Estudio de crecientes y cálculo de niveles máximos en el Río Suaza en el cruce sobre la vía sustitutiva Pitalito Garzón Gigante del departamento del Huila

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(1)ESTUDIO DE CRECIENTES Y CÁLCULO DE NIVELES MÁXIMOS EN EL RÍO SUAZA EN EL CRUCE SOBRE LA VÍA SUSTITUTIVA PITALITO – GARZÓN – GIGANTE DEL DEPARTAMENTO DEL HUILA. CARLOS ANDRÉS CASTAÑEDA GUTIÉRREZ OSCAR NIXON ORTÍZ RODRÍGUEZ CESAR ANDRÉS VIVAS MEDINA. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS BOGOTÁ D.C – 2014.

(2) ESTUDIO DE CRECIENTES Y CÁLCULO DE NIVELES MÁXIMOS EN EL RÍO SUAZA EN EL CRUCE SOBRE LA VÍA SUSTITUTIVA PITALITO – GARZÓN – GIGANTE DEL DEPARTAMENTO DEL HUILA. CARLOS ANDRÉS CASTAÑEDA GUTIÉRREZ OSCAR NIXON ORTÍZ RODRÍGUEZ CESAR ANDRÉS VIVAS MEDINA. Trabajo de grado para obtener el título de especialista en Recursos Hídricos.. ASESOR: JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO INGENIERO CIVIL, MSC.. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS BOGOTÁ D.C – 2014.

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(4) Nota de aceptación. ______________________________________. ______________________________________. ______________________________________. ______________________________________ Presidente del Jurado. ______________________________________ Jurado. ______________________________________ Jurado. Bogotá D.C., Noviembre de 2014..

(5) DEDICATORIA. El presente trabajo va dedicado a nuestras familias y a nuestros hijos que con su paciencia han permitido desarrollarlo a cabalidad..

(6) AGRADECIMIENTOS. En primera medida un agradecimiento a Dios por permitirnos llegar a este punto cumbre de nuestras carreras profesionales y especiales agradecimientos al Ingeniero Jorge Alberto Valero Fandiño por sus orientaciones para el desarrollo en el presente trabajo de grado..

(7) TABLA DE CONTENIDO. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 17 GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO ................................................................... 18. 1 1.1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN ....................................................................................................... 18. 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................ 18. 1.2.1. Antecedentes del problema .................................................................................................... 18. 1.2.2. Pregunta de investigación ..................................................................................................... 19. 1.3. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................... 19. 1.4. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 20. 1.4.1. Objetivo general .................................................................................................................... 20. 1.4.2. Objetivos específicos ............................................................................................................. 20. 2. ANTECEDENTES ...................................................................................................................... 21. 3. MARCOS DE REFERENCIA .................................................................................................... 23 3.1. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................................... 23. 3.1.1. Modelo hidrológico ............................................................................................................... 24. 3.1.2. Variables y parámetros de modelación ................................................................................. 24. 3.2. MARCO GEOGRÁFICO ............................................................................................................... 27. 3.3. MARCO DEMOGRÁFICO ............................................................................................................ 28. 3.3.1. Municipio de Garzón (POT Municipio de Garzón, 2012) ..................................................... 28. 3.3.2. Municipio de Gigante (POT Municipio de Gigante, 2001) ................................................... 29. METODOLOGÍA........................................................................................................................ 31. 4 4.1. CONSULTA, REVISIÓN, EVALUACIÓN Y ADQUISICIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE ........................................................................................................................................................ 31. 4.2. CONSULTA DE ESTUDIOS PREVIOS Y/O INFORMACIÓN BASE REQUERIDOS............... 31. 4.3. CARACTERIZACIÓN MORFOMÉTRICA Y CLIMATOLÓGICA DE LA CUENCA DE. ESTUDIO. 5. ........................................................................................................................................................ 32. 4.4. MODELACIÓN HIDROLÓGICA ................................................................................................. 33. 4.5. MODELACIÓN HIDRÁULICA .................................................................................................... 35. 4.6. DESCRIPCIÓN DE LOS RESULTADOS ..................................................................................... 35 CLIMATOLOGÍA ...................................................................................................................... 36.

(8) 5.1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 36. 5.2. RED DE ESTACIONES HIDROCLIMATOLÓGICAS CONSULTADAS ................................... 36. 5.2.1 5.3. Densidad de Estaciones Hidroclimatológicas ....................................................................... 39. HOMOGENIZACIÓN DE PERÍODOS DE REGISTROS DE PARÁMETROS. HIDROCLIMATOLÓGICOS ................................................................................................................................ 41 5.3.1 5.4. Períodos de registro seleccionados ....................................................................................... 42. ESTACIONES EMPLEADAS EN LA CARACTERIZACIÓN CLIMATOLÓGICA DE LA ........................................................................................................................................................ 43. CUENCA. 5.4.1. Complementación de datos faltantes ..................................................................................... 43. 5.5. ISOYETAS PARA LA CUENCA DEL RÍO SUAZA .................................................................... 45. 5.6. PRECIPITACIÓN TOTAL A NIVEL MENSUAL Y ANUAL MULTIANUAL ........................... 47. 5.7. PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS A NIVEL MENSUAL Y ANUAL MULTIANUAL .. ........................................................................................................................................................ 49. 5.8. BRILLO SOLAR TOTAL MENSUAL Y ANUAL MULTIANUAL ............................................. 52. 5.9. EVAPORACIÓN TOTAL MENSUAL Y ANUAL MULTIANUAL............................................. 54. 5.10. HUMEDAD RELATIVA MEDIA MENSUAL Y ANUAL MULTIANUAL ........................... 55. 5.11. TEMPERATURA MEDIA MENSUAL Y ANUAL MULTIANUAL ....................................... 56. MORFOMETRÍA DE LA CUENCA .......................................................................................... 59. 6 6.1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 59. 6.2. ÁREA, LONGITUD, PERÍMETRO Y ANCHO ............................................................................ 59. 6.3. ORIENTACIÓN ............................................................................................................................. 61. 6.4. FACTOR DE FORMA (KF), COEFICIENTE DE COMPACIDAD E ÍNDICE DE. ALARGAMIENTO ................................................................................................................................................ 62 6.5. ELEVACIÓN .................................................................................................................................. 63. 6.6. PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA DEL RÍO SUAZA ......................................................... 63. 6.7. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN ................................................................................................. 65. 6.8. CAUCE DE ORDEN UNO ............................................................................................................. 66. 6.9. LONGITUD DE LOS CAUCES DE ORDEN UNO ....................................................................... 66. 6.10. ORDEN DE LOS CAUCES ....................................................................................................... 67. 6.11. DENSIDAD DE DRENAJE ....................................................................................................... 67. 6.12. COEFICIENTE DE TORRENCIALIDAD ................................................................................ 67. MODELO HIDROLÓGICO ....................................................................................................... 69. 7 7.1. GENERALIDADES DEL MODELO HIDROLÓGICO ................................................................. 69.

(9) 7.2. VARIABLES Y PARÁMETROS DE LA MODELACIÓN ........................................................... 70. 7.3. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO HIDROLÓGICO .............................................................. 75. 7.3.1. Datos de entrada del modelo en HEC-HMS .......................................................................... 75. 7.3.2. Características morfométricas de las cuencas. ..................................................................... 75. 7.3.3. Esquematización de las cuencas ............................................................................................ 77. 7.3.4. Usos del suelo ........................................................................................................................ 78. 7.3.5. Polígonos de Thiessen ........................................................................................................... 78. 7.3.6. Modelo meteorológico ........................................................................................................... 80. 7.4. RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN ......................................................................................... 86. 7.5. MODELACION HIDRÁULICA EN HEC HMS ............................................................................ 88. 7.6. COTA MÍNIMA RECOMENDADA DE PUENTE........................................................................ 94 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................... 95. 8 8.1. CLIMATOLOGÍA .......................................................................................................................... 95. 8.2. MORFOMETRÍA ........................................................................................................................... 96. 8.3. MODELO HIDROLÓGICO ........................................................................................................... 97. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 99 APÉNDICE ......................................................................................................................................... 101 ANEXOS ............................................................................................................................................. 102.

(10) LISTA DE FIGURAS. FIGURA 3-1. UBICACIÓN GENERAL DE LA CUENCA DEL RÍO SUAZA.............................................................................. 28 FIGURA 5-1. CUENCA RÍO SUAZA – DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LAS ESTACIONES HIDROCLIMATOLÓGICAS................ 39 FIGURA 5-2. CUENCA RÍO SUAZA – PERÍODO DE REGISTRO EN ESTACIONES MEDIDORAS DE PRECIPITACIÓN TOTAL A NIVEL MENSUAL MULTIANUAL ............................................................................................................................ 42. FIGURA 5-3. ISOYETAS A NIVEL ANUAL CUENCA RÍO SUAZA ........................................................................................ 46 FIGURA 6-1. UBICACIÓN GENERAL DE LAS SUBCUENCAS EN ESTUDIO DE LA CUENCA DEL RÍO SUAZA ......................... 60 FIGURA 6-2. CURVA HIPSOMÉTRICA DE LA CUENCA RÍO SUAZA ................................................................................... 65 FIGURA 7-1. COMPONENTES HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS UTILIZADOS POR HEC-HMS 4.0 PARA REPRESENTAR UNA CUENCA HIDROGRÁFICA. FUENTE. ADAPTADO DE HEC, 2000 ............................................................................ 70. FIGURA 7-2. SUELOS DE LAS SUBCUENCAS DEL RÍO SUAZA ......................................................................................... 73 FIGURA 7-3. CUENCA DEL RÍO SUAZA .......................................................................................................................... 76 FIGURA 7-4. ESQUEMA DE LA CUENCA DEL RÍO SUAZA................................................................................................ 78 FIGURA 7-5. POLÍGONOS DE THIESSEN EN LA ZONA DE ESTUDIO DE LA CUENCA DEL RÍO SUAZA ................................. 79 FIGURA 7-6. CURVA DE INTENSIDAD – DURACIÓN - FRECUENCIA ESTACIÓN LA JAGUA. ............................................. 83 FIGURA 7-7. HIETOGRAMA DE PRECIPITACIÓN PONDERADO CUENCA 1. ...................................................................... 86 FIGURA 7-8. RESULTADO DE LA MODELACIÓN EN EL PUNTO DE CRUCE SOBRE LA VÍA SUSTITUTIVA PITALITO – GARZÓN – GIGANTE ........................................................................................................................................... 87 FIGURA 7-9. HIDROGRAMA DE CAUDALES PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 100 AÑOS EN EL PUNTO DE CRUCE DE LA VÍA SUSTITUTIVA PITALITO – GARZÓN – GIGANTE ............................................................................................. 88. FIGURA 7-10. SECCIÓN TRANSVERSAL LEVANTADA EN EL PUNTO DE CRUCE DE LA VÍA SUSTITUTIVA PITALITO – GARZÓN – GIGANTE ........................................................................................................................................... 89 FIGURA 7-11. CURVA DE CALIBRACIÓN LÁMINA DE AGUA VS CAUDAL. ...................................................................... 92 FIGURA 7-12. RESULTADOS MODELACIÓN HIDRÁULICA EN HEC HMS. ....................................................................... 93 FIGURA 7-13. SECCIÓN TRANSVERSAL EN EL PUNTO DE CRUCE DE LA VÍA SUSTITUTIVA PITALITO – GARZÓN – GIGANTE Y NIVEL DEL AGUA PARA UN CAUDAL DE LOS 100 AÑOS. ..................................................................... 93.

(11) LISTA DE TABLAS. TABLA 5-1. ESTACIONES MEDIDORAS DE PARÁMETROS HIDROCLIMATOLÓGICOS EN LA CUENCA DEL RÍO SUAZA ....... 36 TABLA 5-2. ESTACIÓN CLIMATOLÓGICA ORDINARIA ALTAMIRA EL GRIFO – VALORES TOTALES DE BRILLO SOLAR COMPLETOS – PERÍODO 1977 – 2006................................................................................................................... 44. TABLA 5-3. PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL CUENCAS ANALIZADAS ........................................................................... 45 TABLA 5-4. PRECIPITACIÓN MEDIA MENSUAL Y ANUAL REGISTRADA EN LAS ESTACIONES REPRESENTATIVAS ............ 47 TABLA 5-5. PRECIPITACIÓN MEDIA MENSUAL Y ANUAL REGISTRADA EN LAS ESTACIONES REPRESENTATIVAS ............ 48 TABLA 5-6. PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS MENSUAL Y ANUAL REGISTRADA EN ESTACIONES REPRESENTATIVAS .............................................................................................................................................. 50. TABLA 5-7. PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS MENSUAL Y ANUAL REGISTRADA EN ESTACIONES REPRESENTATIVAS .............................................................................................................................................. 51. TABLA 5-8. BRILLO SOLAR MENSUAL Y ANUAL REGISTRADO EN ESTACIONES REPRESENTATIVAS ............................... 52 TABLA 5-9. EVAPORACIÓN MENSUAL Y ANUAL REGISTRADA EN ESTACIONES REPRESENTATIVAS ............................... 54 TABLA 5-10. HUMEDAD RELATIVA MENSUAL Y ANUAL EN REGISTRADA EN ESTACIONES REPRESENTATIVAS .............. 55 TABLA 5-11. TEMPERATURA MEDIA MENSUAL Y ANUAL REGISTRADA EN ESTACIONES REPRESENTATIVAS ................. 57 TABLA 6-1. ÁREA, LONGITUD, PERÍMETRO Y ANCHO DE LA CUENCA Y SUBCUENCAS EN ESTUDIO ............................... 60 TABLA 6-2. LONGITUD DE LOS CAUCES, FACTOR DE FORMA , COEFICIENTE DE COMPACIDAD E ÍNDICE DE ALARGAMIENTO DE LA CUENCA Y SUBCUENCAS EN ESTUDIO .............................................................................. 62. TABLA 6-3. ELEVACIONES Y PENDIENTE MEDIA DE LA CUENCA Y SUBCUENCAS EN ESTUDIO ...................................... 64 TABLA 6-4. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (MIN) DE LAS SUBCUENCAS EN ESTUDIO ...................................................... 65 TABLA 6-5. CAUCES DE ORDEN UNO (1), ORDEN DE LOS CAUCES, DENSIDAD DE DRENAJES Y COEFICIENTES DE TORRENCIALIDAD DE LA CUENCA Y SUBCUENCAS EN ESTUDIO ........................................................................... 68. TABLA 7-1. SUELOS DE LAS SUBCUENCAS DEL RÍO SUAZA ........................................................................................... 72 TABLA 7-2. CARACTERÍSTICAS GENERALES Y MORFOMÉTRICAS DE LAS SUBCUENCAS ................................................ 76 TABLA 7-3. CAUDALES MÁXIMOS ANUALES MULTIANUALES ESTACIÓN PUENTE GARCÉS ......................................... 80 TABLA 7-4. RÍO SUAZA - ESTACIÓN GUADALUPE. PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS ANUALES MULTIANUALES. CARACTERÍSTICAS ESTADÍSTICAS ....................................................................................................................... 80 TABLA 7-5. ESTACIÓN LA JAGUA. CURVAS INTENSIDAD - DURACIÓN – FRECUENCIA ................................................ 82 TABLA 7-6. CURVAS DE MASAS DE AGUACEROS PUNTUALES. ESTACIÓN GUADALUPE ................................................ 84 TABLA 7-7. HIETOGRAMAS DE PRECIPITACIÓN. ESTACIÓN GUADALUPE ..................................................................... 85 TABLA 7-8. RUGOSIDAD HIDRÁULICA DE MANNING EN CAUCES SEGÚN CHOW Y COWAN ........................................... 90 TABLA 7-9. RUGOSIDAD HIDRÁULICA DE MANNING ADOPTADA EN LA SECCIÓN TRANSVERSAL DEL RÍO SUAZA EN EL SITIO DE PONTEADERO ........................................................................................................................................ 91.

(12) TABLA 7-10. CÁLCULO DE LÁMINA DE AGUA EN LA SECCIÓN TRANSVERSAL EN EL SITIO DE PONTEADERO ................. 91.

(13) APÉNDICE. APÉNDICE A. CARACTERIZACIÓN CLIMATOLÓGICA APÉNDICE B. CURVAS HIPSOMETRICAS SUBCUENCAS RÍO SUAZA APÉNDICE C. MODELACIÓN HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA.

(14) ANEXOS. ANEXO A. SECCIÓN TRANSVERSAL RÍO SUAZA EN EL SITIO DE PUENTE ANEXO B. INFORMACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA SUMINISTRADA POR EL IDEAM.

(15) RESUMEN El presente trabajo de grado se basa en la estimación de las crecientes y niveles máximos del río Suaza en el sitio de cruce sobre la vía sustitutiva Gigante - Garzón - Pitalito departamento del Huila, enmarcándose dentro de la línea de Saneamiento de Comunidades.. Tales crecientes y niveles máximos se han asociado a diferentes períodos de recurrencia entre 2.33 y 100 años, y se han estimado mediante la utilización de modelos especializados como el Hidrograma Unitario de la Oficina de Conservación de Suelos de los Estados Unidos, junto con la aplicación de la ecuación para flujo permanente de Manning respectivamente; modelos que han sido combinados convenientemente de tal forma que ha sido posible emplear el paquete de cómputo de fácil y reconocida utilización actualmente que corresponde al programa HECHMS desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos, complementándose con el uso de la herramienta ArcGis reconocida en el campo de los Sistemas de Información Geográfica.. Lo anterior se llevó a cabo en aras de definir una cota mínima que debe tener la nueva estructura de puente en el mencionado sitio de cruce con la vía, no sin antes llevar a cabo una investigación de los datos hidroclimatológicos más relevantes existentes: caudales máximos instantáneos, precipitación, brillo solar total, evaporación total, humedad relativa media y temperatura media, todos a nivel mensual y anual multianual, necesarios para la caracterización climatológica de la cuenca del río Suaza, así como la caracterización morfométrica detallada de la misma.. Palabras clave: Suaza, Climatología, Morfometría, Crecientes, Niveles. 15.

(16) ABSTRACT The present work is based on the Suaza river estimates of maximum water levels and rising in the cross place under substitutive Gigante – Garzon - Pitalito way, Huila department, framing itself within the line of communities sanitation.. These maximum water levels have been associated with different reference periods of recurrence between 2.33 and 100 years, and they have been estimated though the use of specialized models, such as unitary hydrograph developed by soils conservation office of the United States, along with the application of the Manning equation for permanent flow. Models that have been combined with convenience in such a way that it has been possible employing a computer packet of now easy and recognized utilization,. that corresponds to HEC-HMS. program developed by the United States army corps of engineers complementing with the widely used information geographic system tool ARC GIS.. Foregoing it was made in order to define the minimum height ground that must have the new structure of bridge in the mentioned site of cross with the way, not before carry out research of the more relevant hydroclimatological data such as instantaneous maximum flows, rainfall, total solar bright, total evaporation, mean relative humidity and mean temperature, all to a month and annual/multiannual level, needed for the climatologic characterization of the Suaza river basin, as well as the morphometric characterization of the same basin.. Keywords: Suaza river, climatology, morphometry, rising, levels.. 16.

(17) INTRODUCCIÓN. Para este trabajo de grado “Estudio de crecientes y cálculo de niveles máximos en el río Suaza en el sitio de cruce sobre la vía sustitutiva Gigante - Garzón - Pitalito del departamento del Huila”, se llevó a cabo un análisis hidrológico para conocer los caudales y niveles para diferentes periodos de retorno y se estudiaron. los parámetros climatológicos como precipitación,. temperatura, brillo solar, evaporación y humedad relativa, los cuales afectan las características hidrológicas de la cuenca mencionada, aplicando todos los conocimientos vistos durante el desarrollo de los estudios de especialización.. Este informe consta: capítulo 1, generalidades del trabajo de grado; Capítulo 2, antecedentes; Capítulo 3, marco de referencia; Capítulo 4, metodología; Capítulo 5, climatología; Capítulo 6, morfometría de la cuenca; Capítulo 7, modelo hidrológico; Capítulo 8, conclusiones y recomendaciones; bibliografía; apéndices y anexos de este documento.. Este documento hace parte de los requisitos de la Universidad Católica de Colombia para otorgar el título de Especialista en Recursos Hídricos.. 17.

(18) 1. 1.1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN El proyecto está definido por la línea de investigación de Saneamiento de Comunidades,. ya que se tiene previsto utilizar modelos computacionales especializados que permitan el estudio de crecientes y cálculo de niveles máximos en el río Suaza en el sitio de cruce sobre la vía sustitutiva Gigante - Garzón - Pitalito del departamento del Huila.. 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.2.1 Antecedentes del problema. Debido a que parte de la vía existente entre los municipios de Garzón y Gigante del departamento del Huila, será inundada por el embalse del Proyecto Hidroeléctrico El Quimbo a comienzos del año 2015 y se perderá, nace la necesidad de construir una vía sustitutiva ubicada aguas arriba del mencionado embalse cruzando el río Suaza, y en consecuencia, es en este cruce donde se requiere de la construcción de un puente nuevo que permita la comunicación terrestre entre los municipios de Gigante y Garzón en el Departamento del Huila.. Por lo anterior el insumo básico para poder diseñar estructuralmente y construir el mencionado puente sobre el río, corresponde al estudio de hidrología de la cuenca hasta el sitio de cruce, estimando los caudales máximos de la corriente y el cálculo de los niveles máximos de agua con ayuda de una curva de calibración de una sección topobatimétrica del río Suaza en el sitio de ponteadero construida a partir de la ecuación de Manning para flujo uniforme, y de esta forma definir finalmente la cota a la cual el flujo de agua no sobrepasará la estructura.. 18.

(19) 1.2.2 Pregunta de investigación. ¿Cuál debe ser la cota mínima del puente para que la hidráulica de flujo del río Suaza no presente alteraciones ante eventos de crecientes para periodos de retorno entre 2.33 y 100 años?. 1.3. JUSTIFICACIÓN Como ya se mencionó, el proyecto está definido por la línea de investigación de. Saneamiento de Comunidades, ya que se tiene previsto utilizar modelos hidrológicos que permitan la estimación de crecientes y cálculo de niveles máximos en el río Suaza en el sitio de cruce sobre la vía sustitutiva Gigante - Garzón - Pitalito del departamento del Huila, Departamento del Huila con las herramientas suministradas a lo largo de los estudios de postgrado, para así determinar de la manera más veraz posible pero de manera conceptual, el diseño más adecuado a un costo considerable teniendo en cuenta que el Proyecto Hidroeléctrico El Quimbo es de gran magnitud e importancia para la comunidad.. Teniendo en cuenta la descripción del problema planteado, desarrollar el estudio es absolutamente necesario y viable debido a que los resultados que se obtengan son básicos para que otras especialidades puedan definir a futuro la geometría de la estructura de puente requerido y finalmente pueda mostrarse para un eventual diseño en caso de proyectar a una licitación la construcción del puente.. De manera directa los primeros beneficiados serán los proponentes del trabajo de grado que están desarrollando el proyecto, ya que se plasma en él, todas las herramientas aprendidas en las áreas de hidrología e hidráulica y con esto se podrá comparar con el diseño asignado en una licitación futura y se podrá afinar de manera detallada en un trabajo de consultoría con el tiempo y los especialistas que tengan la experiencia adecuada para el desarrollo de este tipo de mega obras. En segundo lugar se beneficiará la firma a quien se le adjudique el diseño total detallado de la estructura de puente. Finalmente se espera brindar un beneficio a la comunidad que requiere de la comunicación terrestre entre los municipios de Pitalito, Gigante y Garzón. 19.

(20) 1.4. OBJETIVOS. 1.4.1 Objetivo general. Realizar el estudio de crecientes y cálculo de niveles máximos en el río Suaza en el sitio del nuevo ponteadero sobre la vía sustitutiva Pitalito – Garzón – Gigante del departamento del Huila.. 1.4.2 Objetivos específicos. . Consultar, revisar, evaluar y adquirir la información hidroclimatológica existente en la cuenca del río Suaza. . Consultar estudios previos y/o información base que puedan tenerse en cuenta en el presente trabajo. . Caracterizar la cuenca del río Suaza estimando sus principales parámetros morfométricos hasta el sitio de análisis del nuevo puente.. . Llevar a cabo la caracterización climatológica de la cuenca del río Suaza.. . Efectuar la modelación Hidrológica mediante la utilización del programa HECHMS.. . Estimar los niveles máximos del río Suaza en el sitio del nuevo puente utilizando la herramienta computacional HEC-HMS.. 20.

(21) 2. ANTECEDENTES. Durante los últimos 10 años, la necesidad de progreso del país ha implicado desarrollar proyectos de ampliación vial y de desarrollo vial en las zonas donde éste no existe, así mismo otros mega proyectos como en este caso la construcción del Proyecto Hidroeléctrico El Quimbo en el departamento del Huila, ha implicado llevar a cabo nuevos proyectos que mitiguen su impacto.. El Proyecto Hidroeléctrico El Quimbo construido por Emgesa se encuentra localizado al sur del departamento del Huila en Colombia, entre las Cordilleras Central y Oriental, a 69 km aproximadamente al sur de la ciudad de Neiva por la carretera que de Neiva conduce a Gigante. Está localizado a unos 1.300 m aguas arriba de la confluencia del Río Páez con el Río Magdalena. Sus obras fueron oficialmente inauguradas el 25 de febrero de 2011 en presencia del Presidente Juan Manuel Santos.. La obra, según sus opositores, se construirá a costa de diversas alteraciones y cambios sociales, ambientales, económicos y culturales, a seis municipios: Gigante, El Agrado, Garzón, Tesalia, Altamira y Paicol; cubriendo un total de 8.586 hectáreas que serían inundadas. Además, el río Magdalena principal corriente hídrica del país, tendrá que ser desviado (Huila, 2012).. Durante el gobierno del ex presidente Álvaro Uribe, el Consejo Nacional de Política Económica y Social (COMPES), definió la construcción de varias hidroeléctricas en diferentes lugares del país y al mismo tiempo determinó el sistema de financiación y además, autorizó por tiempo indefinido a la empresa Emgesa, filial de la multinacional española-chilena Endesa, a presentar y construir su nuevo proyecto para la producción y abastecimiento de energía sobre el río Magdalena en el Huila, al sur del embalse de Betania (Emgesa Proyecto El Quimbo, 2012).. El Quimbo es el único proyecto hidroeléctrico en Colombia que tiene la naturaleza de ser unipropósito, es decir, solo para la generación de energía. El proyecto tendrá una capacidad 21.

(22) instalada de 400 MW, con la cual se estima que se puede lograr una generación media de energía de 2.216 GWh/año, con un embalse que tendrá un volumen útil de 1.824 hm3, lo que implica la inundación de predios cultivables en la actualidad y de vías existentes por encontrarse a cotas por debajo del nivel normal de operación del embalse.. En definitiva, este tipo de estudios de crecientes no solamente resultan de la aplicación de conceptos técnicos y modelaciones especializadas, sino que implica la necesidad de desarrollar criterios ingenieriles suficientes con elementos aprendidos para el desarrollo de diseños que hagan efectivas las estructuras por el bien de la comunidad.. 22.

(23) 3. MARCOS DE REFERENCIA. A continuación se presentan algunos aspectos de importancia para el estudio de crecientes y cálculo de niveles máximos en el río Suaza en el sitio de cruce sobre la vía sustitutiva Gigante - Garzón - Pitalito del departamento del Huila.. 3.1. MARCO CONCEPTUAL A continuación se enumeran los principales conceptos utilizados en este estudio, tomado. del libro de Hidrología Básica (Materón M. Hernán y Jiménez E. Henry, 1986) y se realiza una breve descripción del modelo hidrológico.. . Área, longitud, perímetro y ancho.. . Orientación. . Factor de Forma (Kf). . Coeficiente de compacidad (kc). . Índice de alargamiento (Ia). . Elevación. . Pendiente media. . Tiempo de concentración. . Orden de los cauces. . Longitud de los cauces de orden uno. . Densidad de drenaje (Dd). . Coeficiente de torrencialidad. . Caudal. 23.

(24) 3.1.1 Modelo hidrológico. Un modelo hidrológico es una herramienta que permite representar la realidad de una manera simplificada y que posee un valor predictivo útil para la utilización de los recursos hídricos; además sirve como orientación en la toma de decisiones para la solución de problemas que se puedan presentar en una zona determinada (US Army Corps of Engineers, 2010).. Dentro de los modelos de simulación hidrológica usados a nivel mundial, se encuentra el HEC-HMS 4.0 desarrollado por el Hydrologic Engineering Center (HEC) del United States Corps of Engineers, el cual ha diseñado los modelos hidráulicos e hidrológicos con mayor reconocimiento y aceptación internacional. El HEC-HMS (Hydrologic Model Sistem versión 4.0) fue diseñado para simular la escorrentía superficial de respuesta de una cuenca a la precipitación mediante la representación de la cuenca como un sistema interconectado de componentes hidrológicos e hidráulicos, cada uno de las cuales refleja un aspecto del proceso precipitación-escorrentía a partir de parámetros físicos e hidrológicos.. 3.1.2 Variables y parámetros de modelación La efectividad de la simulación de un proceso de lluvia-escorrentía depende fundamentalmente de la calidad de la información de entrada, tanto de la lluvia como de las características físicas de la cuenca o área de influencia. A pesar de las dificultadas de conseguir información de calidad, la tendencia en hidrología es al uso de estos modelos, específicamente por la capacidad para simular eventos que no han sido registrados históricamente, pero que son dependientes de parámetros físicos factibles de medir con la tecnología desarrollada en los sistemas de comunicación modernos. Esto los hace más robustos que los modelos estocásticos que dependen básicamente de la historia.. Un modelo que desarrolle la metodología SCS, establece básicamente cinco componentes de interés. A partir de la precipitación, se calcula las perdidas como función de la infiltración para obtener un hidrograma unitario, que luego mediante el rastreo hidrológico es llevado a 24.

(25) diferentes puntos de la cuenca para hacer cómputos generales de caudales. El modelo tiene además, un algoritmo matemático de optimización de los parámetros básicos, que permite hacer calibración del modelo sobre la cuenca.. A continuación se presentan los parámetros de precipitación, distribución espacial, distribución temporal, precipitación efectiva y pérdidas de precipitación e infiltración tomado del “Estudio de zonas de alto riesgo y diseño de obras de protección del río Cañaveralejo” (Departamento Administrativo de Gestión del Medio Ambiente - Dagma, 2001).. Precipitación: La Lluvia es parte fundamental en el sistema hidrológico, y su representación adecuada en los modelos de Precipitación - Escorrentía es muy importante, pero con frecuencia difícil. La variación temporal y espacial de la lluvia afecta directamente el comportamiento de la escorrentía, pues es el resultado directo una de otra. Los eventos de lluvia son medidos en estaciones localizadas estratégicamente, para luego ser generalizados en el área de influencia mediante promedios con métodos ampliamente conocidos. La lluvia puede obtenerse con procesos sencillos como promedios de series históricas, o con medidas a tiempo real que requiere técnicas de medición más sofisticadas.. Distribución espacial de la precipitación: Lo más común en la evaluación espacial de la lluvia, es promediar las medidas de pluviómetros a lo ancho y largo de la cuenca, ya sea por falta de tecnologías especiales para la medición directa e instantánea de eventos, por falta de recursos para el desarrollo e implementación de nuevas técnicas de medición o por desconocimiento de métodos estadísticos apropiados. Tres métodos de evaluación espacial de la lluvia se han usado con frecuencia: Promedio Aritmético de magnitudes de lluvia puntuales, Polígono de Thiessen y el Método de Isoyetas. Lo más apropiado para la aplicación de estos métodos sería una alta densidad de estaciones de lluvia en el área de influencia del proyecto.. Distribución temporal de la precipitación: Los eventos de lluvia que van a ser simulados deben ser distribuidos tanto espacialmente como en forma temporal. La distribución 25.

(26) temporal es expresada generalmente en forma gráfica o analítica mediante hietogramas. Para conseguir esta distribución se debe desarrollar un análisis estadístico que relacione el tiempo con los incrementos de lluvia. Se debe agrupar los eventos de acuerdo a la duración, pues las lluvias se distribuyen en forma diferente según sea su duración. Por esta razón no es lógico distribuir una lluvia de 24 horas con una distribución de duraciones pequeñas.. Precipitación Efectiva y Pérdidas de Precipitación: Se hace referencia con esto al destino del volumen de lluvia total; por un lado las pérdidas son agrupadas en los fenómenos como la infiltración, evapotranspiración, evaporación, almacenamiento en depresiones topográficas e Intercepciones. Por otro lado la lluvia efectiva, es aquella que se convierte en escorrentía directa.. Infiltración: Como parte componente de las pérdidas de precipitación, la infiltración es la cantidad de lluvia que llega al suelo, sobrepasa el estrato superficial, siguiendo caminos subterráneos más lentos para conformar en algún momento parte del flujo base. Este es un parámetro muy importante en la simulación de los modelos P-E, sirviendo de patrón para evaluar el resto de parámetros que componen las pérdidas de lluvia.. El software HEC-HMS basa el cálculo de pérdidas de lluvia en la infiltración, teniendo opciones como: pérdidas iníciales uniformes, en tiempo y espacio, perdidas no uniformes y en general la metodología del SCS. El método del SCS, tiene como parámetro principal Curve Number (CN), para el cálculo de las perdidas. Este parámetro es función del Tipo de Suelo, Tipo de cobertura de la superficie (Uso del suelo) y antecedentes hidrológicos.. De acuerdo con el método del SCS, se deben ajustar las características de la cuenca a los requerimientos, condiciones y clasificación básica del método, usando como referencia las definiciones y conceptos del documento "Computer Assisted Floodplain Hydrologic & Hydraulics" (Hoggan, 1989).. 26.

(27) La condición hidrológica está basada en la combinación de factores que afectan la infiltración y la escorrentía, incluyendo (a) densidad de áreas vegetales, (b) cantidad de años de la cubierta, (c) cantidad de pastos, (d) cantidad de cubierta residual sobre la superficie del suelo y (e) grado de rugosidad de la superficie.. 3.2. MARCO GEOGRÁFICO La estructura de paso propuesta (Puente) se localiza sobre el río Suaza y permite la. comunicación terrestre entre los municipios de Gigante – Garzón – Pitalito del departamento del Huila.. La cuenca del río Suaza se encuentra localizada al sur-oriente del departamento, en el flanco occidental de la cordillera oriental, con un área de 1423,7 km2, el río Suaza tiene una longitud aproximada de 74,9 km hasta desembocar en la margen derecha del río Grande de La Magdalena. La altura máxima de su límite hidrográfico es de 2800 msnm y su cota mínima es de 800 msnm, lo cual hace que se encuentren diferentes pisos térmicos que van desde cálido con temperaturas mayores a 24ºC hasta muy frío con temperaturas entre los 6ºC - 12ºC.. 27.

(28) Figura 3-1. Ubicación general de la cuenca del Río Suaza Fuente: Elaboración propia. 3.3. MARCO DEMOGRÁFICO El presente estudio del puente sobre el río Suaza, tiene influencia sobre la vía que. comunica los municipios de Pitalito, Garzón y Gigante del departamento del Huila.. 3.3.1 Municipio de Garzón (POT Municipio de Garzón, 2012). El censo de población y vivienda realizado por el Departamento Administrativo Nacional de Estadísticas (DANE) de 2005 y la información recopilada, indica que el Municipio de Garzón 28.

(29) tiene un población total de 80.509 habitantes de los cuales 41.795 (51.9%) son Hombres y 38.714 (48.1%) mujeres.. La principal actividad económica del municipio es la Agropecuaria. Se tiene como primer producto el café, que aporta el 49% del excedente empresarial agrícola, con un total de 9.095 has sembradas con variedades Caturra (6.502Has), Colombia (1.471Has), Castillo (975Has), Típica (147Has). Con 5.982 Cafeteros (Comite Café - Municipio de Garzón, 2012). Le siguen en su orden el plátano, el arroz, el maracuyá, la yuca y el cacao, entre otros. La producción agrícola abarca 173,58 km2, equivalentes al 29,46% del total de la superficie municipal.. El sector pecuario ocupa un segundo renglón en la economía del municipio especialmente en bovino de doble propósito (carne y leche), los porcinos y la avicultura de doble propósito (carne y Huevo). La piscicultura se centra en especies de mojarra roja, carpa espejo y cachama cultivados con el fin de mejorar el nivel de vida de la población rural (Pequeños productores) y a su vez incidir sobre la dieta alimentaria.. En general los sitios turísticos del municipio de Garzón están interconectados por una red vial, de las cuales la mayoría de las pavimentadas están en buen estado de conservación, pero las vías terciarias en regular y en mal estado.. 3.3.2 Municipio de Gigante (POT Municipio de Gigante, 2001). Según el Censo DANE 2005 el Municipio de Gigante cuenta con una población de 28.174 Habitantes, de los cuales 14.263, es decir, el 51% con hombres y 13.911, es decir el 49% son mujeres; de estos datos 14.317 personas viven en la zona urbana y 13.857 habitan en la zona rural.. La población del Municipio de Gigante está compuesta en su mayoría por niños y jóvenes de los cuales el mayor porcentaje se encuentra entre los 10 y 14 años de edad a diferencia de la 29.

(30) zona rural en donde el mayor porcentaje se encuentra entre los 0 y 7 años de edad. Por el contrario la minoría de los habitantes del municipio está integrada por adultos mayores con un porcentaje de 1.9%.. El municipio de Gigante, por ubicarse en la zona central del departamento del Huila, cuenta con una infraestructura vial, articulada con todo el sistema vial Andino que lo comunica y es paso obligado hacia países vecinos, departamentos, ciudades y regiones.. 30.

(31) 4. METODOLOGÍA. La metodología a emplear para el desarrollo del estudio de crecientes y cálculo de niveles se describe a continuación: 4.1. CONSULTA, REVISIÓN, EVALUACIÓN Y ADQUISICIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE En primera instancia se identificaron las estaciones hidroclimatológicas medidoras de. los parámetros climatológicos y de caudales de las corriente del río Suaza, que permit ieron caracterizar la hoya hidrográfica.. Una vez se identificaron las estaciones se procedió consultar los mencionados parámetros hidroclimatológicos históricos tales como: precipitación total, precipitación máxima en 24 horas, brillo solar, humedad relativa, evaporación, temperatura media y caudales máximos instantáneos de la corriente del río Suaza, todos a nivel mensual y anual multianual.. De las estaciones consultadas se descartaron aquellas cuya longitud de registros era muy corta o cuyos valores obtenidos se consideraron poco confiables, para lo cual se analizaron gráfica y visualmente los registros entre cada una de las estaciones. 4.2. CONSULTA. DE. ESTUDIOS. PREVIOS. Y/O. INFORMACIÓN. BASE. REQUERIDOS En relación con la información requerida de la cuenca se consultó la información de cobertura y uso del suelo.. Específicamente en el sitio de ponteadero, se procedió a obtener una sección transversal de la corriente del río Suaza en el sitio de puente, la cual es información básica 31.

(32) para desarrollar la estimación de los niveles máximos de agua asociados a diferentes períodos de retorno del río en estudio.. 4.3. CARACTERIZACIÓN. MORFOMÉTRICA. Y. CLIMATOLÓGICA. DE. LA. CUENCA DE ESTUDIO Posteriormente se llevó a cabo la caracterización morfométrica de la cuenca del río Suaza hasta el sitio de ponteadero. En esta caracterización se incluyó la estimación de los siguientes parámetros:. . Área de drenaje, longitud, perímetro y ancho de la cuenca.. . Orientación. . Factor de forma, coeficiente de compacidad e índice de alargamiento,. . Elevación. . Tiempo de concentración. . Cauce de orden uno. . Longitud de los cauces de orden uno. . Orden de cauce. . Densidad de drenaje. . Coeficiente de torrencialidad. En relación con la caracterización climatológica de la cuenca, se analizaron los parámetros de precipitación total, precipitación máxima en 24 horas, brillo solar, humedad relativa, evaporación, temperatura media y caudales máximos instantáneos para períodos mensuales y anuales multianuales.. El análisis climatológico realizado se puede resumir en los siguientes pasos:. 32.

(33) . Determinación de los períodos de registro homogéneos para cada parámetro hidroclimatológico.. . Complementación de los datos faltantes a nivel mensual de cada parámetro siguiendo la metodología aceptada por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM. Básicamente dicha metodología se basa en completar los datos faltantes con los valores medios mensuales multianuales.. . Construcción de los histogramas de cada parámetro a nivel mensual multianual y para el período de registro definido con antelación de acuerdo a su influencia espacial en la cuenca. Dicha influencia se definirá mediante el trazado de polígonos de Thiessen con la herramienta ArcGis.. 4.4. MODELACIÓN HIDROLÓGICA Debido a que en la corriente del río Suaza existe una estación medidora de caudales. aguas arriba del sitio de ponteadero, en primer lugar se llevó a cabo un análisis de frecuencias para determinar el valor de caudal máximo instantáneo asociado a diferentes períodos de registros desde 2.33 a 100 años. En el análisis de frecuencias se ajustar on los registros históricos a diferentes distribuciones de probabilidad con el fin de ajustar las técnicas estadísticas convencionales.. Estos caudales resultantes se tomaron como los caudales base para los hidrogramas de crecientes que produce la porción de cuenca entre el sitio de la estación medidora de caudales y el sitio de ponteadero.. La estimación de los hidrogramas de creciente asociados a diferentes períodos de retorno se llevó a cabo para la porción de cuenca entre la estación medidora de caudales en el río Suaza y el sitio de puente. Tales hidrogramas se calcularon a partir del Método del Hidrograma Unitario de la Oficina de Conservación de Suelos (Ven Te Chow, Hidrología aplicada, 1994) de los Estados Unidos de América empleando el paquete de cómputo HEC33.

(34) HMS o Sistema de Modelación Hidrológica desarrollado por el Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos junto con la herramienta de información geográfica ArcGis.. El modelo hidrológico desarrollado, requirió también las tormentas de diseño asociadas a diferentes períodos de retorno, que se calcularon con base a las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia o IDF representativas de la cuenca en estudio dependiendo de las estaciones existentes y de los registros de lluvia máxima en 24 horas utilizando las curvas regionalizadas de Intensidad – Duración – Frecuencia regionalizadas para Colombia (Vargas & Díaz Granados, 1998).. Obtenidas las curvas de Intensidad – Duración – Frecuencia, se estimaron los hietogramas de lluvia organizados por el método del bloque alterno para dar una secuencia más crítica al aguacero de diseño. Sin embargo estos hietogramas son de tipo puntual y s olo se aplicaron a la cuenca en estudio una vez se conoció la influencia y representatividad de las estaciones medidoras de lluvia sobre la misma la cual se definió mediante el trazado de polígonos de Thiessen con la herramienta ArcGis aplicando un factor de reducción que tiene en cuenta la espacialidad de las tormentas en las cuencas. Dicho factor de reducción se estimó a través de la ecuación de Fhrüling, expresión muy recomendada por la literatura especializada.. Junto con los hietogramas de lluvia aplicados a la porción de cuenca del río Suaza y todos los demás parámetros que se requirieron dentro del modelo hidrológico, se obtuvieron los hidrogramas de creciente representativos y en general de la obtención del caudal pico o máximo instantáneo definitivo de toda la cuenca que sirvió como dato de entrada para estimar los niveles máximos del río Suaza en el sitio de puente.. 34.

(35) 4.5. MODELACIÓN HIDRÁULICA La estimación de los niveles máximos del río Suaza se llevó a cabo mediante el uso de. la herramienta computacional HEC-HMS, en vista a que la información de batimetría se encontró muy limitada, y solamente fue posible obtener una sección topobatimétrica en el sitio de interés donde se ubicaría el puente, lo cual permitió desarrollar un modelo hidráulico muy restringido, con el cual se calcularon los respectivos niveles máximos asociados a períodos de retorno entre 2.33 y 100 años, estimando previamente una curva de calibración de la sección obtenida a través de la ecuación para flujo permanente de Manning, la cual relaciona el caudal, el área mojada de la sección, su radio hidráulico, así como el coeficiente de rugosidad del lecho, este último determinado por tablas pues tampoco fue posible su obtención directa de campo para mayor precisión.. Así las cosas, para efectos de la estimación de los niveles máximos, como se ha mencionado, se tiene una sección transversal levantada topográficamente en el sitio de puente (ver Anexo No. A).. 4.6. DESCRIPCIÓN DE LOS RESULTADOS Finalmente todos los análisis y resultados obtenidos en los pasos ya descritos,. quedaron resumidos y especificados de la mejor manera posible a continuación en el presente trabajo de grado, donde además se incluyen las tablas y figuras de la cuenca en estudio.. 35.

(36) 5. 5.1. CLIMATOLOGÍA. INTRODUCCIÓN A continuación se realiza una caracterización climatológica de la cuenca del río Suaza. hasta el sitio donde se ubicará la estructura de puente. Para esto ha sido necesaria una investigación de los registros climatológicos medidos en las diferentes estaciones existentes y con influencia en la cuenca en estudio. Dicha información fue consultada y obtenida en el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia, IDEAM.. 5.2. RED DE ESTACIONES HIDROCLIMATOLÓGICAS CONSULTADAS El análisis del clima como factor de gran incidencia en los eventos hidrológicos se realizó. a partir de la información climática disponible en las estaciones que conforman la red del IDEAM. En general se consultaron cuatro (4) estaciones climatológicas, doce (12) estaciones pluviométricas y una (1) limnigráfica, localizadas en zona de influencia de la cuenca del río Suaza dentro y fuera de la misma, para un total de diecisiete (17) estaciones.. La información general de las estaciones hidroclimatológicas consultadas y la información de los parámetros que se miden en ellas consultada se presenta a continuación en la Tabla 5-1, mientras que en la Figura 5-1 incluye la ubicación espacial de las mismas.. Tabla 5-1. Estaciones medidoras de parámetros hidroclimatológicos en la Cuenca del río Suaza NOMBRE ESTACIÓN. TIPO CÓDIGO. PARÁMETROS CLIMATOLÓGICOS OBTENIDOS BRILLO SOLAR TOTAL MENSUAL EVAPORACIÓN TOTAL MENSUAL. ALTAMIRA EL GRIFO. GUADALUPE. CO. PM. 2102502. 2103005. HUMEDAD RELATIVA MEDIA MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL TEMPERATURA MEDIA MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS. 36. PERÍODO DE REGISTRO 1976 - 2006 1971 - 1978, 1980 - 1985 y 2006 1971 - 2006 1961 - 2006 1971 - 2008 1960 - 1961, 1964 - 2006.

(37) Tabla 5-1. Estaciones medidoras de parámetros hidroclimatológicos en la Cuenca del río Suaza NOMBRE ESTACIÓN. SAN ADOLFO. ACEVEDO. LA JAGUA. TIPO CÓDIGO. PM. PM. PM. SAN ANTONIO DEL PE. PM. RESINA. CO. PALESTINA. INSFOPAL. EL TABOR. PM. PM. PM. 2103006. 2103008. 2103009. 21030011. 2103502. 2101010. 2101011. 2101018. PARÁMETROS CLIMATOLÓGICOS OBTENIDOS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL BRILLO SOLAR TOTAL MENSUAL EVAPORACIÓN TOTAL MENSUAL HUMEDAD RELATIVA MEDIA MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL TEMPERATURA MEDIA MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL BRILLO SOLAR TOTAL MENSUAL EVAPORACIÓN TOTAL MENSUAL. SEVILLA. TARQUI. CO. PM. 2101502. 2104005. TRES ESQUINAS. PM. 2104006. LA PITA. PM. 2106004. HUMEDAD RELATIVA MEDIA MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL TEMPERATURA MEDIA MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS. 37. PERÍODO DE REGISTRO 1960 - 2007 1964, 1966 - 1995 1964, 1966 - 2008 1971 - 1995 1971 - 2006 1971 - 1995 1971 - 2011 1980 - 1990, 1992 - 1995 1980 - 1990, 1992 - 2011 1973 - 1975, 1977 - 2006 1971 - 2006 1971 - 2006 1971 - 2007 1971 - 2007 1971 - 2006 1971 - 1995 1971 - 1995 1971 - 1995 1961 - 1995 1980 - 1985, 1989 - 1995 1980 - 1985, 1989 - 1995 1975, 1977 - 2006 1971 - 1975, 1977 - 1992, 1995 - 2006 1971 - 2006 1971 - 2007 1971 - 2006 1971 - 2006 1980 - 1995 1980 - 1995 1980 - 1995 1980 - 2011 1958 - 1995.

(38) Tabla 5-1. Estaciones medidoras de parámetros hidroclimatológicos en la Cuenca del río Suaza NOMBRE ESTACIÓN. GARZÓN. EL LIBANO PUENTE GARCÉS. TIPO CÓDIGO. PM. CO LG. 2106008. 2103504 2103701. PARÁMETROS CLIMATOLÓGICOS OBTENIDOS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL PRECIPITACIÓN MÁXIMA 24 HORAS MENSUAL PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL. PERÍODO DE REGISTRO. CAUDALES MÁXIMOS MENSUALES. 1964 - 2000, 2003 - 2009. 1958 - 2011 1971 - 1995 1971 - 2011 1986 - 2007 1987 - 2007. Nota: (CO) Climatológica Ordinaria, (PM) Pluviométrica y (LG) Limnigráfica.. Nótese a continuación en la Figura 5-1, que la gran cuenca del río Suaza hasta el sitio de interés, se encuentra dividida en dos porciones: una primera porción de cuenca hasta la ubicación de la estación limnigráfica Puente Garcés y la segunda porción de cuenca desde dicha estación hasta el sitio de ubicación del puente.. 38.

(39) Figura 5-1. Cuenca río Suaza – Distribución espacial de las estaciones hidroclimatológicas Fuente: Elaboración propia Todos los registros hidroclimatológicos suministrados por el IDEAM para efectos de los análisis de este trabajo por cada una de las estaciones investigadas se encuentran en el Anexo B.. 5.2.1 Densidad de Estaciones Hidroclimatológicas. En relación con la densidad de estaciones medidoras de precipitación, el World Meteorological Organization (World Meteorological Organization, 1994) , en zonas de montaña como la acá estudiada, se requiere como mínimo de una estación pluviométrica por cada 250 39.

(40) km2. Dentro de la cuenca del río Suaza cuya superficie total se estima en 1423.7 km 2 se encuentran las estaciones pluviométricas San Adolfo, Acevedo, Guadalupe y San Antonio del Pe, es decir una densidad de una estación pluviométrica por cada 355.9 km2, por lo que estaría haciendo falta una estación adicional dentro de la cuenca para cumplir estrictamente con el requerimiento de la WMO.. Pese a lo anterior, si se observa la Figura 5-1 hacia aguas abajo del cierre de la cuenca, se localiza muy cerca la estación pluviométrica La Jagua que resulta muy representativa de la parte baja de la hoya hidrográfica y por tanto podría considerarse eventualmente que la densidad de estaciones sería adecuada, pero debe llamarse la atención que la mayor concentración de este tipo de estaciones se encuentra precisamente hacia esa parte más baja de la cuenca, mientras que hacia la parte alta la distribución de estaciones es más escasa por tanto si se considera recomendable instalar una estación pluviométrica adicional en esta zona alta de la hoya.. Ahora en relación con la densidad de estaciones climatológicas la WMO, recomienda tener un mínimo de una estación climatológica por cada 50.000 km2, requisito que se cumple a cabalidad en este caso dado que se tienen las estaciones climatológicas El Líbano, Resina y Altamira El Grifo.. Finalmente entre las estaciones hidrométricas la WMO, recomienda una densidad de una estación por cada 50.000 km2, condición que se cumple para la cuenca del río Suaza ya que se cuenta, según la información consultada, con al menos dos estaciones hidrométricas: la estación limnigráfica San Marcos hacia la parte media de la cuenca y que no fue tenida en cuenta en el presente trabajo y la estación limnigráfica Puente Garcés, esta última sí tenida en cuenta por encontrarse más hacia aguas abajo que la anterior y en consecuencia más cerca de la zona de cierre de la cuenca donde se requiere estimar los caudales y niveles máximos instantáneos del río a nivel anual.. 40.

(41) 5.3. HOMOGENIZACIÓN DE PERÍODOS DE REGISTROS DE PARÁMETROS HIDROCLIMATOLÓGICOS Como pudo observarse previamente en la Tabla 5-1, los parámetros hidroclimatológicos. obtenidos de las diferentes estaciones presentan diferentes períodos de registro, los cuales deberán unificarse y homogenizarse a un mismo período. Este procedimiento puede además evidenciar la posibilidad de descartar estaciones con muy pocos registros que resultan en general poco confiables para cualquier análisis. El proceso de homogenización se llevó a cabo de manera gráfica, ubicando para cada uno de los parámetros hidroclimatológicos sus correspondientes estaciones medidoras y por medio de un diagrama de barras se incluye el período de registro existente. Este proceso gráfico se llevó a cabo para los siguientes parámetros hidroclimatológicos: precipitación total, precipitación máxima en 24 horas, brillo solar total, evaporación total, humedad relativa media y temperatura media a nivel mensual y anual multianual. Para el parámetro de caudales máximos instantáneos no se aplica este procedimiento debido a que solo se consultó una única estación que mide este parámetro.. A manera de ejemplo a continuación en la Figura 5-2 se puede observar el diagrama con los períodos de registro para el parámetro de precipitación total mensual y anual multianual de las diferentes estaciones consultadas; sin embargo todos los diagramas construidos con los períodos de registros consultados y sus correspondientes estaciones medidoras se pueden observar en el Apéndice A.. 41.

(42) Figura 5-2. Cuenca río Suaza – Período de registro en estaciones medidoras de precipitación total a nivel mensual multianual. 5.3.1 Períodos de registro seleccionados. Obtenidos los diferentes diagramas para cada uno de los parámetros climatológicos enunciados previamente en el numeral anterior y sus correspondientes estaciones medidoras de dicho parámetro, se procedió a escoger los períodos de registro correspondientes definiéndose los siguientes:. Para la precipitación total mensual y la precipitación máxima en 24 horas, el período de registro se definió desde 1980 hasta 1995. Para los registros de brillo solar se adoptó el período de análisis desde 1977 a 2006. En el caso de la evaporación el período va desde 1977 a 1992.. 42.

(43) Los registros de humedad relativa se han definido para el período 1971 – 2006, mientras que para el caso de la temperatura media mensual dicho período resultó desde 1971 a 2004.. 5.4. ESTACIONES EMPLEADAS EN LA CARACTERIZACIÓN CLIMATOLÓGICA DE LA CUENCA Una vez homogenizados los períodos de registro para todas las estaciones medidoras de. cierto parámetro hidroclimatológico, como ya se mencionó, es posible que algunas de las estaciones consultadas no puedan ser usadas debido primero a la carencia de suficientes registros dentro del período adoptado o porque el período de medición de los datos en la estación no se encuentra total o parcialmente dentro del período adoptado y en consecuencia debe descartarse.. Así las cosas por ejemplo para el caso de la precipitación total se han descartado tres estaciones de las dieciséis que miden este parámetro así: pluviométricas San Antonio del Pe y El Tabor así como la climatológica ordinaria El Líbano. Algo similar ocurre para el parámetro de precipitación máxima en 24 horas donde se descartaron tres de las quince estaciones medidoras de este parámetro así: climatológicas ordinarias Altamira El Grifo y El Líbano así como la estación pluviométrica El Tabor.. Finamente para el caso de la evaporación total, se descartó la estación Altamira del Grifo de las tres estaciones medidoras de este parámetro, mientras que para los parámetros climatológicos restantes: brillo solar, humedad relativa y temperatura media no fue necesario descartar ninguna estación medidora.. 5.4.1 Complementación de datos faltantes. Una vez definidos los períodos de registro homogéneos por parámetro climatológico y determinadas las estaciones finalmente a utilizar, se ha procedido a completar aquellos registros a nivel mensual que no fueron medidos o que no se encuentran en el reporte original del IDEAM.. 43.

(44) El proceso de completar los datos faltantes a nivel mensual se realizó de acuerdo a la metodología recomendada por el IDEAM que se basa en completar con el valor promedio mensual multianual. Este ejercicio se llevó a cabo para todos los registros hidroclimatológicos en cada una de las estaciones y para el período de registro homogéneo previamente definido. A manera de ejemplo a continuación en la Tabla 5-2 se incluye la matriz de datos de brillo solar total mensual resaltando los valores que fueron completados con el valor promedio mensual multianual. Tabla 5-2. Estación climatológica ordinaria Altamira El Grifo – Valores totales de brillo solar completos – Período 1977 – 2006 AÑO. ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE. VR ANUAL. 1977. 196.7. 119.1. 130.7. 105.6. 134.9. 90.8. 148.5. 130.4. 101.1. 143.9. 145.0. 168.5. 1615.2. 1978. 144.3. 126.3. 129.2. 114.8. 137.2. 131.2. 167.3. 118.6. 156.6. 170.7. 145.0. 159.6. 1700.8. 1979. 165.0. 128.5. 119.0. 117.9. 114.2. 104.8. 128.6. 95.6. 131.0. 143.9. 145.0. 168.5. 1562.0. 1980. 165.0. 128.5. 119.0. 108.8. 138.3. 129.5. 128.6. 116.0. 136.2. 145.9. 169.9. 156.4. 1642.1. 1981. 208.2. 131.0. 159.3. 141.9. 168.3. 141.6. 126.0. 144.3. 140.0. 171.9. 162.4. 162.9. 1857.8. 1982. 194.1. 142.9. 141.1. 130.6. 151.8. 169.3. 121.2. 131.0. 111.0. 142.6. 146.0. 169.3. 1750.9. 1983. 159.2. 171.7. 41.3. 111.3. 161.2. 160.9. 139.2. 135.5. 149.1. 120.2. 153.9. 151.2. 1654.7. 1984. 141.4. 116.5. 129.6. 111.1. 159.0. 130.5. 138.1. 145.4. 115.9. 141.5. 133.9. 202.2. 1665.1. 1985. 180.6. 131.2. 122.9. 125.0. 147.3. 101.3. 127.2. 65.3. 128.7. 143.9. 166.2. 181.9. 1621.5. 1986. 129.9. 101.5. 96.5. 140.6. 177.0. 118.6. 119.0. 148.3. 101.4. 123.2. 146.2. 192.0. 1594.2. 1987. 167.5. 123.6. 133.3. 137.5. 154.3. 118.4. 136.7. 118.4. 164.6. 132.2. 148.4. 198.2. 1733.1. 1988. 171.5. 128.4. 170.3. 91.0. 127.0. 143.0. 91.7. 140.2. 142.7. 145.2. 121.4. 171.4. 1643.8. 1989. 155.2. 101.8. 136.3. 94.9. 122.2. 125.1. 142.8. 143.1. 136.9. 162.0. 156.4. 186.0. 1662.7. 1990. 159.4. 91.0. 118.8. 93.9. 99.9. 126.3. 124.9. 117.2. 113.7. 130.6. 121.2. 139.6. 1436.5. 1991. 177.7. 142.2. 122.1. 117.9. 126.0. 121.7. 69.1. 71.2. 105.7. 147.5. 136.5. 170.3. 1507.9. 1992. 171.0. 135.3. 119.0. 117.9. 141.5. 135.6. 106.3. 130.9. 137.3. 147.6. 147.9. 145.9. 1636.2. 1993. 167.5. 139.9. 109.2. 127.3. 153.8. 102.8. 154.8. 156.5. 135.9. 146.7. 128.1. 176.8. 1699.3. 1994. 168.5. 126.8. 88.1. 112.2. 137.7. 141.7. 101.9. 50.7. 110.4. 143.7. 130.7. 179.7. 1492.1. 1995. 175.6. 128.5. 119.0. 117.9. 134.5. 129.5. 128.6. 130.4. 128.7. 143.9. 145.0. 168.5. 1650.0. 1996. 136.9. 87.7. 83.1. 128.6. 131.4. 103.2. 139.2. 140.9. 119.7. 146.1. 158.9. 165.7. 1541.4. 1997. 127.6. 139.4. 154.4. 109.3. 105.2. 156.9. 119.4. 150.2. 143.4. 156.6. 112.9. 171.4. 1646.7. 1998. 154.8. 136.7. 99.9. 122.3. 114.9. 128.6. 94.2. 165.3. 149.1. 143.1. 135.4. 163.9. 1608.2. 1999. 129.6. 100.5. 115.3. 103.1. 128.1. 146.4. 145.4. 156.8. 127.4. 122.8. 155.2. 149.8. 1580.4. 2000. 164.6. 137.0. 114.4. 104.7. 91.7. 165.3. 156.1. 154.0. 133.0. 123.2. 142.1. 158.8. 1644.9. 2001. 173.9. 132.2. 114.5. 144.9. 136.8. 135.8. 106.3. 138.1. 127.8. 167.1. 136.9. 161.2. 1675.5. 2002. 167.1. 124.3. 126.3. 121.1. 101.8. 94.7. 138.7. 130.4. 128.7. 132.9. 139.6. 176.9. 1582.5. 2003. 176.3. 106.4. 99.4. 110.6. 141.0. 142.5. 121.1. 150.8. 109.4. 156.4. 169.8. 153.7. 1637.4. 2004. 194.5. 183.5. 141.2. 130.9. 115.5. 140.5. 153.5. 147.9. 126.9. 142.9. 131.2. 164.9. 1773.4. 44.

(45) Tabla 5-2. Estación climatológica ordinaria Altamira El Grifo – Valores totales de brillo solar completos – Período 1977 – 2006 AÑO. ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE. VR ANUAL. 2005. 182.2. 145.1. 111.2. 116.7. 135.5. 138.6. 152.8. 157.7. 120.3. 134.6. 175.0. 170.4. 1740.1. 2006. 145.2. 147.0. 105.2. 126.3. 146.7. 110.2. 129.9. 130.4. 128.7. 143.9. 145.0. 168.5. 1627.0. MEDIO. 165.0. 128.5. 119.0. 117.9. 134.5. 129.5. 128.6. 130.4. 128.7. 143.9. 145.0. 168.5. 1639.4. MAXIMO. 208.2. 183.5. 170.3. 144.9. 177.0. 169.3. 167.3. 165.3. 164.6. 171.9. 175.0. 202.2. 208.2. MINIMO. 127.6. 87.7. 41.3. 91.0. 91.7. 90.8. 69.1. 50.7. 101.1. 120.2. 112.9. 139.6. 41.3. Todas las tablas adicionales donde se realizó la complementación de los datos faltantes en cada estación y por cada parámetro hidroclimatológico se pueden observar en el Apéndice A.. 5.5. ISOYETAS PARA LA CUENCA DEL RÍO SUAZA Para efectos de estimar las isolíneas de precipitación (isoyetas), se procedió a realizar la. interpolación correspondiente mediante la ayuda del programa ArcGis, conocidos los valores totales de precipitación a nivel anual en las diferentes estaciones medidoras de lluvia definidas como representativas de la zona.. El análisis de interpolación de isoyetas llevado a cabo permitió obtener la precipitación media anual tanto para la cuenca del río Suaza hasta el sitio de localización de la estación limnigráfica Puente Garcés, como para la cuenca desde dicha estación hasta el sitio de cierre así como para toda la cuenca en general del río Suaza, resultando respectivamente precipitaciones de 1704 mm, 1509 mm y 1645 mm. Los resultados obtenidos se pueden observar a continuación en la Tabla 5-3 y gráficamente las isoyetas obtenidas se presentan en la Figura 5-3.. Tabla 5-3. Precipitación Media Anual Cuencas Analizadas Cuenca. Precipitación Media Anual (mm). Cuenca hasta Estación Puente Garcés. 1704. 45.

(46) Tabla 5-3. Precipitación Media Anual Cuencas Analizadas Cuenca. Precipitación Media Anual (mm). Cuenca desde Estación hasta Sitio de Cierre. 1509. Cuenca Total. 1645. Figura 5-3. Isoyetas a nivel anual cuenca río Suaza Fuente: Elaboración propia.. 46.