondulaciones de la lámina foliar. El tamaño de la hoja y su orientación al sol, los indumentos foliares y el tipo de envoltura epidemial regulan la temperatura de la hoja y, por consiguiente, el grado de apertura de los estomas. Si los estomas se abren por radiación intensa y baja humedad relativa, el agua almacenada en los tejidos suple las necesidades de transpiración (Mora-Osejo et al, 1995). Este tipo de adaptaciones impiden una transpiración excesiva.. Figura 11. Adaptaciones: a)Agrupación de plantas en Cojines b)Adaptaciones a la temperatura. Macolla c)Hojas muertas en los tallos de los frailejones d)Pelos en las hojas.. En los ecosistemas paramunos, los factores más importantes que intervienen en la transpiración de las plantas son la humedad relativa, la radiación solar, la temperatura y los cambios en la saturación del suelo, aunque este último es bastante estable en el suelo de páramo. En general, la transpiración es directamente proporcional a la radiación solar y a la temperatura, e inversamente proporcional a la humedad relativa. La presencia de plantas húmedas permite mantener una adecuada retención de agua durante épocas secas pues existen algunas especies que retienen hasta 300 veces su peso en agua y otras que almacenan agua en sus tejidos como el Guardarocío y el Frailejón (Hofstede y Sevink, 1995, citado por Domínguez, 2000); estos autores, consideraron el comportamiento del contenido de agua en 4 especies (Calamagrostis Effusa y 3 tipos de colchones); se encontró que los colchones de pastos cortos almacenan un 320% de su peso seco en invierno, y 125% de su peso seco en verano. Los grass tussocks almacenan 120% de su peso seco en invierno, y 64% de su peso seco en verano. En conclusión de lo anterior, la ausencia de vegetación protectora en áreas con alto nivel de pastoreo, favorece las altas fluctuaciones en los niveles de almacenamiento de agua. Las especies más importantes del Páramo son: Frailejón (Espeletia) -De crecimiento extremadamente lento y descomposición lenta. Frailejón Plateado, Espeletia Argentea. permanece por años con su tronco envuelto de hojas muertas. Según Especie Frecuente en el SubPáramo Cuatrecasas, existen 6 géneros y 140 especies-, Siete Cueros (Tibouchina), Chuzque, Arnica (Senecio), Chocho o Lupino (Lupinus), Pino enano o Chite (Hypericum), Pegamosco o Pegapega (Befaria Risinosa), Musgos (Sphagnum) y Líquenes.. 11.

(20) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. 1.4.4 USO DEL SUELO La presencia de cultivos es reducida debido a las características adversas del clima, pero aún así se presenta como un factor que modifica el equilibrio natural de los páramos (Salamanca, 1986; Sturm,1994) El suelo del páramo bajo favorece el cultivo de papa, haba, cebada, cebolla y quina debido a la alta capacidad de retención de agua, la estructura granular, la porosidad fina, el calentamiento rápido del sol y el fácil manejo; hay buenas condiciones para la fotosíntesis y la cantidad de plagas es menor que en lugares más bajos (Mora-Osejo, 1995). 1.4.4.1. PROBLEMATICA DE LOS ECOSISTEMAS DE PÁRAMO. Entre los más importantes problemas que ponen en riesgo el equilibrio natural de los Páramos están las prácticas de quema y pastoreo. La quema de la vegetación de Páramo hace que la materia muerta desaparezca, y aparezcan nuevos brotes; ésta vegetación fresca es atractiva para el ganado. Por otro lado, la quema acelera el proceso de descomposición y genera suelos más secos incrementando los niveles de temperaturas máximas (Domínguez, 2000). De acuerdo con Hofstede y Sevink (1995)6, en sitios sometidos a quemas y desmonte en el Parque de Los Nevados, las tasas de elongación de las hojas son menores y la densidad de las mismas es mayor que en condiciones naturales. Respecto al almacenamiento de agua y nutrientes, encontraron que en los ecosistemas sin intervención, los nutrientes se encuentran en mayor porcentaje en el material orgánico muerto, mientras que, las áreas con quema y pastoreo presentan un mayor porcentaje de nutrientes en las raíces y en la biomasa superficial viva; en las áreas con niveles de pastoreo alto, la concentración de nutrientes en el suelo es mayor. Se encontró, además, que el área sin influencia humana presentaba el mayor almacenamiento de agua en el periodo seco (62lt/m2), siendo el de las áreas intervenidas significativamente menor (40lt/m2). Por otro lado, como lo manifiesta la CAR en el documento “Diagóstico y Plan de Manejo para zona de Páramos”7, la capacidad de retención de agua de los suelos de Páramo es afectada de manera importante por las quemas. “..En sitios quemados hace 12 años, a una profundidad de 0.1m existe agua en un 61.9% por unidad de volumen del suelo, mientras que en áreas recién quemadas (menos de 5 meses) a la misma profundidad se encuentra un 55.5% de agua”.. 6. Estudio realizado en 5 áreas ubicadas en el Parque Nacional Natural de los Nevados con diferentes intensidades de quema y pastoreo. Effects or Burning and Grazing on a Colombian Paramo Ecosystem (Hofstede & Sevink, 1995).. 7. Corporación Autónoma Regional. “Diagóstico y Plan de Manejo para zona de Páramos”. 1988. 12.

(21) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Hidrología de Páramos. Modelación de la Cuenca Alta del Río Blanco. Figura 12. Prácticas pastoriles en el SubPáramo. Suelo Desprotegido.. Figura 13. en el SubPáramo. Cultivos de papa. 13.

(22) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. 1. AREA DE ESTUDIO – CUENCA ALTA DEL RIO BLANCO La Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, pensando en las necesidades de agua demandadas por el crecimiento demográfico de Bogotá, creó el Sistema Chingaza, para el mejoramiento de las condiciones de abastecimiento de la ciudad. Dentro del sistema general del proyecto Chingaza, se encuentra el Sistema Río Blanco que pertenece a la cuenca alta de este río y contribuye al suministro de agua para Bogotá y algunos municipios adyacentes. Con el objeto de entender con claridad la participación del Sistema Río Blanco en el abastecimiento de agua de Bogotá y su integración con los demás elementos del sistema, se presenta a continuación una descripción general del funcionamiento de ambos sistemas.. 1.1. SISTEMA CHINGAZA. El Sistema Chingaza inicia con la captación que se hace del Río Guatiquía; el agua allí captada es conducida por medio del Túnel de Guatiquía a flujo libre (Long=3.15km y φ=2.9m) hasta el Embalse de Chuza. El agua derivada de la captación y del Embalse de Chuza es conducida a través del Túnel PalacioRío Blanco, el cual está compuesto por dos sectores: Chuza-Ventana (Long=18.3km y φ=3.7m) que trabaja a presión y Ventana-Simayá (Long=10.2km y φ=3.7m) para trabajo a flujo libre; en este segundo, se adicionan al sistema las aguas provenientes del Sistema Río Blanco. Las aguas captadas hasta este punto son conducidas por el Túnel Palacio-Río Blanco hasta el sector denominado Simayá, donde se encuentra una estructura de canal y canaleta Parshall, seguida de la cual se extiende una tubería para la conexión con el Túnel El Faro (Long=0.93km y φ=3.7m) hasta empatar con la conducción Simayá; ésta en su extremo final conecta con el Túnel de Siberia (Long=3km y φ=3.7m) el cual trabaja a flujo libre hasta llegar finalmente a la planta de tratamiento “Wiesner” mediante el Sifón de Teusacá. La conducción remata con una estructura de llegada a la planta que separa el caudal que entra a la planta y el sobrante lo conduce al Embalse San Rafael. Entre la bocatoma de Chuza y el rebose en la planta de tratamiento el agua cruda realiza un recorrido de 38.070 m y desciende 153.34 m desde la cota 2.990 msnm, el nivel máximo del agua en el Embalse de Chuza, hasta el borde del rebose en la planta que se encuentra en la cota 2.837 msnm.. 1.2. SISTEMA RÍO BLANCO. El “Sistema Río Blanco” es un sistema de captación ubicado en la vertiente este de la cuenca alta del Río Blanco, en jurisdicción de los municipios de La Calera, Guasca y Choachí, cuya finalidad es la captación de agua de 26 cauces mayores y menores para contribuir al Sistema Chingaza con el suministro de agua para Bogotá. El sistema actualmente capta aproximadamente 4.4 m3/s. La captación de estos pozos se realiza empleando pequeños sistemas de captaciones adecuados mediante bocatomas de fondo y alcantarillas ubicadas sobre el cauce de las quebradas, las cuales se conectan con el Túnel Palacio-Río Blanco mediante conexiones verticales de aproximadamente 100 m en promedio. (Ver Figura A.1.) El sistema actual del Río Blanco fue construido en dos etapas: 1. La etapa inicial comprendía la captación de las quebradas Cortadera, Palacios, Piedras Gordas y Horqueta, las cuales mediante un sistema de conducción son entregadas al túnel “Palacio – Río Blanco”, utilizando para ello 4 pozos verticales que caen sobre el túnel y permiten la entrega directa al curso.. 1.

(23) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. 2. Posteriormente, se desarrolló la segunda etapa sobre la ladera oriental de la hoya alta del río Blanco entre las cotas de 2950 y 3100 msnm, la cual capta aguas de las quebradas Peñas Blancas, Chocolatal, Charrascales, La Chucua, El Rincón, Calostros, El Mangón, Blanca, Siberia, Colorada y otras 12 quebradas menores; y un sistema de conducción, hasta el túnel Palacio – Río Blanco. Debido a que las cuencas de las quebradas que alimentan las captaciones que corresponden a la primera etapa del Sistema Río Blanco presentan características propias de los ecosistemas de Páramo, y a la cantidad y calidad de la información hidroclimatológica disponible en las captaciones y en la zona, se escogió como área de estudio el conjunto de estas cuencas, como se presenta en la Figura A.1. (Plano General). A continuación se presenta una breve descripción de los Pozos 1, 2, 3 y 4 que definen cada una de las cuencas de estudio.1 POZO 1 Ubicado sobre el cauce de la quebrada Cortadera, capta agua de la misma mediante una bocatoma de fondo y conducción vertical de 30m de longitud y φ=39”. Además, a este pozo llega el agua proveniente del proyecto de aprovechamiento adicional sobre la ladera oriental de la cuenca alta del río Blanco, el cual tiene el propósito de captar 11 quebradas principales y 11 quebradas secundarias y conducirlas a Pozo. Este aprovechamiento adicional capta un caudal medio anual de 2.95m3/s de los cuales 2.45m3/s corresponden a captaciones principales y 0.5m3/s a las captaciones menores. El área aferente de las quebradas Cortadera y Peñas Blancas hasta el sitio de captación es de 9.6km2 y el caudal promedio de ambas quebradas es de 0.48m3/s, descendiendo en épocas de verano a 0.04m3/s.. Figura 1. en Qda Palacio. Bocatoma de fondo. POZO 2 Capta el agua de las quebradas Palacio y Buitrago mediante una bocatoma de fondo y conducción por tubería de concreto de φ=48” y una longitud vertical de 77m. El área aferente de ambas quebradas es de 15.2km2 y su caudal medio de 0.76m3/s, el cual desciende en época de verano a 0.06m3/s. POZO 3 Capta el agua de la quebrada Piedras Gordas mediante una bocatoma de fondo y conducción por tubería de concreto de φ=48” y una longitud vertical de 57m. La quebrada Piedras Gordas tiene un área aferente de 10.8km2, su caudal medio es de 0.5m3/s, y en época de verano desciende a 0.03m3/s. POZO 4 Capta el agua de la quebrada La Horqueta mediante una bocatoma de fondo y conducción por tubería de concreto de φ=36” y una longitud vertical de 135m. La quebrada la Horqueta tiene un área aferente de 4km2, su caudal medio es de 0.21m3/s el cual desciende a 0.02m3/s en verano intenso. Para la medición de los caudales de las quebradas de los pozos Nos 1, 2, 3 y 4, se dispone en la actualidad de limnígrafos instalados en las bocatomas en la zona de aguas arriba.. 1. Fuente: BetaAmbiental, 2002. 2.

(24) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. 1.3. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO BLANCO. Con el objeto de caracterizar la cuenca en cada uno de los temas que son de interés en la implementación del modelo SWAT, se realizó una intensa labor de investigación y consolidación de información proveniente de diferentes fuentes, entre las cuales, las principales fueron el “Estudio de Impacto Ambiental para la ampliación del Sistema Chingaza “ (BetaAmbiental U.T., 1999), el “Plan Indicativo de la Cuenca Alta del Río Blanco” (BetaAmbiental, 2002), y el “Estudio General de Suelos y Zonificación de Tierras” (IGAC, 2000). El resultado de este trabajo se ve reflejado en las coberturas temáticas tipo shapefile y en temas de grilla, que se presentan en las figuras A.3, y que se describen a continuación:. 1.3.1. GEOMORFOLOGÍA. La zona estudiada de la cuenca alta del Río Blanco, corresponde a la suma de las cuencas de las quebradas Cortadera, Peñas Blancas, Palacio, Buitrago, Piedras Gordas y La Horqueta, hasta los puntos de captación respectivos, denominados Pozo1, Pozo2, Pozo3 y Pozo4. En el Anexo 1, se presenta la descripción morfométrica de los cauces principales que conforman la red de drenaje De acuerdo con la delimitación de microcuencas y su hidrografía, la zona de estudio puede caracterizarse morfológicamente utilizando los parámetros que se presentan en las Tabla 1, Tabla 2 y que se describen a continuación: - Area de drenaje (A) - [km2]. Corresponde a mediciones sobre la delimitación de cuencas que se presenta en la Figura A.2. - Indice de Gravelius o coeficiente de compacidad (Kc). Relación entre el perímetro de la hoya y la longitud de la circunferencia de un círculo de área igual a la de la Hoya (Monsalve, 1995).. K c = 0.28 P. A. , donde A es el área de drenaje [km2] y P el perímetro de la hoya [km]. La cuenca Pozo2. tiene el coeficiente de compacidad más alto, lo cual está relacionado con su forma que es la más irregular de todas. - Factor de Forma (Kf). Relación entre el ancho medio y la longitud axial de la hoya. K f = B , donde B. L. es el ancho medio de hoya, el cual se obtiene de dividir el área por la longitud axial de la hoya.. Las cuencas Pozo1, 2 y 3 presentan valores similares de este parámetro, y más bajos que el de la cuenca Pozo 4, lo cual indica que la forma de las tres primeras favorece en menor grado las crecientes que la cuenca Pozo 4, en la cuenca Pozo 4 se esperan entonces menores tiempos de concentración que en una cuenca con igual área y factor de forma menor. - Densidad de drenaje (Dd)- [km/km2]. Relación entre la longitud total de los cursos de agua de la hoya (Lt) y su área total (A). La cuenca Pozo 4 presenta el valor más alto, relacionado con una condición excepcionalmente bien drenada. Tabla 1.. Parámetros Morfológicos.. 3.

(25) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. A [km2] 3.85 15.14 11.85 5.29 36.13. CUENCA POZO 1 POZO 2 POZO 3 POZO 4. Kc 1.32 1.48 1.19 1.08. P [km] 9.28 20.59 14.67 8.90. L [km] 3.74 6.99 5.64 2.65. B [km] 1.03 2.17 2.10 1.99. Kf 0.28 0.31 0.37 0.75. Lt [km] 6.65 28.30 22.28 19.29 76.52. Dd [km/km2] 1.73 1.87 1.88 3.65. - Orden de Horton de la Corriente (H). Orden de Horton de la corriente en su desembocadura. Figura A.2 - Relación de Bifurcación de Horton (RB). R B = - Relación de Longitud de Horton (RL). R L =. Tabla 2. CUENCA. H. POZO POZO POZO POZO. 2 3 3 4. 1 2 3 4. N1 3 19 19 31. Ni. Li +1. N i +1. Li. Ordenes de Corriente según Horton. #Corrientes N2 N3 N4 1 4 1 4 1 7 2 1. Long. Corrientes L1[km] L2[km] L3[km] L4[km] 5.02 1.46 16.91 5.71 5.27 16.06 4.52 1.60 12.53 3.50 2.30 0.66. R1 3.00 4.75 4.75 4.43. RB R2 R3 4.00 4.00 3.50 2.00. RL L1 L2 L3 0.29 0.34 0.92 0.28 0.35 0.28 0.66 0.29. En la Figura A.2. se presenta el sistema de ordenamiento de Horton de la red hídrica , el cual será utilizado posteriormente para hacer medidas de similaridad geométrica con la red generada por el modelo SWAT, utilizando los parámetros descritos anteriormente. - Pendientes de la cuenca. La distribución de pendientes del área de estudio se presenta en el mapa de pendientes de la Figura A.2. El origen de esta información es el modelo digital de terreno que se utilizó en la implementación de SWAT, el cual se generó a partir de curvas de nivel cada 25 metros. El análisis para la totalidad del área de estudio, indica una pendiente media aproximada de 13.5% (15°), máxima de 62.1% (69°). En la misma Figura A.2. se presenta la distribución y características de las pendientes de cada cuenca analizada independientemente, cuyos valores se resumen en la Tabla 3. Tabla 3.. Análisis de Pendientes. CUENCA. Pendiente Máxima. POZO 1 POZO 2 POZO 3 POZO 4. 66.6 ° 68.9 ° 63.1 ° 63.3 °. 59.9 % 62.0 % 56.8 % 57.0 %. Pendiente Promedio 17.9 ° 12.6 ° 14.8 ° 20.0 °. 16.1 % 11.4 % 13.3 % 18.0 %. Los rasgos morfológicos evidentes en el área están conformados básicamente por el arrastre de material como consecuencia de los procesos de remoción concentrados en deslizamientos, flujos de material principalmente hacia los cauces de las quebradas y evidencias del proceso de glaciación por la acumulación de depósitos de morrena. En la zona, su dinámica diferencial ha generado expresiones morfológicas como: a) Coluviones derivados de deslizamientos, los cuales se encuentran distribuidos irregularmente y sin estratificación, b) Coluviones traslocados por reptación y erosión, que se distribuyen de manera más homogénea en capas de poco espesor. Según BetaAmbiental (1999), la fisiografía de las cuatro cuencas estudiadas puede ser clasificada en el subgrupo Laderas de Circos y Artesas, como se presenta en la Figura A.3. Respecto a la conformación estructural de la zona, el área a nivel regional se presenta enmarcada por dos extensas estructuras definidas por el plegamiento del material. Dichos plegamientos corresponden al 4.

(26) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Anticlinal de Río Blanco y al Sinclinal de Palacio. La acción de estos pliegues generó a su vez la presencia de pliegues de menor envergadura y de estructuras invertidas que ocasionaron discordancia en la secuencia sedimentaria del área.. El Anticlinal de Río Blanco, atraviesa la cuenca del Río Blanco hacia su extremo noroccidental invirtiendo estratos pertenecientes a las formaciones Cáqueza y Guadalupe Inferior. El eje de esta estructura se encuentra aproximadamente sobre los 2800 m.s.n.m. Sus flancos presentan inclinaciones que varían entre 20 y 45°. Una de las0.oo-5.4(2 Unstanr eas0.oo-5.4(2 Une.4(Su)eas0.o0.la6.6( as0.oo7Tfor708 m70.°. Una(o)-424.2252 N. 5.

(27) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. CODIDEAM. TE. 3502708 3502726 3502727 3502702 3502728. LG LG LG LG LG. ESTACION. ELEV. 3503510. CO. CHINGAZA CAMPAMENTO. 3250. 3503511. CO. PRESA GOLILLAS-EL DEDAL(CHUZA). 3008. 2120642 3502038 3506041 3502039 2120128 3502040 3502049 2120199 2120200 3503032 3503033. CO PG PG PG PMT PG PMT PG PG PG PG. POZO 3 RINCON DEL OSO POZO 1 POZO 4 ORO PODRIDO POZO 2. PLANTA WIESNER LAGUNA MARRANOS LA CASCADA MUNDO NUEVO PALACIOS GUASCA PALACIOS EL ANGULO BLANCO SOCHA SIMAYA LOS GIGANTES COTA 3650 LOS GIGANTES COTA 3800. 2950 2962 2980 1300 3005. 2795 3090 2220 2400 3760 3500 3400 2750 2780 3650 3800. PARÁM. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. 93. 94. 95. 96. Caudal Caudal Caudal Caudal Caudal Tmax Tmed Tmin VelViento HR BS PtoRocío Tmax Tmed Tmin VelViento HR BS PtoRocío Precip Precip Precip Precip Precip Precip Precip Precip Precip Precip Precip. En la Figura A.4, se presenta la distribución geográfica de la red hidroclimatológica existente en la cuenca del Río Blanco, que en la actualidad es operada en su mayoría por la EAAB. Considerando algunas de estas estaciones, se describe la hidrología zonal de acuerdo a los siguientes temas: 1.3.2.1. PRECIPITACIÓN. Distribución Temporal. La zona se caracteriza por presentar un comportamiento monomodal, con una estación lluviosa muy importante en la mitad del año, con descensos al inicio y al final del ciclo anual. Este período lluvioso es reconocido entre los meses de abril a septiembre donde los registros históricos de dos estaciones de la zona coinciden en valores de precipitación medial mensual multianual máximos superiores a 250mm en el mes de julio, como se presenta en la Figura 2. Por otra parte, considerando los valores máximos mensuales, en la Figura 3 se observan valores máximos cercanos a 450mm en los meses de junio y julio. 300. Pmed [mm]. 250 200 150 100 50 0 ENE. FEB MAR ABR MAY. Laguna Marranos Palacios Angulo. JUN. JUL. La Cascada Palacios Guasca. AGO SEP OCT NOV. DIC. Mundo Nuevo. 6.

(28) UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Juan David Navarrete González IC-xx-xx-xx. Hidrología de Páramos. Modelación de la cuenca alta del Río Blanco. Es importante observar que los registros máximos superan considerablemente a los valores medios, especialmente en las estaciones ubicadas en la parte más alta de la cuenca.. 160 140. Pmin [mm]. 120. Por otra parte, los menores valores de precipitación se presentan durante los meses de diciembre y enero, tiempo en el que coinciden los descensos característicos de temperatura en las noches hasta menos de 0°C.. 100 80 60 40 20 0 ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Laguna Marranos Palacios Angulo. En la Figura 4, se observa para todas las estaciones, valores medios mensuales entre 0 y 10mm de precipitación.. La Cascada Palacios Guasca. Figura 4. Mensual. Distribución Espacial.. Mundo Nuevo. Precipitación. Mínima. La cuenca alta del Río Blanco recibe influencia climática de la vertiente este de la cordillera oriental, la cual registra un alto nivel de pluviosidad, mucho mayor al de la vertiente opuesta. El régimen pluviográfico de la zona, se encuentra influenciado por la circulación de las masas de aire, que al chocar contra la Cordillera Oriental dan lugar a precipitaciones localizadas sobre esta vertiente. De esta forma, la Cordillera Oriental conforma una barrera orográfica frente al desplazamiento de los vientos Alisios. La precipitación en la vertiente externa de la Cordillera Oriental, excede los 3000 mm/año. 1.3.2.2. TEMPERATURA.. La dinámica de la temperatura, presenta un comportamiento bimodal inverso al de la precipitación, donde las temperaturas más bajas están relacionadas con los períodos lluviosos; este proceso ocurre debido a que la presencia de nubes durante la temporada lluviosa actúa como barrera que impide la incidencia directa de los rayos solares. En las Figura 5, Figura 6 y Figura 7, se observan dos periodos máximos de temperatura que corresponden a la definición de la estación húmeda. Las estaciones Presa Golillas y Chingaza, presentan promedios mensuales multianuales de 9 y 9.7°C respectivamente, con diferencias máximas entre todos los valores mensuales y el promedio multianual, de 5.8 y 4.1°C. Esta situación es característica de regiones tropicales, donde la fluctuación de temperatura diaria es más relevante y está condicionada por el brillo solar, la dirección de los vientos y la nubosidad, factores que generan fenómenos de importancia socio-económica como las heladas. 14. 12. 12. 12. 10. 10. 10. 8. T [°C]. 16. 14. T [°C]. 16. 14. T [°C]. 16. 8. 8. 6. 6. 6. 4. 4. 4. 2. 2. 2. 0. 0. 0 ENE FEB MAR ABR. MAY JUN. T media. JUL. T max. AGO SEP OCT NOV DIC. T min. Figura 5. Temper atura. Estación Palacios Guasca. ENE FEB. MAR ABR. MAY JUN. T media. JUL. T max. AGO SEP OCT NOV DIC. T min. Figura 6. Temper atura. Estación Chingaza. ENE FEB MAR ABR. MAY JUN. T media. JUL. T max. AGO SEP OCT NOV DIC. T min. Figura 7. Temp eratura. Estación Presa Golillas. 7.

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