Capítulo 5 Sección 1 Hidrología

PLAN DE ORDENACIÓN Y MANEJO DE LA MICROCUENCA DE LA QUEBRADA EL HATO

DEL MUNICIPIO DE BELLO

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TOMO I

DIAGNOSTICO

CCAAPPÍÍTTUULLOO 55..

SSUUBBSSIISSTTEEMMAA FFÍÍSSIICCOO

SSEECCCCIIÓÓNN 11

RREECCUURRSSOO AAGGUUAA:: CCLLIIMMAATTOOLLOOGGÍÍAA,, HHIIDDRROOLLOOGGÍÍAA,, HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA,, UUSSOOSS DDEELL AAGGUUAA



Capítulo 5 Sección 1-2

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CONTENIDO CAPITULO 5 SECCIÓN 1

pág.

11.. AANNÁÁLLIISSIISS DDEE LLOOSS NNIIVVEELLEESS DDEE IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN PPRRIIMMAARRIIAA YY SSEECCUUNNDDAARRIIAA ............ 44

22.. MMOORRFFOOMMEETTRRÍÍAA.................................................................................................................................................................................................................. 55

33.. MMOODDEELLOO DDIIGGIITTAALL DDEELL TTEERRRREENNOO...................................................................................................................................................... 99

44.. CCLLIIMMAATTOOLLOOGGÍÍAA ............................................................................................................................................................................................................ 1133

4.1. METODOLOGÍA................................................................................................... 13

4.1.1 Búsqueda de información ................................................................................. 13

4.1.2 Precipitación..................................................................................................... 13

4.1.3 Temperatura..................................................................................................... 14

4.1.4 Humedad relativa y brillo solar.......................................................................... 14

4.1.5 Evapotranspiración real .................................................................................... 14

4.2. RESULTADOS..................................................................................................... 15

4.2.1 Precipitación..................................................................................................... 15

4.2.2 Temperatura..................................................................................................... 25

4.2.3 Humedad relativa ............................................................................................. 26

4.2.4 Brillo solar......................................................................................................... 29

4.2.5 Evapotranspiración real .................................................................................... 31

55.. HHIIDDRROOLLOOGGÍÍAA.. EESSTTIIMMAACCIIÓÓNN DDEE CCAAUUDDAALLEESS ................................................................................................................ 3355

5.1. CAUDALES MEDIOS........................................................................................... 35

5.1.1 Metodología...................................................................................................... 35

5.1.2 Resultados ....................................................................................................... 36

5.2. CAUDALES MÍNIMOS PARA DIFERENTES PERÍODOS DE RETORNO ........... 41

5.2.1 Metodología...................................................................................................... 41

5.2.2 Resultados ....................................................................................................... 44

5.3. CAUDALES ECOLÓGICOS ................................................................................. 46

5.3.1 Metodología...................................................................................................... 46

5.3.2 Resultados ....................................................................................................... 49

5.4. CAUDALES MÁXIMOS ........................................................................................ 53

5.4.1 Metodología...................................................................................................... 53




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5.4.2 Resultados ....................................................................................................... 60

5.5. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 65

66.. VVAARRIIAABBLLEE HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA ................................................................................................................................................................................ 6677

6.1. MODELACIÓN HIDRÁULICA............................................................................... 67

6.1.1 Metodología ..................................................................................................... 67

6.1.2 Resultados ....................................................................................................... 78

6.2. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ...................................................................... 86

6.2.1 Presentación .................................................................................................... 86

6.2.2 Capacidad de arrastre de sólidos de la corriente.............................................. 86

6.3. CONCLUSIONES ................................................................................................ 94

6.4. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 95

6.5. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 95

77.. UUSSOOSS DDEELL AAGGUUAA........................................................................................................................................................................................................ 9977

7.1. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN PRIMARIA Y SECUNDARIA .......................... 97

7.2. METODOLOGÍA .................................................................................................. 98

7.3. RESULTADOS..................................................................................................... 98

7.4. CONCLUSIONES .............................................................................................. 119

7.5. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 120

7.6. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 121

88.. IINNDDIICCEE DDEE EESSCCAASSEEZZ........................................................................................................................................................................................ 112233

8.1. METODOLOGÍA ................................................................................................ 123

8.2. RESULTADOS................................................................................................... 125




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11.. AANNÁÁLLIISSIISS DDEE LLOOSS NNIIVVEELLEESS DDEE IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN PPRRIIMMAARRIIAA YY SSEECCUUNNDDAARRIIAA

El diagnóstico del recurso agua incluye el estudio de las variables comprometidas en el ciclo hidrológico de la microcuenca El Hato, esto es climatología, hidrología de caudales medios, mínimos, ecológicos, oferta disponible, usos del agua (demanda), caudales máximos, además el estudio de amenazas y riesgo asociado a dichos caudales.

Con relación a la información utilizada, se adopta la clasificación definida por la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín en el año 2001, Metodología para la formulación de planes integrales de ordenamiento y manejo de microcuencas (PIOM), en tres niveles:

Información Tipo I: es inexistente para las variables climáticas e hidrológicas, situación dominante para las microcuencas del Valle de Aburrá. A nivel cartográfico se dispone de información del proyecto SIGAME de Empresas Públicas de Medellín, para las zonas urbanas y suburbanas en escala 1:2000; la zona rural es cubierta con cartografía 1:10000 propiedad del IGAC.

Información Tipo II: disponibilidad de estaciones hidrológicas deficientes con relación al periodo de tiempo de registros inferior a 15 años.

Información Tipo III: información suficiente para todas las variables, escenario no viable para la microcuenca de la quebrada El Hato.

A manera de conclusión la información hidroclimática disponible para la microcuenca de la quebrada El Hato varía entre el Tipo I a Tipo II, de ahí que muchas de las variables calculadas entran en el campo de la estimación mediante simulación con modelos matemáticos y estadísticos.




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22.. MMOORRFFOOMMEETTRRÍÍAA

La morfometría de una cuenca hidrográfica está relacionada con la distribución de los cauces en el territorio, con la escorrentía, con el tipo y cobertura del suelo. En síntesis, la utilidad de la morfometría consiste en la posibilidad que entrega de interpretar, estimar y evaluar el comportamiento y respuesta de una cuenca, mediante índices numéricos, de cara a un estímulo, que puede llegar a ser de tipo natural o antrópico.

Es así que con la ayuda y soporte del software ArcGis 9.1 y cartografía base, se definieron y delimitaron microcuencas para tributarios al interior de la Microcuenca; además del orden hidrológico según la metodología Strhaler, tabla 1. El mapa 2, muestra la disposición de la Microcuenca y tributarios importantes.

De la tabla 1, se concluye lo siguiente:

Longitud total de drenajes de orden 1 y 2 de 152.61 Km. frente a los 24.34 y 8.8 Km de orden 3 y 4 respectivamente, que indica que el tipo de drenaje dominante varía entre dendrítico a subdendrítico, característico de suelos con granulometría fina a media, arcillas a limos, permeabilidad baja a media, susceptibles a la erosión, hecho que se ratifica con los valores tan altos para la densidad de drenaje.

Dominancia de pendientes fuertes en casi todo el territorio de la Microcuenca, variando en el rango 30 a 60%.

Pendientes en los cauces que varían en el rango 10 a 50%, susceptibles a ocasionar impactos por avenidas torrenciales en varios tributarios

Orden hidrológico 6 de la quebrada El Hato cuando descarga al río Aburrá; significa que los tributarios importantes con potencial de ser aprovechados, controlados y vigilados por la autoridad ambiental para efectos de suministro de agua para diferentes usos y cumplimiento de la ley 99 de 1993 y decretos reglamentarios, son los clasificados con los órdenes 3, 4 y 5.

Alturas en el rango 3200 a 1400, por lo tanto la Microcuenca tiene zonas de vida que varían entre bosque húmedo y muy húmedo montano bajo.




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Tabla 1. Parámetros morfométricos para tributarios de diferente orden de la microcuenca El Hato

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5

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6

(Km

)

Hato total 20.94 10.89 28.80 3.95 1.92 3135 1416 56.98 14.16 12.14 9.45 111.93 40.68 24.34 8.80 5.10 0.00

Tributario (1) 0.47 1.06 2.79 0.67 0.44 2500 1960 77.40 1.09 50.46 2.68 2.92 0.74 0.64 0.00 0.00 0.00

Tributario (2) 2.10 2.63 7.60 1.70 0.80 2846 2440 36.31 3.17 12.81 6.51 10.68 3.90 2.87 0.70 0.00 0.00

Tributario (3) 0.33 1.56 3.65 0.33 0.21 2770 2476 34.48 1.72 17.09 7.16 1.36 1.09 0.00 0.00 0.00 0.00

Tributario (4) 0.32 1.47 3.40 0.35 0.22 2770 2490 26.97 1.37 20.44 11.19 1.98 1.02 0.58 0.00 0.00 0.00

Tributario (5) 2.62 2.60 8.04 2.02 1.01 3096 2516 56.03 3.04 10.08 8.77 13.76 4.23 3.69 1.30 0.00 0.00

Tributario (6) 1.02 2.00 5.60 0.94 0.51 2800 2500 33.90 2.63 11.41 14.37 8.66 2.50 1.79 1.71 0.00 0.00

Tributario (7) 0.72 2.04 4.96 0.57 0.35 2740 2464 38.54 2.48 11.13 14.88 5.98 2.07 1.92 0.75 0.00 0.00

Tributario (8) 0.39 1.67 3.83 0.35 0.23 2024 1510 41.21 1.80 28.56 3.91 2.34 0.78 0.80 0.00 0.00 0.00

La Ortega(9) 1.37 2.80 6.67 0.80 0.49 1967 1430 28.78 3.48 15.43 5.82 2.81 3.09 2.07 0.00 0.00 0.00

Tributario (10) 1.60 1.80 5.96 1.58 0.89 2920 2510 41.46 2.38 17.23 11.76 11.36 3.94 1.77 1.60 0.00 0.00

Tributario (11) 2.79 2.92 8.51 1.70 0.96 2778 2400 34.14 3.77 10.03 12.11 20.45 5.01 4.50 2.75 1.08 0.00

Tributario (12) 0.50 1.70 4.43 0.61 0.29 2670 2400 38.06 1.78 15.17 10.02 3.31 0.77 0.98 0.00 0.00 0.00

Tributario (13) 0.18 0.83 2.05 0.32 0.22 2520 2390 35.72 0.41 31.77 10.11 1.14 0.40 0.28 0.00 0.00 0.00

Tributario (14) 0.42 1.66 3.88 0.48 0.25 2139 1542 51.14 1.52 39.28 9.05 2.21 1.19 0.41 0.00 0.00 0.00

Tributario (15) 0.24 1.20 3.43 0.30 0.20 2250 1616 56.67 1.32 48.03 6.42 0.75 0.80 0.00 0.00 0.00 0.00

Tributario (16) 4.60 8.47 26.15 1.07 0.54 2530 1420 40.21 11.38 9.75 7.21 15.29 6.36 0.38 0.00 4.02 7.00

Tributario (17) 1.27 2.45 5.71 0.88 0.52 2490 1620 58.79 2,72 31.99 8.98 6.93 2.77 1.71 0.00 0.00 0.00




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Mapa 1. Mapa 2. Límite de microcuencas y subcuencas de la quebrada El Hato




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33.. MMOODDEELLOO DDIIGGIITTAALL DDEELL TTEERRRREENNOO

Para la definición del Modelo Digital de Terreno (MDT) se depuró y editó la información topográfica de la planchas DGN y DWG suministradas por el Área Metropolitana del Valle de Aburrá, por medio de herramientas propias del software ArcGis 9.1. El primer paso es generar a partir de las curvas de nivel un TIN (Triangulated Irregular Network) una red de triangulación irregular, la cual representa las superficies en caras triangulares contiguas no traslapadas, seguidamente el TIN es convertido a formato raster obteniendo el modelo de elevación digital con celdas de 5 m de resolución; cuya escala de trabajo para la microcuenca de la quebrada El Hato equivaldría a 1:10.000.

Luego, se procede a la corrección del MDT, el cual consiste en eliminar los sinks o depresiones, estos son errores debido a la resolución de los datos o redondeado de elevaciones al valor entero más cercano, la corrección se realiza por medio de funciones del módulo de Análisis Hidrológico que posee el Arcgis, la depresión se identifica por medio de la función “Sink”, el resultado es un raster que identifica cualquier depresión en los datos; si se presenta alguno, se puede llenar mediante la función de “Fill” generando un nuevo raster el cual sería el modelo digital de terreno corregido.

La corrección del MDT es muy importante para poder correr los modelos de la variable de hidrología descritos en este capítulo; al igual que, los modelos de la variable Hidráulica descritos en el numeral 6 de este capítulo. En la figura 1 se presenta el modelo cartográfico del modelo digital del terreno y en el mapa 4 se encuentra el modelo digital del terreno.

Figura 1. Modelo cartográfico Modelo Digital de Terreno (MDT)




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Mapa 2. Mapa 4. Modelo de elevación digital




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4.1. METODOLOGÍA

4.1.1 Búsqueda de información

Se realizó la búsqueda de estaciones pluviométricas y/o pluviográficas, climatológicas, y de medición de caudal que estuvieran localizadas al interior de la Microcuenca o en las inmediaciones de la misma. La búsqueda se llevó a cabo en las bases de datos relacionadas con este tipo de información pertenecientes al Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales –IDEAM-, Empresas Públicas de Medellín -EPM-, Corporación Autónoma Regional del Centro de Antioquia –CORANTIOQUIA-, y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá –AMVA.

Esta búsqueda dio como resultados que la cuenca no posee ningún tipo de instrumentación (hidrológica o meteorológica) a su interior, pero evidenció la presencia en las zonas circundantes de dos estaciones pluviográficas, La Iguaná (período 1990-2007) y Fabricato (período 1949-2005), y una climatológica principal, Tulio Ospina (1969-2008) que se emplearon como apoyo para estudiar la climatología de la Microcuenca en estudio, dichas estaciones se presentan en la tabla 2.

Tabla 2. Estaciones en el área de influencia de la microcuenca de la quebrada El Hato

Nombre Código Tipo Municipio Operador X Y Elevación La Iguana 2701112 PG Medellín IDEAM 840380 1193940 2300 Fabricato 2701037 PG Bello EPM 831500 1195470 2422 Tulio Ospina 2701509 CP Bello IDEAM 839269 1190168 1438

CP: climatológica principal ; PG: pluviográfica

4.1.2 Precipitación

Con el objeto de verificar la calidad de la información histórica perteneciente a cada una de las estaciones expuestas en la tabla 2, se indagó en diversos estudios que se han realizado sobre ellas al interior del Valle de Aburrá referentes a su homogeneidad e independencia serial.

Posteriormente se caracterizó el ciclo de precipitación mensual multianual de las estaciones mencionadas, y se construyó una serie de precipitación mensual multianual al interior de la Microcuenca, apoyándose en la información histórica de las estaciones consignadas en la tabla 2, interpolada mediante el método de los polígonos de Thiessen (ver detalles del método en Chow, Maidment y Mays, 1994). Se extractó del mapa de




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precipitación media anual consignado en la información del Atlas Digital del Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca del río Aburrá (Universidad Nacional et al., 2007), la zona correspondiente a la microcuenca de la quebrada El Hato, con el objeto de emplear dicha información para fines de modelación hidrológica en lo que a caudales medios se refiere.

4.1.3 Temperatura

La variación de la temperatura se evaluó a partir de los registros de la estación climatológica Tulio Ospina, a través de la caracterización del comportamiento mensual multianual de la misma, se seleccionó esta estación ya que es la más cercana a la Microcuenca en estudio con registros históricos de temperatura media diaria. La temperatura media anual (en ºC) en la Microcuenca se estimó de forma indirecta mediante la expresión desarrollada para la zona Andina Colombiana en el año de 1998 por Chaves y Jaramillo (ver Poveda et al., 2007)

T(oC) = 29.42 – 0.006 * H (1)

Donde T es la temperatura media anual en grados Celsius, y H es la altura en metros sobre el nivel del mar.

4.1.4 Humedad relativa y brillo solar

Estas variables se estudiaron a partir de los registros históricos de la estación Tulio Ospina, asumiendo que a través de ellos puede inferirse la variación media de dichos parámetros en la Microcuenca en estudio, dada la cercanía de la estación a la misma.

4.1.5 Evapotranspiración real

La evapotranspiración es una componente fundamental en el balance hidrológico, aunque es a su vez, la variable con mayores incertidumbres en su medición y estimación. Está compuesta por la evaporación desde superficie y por la transpiración de las plantas. Debido a que ambos procesos son difíciles de cuantificar, surge la necesidad de estimarlos conjuntamente empleando variables que influyen de alguna manera en el comportamiento de ambas componentes.

La evapotranspiración depende fundamentalmente de condiciones climáticas que a su vez son función de las características físicas de la atmósfera que se encuentra cerca al suelo y a la vegetación, además depende de la calidad del agua y área de la superficie del agua (Barco y Cuartas, 1998).

Existen diversas metodologías para la estimación de esta variable, en este estudio se empleó el método del Factor Regional, pues estudios recientes realizados al interior del




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Valle de Aburrá (Universidad Nacional et al., 2007), presentan esta expresión como la que mejor ajuste presenta en la zona, esta expresión se representa como:

αα1

1

+

=

nR

P

PETR

(2)

Donde ETR=evapotranspiración real (mm/año), P=precipitación media en la cuenca (mm/año), Rn=equivalente en agua de la radiación neta (1172.69 mm/año para Antioquia), y α es un parámetro que depende de la escala de estimación de la variable. El método asume que la evaporación anual no excede los valores correspondientes de P o Rn y que la relación µ=P/ Rn está en el intervalo 0.23<µ<1.97, esta metodología propone en la región de trabajo, para el cálculo del factor α que el valor que minimiza el error medio entre las evaporaciones estimadas y las obtenidas al realizar balance de largo plazo. En 52 cuencas con áreas entre 25 y 5300 km2 con condiciones climáticas diferentes, se encontró un valor de α=1.91 con muy buenos resultados, pero aplicable para zonas con 0.85<µ<6.37, limites entre los cuales se encuentra el Valle de Aburrá (Barco y Cuartas, 1996, citadas en Área Metropolitana del Valle de Aburrá et al., 2005).

4.2. RESULTADOS

4.2.1 Precipitación

El análisis de la calidad de la información de las estaciones relacionadas en la taba 2, se extrajo del estudio “DISEÑO Y PUESTA EN MARCHA DE LA RED DE MONITOREO AMBIENTAL EN LA CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RÍO MEDELLÍN EN JURISDICCION DEL AREA METROPOLITANA” realizado por el Área Metropolitana del Valle de Aburrá et al. (2005), del cual se presentan las siguientes conclusiones para cada una de las estaciones de precipitación empleadas en este estudio:

“La Iguana (2701112): No presenta cambios en la media ni el varianza. Esta serie no registra tendencias en la media.”

“Fabricato (2701037): Las pruebas indican cambios en la media y varianza alrededor de los años 1969 y 1968 respectivamente, esto puede ser debido al ruido inducido por los valores extremos que se presentan a largo de la serie (aproximadamente alrededor de los años 1971, 1973, 1990, 1994 y 1995). La serie no registra tendencias.”

“Tulio Ospina (2701509): En ambas resoluciones (mensual y anual) las pruebas indican que la media es estacionaria. En resolución mensual en la varianza la mayoría de las pruebas indican un cambio en el año de 1991, menos la F modificada que la acepta como estacionaria. La gráfica no muestra el cambio tan pronunciado, este cambio puede explicarse por fenómenos físicos extremos. La serie no registra tendencias en la media.”




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Los resultados anteriores muestran que las variaciones que presentan las estaciones en lo referente a su media y varianza no obedecen a errores sistemáticos de medición, sino a fenómenos naturales inherentes a la variabilidad propia de la precipitación en un ambiente tropical como el Colombiano, debida a la acción de fenómenos hidrometeorológios con escalas desde la interdecadal hasta la diurna (Poveda, 2004), por lo que las series históricas de precipitación se consideraron apropiadas para desarrollar la variable hidrológica de este trabajo. Los histogramas de precipitación media mensual junto con los valores con los cuales fueron construidos se presentan para la estación Fabricato en la figura 2 y en la tabla 3; para la estación La Iguaná en la figura 3 y en la tabla 4; y finalmente para la estación Tulio Ospina en la figura 4 y en la tabla 5; para el período común de registros entre las tres estaciones 1990-2005.

Las series históricas de las estaciones de precipitación aquí analizadas exponen un comportamiento bimodal a nivel mensual (figura 2, figura 3, figura 4), con dos períodos invernales centrados en los meses de abril-mayo y septiembre-octubre; y dos temporadas de verano con mayor incidencia en los períodos diciembre-enero, y julio-agosto, donde este último se evidencia en menor grado en la estación Fabricato (figura 2).

Tabla 3. Serie histórica de precipitación estación Fabricato en mm

Año ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DBRE ANUAL

1990 75.8 101.4 65.9 171.4 150.6 12.3 140.1 158.2 307.0 460.9 116.8 64.7 1825.1

1991 69.9 19.0 174.8 148.8 185.5 194.3 207.9 53.8 177.5 220.2 163.3 96.8 1711.8

1992 27.6 44.8 29.5 140.5 211.3 143.7 85.5 165.6 210.6 82.1 162.7 120.2 1424.1

1993 101.2 14.0 0.0 188.6 195.8 89.1 142.8 140.9 248.4 166.3 173.6 80.2 1540.9

1994 35.1 51.1 64.3 290.2 123.8 112.7 19.6 145.7 106.6 180.0 243.1 27.8 1400.0

1995 0.5 22.8 128.5 174.7 196.3 215.0 230.9 53.5 125.6 215.4 68.1 117.5 1548.8

1996 66.3 151.5 236.4 121.3 50.2 197.3 161.4 109.0 57.3 222.4 41.7 68.1 1482.9

1997 44.5 88.3 68.3 90.3 118.7 207.3 45.5 26.4 139.6 115.1 142.6 19.7 1106.3

1998 9.8 30.1 124.5 164.4 188.5 122.4 168.8 164.4 270.7 176.3 152.7 3.5 1576.1

1999 87.9 187.1 149.2 183.3 223.7 223.0 121.6 130.1 284.7 291.5 184.4 103.8 2170.3

2000 14.2 84.1 101.2 115.6 280.0 238.6 175.9 180.0 368.5 162.0 111.0 96.4 1927.5

2001 36.2 26.4 135.4 100.6 158.2 88.9 190.0 26.7 277.1 244.1 201.9 115.6 1601.1

2002 14.2 34.3 133.6 251.2 174.8 234.4 70.6 108.5 123.2 172.2 139.4 132.1 1588.5

2003 2.3 76.5 76.5 180.3 224.0 181.1 66.5 161.5 196.8 279.4 153.1 51.4 1649.4

2004 83.1 49.0 57.1 207.8 239.7 81.8 249.2 127.3 200.7 278.0 191.1 83.3 1848.1

2005 45.7 22.4 50.0 152.1 284.0 140.7 104.4 90.2 143.2 247.2 130.3 106.2 1516.4

Media 44.64 62.68 99.70 167.57 187.82 155.16 136.29 115.11 202.34 219.57 148.49 80.46 1619.83

Fuente: Empresas Públicas de Medellín




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HH YY HH

Figura 2. Ciclo anual promedio de la precipitación en la estación Fabricato

0

50

100

150

200

250

ENE FEB MAR ABL MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DBE

Pre

cip

ita

ció

n (

mm

)

Meses

Tabla 4. Serie histórica de precipitación en mm estación La Iguaná

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DBRE ANUAL

1990 78.6 75.9 143.9 220.8 227.1 159.9 118.5 110.2 211.2 252.7 258.0 144.6 2001.4

1991 80.9 6.1 214.8 135.3 116.1 193.1 118.5 110.2 211.2 281.9 162.5 55.0 1685.6

1992 46.4 32.9 42.0 168.0 186.0 90.0 53.2 25.3 132.8 184.2 181.0 101.0 1242.8

1993 196.0 50.0 110.0 307.7 240.0 55.0 22.7 122.0 201.0 154.0 296.0 119.0 1873.4

1994 42.9 61.4 204.0 234.0 188.3 146.5 92.0 140.0 130.0 299.0 377.0 119.0 2034.1

1995 0.0 20.0 140.0 156.0 311.0 171.0 257.0 300.0 267.0 438.0 373.0 172.0 2605.0

1996 193.0 119.0 196.0 189.0 271.0 167.0 79.0 213.0 165.0 249.0 99.0 69.0 2009.0

1997 113.0 114.0 123.0 250.0 118.0 227.0 36.0 4.0 193.0 237.0 166.7 37.6 1619.3

1998 60.5 23.4 136.1 275.0 328.6 80.0 152.2 134.8 253.3 207.0 187.1 156.8 1994.8

1999 89.6 258.3 113.0 240.0 207.0 286.0 115.7 100.7 284.4 246.1 232.6 136.0 2309.4

2000 153.0 108.7 125.3 169.6 302.3 336.0 205.6 152.6 270.4 198.0 109.0 134.0 2264.5

2001 40.0 88.4 154.1 93.8 126.4 129.2 156.8 36.5 344.0 310.7 446.8 109.6 2036.3

2002 25.3 55.1 165.3 364.2 172.1 193.0 81.9 44.6 145.5 276.0 112.0 187.0 1822.0

2003 4.0 94.6 100.4 241.0 185.0 218.0 119.0 97.0 221.0 435.0 370.0 87.0 2172.0

2004 86.0 131.0 108.0 274.4 246.5 32.6 190.4 126.7 217.6 353.5 343.0 116.3 2226.0

2005 83.2 12.0 99.0 140.0 374.0 74.0 97.0 46.0 131.5 359.0 142.0 143.0 1700.7

Media 80.8 78.2 135.9 216.2 225.0 159.9 118.5 110.2 211.2 280.1 241.0 117.9 1974.8

Fuente: IDEAM




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HH YY HH

Figura 3. Ciclo anual promedio de la precipitación en la estación La Iguaná

0

50

100

150

200

250

300


Pre

cip

ita

ció

n (

mm

)

Meses

Tabla 5. Serie histórica de precipitación en mm estación Tulio Ospina


1990 39.1 52.3 79 299.8 100.6 152.7 120.2 83.4 203.2 330.9 107.9 27.7 1596.8

1991 41 7.9 109.4 94.9 197.7 123.2 89.3 31.1 129.8 210.8 97.7 83.6 1216.4

1992 14.6 38.3 25.2 108.3 159.7 61 51 161.7 126.7 63.4 101.4 102 1013.3

1994 35.1 51.1 64.3 290.2 123.8 112.7 19.6 145.7 106.6 180 243.1 27.8 1400

1995 2.5 25.8 94.2 163.3 150.9 174 154.5 135.4 148.4 130.4 163.8 151.2 1494.4

1996 81.5 66.9 167.3 123.7 288.1 183.3 178.5 170.5 134.5 188.7 68.5 36.9 1688.4

1997 88.8 121.2 99.9 113 76.5 191.9 41 12.9 119.9 123.4 139.8 11.6 1139.9

1998 4.6 39.4 78.3 176.5 211.4 102.5 154.4 107.6 256.7 178 204.6 130.4 1644.4

1999 69.7 39.4 131.3 147.1 171.1 180.8 71.8 67.8 215 286.1 156 139.6 1675.7

2000 44.2 57.3 122 106.9 267.1 182.4 132.7 136.8 304.7 185.6 42.2 68 1649.9

2001 31.8 25.1 117.8 42.1 109.6 72 119.8 17.3 132.7 219.7 126.3 94.9 1109.1

2002 22.7 30.2 89.4 143.7 128.7 110.5 64 51.1 71.1 220.1 64.4 92.8 1088.7

2003 0.9 116.6 104.5 120.2 184.5 201.3 50.1 103.9 206.6 224.2 104.3 59 1476.1

2004 71.8 71.6 37.5 193.7 255.6 123.7 174.8 125 187.9 313.9 182.4 86.1 1824

2005 27.2 11.3 99.9 119.7 171.1 123.7 119.8 107.6 148.4 188.7 126.3 86.1 1329.8

Media 38.4 50.3 94.7 149.5 173.1 139.7 102.8 97.2 166.1 202.9 128.6 79.8 1423.1

Fuente: IDEAM




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HH YY HH

Figura 4. Ciclo anual promedio de la precipitación en la estación Tulio Ospina

0

50

100

150

200

250


Pre

cip

ita

ció

n (

mm

)

Meses

Mediante el método de los polígonos de Thiessen se estimaron los pesos relativos de influencia de cada una de las estaciones sobre la precipitación media de la Microcuenca, representados estos por el porcentaje de influencia de las estaciones de precipitación consideradas sobre el área de la Microcuenca, los cuales se exponen en la tabla 6. La distribución espacial de las estaciones y de los polígonos frente a la Microcuenca se presenta en el mapa 5.

Tabla 6. Distribución porcentual de los polígonos de Thiessen

Nombre Area en Km² %

La Iguaná 10.57 50.52

Fabricato 6.83 32.61

Tulio Ospina 3.53 16.87

Total 20.93 100

Cuando se operan los polígonos de Thiessen para la microcuenca de la quebrada El Hato, se obtienen los siguientes resultados, ver tabla 7.

Tabla 7. Serie de precipitación en mm estimada para la microcuenca de quebrada El Hato


1990 71.0 80.2 107.5 218.0 180.8 110.6 125.8 121.3 241.1 333.8 186.6 98.8 1875.7

1991 70.6 10.6 184.0 132.9 152.5 181.7 142.7 78.5 186.5 249.8 151.8 73.5 1615.0

1992 34.9 37.7 35.1 149.0 189.8 102.6 63.4 94.1 157.1 130.5 161.6 107.4 1263.2

1994 39.0 56.3 134.9 261.8 156.4 129.8 56.2 142.8 118.4 240.1 310.7 73.9 1720.3

1995 0.6 21.9 128.5 163.3 246.6 185.9 231.2 191.8 200.9 313.5 238.3 150.7 2073.2




CCOONNSSOORRCCIIOO

HH YY HH


1996 132.9 120.8 204.3 155.9 201.9 179.6 122.7 171.9 124.7 230.2 75.2 63.3 1783.4

1997 86.6 106.8 101.3 174.8 111.2 214.7 39.9 12.8 163.3 178.1 154.3 27.4 1371.1

1998 34.5 28.3 122.6 222.3 263.1 97.6 158.0 139.9 259.5 192.1 178.8 102.4 1799.1

1999 85.7 198.2 127.9 205.8 206.4 247.7 110.2 104.7 272.8 267.7 204.0 126.1 2157.1

2000 89.4 92.0 116.9 141.4 289.1 278.3 183.6 158.9 308.2 184.2 98.4 110.6 2050.9

2001 37.4 57.5 141.9 87.3 133.9 106.4 161.4 30.1 286.5 273.6 312.9 109.1 1738.0

2002 21.2 44.1 142.2 290.2 165.7 192.6 75.2 66.5 125.7 232.7 112.9 153.2 1622.1

2003 2.9 92.4 93.3 200.8 197.6 203.1 90.3 119.2 210.7 348.7 254.4 70.7 1884.2

2004 82.7 94.2 79.5 239.1 245.8 64.0 206.9 126.6 207.1 322.2 266.4 100.4 2034.9

2005 61.5 15.3 83.2 140.5 310.4 104.1 103.3 70.8 138.2 293.8 135.5 121.4 1578.0

Media 56.7 70.4 120.2 185.5 203.4 159.9 124.7 108.7 200.0 252.7 189.5 99.3 1771.1

Figura 5. Ciclo anual promedio de la precipitación en la microcuenca de la quebrada El Hato

0

50

100

150

200

250

300


Pre

cip

ita

ció

n (

mm

)

Meses

Como se observa en la figura 5 del comportamiento es bimodal en la precipitación de la Microcuenca, es decir, dos veranos y dos inviernos, en los períodos abril-mayo y octubre-noviembre para el invierno, y diciembre-enero y julio-agosto para el verano, comportamiento acorde con lo reportado por Poveda (2004) para estaciones de precipitación ubicadas en los Andes Colombianos, donde el ciclo anual de la precipitación concuerda con el desplazamiento meridional de la ZCIT (Zona de Convergencia Inter-Tropical). El mapa de precipitación media para la Microcuenca extraído del Atlas Digital del Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca del río Aburrá (Universidad Nacional et al., 2007), se presenta en el mapa 6.




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HH YY HH

Mapa 3. Mapa 5. Estaciones pluviométricas y polígonos de Thiessen de la microcuenca de la quebrada El Hato




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HH YY HH




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HH YY HH

Mapa 4. Mapa 6. Distribución de la precipitación media anual en la microcuenca de la quebrada El Hato (Universidad Nacional et al., 2007)




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HH YY HH




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HH YY HH

4.2.2 Temperatura

La temperatura es una medida indirecta del efecto de la radiación solar que llega a la superficie terrestre, de ahí que se le conozca también con el nombre de sensación térmica. En la tabla 8 se presenta la serie histórica de temperatura media en la estación Tulio Ospina, a partir de estos datos, se caracterizó el ciclo anual de la temperatura media (ver figura 6), en donde se aprecia que las temperaturas máximas se tienen en los meses de julio y agosto (que a su vez concuerda con la temporada seca de mitad de año), mientras que las temperaturas más bajas se presentan entre los meses de octubre y noviembre (temporada invernal más fuerte en el ciclo anual).

Tabla 8. Temperatura media en la estación Tulio Ospina en oC

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DBE

1990 21.4 21.8 22.7 22.1 22.7 22.9 22.1 23.1 22.6 20.9 21.6 22.2 1991 22.5 23.0 22.2 22.2 22.3 22.9 23.1 23.3 22.7 21.4 21.3 22.4 1992 22.1 22.7 23.8 23.4 22.3 23.5 23.0 23.2 22.1 22.2 21.2 22.7 1993 21.4 22.6 22.6 21.8 21.9 23.2 22.7 22.4 21.8 21.6 20.8 22.1 1994 21.6 21.8 21.6 21.7 22.0 22.6 22.7 22.7 23.4 21.3 21.3 22.1 1995 22.4 22.8 22.4 22.4 22.3 22.3 22.0 22.9 22.5 20.7 21.3 22.2 1996 21.1 21.3 21.5 22.1 21.4 21.9 22.4 22.4 22.9 21.3 21.6 21.8 1997 21.3 21.8 22.3 21.9 23.0 22.1 24.0 24.3 23.0 22.9 21.4 22.5 1998 23.7 24.1 24.1 23.0 23.5 23.4 23.3 22.1 21.1 21.2 20.8 22.8 1999 21.9 22.4 21.4 21.5 21.9 21.4 22.1 21.8 20.9 21.4 21.5 21.7 2000 20.8 21.3 21.6 21.9 21.8 21.4 22.7 22.3 20.6 21.5 21.3 21.6 2001 21.1 22.3 21.9 22.8 22.1 22.3 22.3 23.8 22.1 21.9 21.5 22.2 2002 22.1 22.5 22.6 21.5 22.7 22.5 23.1 23.5 23.0 21.9 21.7 22.5 2003 22.8 22.6 22.4 22.2 22.8 21.8 23.2 23.1 22.2 21.2 21.5 22.3 2004 22.0 22.3 23.3 23.1 22.3 22.4 22.8 22.9 22.2 21.5 21.3 22.4 2005 21.9 22.4 22.4 22.2 22.3 22.4 22.8 22.9 22.2 21.5 21.3 22.2

Fuente: IDEAM




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HH YY HH

Figura 6. Ciclo anual de la temperatura media estación Tulio Ospina

20.5

21

21.5

22

22.5

23

23.5


Te

mp

era

tura

(ºC

)

Meses

Al aplicar la expresión se Chavez y Jaramillo para la zona Andina Colombiana (ver Poveda et al., 2007) al modelo digital del terreno corregido, se obtuvo un de temperatura media para la microcuenca de la quebrada El Hato (ver mapa 7), el cual expone una temperatura media máxima de 21.62 ºC y mínima de 10.32 ºC, con una temperatura media promedio para la Microcuenca de 15.07 ºC (con una desviación estándar de 2.68 ºC, valores obtenidos a partir del análisis del histograma del raster de temperatura media).

4.2.3 Humedad relativa

Dada la cercanía de la estación Tulio Ospina con la microcuenca de la quebrada El Hato, se infiere que la humedad relativa de la microcuenca El Hato es equivalente a la registrada en la estación Tulio Ospina, en el municipio de Bello.

La tabla 9 muestra los valores de humedad relativa media mensual para la estación Tulio Ospina en el período 1990-2005, el ciclo anual marcado por estos valores se presenta en la figura 7, este guarda gran similitud con el ciclo anual de la temperatura media (figura 6), mostrando así coherencia entre ambos valores, ya que la humedad relativa es en parte función de la temperatura; así, los mayores valores de humedad relativa se presentan en los meses de octubre a diciembre, y los menores entre julio y agosto.




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HH YY HH

Mapa 5. Mapa 7. Temperatura media anual en oC de la microcuenca de la quebrada El Hato




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HH YY HH




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HH YY HH

Tabla 9. Serie de registros de humedad relativa de la microcuenca de la quebrada El Hato en %

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DBE ANUAL

1990 79 78 75 79 77 74 80 74 75 81 81 79 78 1991 74 73 74 76 79 80 74 69 79 82 83 83 77 1992 79 76 74 77 84 81 83 84 84 85 85 81 81 1993 83 76 77 82 81 73 75 74 77 78 83 77 78 1994 74 74 77 78 78 73 69 74 76 83 83 82 77 1995 75 72 74 79 80 79 79 41 42 82 83 83 72 1996 78 78 86 79 80 75 71 74 71 77 76 75 77 1997 75 74 72 76 73 77 68 65 73 74 79 77 74 1998 73 73 72 75 75 75 74 77 89 80 82 80 77 1999 77 75 78 82 80 81 75 73 80 77 76 79 78 2000 73 74 78 81 82 81 75 75 82 80 80 81 78 2001 78 76 79 77 82 75 75 73 81 85 83 84 79 2002 80 78 78 78 77 72 68 68 72 76 77 79 75 2003 73 75 75 78 77 78 71 71 74 80 91 88 78 2004 76 75 76 78 79 77 74 71 75 80 82 81 77 2005 95 80 69 72 75 77 77 75 74 80 76 74 77

Fuente:IDEAM

Figura 7. Ciclo anual de la humedad relativa estación Tulio Ospina

66

68

70

72

74

76

78

80

82

84


Hu

me

da

d r

ela

tiv

a (

%)

Meses

4.2.4 Brillo solar

Igual que para la temperatura y conocido el hecho que la microcuenca no tiene instalada en su jurisdicción estaciones que permitan registrar las variables climáticas, y teniendo en cuenta la cercanía con la estación Tulio Ospina, se opta por definir el brillo solar de la microcuenca como equivalente a los valores registrados en ésta última estación, los cuales se exponen para el período 1990-2005 en la tabla 10.




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HH YY HH

Tabla 10. Brillo solar en la microcuenca de la quebrada El Hato en horas

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DBE ANUAL

1984 201.7 111.1 161.7 138.8 145.8 161 181 183.5 142.4 101.5 127.7 128.6 3768.8

1985 201.5 163.7 157.6 125.5 168.4 152.8 203.7 180.8 156.4 141.3 130.1 200.3 3967.1

1986 126 126.3 166.6 103.3 138.4 184.8 242 206.7 133.6 103.6 154.4 200.7 3872.4

1987 167.7 126.4 172.4 154.8 184.9 175.9 204.5 207 158.6 92.5 165.6 214.5 4011.8

1988 215.8 150.1 200.2 111.5 159.2 146.3 205.3 123.5 126.9 124.7 114 127.7 3793.2

1989 138.3 137.6 155.8 170.4 161.3 180.3 217.7 208 151.8 126.2 126.3 174.4 3937.1

1990 141.8 124.6 140.7 109.3 163.4 206.9 189.3 185.4 180.6 126.8 134.4 136.9 3830.1

1991 226.9 159.4 162.6 140.4 145.5 168.6 204 193.9 133.3 151.3 125.3 157.4 3959.6

1992 176.4 163.8 176.7 141.3 111.9 210.2 198.5 192.1 162.2 142.8 130.9 163 3961.8

1993 119.3 186.4 163.4 113.3 129.7 180.1 221 185.5 143.7 159.6 103.3 167.4 3865.7

1994 174.3 110.5 113.1 122.5 131.8 215.6 233.7 219.6 176.6 135.8 146.7 180.9 3955.1

1995 218.4 192.6 147.3 124.2 157.7 142.3 178.6 189.6 151.5 72.8 148.9 103.6 3822.5

1996 147.7 93.9 125.2 122 82.8 142.8 185.3 165.3 167.6 133.2 165 157.3 3684.1

1997 202.8 141 159.3 118.7 142.6 148.5 214.6 203.7 147.2 180.8 141.1 213.6 4010.9

1998 180 151 145.4 109.3 125 171.7 196.5 174.5 100.3 128.1 136.7 166.2 3782.6

1999 152.1 126.1 156.3 136.9 160.6 133.3 215.6 161.1 117.6 91.4 122.9 144.9 3717.8

Fuente: IDEAM

Figura 8. Ciclo anual del brillo solar estación Tulio Ospina

0

50

100

150

200

250


Bri

llo

so

lar

(ho

ras)

Meses

A partir de los datos de la tabla 10 se caracterizó el ciclo anual del brillo solar el cual se expone en la figura 8, ahí se aprecia un comportamiento bimodal con valores máximos en los meses de diciembre-enero y junio-agosto, y valores mínimos en abril y octubre-noviembre, siendo este ciclo semejante de forma inversa al de la precipitación, ya que los meses de mayor brillo solar equivalen a los de menor precipitación.




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HH YY HH

4.2.5 Evapotranspiración real

A partir de la expresión del Factor Regional expuesta en el numeral 4.1.5 de la metodología de trabajo, y empleando el mapa de precipitación media anual para la microcuenca de la quebrada El Hato (ver mapa 6), junto con un valor de α=1.91 y de Rn= 1172.69 mm/año, se obtuvo el mapa de la distribución espacial de la evapotranspiración real para la Microcuenca, el cual se expone en el mapa 8.




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HH YY HH




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Mapa 6. Mapa 8. Evapotranspiración real para la microcuenca de la quebrada El Hato (mm/año).




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HH YY HH




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HH YY HH

55.. HHIIDDRROOLLOOGGÍÍAA.. EESSTTIIMMAACCIIÓÓNN DDEE CCAAUUDDAALLEESS

5.1. CAUDALES MEDIOS

5.1.1 Metodología

Uno de los métodos más usados por su simplicidad y mínima información requerida para la estimación de la escorrentía cuando no se dispone de estaciones medidoras de caudal es el balance hídrico, el cual ha de ser calibrado y ajustado a las particularidades y características ambientales de la zona donde se encuentra ubicada la corriente de agua y la microcuenca asociada.

Cuando se aplica la técnica del balance hídrico indica el IDEAM, institución adscrita al Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial, se debe contar con registros de precipitación y evapotranspiración potencial de la microcuenca. La ecuación de balance hídrico para una columna de suelo es de la forma:

PPT - ESC - EVTR = ds/dt (3)

PPT: precipitación en mm

ESC: escorrentía en mm

EVTR: evapotranspiración real en mm

S: almacenamiento de agua en el suelo de la microcuenca en mm

t: tiempo

Agrega el IDEAM que el tiempo de simulación y cálculo del balance hídrico debe incluir períodos de alta y baja humedad (inviernos y veranos), ello implica que el término ds/dt, cambio en el almacenamiento de agua en el suelo tiende a cero para horizontes de tiempo largos como es el caso de un año o mayor, lo que lleva a transformar la ecuación (3) anterior por:

P - ESC - ETR = 0 (4)

Despejando para la escorrentía en la ecuación (4), se tiene:

ESC = P - ETR (5)

La escorrentía está compuesta de la escorrentía superficial o directa y la escorrentía subsuperficial. La dificultad para determinar la escorrentía subsuperficial, obliga a asociar




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HH YY HH

en la ecuación (5) el término ESC como la escorrentía total, superficial más subsuperficial. Ante la carencia de estaciones hidrométricas en la microcuenca de la quebrada El Hato, esto es, no existen registros de caudales, se procede a estimar los caudales medios anuales, a partir de la recomendación del Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial, MAVDT, Resolución No. 0865 de 2004, por medio de la cual se adopta la metodología para el cálculo del índice de escasez para aguas superficiales. Allí se expresa que “el balance hídrico es considerado un buen método para estimar con un margen de error pequeño el caudal medio anual en diferentes regiones de Colombia”.

Para la Microcuenca, el cálculo del balance hidrológico se hizo realizando la operación expuesta en la ecuación (5) en cada punto interior (píxel como unidad de medida), como lo expone la ecuación (6):

iii ETRPESC −= (6)

Donde ESCi representa la columna de agua que el pixel i le aporta a la escorrentía de la cuenca en el período considerado; Pi la precipitación que recibe el mismo punto, en el mismo período y ETRi, la lámina de agua que se pierde por evaporación en el punto i en el mismo período, la integral sobre la totalidad de la Microcuenca se representa mediante la ecuación (7)

∫ −=cuenca

ii dAEPMedioCaudal )( (7)

5.1.2 Resultados

La valoración de los caudales medios se hizo estimando la integral de la ecuación (7) mediante diferenciales de área del tamaño de los pixeles del modelo digital del terreno (en este caso de 5x5m). Así, para cada píxel en el interior de la Microcuenca, se dispuso del valor de la evaporación real y la precipitación en formato raster (mapa 8 y mapa 9 respectivamente). Se evaluó el balance y su resultado se multiplicó por el área del píxel, obteniendo así el volumen de agua que el píxel aporta durante el intervalo de tiempo dado en las unidades de los promedios P y E (1 año en este caso).

La integración sobre la Microcuenca se realizó mediante el esquema de agregación de variables presentado en la figura 9, a partir de las direcciones de drenaje del flujo en la Microcuenca. Este procedimiento proporcionó un caudal medio estimado a la salida de la Microcuenca de 0.505 m3/s (505 l/s), el mapa de caudales medio para la microcuenca de la quebrada El Hato se presenta en el mapa 9.




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HH YY HH

Figura 9. Esquema de agregación de variables siguiendo la estructura de la red de drenaje (Universidad Nacional, Área Metropolitana del Valle de Aburrá, CORANTIOQUIA, 2006)




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Mapa 7. Mapa 9. Caudales medios anuales de la microcuenca de la quebrada El Hato (m3/s)




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HH YY HH

Tabla 11. Resumen caudal medio multianual para tributarios importantes de la microcuenca de la quebrada El Hato

CORRIENTE CAUDAL MULTIANUAL EN (m 3 /s) Tributario (1) 0,0108 Tributario (2) 0,0566 Tributario (3) 0,0089 Tributario (4) 0,0046 Tributario (5) 0,0821 Tributario (6) 0,0269 Tributario (7) 0,0187 Tributario (8) 0,0068

Tributario (9), La Guzmana 0,0247 Tributario (10) 0,0448 Tributario (11) 0,0687 Tributario (12) 0,0109 Tributario (13) 0,0039 Tributario (14) 0,0068 Tributario (15) 0,0049 Tributario (16) 0,0978 Tributario (17) 0,0268

5.2. CAUDALES MÍNIMOS PARA DIFERENTES PERÍODOS DE RETORNO

5.2.1 Metodología

Para la estimación de los caudales mínimos con períodos de retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50, y 100 años, se seleccionó el método de regionalización de características medias propuesto por Universidad Nacional, UPME y COLCIENCIAS (2000), en el cual la media y la desviación estándar del caudal mínimo dependen de parámetros morfométricos como el área de la cuenca y de parámetros climáticos representados por la precipitación y la evaporación media sobre la Microcuenca, esto es representado en las ecuaciones (8) y (9).

11)(min

θβµµ AEPcQ −= (8)

22)(min

θβσσ AEPcQ −= (9)

Donde los valores de , cµ y cσ . son las constantes de regionalización. Si los valores de β1, β2 y θ1, θ2 son iguales a uno, la expresión (P – E )A puede suponerse igual al caudal medio de largo plazo, esto se corroboró en Universidad Nacional, UPME y COLCIENCIAS (2000). Así las ecuaciones anteriores quedan de la forma expuesta en (10) y (11).

medQmin Qcµµ = (10)




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HH YY HH

medQmin Qcσσ = (11)

Mediante los anteriores estadísticos, se estimaron caudales mínimos para diferentes periodos de retorno, a partir de la ecuación (12) presentada por Ven Te Chow (Chow, Maidment y Mays, 1994).

minmin QQTr KQ σµ += (12)

Donde TrQ es el caudal mínimo para un período de retorno Tr, y K es un factor de frecuencia que depende de la función de distribución de probabilidad valores extremos elegida y del período de retorno. En base al trabajo expuesto en Universidad Nacional y EPM (1987); la distribución de frecuencia que se utilizó en el presente trabajo fue la distribución tipo Gumbel, para ella el factor de frecuencia K para eventos mínimos se calcula mediante la expresión (13), los valores correspondientes a cada período de retorno se presentan en la tabla 12.

( )( )( )TrLnLnK +−= 5772,06

π (13)

Tabla 12. Factor de Frecuencia (Ktr) para varios periodos de retorno, calculados con la ecuación (7)

Periodo de retorno, tr K (tr)

2.33 -0.31953 5 -0.82109

10 -1.10033

25 -1.36153 50 -1.51359

100 -1.64078

Como se mencionó anteriormente, la Microcuenca no cuenta con registros de caudales en ningún punto de su red de drenaje, por lo que fue necesario emplear un método de simulación hidrológica para generar una serie de caudales continua (en este caso a nivel diario) a la salida de la Microcuenca, para apoyar la aplicación del método de regionalización de características medias.

Se empleó entonces el modelo lluvia-escorrentía denominado “Modelo de Tanques Agregado” propuesto por Vélez (2001), el cual es un modelo hidrológico conceptual que permite obtener una estimación de la respuesta hidrológica de la Microcuenca ante el estimulo del régimen de precipitación registrada históricamente en la zona en estudio. El modelo consta de 4 tanques interconectados que representan la actualización de humedad en el suelo y la escorrentía superficial y flujo base. Los parámetros que se utilizan son el almacenamiento capilar, la conductividad en las capas superficial e inferior del suelo y las pérdidas subterráneas. El modelo realiza el balance de agua en cada tanque y actualiza el volumen almacenado en cada uno de ellos, así se representan las




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HH YY HH

condiciones de escorrentía en la Microcuenca. Los datos de entrada del modelo son la precipitación diaria, la evapotranspiración potencial, el área de la Microcuenca y valores representativos de conductividad del suelo, almacenamiento capilar y pérdidas, estos últimos, se calibran con los datos de caudal diario (Universidad Nacional, CORATIOQUIA, Mi Río, 2002). Mayores detalles sobre la aplicación de este modelo en Microcuencas al interior del Valle de Aburrá pueden consultarse en Universidad Nacional, Área Metropolitana del Valle de Aburrá, y CORATIOQUIA (2006); y Centro de Ciencia y Tecnología de Antioquia, y Municipio de Medellín (2005).

Los parámetros empleados en el modelo de tanques para este trabajo, fueron los obtenidos en para la estación limnigráfica La Salada (2701733, ubicada en el municipio de Caldas) en el “Estudio para la Reglamentación del Aprovechamiento y Uso de las Aguas de la Quebrada Doña María” (Universidad Nacional, Área Metropolitana del Valle de Aburrá, y CORATIOQUIA, 2006), los cuales se exponen en la tabla 13. La calibración y validación de estos parámetros se realizó con los registros de La Salada que tiene registros de caudal medio diario para el período 1972 hasta 1986, con un 10% de datos faltantes, junto con los datos de precipitación de la estación pluviográfica Caldas (2701036), que posee registros de precipitación total diaria para el mismo período sin datos faltantes.

Tabla 13. Parámetros de calibración en la estación La Salada (Universidad Nacional, Área Metropolitana del Valle de Aburrá, y CORATIOQUIA, 2006),

Área de la Cuenca en Km2 43,77

PARÁMETROS

Almacenamiento Capilar 150 Conductividad Capa Superior (mm/día) 20 Conductividad Capa Inferior (mm/día) 5 Perdidas Subterráneas (mm) 0 Tiempo Medio de Residencia Flujo Superficial (días) 1 Tiempo Medio de Residencia Flujo Subsuperficial (días) 4,5 Tiempo Medio de Residencia Flujo Base (días) 85

El período de simulación seleccionado para la microcuenca de la quebrada El Salado fue el comprendido entre 01/01/1990 – 31/12/2005 (15 años), ya que en este es donde las estaciones pluviográficas de Fabricato, La Iguaná y la climatológica Tulio Ospina tienen período común de registros de precipitación media diaria. El porcentaje de datos faltantes en Fabricato era del 1.85%, en Tulio Ospina del 4.24%, y en La Iguaná del 6%.

Ya que para realizar la simulación hidrológica se necesita una serie de precipitación continua en el período seleccionado (1990-2005), se complementaron los datos faltantes en cada estación para el período antes mencionado, mediante el método de la razón normal, apoyándose en el registro de las otras dos estaciones.

Basados en la precipitación normal, el método de la razón normal estima los datos faltantes así: se definen o escogen M estaciones cercanas al punto donde faltan los datos,




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HH YY HH

con precipitaciones anuales de P1,P2,P3,....Pm., y de cada estación se conoce la precipitación normal, N. La precipitación Px en una estación vecina a las anteriores es la definida por la ecuación (14) (Vélez, 2000):

+++=

m

m

2

2

1

1X

N

P......

N

P

N

P

M

NPx

(14)

La serie de precipitación media empleada en la simulación fue construida a partir de los datos históricos de las estaciones

5.2.2 Resultados

La serie de precipitación media empleada en la simulación fue construida a partir de las series históricas de las estaciones Tulio Ospina, La Iguaná y Fabricato en el período 01/01/1990-31/12/2005, mediante la ponderación de las mismas por los factores 0.27, 0.23, y 0.5 respectivamente, donde dichos factores fueron obtenidos a través de la minimización del error de cierre del balance hídrico, evaluado este a partir de la diferencia entre la precipitación media anual de la Microcuenca obtenida desde el mapa de precipitación, y la precipitación media anual del balance hídrico a largo plazo desde los datos del modelo; siendo para este caso la diferencia de un 1.04%, por lo que se consideró cerrado el balance hídrico, y apropiados los factores de ponderación antes expuestos.

La serie de caudales medios diarios de 15 años de longitud para la Microcuenca de la quebrada El Hato se presenta en la figura 10, a partir de esta se obtuvo una serie de caudales mínimos diarios anuales, de la cual se calculó una media (µQmin) de 0.261 m3/s y

una desviación estándar (σQmin) de 0.095 m3/s. Mediante la aplicación de la ecuación (12) con los valores antes mencionados, se obtuvieron los caudales mínimos a la salida de la Microcuenca. Ver tabla 14.




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HH YY HH

Figura 10. Caudales medios diarios período 01/01/1990-31/12/2005, Microcuenca quebrada El Hato

-

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

CA

UA

DL

(m3

/s)

DIAS

Tabla 14. Caudales mínimos para diferentes períodos de retorno a la salida de la microcuenca de la quebrada El Hato

MEDIA (µ), m3/s DESVIACIÓN ESTÁNDAR (σ), m3/s

PERIODO DE RETORNO,

(años) K CAUDAL

MÍNIMO, m3/s

0.261 0.095 2,33 -0,31953 0.230 0.261 0.095 5 -0,82109 0.183 0.261 0.095 10 -1,10033 0.156 0.261 0.095 25 -1,36153 0.132 0.261 0.095 50 -1,51359 0.117 0.261 0.095 100 -1,64078 0.105

Con los valores estimados de µQmin (0.261 m3/s), σQmin (0.095 m3/s), y del caudal medio Qmed (0.505 m3/s), y mediante la aplicación de las expresiones (10) y (11), se obtuvieron los valores de las constantes de regionalización cµ y cσ, los cuales fueron 0.5168 y 0.1881 respectivamente.

Con las constantes de regionalización antes mencionadas, el mapa de caudales medios de la Microcuenca (mapa 9), y las expresiones (10), (11) y (12) se construyeron mapas de caudales mínimos para los períodos de retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50, y 100 años, en el mapa 10 se presenta a modo de ejemplo el mapa construido para el período de retorno de 10 años.




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5.3. CAUDALES ECOLÓGICOS

5.3.1 Metodología

Al revisar la literatura disponible, se encuentra que el término caudal ecológico recibe diferentes denominaciones, así:

Francia: débit reservé (caudal de reserva), caudal derivado del natural que hay que reservar para algún fin concreto.

Inglaterra: recommended flow ó regulated flow (caudal recomendado o regulado), caudal deducido de algún tipo de estudio o establecido por un reglamento a partir de unas condiciones de flujo inicial.

Otros países o regiones: environmental flow (caudal ambiental); minimun flow (caudal mínimo); caudal hidrobiológico.

Antoni Palau Ibars (1994), investigador del Departamento del Medio Ambiente y Ciencias del Suelo de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Lleida en Francia, define el caudal ecológico como “el caudal mínimo que hay que dejar aguas abajo de una regulación, aprovechamiento o modificación del cauce natural, para que sostenga (mantenga) cierto nivel de diversidad de vida acuática “.

En Colombia, la definición de caudal ecológico se encuentra en la Resolución No. 0865 de 2004 del MAVDT, mencionada en los términos de referencia entregados por el AMVA, como de obligatoria consulta para la realización del presente estudio de consultoría:

Mínimo histórico, Estudio Nacional del Agua (2000): a partir de curvas de duración de caudales medios diarios, propone como caudal mínimo ecológico el caudal promedio multianual de mínimo 5 a máximo 10 años que permanece el 97.5% del tiempo y cuyo periodo de recurrencia es de 2.33 años.

Porcentaje de descuento: el IDEAM ha adoptado como caudal mínimo ecológico un valor aproximado del 25% del caudal medio mensual multianual más bajo de la corriente en estudio.

El esquema gráfico de las metodologías antes expuestas se presenta en la figura 11, siendo estas las empleadas para estimar esta variable en el presente trabajo.

Para la construcción del mapa de caudales mínimos ecológicos, se empleó una relación simple entre áreas de drenaje y caudales mínimos, la cual se presenta en la ecuación (15), donde Qsalida es el caudal ecológico mínimo a la salida de la microcuenca de la quebrada El Hato, Áreasalida es el área de drenaje total de la Microcuenca (20.93 km2), Área i es el área drenaje en cada pixel que conforma la red de drenaje de la Microcuenca, y Qi el caudal mínimo ecológico para cada pixel de la red de drenaje.




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Mapa 8. Caudales mínimos para un período de retorno de 10 años




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HH YY HH

i

salida

i

salida

Área

Área

Q

Q= (15)

Figura 11. Métodos resolución 0865 de 2004 para la estimación del caudal mínimo ecológico (adaptado de Diez-Hernández, 2005)

5.3.2 Resultados

Para emplear la metodología del estudio Nacional del Agua realizado por el IDEAM en el año 2000 (mínimo histórico), se construyó la curva de duración de los caudales medios diarios obtenidos de la simulación hidrológica con el modelo de tanques en el período 01/01/1990 – 31/12/2005 (figura 12), de ella se extrajo el caudal que es excedido en un 97.5% del tiempo, el cual para este caso es de 0.1984 m3/s, siendo este el caudal mínimo ecológico considerado por este método.

Figura 12. Curva de duración de caudales medios diarios microcuenca quebrada El Hato

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Cau

dal

(m

3/s)

% del tiempo en el que el caudal es excedido




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En la aplicación del método del porcentaje de descuento, se generó desde la serie de caudales medios diarios simulados con el modelo de tanques, una serie de caudales medios mensuales para cada Microcuenca, a partir de la cual se caracterizó el ciclo anual de dichos caudales (figura 13); del ciclo anual se extrajo el menor valor del caudal medio mensual multianual el cual fue de 0.396 m3/s (marzo), donde el 25% de él son 0.099 m3/s; siendo este el caudal mínimo ecológico considerados por este método.

Figura 13. Ciclo anual caudales medios mensuales a la salida de la microcuenca quebrada El Hato

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

EN

E

FE

B

MA

R

AB

R

MA

Y

JUN

JUL

AG

OS

SE

P

OC

T

NO

V

DIC

m3 /

s

MESES

De los caudales mínimos ecológicos antes expuestos se seleccionó el producido por el método del mínimo histórico, el cual tiene una magnitud de 0.1984 m3/s, la razón de la selección se basa en que ante la ausencia de estudios específicos científicamente basados desarrollados y validados para las condiciones específicas de las corrientes del Valle de Aburrá (como el clima, composición del lecho, la estructura de los ecosistemas, entre otros), el asumir el valor inferior entre los dos métodos sería una opción poco segura si se trata de buscar el sostenimiento del ecosistema, la flora y la fauna de la corriente de agua.

El mapa de caudales mínimos ecológicos para la Microcuenca de la quebrada El Hato se presenta en el mapa 11.




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Mapa 9. Mapa 11. Caudales mínimos ecológicos de la microcuenca de la quebrada El Hato




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5.4. CAUDALES MÁXIMOS

5.4.1 Metodología

Dentro del contexto del estudio, la estimación de los eventos de crecida máximos son la base para la determinación de las manchas de inundación para diferentes períodos de retorno, las cuales darán pie a la generación de importantes insumos del estudio, como lo son los retiros hidrológicos, fundamentales en etapas como la zonificación del suelo dentro de las microcuencas.

La información cartográfica de curvas de nivel e hidrografía está disponible en el Valle de Aburrá en escalas necesarias para el procesamiento de la información hidrológica (1:2.000 y 1:5.000 para la zona en estudio).

Para la elaboración de este trabajo se tuvieron en cuenta los lineamientos básicos dados por la metodología para la formulación de planes integrales de ordenamiento y manejo de microcuencas PIOM, definida por el Universidad Nacional de Colombia sede Medellín (UNALMED, 2002), para la estimación de caudales máximos con diferentes períodos de retorno (2.33, 5, 10, 25, 50, 100 y 500 años), se emplearon bajo dichos lineamientos las hidrógrafas unitarias sintéticas de Synder, William y Hann, SCS, y Clark, como técnicas de precipitación-escorrentía. Se utilizó como método para evaluar las pérdidas iniciales de precipitación el número de curva de la SCS (Soil Conservation Service de los Estados Unidos). Para aplicar las hidrógrafas unitarias antes expuestas, se aplicó un modelo semidistribuido de cálculo de crecientes (HEC-HMS), como se expondrá más adelante.

�Parámetros geomorfológicos

Para la microcuenca de la quebrada El Hato, se estimaron los parámetros geomorfológicos necesarios para el cálculo de las hidrógrafas sintéticas mediante el modelo hidrológico semidistribuido, como el área de la microcuenca, la longitud de la corriente principal, cota máxima y mínima de la cuenca y del cauce, pendiente promedio de la cuenca, entre otros (ver tabla 15).

Tabla 15. Parámetros geomorfológicos microcuenca de la quebrada El Hato (hasta el sitio de desembocadura en el río Aburrá)

PARÁMETRO VALOR UNIDAD

Área 20.93 km²

Longitud cauce Principal 13.77 km

Perímetro 28.8 km

Cota mayor cuenca 3130 m

Cota menor cuenca 1420 m

Cota mayor río 3065.5 m




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PARÁMETRO VALOR UNIDAD

Pendiente media quebrada 11.6 %

Pendiente media cuenca 35.8 %

Longitud Cuenca 10.9 km

Longitud al centroide 7.399 km

�Cálculo de la tormenta de diseño

Estimación del tiempo de concentración: El tiempo de concentración es un parámetro con una clara dependencia de variables morfométricas como el área, pendiente de la cuenca, pendiente del cauce principal, longitud del cauce principal, etc; y para su evaluación, se cuenta con un sin número de expresiones desarrolladas en lugares con climas y morfologías totalmente diferentes a las que se presentan en esta situación particular (ver Vélez y Smith, 1997; Orsolini et al, 2000; Haestad Methods, 2002). Las expresiones tomadas en cuenta para la estimación de este parámetro, y los resultados obtenidos para la microcuenca de la quebrada el Hato, se observan en la tabla 16, de aquí se obtuvo un tiempo de concentración promedio de 61 minutos; se empleó el valor medio, dado que la incertidumbre asociada a las expresiones empíricas empleadas en la estimación hace que cada uno de esos valores sea equiprobable.

Tabla 16. Tiempos de concentración estimados microcuenca quebrada El Hato

EXPRESIÓN Tc (horas) Tc (min)

CALIFORNIA 0.865 51.876

KIRPICH 0.952 57.108

SCS - RAMSER 0.864 51.815

JOHNSTONE 0.575 34.508

TEMEZ 1.308 78.486

VENTURA-HERON 1.331 79.846

GIANDIOTTI 1.163 69.779

Hietograma sintético de tormenta: Se definieron eventos de tormentas máximas posibles sobre la Microcuenca para transformarlas en escorrentía. Dada la falta de información sobre la distribución de lluvias máximas a escala horaria sobre el área de estudio, se utilizó el método de distribución temporal de tormentas fuertes propuesto por Huff (Chow et al, 1994), para el primer cuartil (eventos de lluvia severos), y para un porcentaje de ocurrencia acumulada del 50%. Las intensidades de un evento determinado, y para un período de retorno dado, se tomaron a partir de las curvas Intensidad – Frecuencia – Duración (IDF) de las estaciones pluviográficas de Fabricato (2701037, ver figura 14), y San Cristóbal (2701046, ver figura 15) cuya localización respecto a la microcuenca en estudio se muestra en el mapa 5. Se emplearon estas estaciones, ya que son las más cercanas a la Microcuenca (en la misma vertiente del río Aburrá) con curvas IDF elaboradas por EE.PP.M con parámetros actualizados al 2005 (EE.PP.M., 2005), lo que habla de lo apropiado de la longitud y calidad de sus registros. El porcentaje de influencia de la estación Fabricato sobre la Microcuenca es de un 75%, y de la estación San Cristóbal del 25%, estos porcentajes se estimaron a partir de la




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determinación de su grado de influencia espacial sobre la Microcuenca por medio del método de polígonos de Thiessen.

Figura 14. Curva Intensidad-Duración-Frecuencia estación Fabricato

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (min)

Inte

nsi

dad

(m

m/h

)

2,33 años5 años10 años25 años50 años100 años500 años

Figura 15. Curva Intensidad-Duración-Frecuencia estación San Cristóbal CURVA INTENSIDAD-DURACIÓN-FRECUENCIA ESTACIÓN "SAN CRISTOBAL"

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (min)

Inte

nsi

dad

(m

m/h

)

2,33 años5 años10 años

25 años50 años100 años

500 años

La curva IDF en las estaciones antes mencionadas (Fabricato y San Cristóbal) referente al período de retorno de 500 años, se obtuvo a partir del ajuste de los datos de intensidad en un tiempo dado para los períodos de retorno disponibles en la curva (2.33, 5, 10, 25, 50, y 100 años); a una función de distribución de probabilidad tipo Log-normal, con la cual se extrapolaron las intensidades de precipitación para el período de retorno de 500 años.




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El tiempo base empleado para las tormentas de diseño fue de 61 minutos, equivalente al tiempo de concentración de la microcuenca, considerado como la duración crítica de la lluvia, dado que para valores menores al tiempo de concentración no toda el área de la Microcuenca contribuye, y para tiempos mayores al tiempo de concentración no hay incremento del área contribuyente (Vélez y Smith, 1997).

La resolución de los intervalos de tiempo para el hietograma de tormenta se seleccionó de tal manera, que este valor fuera menor que el 29% del tiempo de retardo para cada una de las subcuencas (requisito mínimo exigido por el HEC-HMS), además se tuvo en cuenta la recomendación consignada en US Army Corps of Engineers (2002), la cual expone a la décima parte del menor tiempo de concentración de las subcuencas como la resolución temporal mínima apropiada para los pasos de tiempo. Como resultado de lo antes expuesto, los hietogramas de tormenta se discretizaron en intervalos de 1 minuto; realizándose estos para los períodos de retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50 ,100 y 500 años (ver la figura 16 para el período de retorno de 100 años).

Figura 16. Hietograma de tormenta (método de Huff, primer cuartil, 50% de excedencia) (∆t= 1 minuto, período de retorno de 100 años)

Cálculo distribuido de crecientes: Para la estimación de las crecientes de diseño correspondientes a las tormentas estimadas, se utilizó una metodología de cálculo semi-distribuida de crecientes, para lo cual se utilizó el software HEC-HMS 2.2.2 (Hydrologic Modeling System, del U.S. Army Corps of Engineers).

Para simular las pérdidas de precipitación, esto es, la cantidad de agua que se pierde por intercepción en la vegetación, almacenamiento en depósitos del suelo, y por infiltración,




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se usó el método del número de curva (U.S. Army Corps of Engineers, 2000; Chow et al, 1994); el cual fue desarrollado por el Servicio de Conservación de suelos de los Estados Unidos (SCS), y relaciona la lluvia y la retención en el suelo, con la lluvia efectiva o escorrentía directa. El SCS definió un número de curva adimensional CN, luego de realizar un estudio sobre muchas microcuencas en los Estados Unidos; este valor depende del tipo, uso de suelo, y de las condiciones de humedad antecedente al evento (UNALMED, 2003; Chow et al, 1994). Los modelos precipitación-escorrentía utilizados fueron el método del hidrograma unitario de Snyder, el hidrograma unitario adimensional del SCS, hidrograma unitario de Clark, y el hidrograma unitario de William y Hann, el método de tránsito hidrológico usado fue el de Muskingum.

La principal ventaja de utilizar el software HEC-HMS, radica en que posibilita la representación de la microcuenca como la unión de varias subcuencas, para obtener valores de caudal en diferentes puntos de interés dentro de la red de drenaje. Para cada una de éstas, es posible utilizar diferentes parámetros, en función de sus características particulares, y realizar el tránsito de la creciente en toda la Microcuenca.

Para la implementación del modelo hidrológico, se dividió la Microcuenca en 10 subcuencas, teniendo en cuenta la estructura de la red de drenaje y el cambio en los usos del suelo presentes en la Microcuenca. El esquema de representación de la microcuenca de la quebrada El Hato por parte del programa HEC-HMS, se muestra en la figura 17; los parámetros geomorfológicos de cada una de las subcuencas en mención se presentan en la tabla 17.

Figura 17. Modelo hidrológico semidistribuido quebrada El Hato (HEC HMS 2.2.2)

Tabla 17. Parámetros geomorfológicos subcuencas modelo hidrológico quebrada El Hato

VARIABLE UNID HATO 1 HATO 2 HATO 3 HATO 4 HATO 5 HATO 6 HATO 7 HATO 8 HATO 9 HATO 10

Área de drenaje km² 3.15 1.40 1.29 0.97 2.08 4.64 1.33 1.89 0.81 3.38

Longitud Cauce principal

km 3.40 0.75 1.59 1.26 3.08 2.60 0.76 2.65 1.62 1.95

Longitud km 4.91 2.68 3.03 2.91 3.99 3.78 2.50 4.44 3.25 3.92




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VARIABLE UNID HATO 1 HATO 2 HATO 3 HATO 4 HATO 5 HATO 6 HATO 7 HATO 8 HATO 9 HATO 10

río hasta la divisoria

Pendiente cauce principal

% 4.53 2.74 29.90 9.55 25.52 8.52 2.63 6.58 9.27 7.91

Pendiente cuenca

% 10.40 10.70 28.60 21.00 22.70 17.00 10.30 18.20 16.30 9.90

Cota mayor cuenca

m 2909.00 2746.76 2483.86 3100.00 2520.00 3130.00 1676.47 2250.00 1970.00 2789.68

Cota menor cuenca

m 2400.00 2460.10 1616.56 2490.08 1615.85 2490.00 1420.00 1440.00 1440.00 2400.00

Cota mayor río

m 2554.00 2469.49 2090.22 2610.00 2400.00 2650.00 1440.00 1614.65 1590.00 2565.52

Cota menor río

m 2400.00 249.00 1614.65 2490.00 1614.65 2500.00 1420.00 1440.00 1440.00 2400.00

Longitud cauce al centroide

km 2.40 1.05 1.44 1391.40 1.91 1.95 1.01 1.91 1.80 1.93

Perímetro km 14.44 10.86 7.50 7.35 10.29 13.87 10.25 11.34 8.01 12.01

Es importante anotar que la microcuenca de la quebrada El Hato carece absolutamente de registros de caudal, lo cual impide la calibración y validación de los parámetros de los modelos antes mencionados, por lo que los valores finales de los mismos fueron producto de un amplio análisis de sensibilidad.

Los valores del coeficiente CN necesarios para la aplicación del método del SCS, fueron obtenidos de la tabla 5.5.2 presentada en el libro Hidrología Aplicada de Chow et al, 1994, los valores expuestos en el libro publicado por la Haestad Methods, 2002, y los valores presentados en el libro de hidrología para ingenieros de Vélez M.V, 2001. Se escogió cada valor del número de curva de acuerdo a la ubicación de la subcuenca, y las características particulares de la misma. En la microcuenca de la quebrada El Hato, la cobertura está representada principalmente por rastrojo y pastizales, y por la zona residencial de la parte baja. Básicamente, en la Microcuenca se distinguen los siguientes tipos de número de curva, los cuales se usaron en la ponderación del CN para cada subcuenca: CN = 60 el cual corresponde a un bosque natural normal; CN = 68 para un bosque natural ralo, CN = 79 para pastizales con pendientes del terreno > 1%, y CN = 92 correspondiente a un área urbana totalmente desarrollada con vegetación establecida en un distrito urbano, comercial y de negocios con un 85% de área impermeable promedio (Haestad Methods, 2002), el cual se usó para las zonas con alta densidad de construcciones, y gran presencia de vías pavimentadas. Los valores del CN se ponderaron con ayuda de los mapas de cobertura vegetal, vías, y catastro pertenecientes al proyecto. Se empleó el grupo hidrológico del suelo B, para unas condiciones antecedentes de humedad II (condiciones promedias en creciente, Orsolini et al, 2000). Los valores del CN, y el valor de las correspondientes pérdidas iniciales empleadas en las subcuencas en que se dividió la microcuenca de la quebrada El Hato, se presentan en la tabla 18.

Debido a la complejidad de los procesos que ocurren en la microcuenca, se supuso una velocidad promedio en los canales para el tránsito hidrológico con el método de




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Muskingum (3 - 4 m/s); y se empleó un valor de peso X = 0.2, por ser un valor medio para corrientes naturales (Chow et al, 1994). Para el método del hidrograma adimensional de la SCS se utilizó una relación propuesta en Chow et al, 1994; donde se supone que el tiempo de rezago se aproxima al 60% del tiempo de concentración de cada microcuenca. Detalles adicionales sobre las hidrógrafas del SCS, y de Snyder, se pueden consultar en U.S. Army Corps (2000). Las relaciones básicas empleadas en la implementación de la hidrógrafa unitaria de William y Hann, fueron las expuestas en Vélez y Smith (1997), y Vélez M.V (2001).

Tabla 18. CN ponderado subcuencas del modelo hidrológico quebrada el Hato

SUBCUENCA CN PÉRDIDAS INICIALES MÉTODO SCS, Ia (mm)

TIEMPO CONCENTRACIÓN

(min)

HATO1 87.500 7.257 40 HATO2 84.600 9.247 18 HATO3 69.700 22.084 15 HATO4 84.600 9.247 18 HATO5 75.400 16.574 23 HATO 6 84.600 9.247 30 HATO 7 80.100 12.621 24 HATO 8 70.500 21.257 30 HATO 9 80.100 12.621 21 HATO10 68.000 23.906 28

En el método de hidrograma unitario de Clark, se empleó la relación típica adimensional tiempo-área incluida en el HMS (US Army Corps of Engineers, 2000) desarrollada por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos, junto con el tiempo de concentración medio hallado para cada subcuenca de la microcuenca en estudio (tabla 18). Existe otro parámetro que es llamado el coeficiente de almacenamiento, que relaciona el caudal con el almacenamiento mediante una relación lineal. Este valor puede ser obtenido de un procedimiento de análisis de sensibilidad, mediante expresiones que relacionan la velocidad del flujo con la distancia y el tiempo de tránsito (Vélez, 2001). Se empleó un coeficiente medio para la microcuenca de R= 12 minutos (0.2 horas, este representa el tiempo de residencia del agua en un embalse lineal), según el valor medio calculado en el proyecto “Diseño y puesta en marcha de la red de monitoreo ambiental en la cuenca hidrográfica del Río Aburrá-Medellín en jurisdicción del Área Metropolitana” (UNAL et al, 2004).

Se debe enfatizar en este trabajo, que metodologías como las hidrógrafas unitarias sintéticas, tienen una alta incertidumbre asociada; además, existe una falta de calibración de dichas metodologías para las condiciones particulares de la ciudad, lo que hace que cada uno de los valores obtenidos sean equiprobables.




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5.4.2 Resultados

Los resultados obtenidos a partir del modelo hidrológico HEC-HMS empleando las hidrógrafas unitarias sintéticas antes mencionadas, para el sitio de desembocadura al río Aburrá se presentan en la tabla 19.

Tabla 19. Caudales sitio de desembocadura de la quebrada el Hato al río Aburrá, método hidrógrafas unitarias sintéticas

m3/s TR (años) WILLIAM- HANN SCS SNYDER CLARK

2.33 21.139 38.008 41.266 37.084

5 32.502 58.282 63.652 56.932

10 43.277 77.34 84.757 75.615

25 58.693 104.39 114.84 102.18

50 70.831 125.54 138.46 122.98

100 83.258 147.14 162.57 144.23

500 126.2 221.05 245.43 217.09

Un resumen gráfico de los resultados antes expuestos se presenta en la figura 18, de ahí, y de la tabla 19 se concluyó que:

Los valores de caudales máximos obtenidos en la Microcuenca con el método de William y Hann, se encuentran alejados en mucho, a los valores que en promedio arrojan las otras hidrógrafas, por lo que se decidió sacar sus resultados de los análisis posteriores.

Entre las otras hidrógrafas restantes, se seleccionaron los valores que proporcionó la hidrógrafa unitaria de SCS, dado que representa una condición promedia por los menos en los períodos de retorno altos (25, 50, 100 y 500 años), de los valores que se obtuvieron al emplear Clark y Snyder, anotando eso sí, que los valores de caudales obtenidos con las tres hidrógrafas no son significativamente distintos.

Así, para el posterior estudio hidráulico dentro de las microcuencas, se emplearán los caudales obtenidos con la hidrógrafa unitaria del SCS.




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Figura 18. Caudales máximos (m3/s), quebrada El Hato, desembocadura al río Aburrá

Mapa de caudales máximos para diferentes períodos de retorno: Para la construcción del mapa de caudales máximos para diferentes períodos de retorno (2.33, 5, 10, 25, 50, 100 y 500 años), se utilizaron los resultados de caudales estimados mediante la hidrógrafa unitaria del SCS. Para realizar una distribución sobre toda el área de la Microcuenca, se hizo un ajuste de caudal máximo contra el área de drenaje y número de curva agregado, y se distribuyó en la red de drenaje usando el concepto de mapa de áreas acumuladas.

Se tienen entonces, caudales máximos para diferentes puntos en la red de drenaje que tienen áreas asociadas, luego, mediante un ajuste de tipo potencial multivariado, se realizó la distribución del caudal en toda el área de cada microcuenca. En la tabla 20 se presentan las expresiones ajustadas en la microcuenca de la quebrada El Hato, donde el CN es el número de curva agregado en un punto determinado en la red de drenaje, A es el área acumulada en km2, y el caudal Q para cada uno de los períodos de retorno considerados se obtiene en m3/s. El coeficiente de correlación R2 fue calculado entre los caudales obtenidos de la modelación con el HEC-HMS en diferentes puntos sobre la red de drenaje, y el caudal obtenido en dichos puntos a partir de la expresión ajustada. Así, realizando un álgebra de mapas, y agregando sobre toda la Microcuenca, se obtienen los mapas de caudales máximos, para los diferentes períodos de retorno considerados, los cuales pueden ser desplegados a partir del sistema de información geográfica del proyecto. Un ejemplo de los mapas creados se presenta en el mapa 12.




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Tabla 20. Ecuaciones estimadas a partir de los datos de caudal máximo, para la microcuenca de la quebrada el Hato

EXPRESIÓN COEFICIENTE DE CORRELACIÓN R2

8113.02858.77125.30

33.2 ** ACNeQ años−= 0.9938

7897.06595.6472.27

5 ** ACNeQ años−= 0.993

7744.0228.625.25

10 ** ACNeQ años−= 0.9928

7568.07587.58375.22

25 ** ACNeQ años−= 0.9922

7461.04621.53188.21

50 ** ACNeQ años−= 0.9917

7368.02129.50389.20

100 ** ACNeQ años−= 0.9912

7142.05766.47713.16

500 ** ACNeQ años−= 0.9898




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Mapa 10. Mapa 12. Caudales máximos para un periodo de retorno de 100 años en la microcuenca de la quebrada El Hato




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5.5. BIBLIOGRAFÍA

CENTRO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ANTIOQUIA, MUNICIPIO DE MEDELLÍN. 2005. Formulación del Plan de Ordenación y Manejo de las microcuencas de las quebradas La Rosa y La Bermejala. Medellín.

CHOW, V., MAIDMENT, D. y MAYS, L. Hidrología Aplicada. McGraw Hill. Bogotá, 1994, 584 p.

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MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Decreto 1729 de agosto 7 de 2002. Reglamentación de cuencas hidrográficas. Bogotá D.C. 2002. 8 p.

MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Resolución 0865 del 22 de Julio de 2004. Metodología para el cálculo del índice de escasez para aguas superficiales. Bogotá D.C. 2004.15 p.

PALAU, IBARS ANTONI. Los mal llamados caudales ecológicos. Bases para una propuesta de cálculo. Revista No. 26. Obras Públicas. Pgs. 13. España. 1994.

POVEDA G. La Hidroclimatología de Colombia: Una síntesis desde la escala inter-decadal hasta la escala diurna. Revista de la Academia Colombiana de Ciencias. Vol. 28, Nº 107. 2004. pp.201-222

POVEDA, J. G. et al. Estimación de caudales mínimos para Colombia mediante regionalización y aplicación de la curva de recesión de caudales. Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos. Universidad Nacional de Colombia. Medellín. 2000

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66.. VVAARRIIAABBLLEE HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

6.1. MODELACIÓN HIDRÁULICA

6.1.1 Metodología

El análisis hidráulico requirió al igual que el análisis hidrológico, de una estrategia escalonada de refinamiento de los resultados. La precisión requerida en el estudio varía en función de la necesidad de uso o protección de la zona comprometida por la corriente; así se propone una metodología basada en el uso de múltiples escalas anidadas para la producción de manchas de inundación en el cauce.

Se realizó el análisis hidráulico suponiendo flujo permanente para el caudal en los distintos tramos, y para los diferentes períodos de retorno. Se emplearon los modelos HEC RAS 3.1.3, y HEC GEO-RAS 4.1 para ArcGIS 9.1; como herramientas de cálculo de los perfiles de flujo, apoyándose en las recomendaciones expuestas en la metodología PIOM (UNALMED, 2003), teniendo en cuenta eso sí, la principal falencia de este modelo de cálculo, en lo referente al rango de pendientes en el cual es aplicable (<7%).

Análisis geomorfológico de la Microcuenca

Para efectuar el modelamiento hidráulico se tuvo en cuenta el análisis del perfil longitudinal de la corriente principal de la quebrada El Hato, a partir de la información extraída del modelo digital del terreno por el HEC GEO-RAS. Se buscaron los puntos de quiebre de la pendiente media del cauce, que pudieran mostrar de forma aproximada, la zona de llanura de inundación, zona de transición, y la zona de montaña o producción, en que teóricamente se divide de forma general un sistema fluvial.

En la microcuenca de la quebrada El Hato, el análisis del perfil longitudinal del cauce principal mostró un comportamiento anómalo causado por un fuerte control geológico ubicado en el denominado punto de inflexión 3, ver figura 19, el cual hace que el cauce se comporte de dos formas distintas, aguas arriba y aguas abajo de dicho punto, respecto a la evolución del perfil del cauce. Así, aguas abajo del punto 3 se tiene un desarrollo normal del perfil del cauce, distinguiéndose tres zonas claramente definidas, que pueden asociarse a las zonas típicas de un sistema fluvial; y aguas arriba del punto 3, se observa que el perfil del cauce se divide en dos zonas claras, marcadas por un fuerte cambio en la pendiente media de la corriente, luego, la totalidad del sistema fluvial de la quebrada El Hato se dividió en las siguientes 5 zonas:




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HH YY HH

Llanura de inundación (zona 1), en donde el cauce posee una pendiente media del 4.2%, y comprende la zona entre la desembocadura al río Aburrá - Medellín, y el cruce de la quebrada con la cota 1555.4 m (punto 1, figura 19).

Zona de transición 1 (zona 2), ubicada entre los puntos 1 y 2, posee una pendiente media del cauce de 15.89%. Esta zona del cauce se encuentra delimitada aproximadamente entre las cotas 1555.4 m (punto 1) y 1893.92 m (punto 2).

Zona de montaña 1 (zona 3), la cual posee una pendiente media del 45.76 %, y se encuentra ubicada entre las cotas 1893.92 m (punto 2) y 2367.84 m (punto 3).

Zona de transición 2 (zona 4), ubicada entre los puntos 3 (cota 2367.84 m) y 4 (cota 2638.65 m), con una pendiente media del cauce del 4.44 %. Se decidió asumir la zona 4 como de transición, dado que su comportamiento hidráulico es más acorde a este tipo de zona, que a una zona de montaña, dada la magnitud de la pendiente media del cauce, excepto en la zona más próxima aguas arriba del punto de inflexión 3, donde el flujo sobre el cauce principal comenzará a tomar de nuevo un comportamiento similar al de la zona de montaña.

Zona de montaña 2 (zona 5); la cual se encuentra entre el punto 4 (2638.65 m de cota) y la divisoria de la Microcuenca, con una pendiente media del cauce del 27.1%.

Figura 19. Perfil longitudinal quebrada el Hato

En el mapa 13 se presentan las zonas del sistema fluvial de la quebrada El Hato, las cuales fueron delimitadas siguiendo las curvas de nivel correspondientes a las cotas de los puntos 1, 2, 3 y 4, demarcando así, la zona de montaña 1 y 2, de transición 1 y 2, y la llanura de inundación de la quebrada El Hato; se resalta, que en esta última, se encuentra concentrado el mayor desarrollo urbano de la Microcuenca.




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HH YY HH

Análisis de los mecanismos de disipación de energía en los cauces de las microcuencas

Como parte del proceso de análisis de sensibilidad de los parámetros del modelo hidráulico, se evaluaron los factores dominantes en la resistencia al flujo en la red de drenaje; apoyándose en el registro fotográfico, y en el trabajo de campo realizado por las diferentes componentes dentro del proyecto.

El análisis de la información disponible, mostró qué:

En las zonas de montaña, el cauce está formado predominantemente por estructuras del tipo escalón-pozo, foto 1, siendo estas macro-rugosidades muy eficientes en la disipación de energía, además, los escalones proporcionan la mayor parte de la rugosidad en el canal. El material del lecho está conformado por una mezcla heterogénea de tamaños del material, dominado por partículas del orden de los cantos a los bloques, donde la relación ancho-profundidad es pequeña. El cauce presenta un confinamiento pronunciado por las paredes del valle, foto 1 a), con un alineamiento predominantemente recto.

En la zona de transición 2, se observan configuraciones del lecho del tipo rápidas foto 2 a) y b) y pozos, con presencia de material coluvial, y materiales dominantes en el lecho del orden de gravas gruesas y cantos.

En la zona de transición 1, foto 3, se tiene como material dominante las gravas gruesas y cantos, con una presencia muy importante de material del orden de bloques, donde la acomodación de estas macro-rugosidades, toma gran importancia en la rugosidad del canal, dada su gran influencia en la sumergencia relativa en escenarios de caudales con niveles del agua relativamente altos. La configuración del lecho está dominada por rápidas y pozos, con presencia de vegetación del tipo rastrojo bajo de forma predominante en las márgenes del canal.

En la parte baja de la Microcuenca, se observan aún configuraciones del lecho del tipo rápida-pozo, con un lecho dominado por material del tipo canto y grava gruesa, con presencia en una proporción pequeña, de material del orden de los bloques, foto 4 a). El cauce es ancho, con llanuras de inundación bien definidas, en donde se observan intervenciones antrópicas sobre las márgenes, como la rectificación en la sección y protección de orilla mostrada en la foto 4 b), la cual se implementó como medida de mitigación a las constantes inundaciones que afectan la margen derecha de dicho tramo.




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HH YY HH

Foto 1. Condiciones del lecho y de las márgenes, quebrada El Hato, zonas de montaña

a)

b)

Foto 2. Condiciones del lecho y de las márgenes, zona de transición 2

a)

b)

Foto 3. Condiciones del lecho y de las márgenes, zona de transición 1

a)

b)




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HH YY HH

Mapa 11. Mapa 13. Sistema Fluvial de la microcuenca de la quebrada El Hato




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HH YY HH




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HH YY HH

Foto 4. Condiciones del lecho y de las márgenes, zona llanura de inundación

Montaje de la geometría del modelo hidráulico: El modelo geométrico para el análisis hidráulico, se conformó con las quebradas contenidas en la zona de estudio conservando la topología real de la red de drenaje. Se usó información de levantamientos topográficos, y topografía extraída del modelo digital de terreno con resolución espacial de 1:2000 en la zona urbana, y 1:5000 en la zona rural, integradas bajo la plataforma HEC GEO-RAS 4.1 para ArcGIS 9.1

Obtención información topográfica secundaria

Para modelar adecuadamente la red de drenaje de la microcuenca de la quebrada El Hato, fue necesario obtener información de la geometría de todos los cauces dentro de las zonas en estudio. Para el modelamiento de los cauces afluentes no levantados en campo, se recurrió a la extracción de las propiedades geométricas de éstos, a partir del modelo digital de terreno, haciendo uso del concepto de anidamiento de escalas.

Se utilizó información topográfica 1:2000, y 1:5000, para la construcción del modelo digital de terreno, y para la extracción de la geometría (perfiles, secciones transversales) de los cauces de la totalidad de la red de drenaje que no fueron levantados topográficamente. El modelo digital de terreno de la zona de estudio fue construido con una resolución adecuada (5mX5m), para el cálculo, y análisis de las profundidades del flujo dentro de la mancha de inundación.

Sobre las curvas de nivel de la cartografía 1:2000, y 1:5000, se realizó una extensa depuración y control de calidad, consistente principalmente en dar continuidad a las líneas de las curvas de nivel y al atributo de cota, pues en gran parte de ellas hay errores en la asignación de dichos valores. El MDT resultante fue procesado y corregido utilizando ArcGIS 9.1.

a)

b)




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HH YY HH

Las secciones transversales se obtuvieron con ayuda de la herramienta HEC-GEORAS 4.1 (para ArcGIS 9.1). La resolución de dichas secciones es equivalente a la resolución de las curvas de nivel (1:2000), por lo cual se extrajeron secciones de gran longitud transversal (150 m), para representar adecuadamente la zona de influencia del cauce.

El criterio para determinar el espaciamiento entre secciones, lo proporcionó el ajuste del modelo digital de terreno (TIN) a la red de drenaje existente, por lo que en los puntos en donde este ajuste no se dio (ver figura 20), no se extrajeron secciones transversales. El eje para la extracción de estas secciones, se tomó a partir de la hidrografía de la misma resolución de la cartografía adoptada para el estudio.

Tanto la información levantada topográficamente como la información extraída del MDT, está georeferenciada en el mismo sistema, por lo cual se están acoplando en el mismo formato, dando lugar a una geometría representativa de la topología real de la red de drenaje, y útil para visualizar en el SIG. Lo anterior responde a la propuesta de anidamiento de escalas con la cual se busca ir refinando la información, en la medida en que sea necesario, e incluirla de forma inmediata al modelo geométrico y al SIG.

Es importante resaltar que la información extraída del modelo digital del terreno contiene un grado de incertidumbre muy alto, respecto a la verdadera forma de la secciones transversales, dado que la resolución tan gruesa del MDT, impide captar el verdadero grado de incisión de las corrientes, así como también la definición de una manera correcta de la frontera entre el cauce principal y la zona de inundación.

Figura 20. Zona de no ajuste de la red de drenaje que marca el TIN con el drenaje cartografía adoptada en el estudio

Obtención información topográfica primaria

Se realizó un levantamiento topográfico detallado en el tramo final (llanura de inundación) de los principales afluentes en la Microcuenca. En el caso de la microcuenca de la




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quebrada el Hato, se levantaron aproximadamente 3165.86 metros de longitud sobre su cauce principal, mediante 64 secciones transversales, con un ancho medio de 35 metros. Para la quebrada La Guzmana, se levantaron 1311.59 m (con una ancho medio de la sección de 23.4 m, y una separación promedia de 36.44 m). Se levantaron además, las principales características geométricas de las estructuras hidráulicas de cruce presentes sobre el mismo (box culverts, puentes, pontones, y demás coberturas).

Extensión de la información levantada topográficamente, con la información extraída del modelo digital del terreno en la zona urbana

La zona correspondiente a la llanura de inundación es donde se encuentra el mayor desarrollo urbano dentro de ambas microcuencas, El Hato y La Guzmana, lo que ocasiona que la verdadera trayectoria del flujo sea de difícil predicción, en especial, cuando se emplea un modelo unidimensional de flujo (como en este caso), dado que el comportamiento del agua en la llanura de inundación es predominantemente bidimensional.

Para intentar capturar de una mejor manera el papel de la llanura de inundación en el caso de crecientes extremas, se extendieron las secciones transversales levantadas por la topografía del proyecto, empleando información extraída del modelo digital del terreno; además, se tomaron como una obstrucción total al flujo, las manzanas y/o construcciones presentes en las zonas aledañas a los cauces modelados, para incluir en parte, su efecto en la inundación, esto se realizó con ayuda de las herramientas provistas para tal fin en el HEC-GEORAS 4.1.

Depuración del modelo

El modelo estructurado a partir de los datos disponibles en el sistema de información geográfica del proyecto, integra la localización de las secciones transversales tomadas en campo, la topografía extraída del MDT, las construcciones que afectan esas secciones extraídas, y la topología real de la red, este se exportó al modelo hidráulico HEC RAS 3.1.3 mediante la interfase generada por el HEC-GEORAS 4.1.

En el modelo hidráulico empleado, se integró la información extraída del modelo digital del terreno, con la información topográfica primaria levantada en campo, obteniéndose así, un modelo hidráulico con un total de 873 secciones transversales, como se presenta en la figura 21¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. y tabla 21.




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Figura 21. Esquema del modelo hidráulico, HEC RAS 3.1.3, red de drenaje quebrada el Hato

h1

13635.7813335.78

12975.7812675.78

ha

t o

h2

12135.7811555.7811276.13

hat o h3 h410735.78h5

h610415.78

10075.78

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9116.420

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8435.784

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ha to

h97115.784h10h11 h12

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5555.7845035.784

4595.7844095.784

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h 183455.784

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255622901979.2491512.0101212.262

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t 31620400.0000

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t 3216801380

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80.21069

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1440860 600

qd

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160

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1322.644t21142.644

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563.8236503.8236

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631.1248

411.1249

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t 25311.8758

t 67 t68

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qd a 7

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t 16980

860t 17660

32020.00001

qd

a 8

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180

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a

9

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80

q

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a2

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400

140.8509

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t812001060

879.9999700

420

qda4

t952.49173

t10520

220q d a5

r1320

59.62194

r11540

340

r 21200

r 22640420

119.9999

r 40

640

300200r 41

r4180.00000

r8500

260

r78640420

24059.99999

r232033.02471

r3120.0000

r4440

260

r5121.8800

r6360

180 r7120

2 415 16

26

30

34

405758

60

62

64 6870

72

7

9

11

13

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22

24

20

32

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43

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51

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1237.4891155.738

1140

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1063.126

1003

940

900

h17

820 800

663.1263

h a t o

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625.2742

607.6909

440

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335.7499 251.4488203.9881170.1233 82.34497

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t122000

180015201360

1060800.0000

qd a 6

t 13

520260

qda 6

w23843.8236

563.8236503.8236

283.823663.82365

qd

a 7

t451231.1241051.124971.1249

631.1248

411.1249

q da 7

t 25311.8758

t 67 t68

400220.0000

qd a 7

t 151280.000

t 16980

860t 17660

32020.00001

qd

a 8

t 27900

720540320

180

qd

a

9

t54820

580340

80

q

da q

a2

15401360

960680

400

140.8509

qda 1

t6304.3080164.4026

t812001060

879.9999700

420

qda4

t952.49173

t10520

220q d a5

r1320

59.62194

r11540

340

r 21200

r 22640420

119.9999

r 40

640

300200r 41

r4180.00000

r8500

260

r78640420

24059.99999

r232033.02471

r3120.0000

r4440

260

r5121.8800

r6360

180 r7120

2 415 16

26

30

34

405758

60

62

64 6870

72

7

9

11

13

18

22

24

20

32

3638

43

4547 55

51

53

1284.958

1237.4891155.738

1140

1111.597

1063.126

1003

940

900

h17

820 800

663.1263

h a t o

680 647.8690

625.2742

607.6909

440

400

386.0668

335.7499 251.4488203.9881170.1233 82.34497

72

Tabla 21. Inventario secciones transversales para el modelo hidráulico utilizado

CORRIENTE SECCIONES TOPOGRAFÍA

SECCIONES MODELO DIGITAL

DEL TERRENO

TOTAL SECCIONES TRANSVERSALES

La Guzmana 36 56 92

El Hato 64 717 781

TOTALES 100 773 873

Asignación coeficientes de rugosidad de Manning: La asignación de la rugosidad para el modelamiento hidráulico se hizo con base en los estudios de corrientes de montaña realizados por varios autores. Las condiciones de los cauces se compararon con valores reportados en estudios específicos de la resistencia al flujo en cauces de montaña (Jarrett, 1984; Bathurst, 1985; Yen, 1992 y Rosgen, 1996), así como con tabulaciones de




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valores que dependen del tipo de material del cauce (Chow 1994), y fotografías con coeficientes calibrados (Barnes, 1967).

En general, se tuvo en cuenta que la rugosidad en ríos de montaña se relaciona no sólo con el diámetro de las partículas o sedimentos presentes en el lecho, sino con las estructuras macro disipadoras de energía, comúnmente relacionadas con las altas pendientes, y las estructuras escalonadas, o de saltos y pozos del lecho.

Las quebradas en la zona en estudio, poseen una estructura de saltos y pozos bien definida, en su zona media y alta, con pendientes elevadas, y materiales en el lecho de tamaños hasta cantos de roca, lo que las hace muy eficiente en disipación de energía, en lo concerniente al análisis de los mecanismos de disipación en los causes. Así, la asignación de la rugosidad de acuerdo al tipo de material únicamente, como se hace tradicionalmente, puede subestimar el efecto de la rugosidad en función del régimen de flujo.

Para el modelamiento hidráulico, se asignaron rugosidades para todas las secciones en los cauces, teniendo como base las descripciones de campo para las secciones levantadas topográficamente y apuntes producto de los recorridos de campo.

Se emplearon valores del coeficiente de rugosidad de Manning en los tramos naturales del cauce principal, de 0.065 - 0.07 - 0.08, dependiendo de la ubicación de la sección transversal en la cuenca, aumentando estos valores del coeficiente, de aguas abajo hacia aguas arriba. Igualmente se asignaron valores del coeficiente de rugosidad a las bancas (izquierda y derecha) de 0.03 - 0.045 - 0.05, dependiendo tanto de la ubicación de la sección transversal en la cuenca, como del tipo y características de la vegetación presente en las bancas, características urbanas, y posibles obstrucciones al flujo.

Condiciones de frontera y condición de flujo

Dada la ausencia total de instrumentación de tipo meteorológica en la cuenca, no se poseen secciones calibradas, ni niveles de creciente conocidos en la red de drenaje de la cuenca, por lo que este tipo de condiciones de frontera no se tuvo en cuenta en el análisis. Se implementó la condición de frontera “profundidad normal”, la cual se asumió como la pendiente promedia del fondo del canal en el tramo próximo a la sección frontera. El modelo se implementó con una condición de flujo subcrítico (como flujo uniforme permanente), teniendo como base lo expuesto por Jarrett (1984), donde dicho autor expone, que las condiciones de flujo medias dominantes en los cauces de montaña es la subcrítica, y que el flujo supercrítico y crítico, se presenta sólo localmente sobre las macrorugosidades del lecho. Además, al ser una de las hipótesis básicas del modelo hidráulico implementado el lecho fijo, debe cumplirse siempre una relación creciente entre el caudal transitado, y la profundidad del agua en la sección, pero al emplear condiciones del flujo como la mixta en el modelo hidráulico (combinación de condiciones supercríticas y subcríticas del flujo), se obtuvieron relaciones inversas caudal versus profundidad del flujo, en muchas secciones del modelo. Las coberturas (puentes, y box culverts) fueron evaluadas utilizando el método estándar por pasos, y pérdidas por el método de la energía. El método de energía es un método conservativo que considera pérdidas por fricción y pérdidas locales por contracción. Éste presenta como resultado la cabeza total




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de energía a lo largo de la estructura la cual es indicativa del nivel máximo al que puede llegar el flujo.

Análisis de la aplicabilidad del modelo hidráulico HEC-RAS en la Microcuenca

Dadas las restricciones que posee el modelo HEC-RAS frente a la pendiente del cauce (no aplica para pendientes medias del canal >7%), se evaluaron las pendientes de las corrientes de la red de drenaje, en donde se contó con información topográfica levantada en campo, para identificar hasta qué punto pueden considerarse confiables los resultados obtenidos. Se obtuvo que, los tramos levantados topográficamente en campo (en El Hato y La Guzmana), poseen una pendiente media del orden del 4.6%, lo que indica, que los resultados obtenidos a partir de la implementación del modelo hidráulico HEC RAS, son confiables, en cuanto al método de cálculo de los perfiles de flujo empleado por el modelo hidráulico (estándar por pasos).

6.1.2 Resultados

Como resultado de esta etapa, se obtuvieron niveles, velocidades, y perfiles hidráulicos, para los cauces modelados en la microcuenca de la quebrada El Hato, mediante un modelo unidimensional de flujo gradualmente variado (HEC RAS 3.13), resuelto por el método estándar por pasos. Se evaluaron los caudales máximos correspondientes a 2.33, 5, 10, 25, 50, 100 y 500 años de período de retorno.

Dada la incertidumbre presente en el modelamiento de este tipo de fenómenos extremos, en especial en cauces de montaña como los presentes en las microcuencas (no se poseen datos para calibrar el comportamiento de los canales frente a un fenómeno de creciente donde el agua que baja por los cauces no es agua limpia, sino una mezcla de suelo y agua), el uso del modelo se realiza sin calibraciones previas de sus parámetros (coeficientes de rugosidad, y de contracción y expansión, y las condiciones de frontera para diferentes condiciones del flujo).

Velocidad media del flujo en el modelo

La máxima velocidad media en el canal, obtenida de la modelación de los primeros seis períodos de retorno (2.33, 5, 10, 25, 50, y 100 años), fue del orden de los 4 - 5 m/s, velocidad que puede considerarse acorde a las condiciones geomorfológicas presentes en el cauce, donde se observan formas del cauce como saltos y pozos, y rápidas y pozos; y no condiciones de lecho plano, como se tendría para velocidades superiores a la máxima encontrada por el modelo; el umbral de velocidad aquí considerado, es un valor medio de la velocidad no erosiva, para materiales del orden de las gravas muy gruesas, a piedras o guijarros, (anexo A1 Guevara, 2003), en el caso de cauces aluviales como los aquí estudiados. Lo anterior expone, que la combinación de coeficientes de rugosidad de Manning, y la condición de flujo subcrítico implementadas en el modelo, proporcionó resultados adecuados a las condiciones medias observadas en el cauce.




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Análisis de suficiencia hidráulica

Los parámetros de evaluación de suficiencia hidráulica fueron la velocidad media del flujo a la salida y al interior de las estructuras, y la profundidad del flujo (desbordamiento o suficiencia). Se empleó como umbral de velocidad, el rango entre 2 - 3 m/s, el cual corresponde a la velocidad media no erosiva, para un lecho con un material dominante de gravas gruesas (Guevara, 2003). Para las coberturas, se evaluó, que el funcionamiento de la obra fuera a flujo libre durante la creciente; si la obra funciona a presión pero sin desbordamiento sobre la misma, la suficiencia se evaluó con base en las velocidades alcanzadas en la obra con los umbrales antes descritos, y aguas abajo de la misma (consideraciones de velocidades erosivas para estructuras en concreto, y para el material del lecho de la quebrada).

En general, todas las obras generan gran control hidráulico hacia aguas arriba de su ubicación, dado que en la concepción de las mismas no se tuvieron en cuenta efectos de contracción del flujo por la disminución abrupta de la sección hidráulica; sumado esto a la acumulación de sedimentos presente en ellas. Los resultados del proceso de evaluación hidráulica de las obras de cruce a la quebrada levantadas en la topografía, se presentan en la tabla 22.

Tabla 22. Evaluación estructuras hidráulicas que fueron levantadas con información topográfica primaria, quebrada El Hato

SECCIÓN MOTIVO DE INSUFICIENCIA

Nª SECCIÓN UBICACIÓN TIPO DE OBRA ANCHO

(m) ALTO

(m)

PERIODO DE RETORNO DE

INSUFICIENCIA VELOCIDAD CAPACIDAD

1 1322 cruce calle

45,quebrada La Guzmana

Box culvert cruce de via 2 2.23 500 x

2 950 calle 46, con carrera 55

Box culvert cruce de via 2.56 2.11 50 x

3 420 calle 45 con carrera 54

Puente vehicular

2.96 2.3 25 x

4 1890 Puente Potrerito Puente vehicular

12.59 3 25 x

5 1550 calle 49 Puente peatonal 20.41 4.58 50 x

6 1365 calle 49 con cra 57

Puente peatonal 21 1.7 100 x

7 1150 calle 47 A con cra 52a

Puente vehicular 12.46 1.98 25 x

8 990 carrera 52 Puente vehicular 7.89 4.75 500 x

9 940 calle 44 Puente vehicular

14.7 3.72 50 x

10 810 carrera 50 Puente vehicular 14.07 3 50

x

11 350 Fabricato Cobertura 5 x




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En la microcuenca de la quebrada el Hato, las obras que se analizaron presentan una condición medianamente crítica, ya que presentan fallas en su funcionamiento hidráulico para períodos de retorno del orden de los 25-50 años, lo que muestra una fragilidad considerable de dichos puntos ante eventos de creciente, en especial, los puentes vehiculares analizados, a excepción del ubicado en el cruce de la quebrada el Hato con la carrera 52.

El anexo C presenta el inventario de obras hidráulicas; obras de conducción, obras viales y obras de protección, que fue realizado en los recorridos de campo hechos a la Microcuenca y en los cuales se identificaron y georeferenciaron todas las obras estructurales que sirven para la conducción del agua de las quebradas, para permitir el paso bajo una vía o para generar estabilidad a los taludes y márgenes del canal. El mapa 14 presenta una representación gráfica de los resultados obtenidos. El anexo H contiene el registro fotográfico de todas las obras inventariadas.

Análisis manchas de inundación

Como se mencionó con anterioridad, se generaron las manchas de inundación, y los mapas tipo raster de velocidad y profundidad para los períodos de retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50, 100 y 500 años. En general, los problemas de suficiencia hidráulica de los canales son causados por la presencia de un número importante de obras de cruce de vía (puentes y box culverts), que causan fuertes controles hacia aguas arriba, ocasionando desborde hacia la zona inundable próxima a los mismos, sumando a esto las diferentes canalizaciones, rectificaciones de los cauces, e invasión de las zonas próximas a las corrientes. Ver mapa 15.

En el caso particular de las manchas de inundación para los períodos de retorno de 100 y 500 años, las estructuras 1, 2 y 3 de la tabla 22, se consideraron obstruidas, con el fin de tener en cuenta posibles obstrucciones en las mismas por acumulación de sedimentos y escombros, esto se realizó solamente en los períodos de retorno antes mencionados, ya que estos son los que determinan en el plan de ordenamiento y manejo de la microcuenca, las zonas de retiro hidrológico al cauce y el riesgo hidrológico.




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Mapa 12. Mapa 14. Inventario de obras hidráulicas de la microcuenca de la quebrada El Hato




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Mapa 13. Mapa 15. Manchas de inundación de la microcuenca de la quebrada El Hato




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Un ejemplo del comportamiento estimado de las manchas de inundación, para los períodos de retorno de 2.33, 25, 100, y 500 años es el tramo de la quebrada embebido en la zona de llanura de inundación, en el sector aledaño a la fábrica de Postobón; donde las mayores amplitudes de las manchas de inundación se deben al efecto de las obras de cruce vial presentes sobre el cauce, para el caso de uno de los puentes vehiculares evaluados en el modelo hidráulico (cruce quebrada El Hato con la calle 49).

Como se mencionó anteriormente, la presencia de obras de cruce inadecuadas para evacuar las crecientes con períodos de retorno altos, ocasionan un desbordamiento más acentuado en sus zonas próximas. En la figura 22 la línea azul representa el nivel de creciente, y los bloques de obstrucción al flujo negros, representan las construcciones que influencian la sección transversal; para el caso del puente vehicular empleado como cruce vial de la calle 49 sobre la quebrada El Hato, donde se observa insuficiencia por capacidad (funcionamiento como vertedero) para un período de retorno de 500 años, produciendo niveles calculados sobre el puente, de 0.62 m, aproximadamente.

Figura 22. Puente sobre la quebrada el Hato (sector fábrica Postobón), cruce calle 49 (esquema HEC-RAS), niveles para un período de retorno de 500 años

0 20 40 60 80 100 120 140 1601432

1434

1436

1438

1440

1442

hato Plan: Plan 01 30/11/2007

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

WS 500

Ground

Inef f

Bank Sta

.03 .065 .03

En la zona de transición 1 donde el cauce es ancho pero confinado, la inundación se limita principalmente al cauce activo de la quebrada; un comportamiento similar se presenta en las zonas de montaña, debido a lo estrecho de los valles.

Debe hacerse mención especial, a los resultados obtenidos en la zona de transición 2, ya que, debido a lo plano de la topografía de dicha zona, el resultado de la extracción de secciones transversales, a partir del modelo digital del terreno, no fue satisfactoria; lo que causó que, las manchas de inundación, y los resultados de ellas obtenidas, mostraran un




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comportamiento no acorde a las formas del cauce presentes en dicha zona, ya que se obtuvieron manchas de inundación con extensiones considerables en tramos de la quebrada donde se esperaría una extensión menor. Lo anterior fue ocasionado por los problemas que se presentan cuando se extraen secciones transversales en zonas planas a partir del modelo digital del terreno, ya que en estas zonas no es posible capturar la incisión de los cauces.

En la zona de montaña, las manchas quedaron completamente confinadas al cauce, obteniéndose así, zonas limitadas de afección por inundación.

6.2. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

6.2.1 Presentación

La quebrada El Hato en el municipio de Bello es una corriente altamente torrencial, la pendiente de su canal se inicia con valores superiores al 40% y se reduce gradualmente, en el área urbana es aproximadamente constante con valor promedio 7.22%, la capacidad de arrastre de la corriente es muy alta, el fondo y taludes del canal están cubiertos con bolas de roca con tamaño entre 0,20 m y 1,00 m, entre las rocas hay suelo granular formado por gravas y arenas, en crecidas la capacidad de arrastre de la corriente corresponde al tamaño de las rocas existentes, en aguas normales la masa fluida se desplaza por los espacios entre rocas y el material sólido transportado está compuesto por gravas y arenas.

Se denomina agua normal a la condición dinámica que presenta una corriente después de que ha evacuado toda la escorrentía superficial que produjo la última lluvia caída sobre una microcuenca. El caudal líquido de la corriente en las aguas normales no es constante sino que decrece en forma exponencial de acuerdo con las características de la hoya tributaria.

En un momento dado en aguas normales el caudal líquido se puede aforar utilizando correntómetros o midiendo la forma geométrica y dimensiones de la sección transversal de la corriente y su pendiente para finalmente utilizar ecuaciones para flujo uniforme en canales con fondo móvil. En este estudio se utilizó el último procedimiento.

6.2.2 Capacidad de arrastre de sólidos de la corriente

Todo grano pétreo tiene tres ejes principales que lo caracterizan: el mayor a, el medio b y el menor c. Se denomina tamaño del grano el diámetro de la esfera que tiene volumen igual al del grano, tradicionalmente se ha acostumbrado suponer que la forma del grano es similar a la de un elipsoide con sus tres ejes principales iguales a los del grano, si esto fuera cierto el tamaño del grano d se podría calcular con la ecuación:

d = (abc)1/3




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El trabajo experimental efectuado por el Ingeniero Rodrigo Cano Gallego en el año 1988, en el laboratorio de Hidráulica de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín, permitió obtener la siguiente ecuación:

d = 0.985(abc)1/3

El tamaño límite calculado indica el diámetro de la esfera equivalente para los granos que se encuentran en estado incipiente de movimiento en una condición dinámica particular y es una variable con dimensión lineal, la cual se puede expresar en m, cm, mm. Granos mayores están en reposo y los menores en movimiento.

La capacidad de arrastre se calculó para aguas de crecida y aguas normales. En crecidas se utilizaron los caudales máximos asociados a las frecuencias de retorno para cada punto de muestreo, calculados con el estudio Hidrológico. En aguas normales la capacidad de arrastre se halló con base en las condiciones de la corriente en el momento de toma de muestra de sedimentos de fondo y medidas de las dimensiones de la corriente como se explicó anteriormente.

Para el aforo de caudal y la toma de muestras de sólidos se seleccionaron dos puntos. El primero en el sitio conocido como Puente Potrerito en la vereda Potrerito, coordenadas X = 834205 y Y = 1192233, lugar hasta donde el canal de la quebrada tiene pendiente alta con valores que llegan incluso en la parte superior hasta el 40% y que para este sitio se reducen hasta el 7.22%. El segundo punto se tomó en límites con la zona urbana, frente a la Universidad de San Buenaventura, coordenadas X = 834972 y Y = 1192242, a partir de este sector se presentan tramos de la quebrada canalizados.

Para la selección de los puntos se tuvo en cuenta los principales quiebres (cambio de pendiente), variaciones principales en las características naturales que presenta la quebrada y los cambios antrópicos en las condiciones del canal.

••••En crecidas

Estación de muestreo Puente Potrerito

En este lugar el canal tiene un ancho de 18 m y pendiente 7,22%, las rocas existentes son bolas de granodiorita con densidad relativa 2,65, la capacidad de arrastre máxima de la corriente con un caudal dado corresponde al tamaño de los granos que estén en estado incipiente de movimiento denominado tamaño límite, este valor calculado para varias frecuencias de retorno se presenta en la tabla 23.

Tabla 23. Capacidad de arrastre punto 1. Puente Potrerito

FRECUENCIA (años) CAUDAL (m3/s)* TAMAÑO LÍMITE (m) 2.33 31.00 0.205

5 48.33 0.275

10 64.79 0.334

25 88.71 0.412




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FRECUENCIA (años) CAUDAL (m3/s)* TAMAÑO LÍMITE (m) 50 107.61 0.468

100 126.94 0.523

Nota: Caudales máximos calculados en el estudio hidrológico para cada período de retorno.

En crecidas la capacidad de arrastre de la corriente fluctúa entre 0,205 m y 0,523 m, en estos eventos, los limos, arenas y gravas avanzan dentro de la masa de agua como carga suspendida.

Estación de muestreo Universidad de San Buenaventura

En este sitio el canal de la quebrada tiene un ancho de 18 m y una pendiente de 7.22%, con estos valores y los caudales asociados a las frecuencias obtenidas con el estudio hidrológico se calculan las capacidades de arrastre que se presentan en la tabla 24.

Tabla 24. Capacidad de arrastre punto 2. Universidad de San Buenaventura

FRECUENCIA (años) CAUDAL (m3/s) TAMAÑO LÍMITE (m)

2.33 32.30 0.211

5 50.30 0.282

10 67.36 0.343

25 92.33 0.423

50 111.67 0.480

100 131.66 0.536

••••En aguas normales

En aguas normales la corriente transporta pocos limos como carga suspendida y abundantes arenas y gravas como carga de fondo. Para medir la capacidad de arrastre de la corriente en aguas normales, el 13 de septiembre se tomó una muestra de sedimentos del fondo en el punto Puente Potrerito y otra cerca de la Universidad San Buenaventura, en el anexo B se presentan los resultados obtenidos para el estudio granulométrico de las dos muestras, realizado por la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín.

Para el cálculo de la capacidad de transporte de la corriente se utilizó la ecuación de Du Boys1, debido a que se consideró el modelo más adecuado de acuerdo a las características de la corriente y a las muestras de materiales tomadas en su fondo. Los parámetros característicos de este modelo fueron calibrados por Straubs con base en sus trabajos experimentales y en los de otros investigadores trabajando con arenas y gravas con tamaño desde 0.125 mm hasta 4 mm (Hydraulic Engineering, editado por Hunder Ruse, Capítulo XII, página 794). Sólo se utilizó este método de muestreo porque de acuerdo con la gama de tamaños de grano pétreo usados para su calibración

1 Hubert Chanson. Hidráulica de canales abiertos




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corresponde al tamaño de los granos tomados en campo, lo que genera valores confiables.

qs = Cs τ (τ -τc)

En donde qs es el volumen transportado por unidad de tiempo y por unidad de ancho del canal, τ el esfuerzo unitario de fricción ejercido por el agua sobre los granos del fondo del canal, τc el valor mínimo del esfuerzo de fricción para que se produzca arrastre de los granos, Cs una constante que depende del tamaño del grano.

El esfuerzo unitario de fricción se calcula con la ecuación:

τ = δYS

En donde δ es el peso unitario del agua, Y la profundidad de flujo o tirante, S la pendiente del canal.

El esfuerzo límite τc se calcula con la ecuación:

τc = δYSc

En donde Sc es la pendiente que debería tener el canal para iniciar el arrastre de granos con el tamaño que se estudia.

La ecuación de Du Boys se transforma a:

qs = Cs (δYS)²(1- Sc/S)

Con sus trabajos experimentales y datos obtenidos de trabajos de otros investigadores Straubs obtuvo valores para Cs y τc funciones del tamaño del grano d, y desarrolló ecuaciones que transformadas a sistema métrico dan:

Cs = 3.66X10-6/d0.7524 Sc =0.0762(d+0.0008)/y, con Cs en m6/(kg²S), d en m, y en m.

Estación de muestreo Puente Potrerito

Ancho de la corriente el día de la toma de muestra 3.80 m (13 de septiembre de 2007), pendiente del canal 7.22%, profundidad 0.43 m, con estos valores se calculan: velocidad 2.63 m/s, caudal 5.04 m3/s, Froude 1.51, Manning 0.051, tamaño límite 0.18 m.

El tamaño límite calculado 0.18 m corresponde a piedras grandes, esto indica que las gravas y arenas están en movimiento. De acuerdo con el tamaño de los granos medidos se calcula el volumen y peso de la masa sólida transportada por la corriente. Ver foto 5. La tabla 25 presenta el cálculo de la carga sólida transportada.




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Foto 5. Aguas Arriba Punto de Muestreo Puente Potrerito

El tamaño de los granos retenidos en una malla varía entre el tamaño del hueco de la malla que pasa y el de la malla que retiene, se toma como tamaño de los granos retenidos la medida geométrica de los orificios de las mallas extremas. Como ejemplo para granos que pasan la malla de 50.8 mm y se retienen en la de 25.4 mm el tamaño medio es 35.9 mm.

La carga transportadora se calcula para un canal con ancho 3.80 m medido al día de toma de la muestra.

En la tabla 25 las columnas representan en su orden:

1. Tamaño medio de la fracción retenida en mm

2. Valor de la fracción retenida

3. Carga unitaria transportada para éste tamaño

4. Aporte de este tamaño igual a la carga unitaria por la fracción

5. Valor acumulado del aporte

La cantidad de sedimento transportado es igual al aporte unitario por el ancho del canal. El peso transportado es igual a la cantidad transportada por el peso unitario de los granos pétreos.




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Tabla 25. Carga sólida transportada en aguas normales en el punto Puente Potrerito

TAMAÑO (MM)

FRACCIÓN RETENIDA

CARGA TRANSPORTADA TOTAL (m²/s)

CARGA APORTADA (m²/s)

ACUMULADO (m²/s)

35.9 0.503 0.0392 0.0197 0.0197

18.0 0.131 0.0691 0.0091 0.0288

9.0 0.056 0.1192 0.0067 0.0355

4.0 0.061 0.2221 0.0135 0.0490

1.8 0.066 0.4072 0.0269 0.0759

0.57 0.183 0.9703 0.1776 0.2535

Cantidad de transporte total Qs=0.2535x3.80 = 0.963 m3/s

Caudal líquido calculado anteriormente = 5.04 m3/s

Concentración de sedimento C = 0.963/5.04 = 0.1911 = 191,130 partes por millón

Peso transportado G = Ss x Qs = 2.65 x 0.963 = 2.55 tons/s

Estación de muestreo Universidad de San Buenaventura

Ancho de la corriente el día de toma de muestra 5.10 m (13 de septiembre de 2007), pendiente 7.22%, profundidad 0.35 m, con estos valores se calculan: velocidad 2.57 m/s, caudal 5.06 m3/s, Froude 1.59, Manning 0.048, tamaño límite 0.14 m. Ver foto 6.

Foto 6. Aguas Arriba Punto de Muestreo Universidad de San Buenaventura

La tabla 26 presenta el cálculo de la carga sólida transportada para un canal con ancho 5.10 m.




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Tabla 26. Carga sólida transportada en aguas normales en el punto Universidad de San Buenaventura

TAMAÑO (mm)

FRACCIÓN RETENIDA

CARGA TRANSPORTADA TOTAL (m²/s)

CARGA APORTADA (m²/s)

ACUMULADO (m²/s)

35.9 0.596 0.0254 0.0151 0.0151

18.0 0.121 0.0453 0.0055 0.0206

9.0 0.056 0.0785 0.0044 0.0250

4.0 0.056 0.1467 0.0082 0.0332

1.8 0.055 0.2694 0.0148 0.0481

0.57 0.116 0.6424 0.0745 0.1226

Cantidad de transporte total Qs= 0.1226 x 5.10 = 0.625 m3/s

Caudal líquido calculado anteriormente = 5.06 m3/s

Concentración de sedimento C= 0.625/5.06 = 0.1235 = 123,535 partes por millón

Peso transportado G = 2.65 x 0.625 = 1.66 tons/s

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos de las dos estaciones de muestreo, se observa que la zona de mayor pendiente genera una mayor cantidad de material para transportar que la zona de pendiente baja. Sin embargo, se puede decir que bajo condiciones naturales no se identificó ninguna problemática de arrastre de material en la quebrada que genere aportes considerables al río Aburrá. Aunque se observó que a medida que la pendiente del canal disminuye genera que el material se deposite con mayor facilidad.

Las consideraciones del párrafo anterior se ven seriamente alteradas por la explotación de materiales de construcción en ambos tramos, arriba del puente de la vereda Potrerito y abajo del mismo, prueba de ello es la existencia de aguas turbias en días laborales y un agua relativamente cristalina en días festivos donde no se presenta actividad extractiva.

Lo anterior complementa el análisis teórico de la concentración de sedimentos y arrastre de material realizado con los resultados de los análisis fisicoquímicos llevados a cabo en las 5 estaciones de muestreo seleccionadas en la Microcuenca para determinar el Índice de Calidad del Agua (ver Capítulo 5. Sección 2), donde se concluye que la concentración de sólidos totales en la quebrada depende principalmente de la localización del punto de interés con respecto a las canteras existentes en la zona y del día de la semana que se realice el muestreo. En días laborales (lunes a sábado) se puede observar un incremento considerable en la concentración de Sólidos Totales (ST) a medida que se avanza desde el punto de monitoreo San Félix hasta la descarga al Río Aburrá-Medellín. Este incremento en los ST se presenta a partir de la estación de monitoreo Potrerito, sitio en el cual se encuentran varias canteras encargadas de la explotación de gravas y arenas que utilizan la fuente como receptora de los residuos líquidos generados en el beneficio de dichos materiales. Estas canteras no cuentan con sistemas de sedimentación adecuados, que permitan que se remueva la carga contaminante, especialmente limos y arcillas antes de ser vertida.




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Los sólidos suspendidos totales son los que realizan mayores aportes a la concentración total de sólidos los días en que las canteras se encuentran en operación. Ver tablas 26 y 27.

Tabla 27. Concentración de sólidos en la quebrada El Hato. 5 Junio de 2007.

ESTACIÓN DE MUESTREO

PARÁMETROS UNIDADES SAN FÉLIX POTRERITO BELLO-ZONA

URBANA

DESCARGA RÍO ABURRÁ

(MEDELLÍN) Sólidos Totales mg/L 80 409 619 1108 Sólidos Sedimentables ml/L-h <LDM 0,5 0,3 1,5 Sólidos Suspendidos Totales mg/L 5 272 523 831 Sólidos Disueltos Totales mg/L 75 137 96 277

Fuente: Consorcio H y H. Plan de Ordenación y Manejo de la Microcuenca de la quebrada El Hato. Muestreos parámetros fisicoquímicos. 2007

Tabla 28. Concentración de sólidos en la quebrada El Hato. 7 Junio de 2007.


PARÁMETROS UNIDADES SAN FÉLIX

POTRERITO BELLO-ZONA URBANA


(MEDELLÍN) Sólidos Totales mg/L 58 1140 808 1679 Sólidos Sedimentables ml/L-h <LDM 1,1 <LDM 3 Sólidos Suspendidos Totales mg/L 12 990 657 1660 Sólidos Disueltos Totales mg/L 46 150 151 19


Los días festivos, debido al cese de las actividades de minería, la reducción en el contenido de sólidos totales disminuye considerablemente, y a diferencia de los días laborales el contenido de sólidos se ve influenciado principalmente por los sólidos disueltos provenientes de las actividades domésticas. Ver tabla 29.

Tabla 29. Concentración de sólidos en la quebrada El Hato. 11 Junio de 2007 (día festivo).


PARÁMETROS UNIDADES SAN FÉLIX POTRERITO BELLO-ZONA

URBANA


(MEDELLÍN)

Sólidos Totales mg/L 64 1181 124 165 Sólidos Sedimentables ml/L-h <LDM 0,1 0,3 0,5 Sólidos Suspendidos Totales mg/L <LDM 24 54 50 Sólidos Disueltos Totales mg/L 64 1157 70 115





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Las descargas de sólidos realizadas por las canteras, sumado a la disminución de la pendiente del cauce, favorecería los procesos de sedimentación de material y como consecuencia la colmatación del cauce en algunas partes de la zona urbana, lo que generaría el aumento del nivel del agua de la quebrada, facilitando el desbordamiento e incrementando el riesgo de inundación en las viviendas o industrias que se encuentran más cercanas. Situación que en este caso no se presenta debido a que las canteras vierten a la quebrada el sobrante de limos y arcillas que son fácilmente transportados por el agua en las zonas de mayor pendiente, con excepción del tramo inferior (Fabricato), donde se requiere de un dragado periódico aproximadamente cada 2 años, ya que se observa que el nivel de base de la quebrada se incrementa para estos periodos de tiempo hasta en 1 m, debido a la sedimentación de finos, especialmente limos.

Debido a que desde el punto Universidad de San Buenaventura hasta el río Aburrá (Medellín) el canal de la quebrada El Hato tiene fondo móvil, es difícil decir qué parte de la carga sedimentaria se deposita y cuánta llega al río. No obstante las evidencias de campo muestran que el tramo no tiene ninguna zona con sedimentación importante, con excepción del tramo que atraviesa los predios de la empresa Fabricato, donde la pendiente es inferior y se presenta sedimentación de gravas, arenas y limos.

6.3. CONCLUSIONES

Los efectos adversos de las crecientes de diseño estudiadas, en especial para los períodos de retorno altos, se deben principalmente, al efecto conjunto de las obras de cruce viales (con secciones transversales deficientes), y a la invasión del cauce por parte de las obras de adecuación urbana realizadas en la Microcuenca, en especial, en la zona baja de la misma (llanura de inundación).

Los bajos períodos de retorno en que presenta un funcionamiento deficiente, desde el punto de vista hidráulico, de la mayoría de los puentes vehiculares analizados, en los tramos en donde se levantó información topográfica primaria, evidencian, que la infraestructura vial en la zona baja de la Microcuenca, presenta una alta vulnerabilidad ante eventos de creciente extremos, y que dichas obras de cruce, se convierten en elementos que incrementan los niveles de amenaza, en sus zonas aledañas.

En general, para la Microcuenca de la quebrada El Hato, las construcciones, y demás elementos urbanos ubicados en la zona de llanura de inundación, presentan una afección considerable en las crecientes de alto período de retorno, en especial en las zonas próximas a las estructuras hidráulicas de cruce a los cauces. El verdadero grado de afectación por la inundación, es de difícil cuantificación, debido al tipo de modelo hidráulico empleado en este estudio (unidimensional), dado el carácter complejo de la trayectoria del flujo, cuando este discurre en una zona plana, a través de las calles.

Se observó un papel importante, del nivel de la información topográfica empleada, en especial en la zona denominada “transición 2”, donde no se apreció correspondencia alguna, de las condiciones de campo con los resultados obtenidos, ya que se encontraron en algunos puntos, especialmente en los nudos, grandes profundidades del flujo, con extensiones considerables de las manchas de inundación. Aquí, debe aclararse, que los




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resultados obtenidos con este tipo de información topográfica, son de índole general, y así deben analizarse los resultados obtenidos.

6.4. RECOMENDACIONES

A nivel de estructuras hidráulicas de cruce (de carecer vehicular y peatonal), deberá considerarse, en primera instancia, para futuras intervenciones, el uso de puentes con gálivos suficientes, que permitan un paso adecuado, de mínimo la creciente de 100 años.

Debe procurarse, la no implementación en los cauces, de obras como box culverts, y coberturas largas, que ya que como mostró el análisis hidráulico, para el caso de la cobertura en Fabricato, esta falla para un período de retorno bastante bajo (5 años), lo que evidencia, que este tipo de obras, incrementan considerablemente el riesgo ante las crecientes, para la totalidad de los períodos de retorno, en especial, en los bajos.

En cuanto a las canalizaciones, debe procurarse preservar la característica macrorugosa, del lecho natural y de las márgenes de los cauces, ya que la acción de disipación de energía que naturalmente realiza el cauce, debe tratar de conservarse, con el fin de evitar el efecto de las altas velocidades en las grandes crecientes.

6.5. BIBLIOGRAFÍA

CONGRESO DE LA REPÚBLICA DE COLOMBIA. Ley 373 de 6 junio de 1997. Programa para el Uso Eficiente y Ahorro del Agua. [On line]. Diario oficial N 43.058 del 11 de junio de 1997. [Citado 27 de septiembre de 2004]. Disponible en Internet: www.superservicios.gov.co. 4 p.

MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Decreto 1729 de agosto 7 de 2002. Reglamentación de cuencas hidrográficas. Bogotá D.C. 2002. 8 p.

MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Resolución 0865 del 22 de Julio de 2004. Metodología para el cálculo del índice de escasez para aguas superficiales. Bogotá D.C. 2004.15 p.

PALAU, IBARS ANTONI. Los mal llamados caudales ecológicos. Bases para una propuesta de cálculo. Revista No. 26. Obras Públicas. Pgs. 13. España. 1994.

SMITH, R. Y M. VÉLEZ. 1998. Cartilla Hidrológica de Antioquia. Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos. Facultad de Minas. Departamento de Obras Públicas.

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO–ENERGÉTICA Y UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. 2000. Atlas Hidrológico de Colombia. Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos. Medellín.




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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. 2006. Estudio para la Reglamentación del Aprovechamiento y Uso de las Aguas de la Quebrada Doña María. Medellín.

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA. 2002. “Demanda y usos del agua, índices de consumo y planes de acción para la implementación de la Resolución 373 de 1997 en la jurisdicción de Corantioquia”, Grupo de investigaciones ambientales.

VÉLEZ OTÁLVARO, M. 1996. Hidrología para Ingenieros. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Minas.

VÉLEZ, J. I. Desarrollo de un modelo hidrológico conceptual y distribuido orientado a la simulación de las crecidas. Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Valencia. Valencia. España.




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77.. UUSSOOSS DDEELL AAGGUUAA

El artículo 2 del capítulo 1 del decreto 1575 de mayo 9 de 2007 define Agua Potable o agua para consumo humano como “ aquella que por cumplir las características físicas, químicas y microbiológicas, en las condiciones señaladas en el presente decreto y demás normas que la reglamenten, es apta para consumo humano. Se utiliza en bebida directa, en la preparación de alimentos o en la higiene personal”.

En este Plan de Ordenación y Manejo de la Microcuenca de la quebrada El Hato en el municipio de Bello, el componente de Agua, identifica los usos, consumos de agua, cobertura de los sistemas de abastecimiento y afectación de la calidad del agua de la Microcuenca por las actividades antrópicas realizadas tales como invasión de cauces, vertimiento de aguas residuales y disposición de residuos sólidos y escombros, entre otras.

En la microcuenca de la quebrada El Hato, la oferta de agua para diferentes usos en la parte alta –zona de nacimientos, es principalmente para consumo doméstico, pecuario y ganadero, caracterizando las principales actividades desarrolladas en esta parte de la Microcuenca. En la parte media, debido al incremento de la pendiente disminuyen en gran medida las actividades agropecuarias, dando paso a actividades recreativas y viviendas de tipo campestre, lo que genera que disminuya la demanda de agua para consumo pecuario y ganadero y se mantenga la demanda para uso doméstico y en algunos casos recreativos. En la zona urbana este recurso no es utilizado para uso doméstico, como puntos aislados se observa que se extrae agua de la quebrada para el lavado de vehículos y/o actividades similares. Resalta que a lo largo de toda la Microcuenca las fuentes hídricas son utilizadas como receptoras de residuos líquidos y sólidos, vertimientos que presentan una mayor concentración en zonas urbanas que no están conectadas al alcantarillado (Ver Capítulo 5. Sección 2. Vertimientos de Aguas Residuales). Teniendo en cuenta lo anterior y con base en las leyes, decretos, reglamentos y/o normas relacionadas con la protección de fuentes de agua, las autoridades ambientales competentes deben velar por la conservación y control en la utilización de este recurso en la Microcuenca y propiciar la participación de los habitantes de la zona en dichas labores para que éstas sean efectivas (Ver anexo D, Relación de normatividad ambiental referida a la reglamentación del uso del agua).

7.1. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN PRIMARIA Y SECUNDARIA

La información existente en este componente del estudio para la microcuenca de la quebrada El Hato se basó principalmente en el análisis de la información obtenida en Corantioquia seccional Aburrá Norte y en el Área Metropolitana del Valle de Aburrá, entes ambientales que tienen la jurisdicción ambiental en la zona rural y urbana de la Microcuenca respectivamente y que tienen los expedientes de las captaciones de agua existentes a las que se ha otorgado un caudal de agua para un uso determinado, por un




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período de tiempo dado. Además de la recolección de la información mencionada, se realizó un revisión de información secundaria de diferentes estudios tales como el Plan de Ordenamiento Territorial del municipio de Bello, Plan de Manejo Ambiental y Plan de Ordenamiento de la cuenca de la quebrada El Hato, ejecutado por la firma Consultplan Limitada para el Área Metropolitana del Valle de Aburrá, entre otros.

Otra de las fuentes utilizada para la recolección de información primaria, fue el trabajo de campo que se realizó con el fin de identificar, localizar y describir todas las captaciones de agua existentes en la Microcuenca, caudales de agua captados, usos del agua presentados y la información referente a los usuarios. El análisis de esta información y de la información legal son herramientas fundamentales que fueron utilizadas para el cálculo de la demanda de agua.

7.2. METODOLOGÍA

Los trabajos de reconocimiento y búsqueda de captaciones de agua en la zona aferente de la quebrada El Hato en el municipio de Bello, inició con la sectorización de los trabajos de inventario en el cual se asignó un equipo de trabajo a la denominada cuenca alta y otro equipo de trabajo a las cuencas media y baja de la Microcuenca en estudio.

El reconocimiento de las captaciones, el cual constó de recolección de información de usos, usuarios, estructuras de captación y caudal captado, se documentó en el formato aprobado por el Área Metropolitana del Valle de Aburrá y la Interventoría del Proyecto. En los anexos E y F, se presenta el formato de diligenciamiento de la información tomada en campo y el documento de la información digitalizada para el uso del Sistema de Información Geográfica (SIG). En el anexo G, se presenta el registro fotográfico de las captaciones encontradas y de los aforos realizados.

Una vez se culminó la toma de información en campo, se procedió con su digitación y cruce con la información de carácter legal derivada principalmente de la investigación y recopilación de información encontrada en los expedientes de concesiones de agua existentes en CORANTIOQUIA y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá, esto con el fin de identificar el estado de legalidad en que se encuentran dichas captaciones y verificar si las características encontradas en campo como caudal, estructuras de aforo y usuarios corresponden a lo aprobado en la concesión de agua otorgada.

7.3. RESULTADOS

A partir de la información recopilada en campo y el respectivo cruce con la información Institucional tomada de la bases de datos de CORANTIOQUIA y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá, suministrada por ambas entidades en los meses de mayo, junio y julio de 2007, se elaboró la tabla 30, que presenta el listado de los usuarios por código, usos y consumos por tipo de uso de las tomas de agua encontradas en el trabajo de campo. El mapa 16 presenta la ubicación georeferenciada de las captaciones encontradas.




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En la tabla 31 se relacionan las captaciones de agua que tienen aprobación por parte de la autoridad ambiental, identificando cuales de las autorizaciones encontradas en los expedientes de las bases de datos de CORANTIOQUIA y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá no se encontraron en campo.

Para ambas tablas, la columna denominada “Código” representa un código establecido para reconocer que dicha información pertenece a un Plan de Ordenación y Manejo de Microcuenca (POM), Microcuenca de la quebrada El Hato (H), información del formato de captaciones (C) y el número asignado a cada código indica el número de la captación. Las columnas de coordenadas hacen referencia a la ubicación de la captación y el código del tributario indica un código que se creó para identificar las diferentes microcuencas que componen la Microcuenca de la quebrada El Hato. El caudal captado (aforado) L/s es la cantidad de agua total tomada para los diferentes usos por cada captación.

Tabla 30. Usuarios, usos y consumos de las tomas de agua encontradas en el trabajo de campo, microcuenca de la quebrada El Hato

CÓ

DIG

O

CO

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W

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FO

RA

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) L

/S

POM-H-C-116 1.192.729,98 831.789,20 El Hato 1 Consumo Doméstico Rural 0,07 POM-H-C-29 1.192.573,91 832.198,28 El Hato 1 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-29 1 Bovinos de leche

0,165

POM-H-C-67 1.192.573,91 832.198,28 El Hato 1 Consumo Doméstico Rural 0,197 POM-H-C-33 1.193.503,56 828.703,32 El Hato La Minita 2 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-33 2 Bovinos de leche POM-H-C-33 2 Porcícola

0,167

POM-H-C-34 1.193.507,87 828.742,08 El Hato La Minita 2 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-34 2 Bovinos de leche POM-H-C-34 2 Porcícola

0,235

POM-H-C-35 1.193.306,45 828.768,04 El Hato La Minita 2 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-35 2 Bovinos de leche POM-H-C-35 2 Avicultura POM-H-C-35 2 Porcícola

0,26

POM-H-C-36 1.193.117,76 828.602,55 El Hato La Minita 2 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-36 2 Bovinos de leche

0,4

POM-H-C-37 1.193.043,07 828.424,12 El Hato La Balastrera

2 Consumo Doméstico Rural

POM-H-C-37 2 Bovinos de leche POM-H-C-37 2 Avicultura POM-H-C-37 2 Porcícola POM-H-C-37 2 Agrícola

1,07

POM-H-C-4 1.192.107,26 833.268,37 El Hato La Aguadita 2 Consumo Doméstico Rural 1,219 POM-H-C-77 1.192.916,87 829.222,81 El Hato La Medina 2 Consumo Doméstico Rural 4,44 POM-H-C-89 1.193.520,98 829.432,42 El Hato 2 FALTA INFORMACIÓN 0,19 POM-H-C-131 1.192.715,67 829.229,34 El Hato 3 Consumo Doméstico Rural NO SE CALCULO POM-H-C-132 1.192.635,96 829.292,63 El Hato 3 Consumo Doméstico Rural NO SE CALCULO POM-H-C-133 1.192.525,16 829.234,12 El Hato 3 Consumo Doméstico Rural NO SE CALCULO POM-H-C-134 1.192.646,98 829.178,66 El Hato 3 Consumo Doméstico Rural NO SE CALCULO POM-H-C-134 3 Bovinos de leche POM-H-C-135 1.192.559,96 829.304,88 El Hato 3 Consumo Doméstico Rural NO SE CALCULO POM-H-C-74 1.192.887,93 827.982,37 El Hato 4 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-74 4 Bovinos de leche

1,65




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CÓ

DIG

O

CO

OR

DE

NA

DA

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CO

OR

DE

NA

DA

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A

CA

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(A

FO

RA

DO

) L

/S

POM-H-C-78 1.192.382,15 828.430,33 El Hato 4 Consumo Doméstico Rural 0,54 POM-H-C-79 1.192.382,15 828.430,33 El Hato 4 Bovinos de leche POM-H-C-79 4 Porcícola

1,13

POM-H-C-81 1.192.231,44 828.819,99 El Hato 4 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-81 4 Bovinos de leche POM-H-C-81 4 Porcícola

0,05

POM-H-C-85 1.192.439,29 828.337,09 El Hato 4 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-85 4 Agrícola POM-H-C-85 4 Bovinos de leche POM-H-C-85 4 Equinos

0,34

POM-H-C-17 1.192.225,18 827.797,39 El Hato 5 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-17 5 Píscicola POM-H-C-17 5 Agrícola POM-H-C-17 5 Bovinos de leche

5,78

POM-H-C-18 1.192.213,79 827.904,72 El Hato La Grande 5 Bovinos de leche 0,135 POM-H-C-38 1.192.202,55 827.593,65 El Hato El Hato 5 Píscicola 0,468 POM-H-C-38 5 Consumo Doméstico Rural 250,7 POM-H-C-40 1.192.901,30 829.964,47 El Hato 5 Consumo Doméstico Rural 1,27 POM-H-C-40 5 Bovinos de leche POM-H-C-47 1.191.338,59 827.573,35 El Hato 5 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-47 5 Bovinos de leche

0,418


0,82

POM-H-C-15 1.190.670,47 828.285,31 El Hato 6 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-15 6 Porcícola

0,68

POM-H-C-49 1.190.725,69 828.316,47 El Hato 6 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-49 6 Bovinos de leche

0,54


0,476

POM-H-C-51 1.190.579,83 828.261,80 El Hato 6 Consumo Doméstico Rural 0,157 POM-H-C-52 1.190.591,84 828.685,79 El Hato 6 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-52 6 Bovinos de leche

0,38

POM-H-C-56 1.191.257,45 828.440,93 El Hato 6 Bovinos de leche POM-H-C-56 6 Píscicola POM-H-C-56 6 Avicultura

2,08


0,266


0,16

POM-H-C-59 1.191.445,47 828.459,20 El Hato 6 Consumo Doméstico Rural 2,95 POM-H-C-80 1.191.649,60 828.705,44 El Hato 6 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-80 6 Bovinos de leche POM-H-C-80 6 Equinos

1,5

POM-H-C-83 1.191.729,64 828.731,21 El Hato 6 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-83 6 Bovinos de leche POM-H-C-83 6 Equinos

0,64


0,44

POM-H-C-108 1.191.278,70 828.736,53 El Hato 7 Consumo Doméstico Rural 0,57 POM-H-C-109 1.191.395,30 828.958,26 7 Píscicola 2,83 POM-H-C-54 1.190.988,47 828.861,86 El Hato 7 Consumo Doméstico Rural 0,139

POM-H-C-73 1.191.972,11 834.865,20 El Hato La Guzmana

9 Agrícola 0,35




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CÓ

DIG

O

CO

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OR

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NA

DA

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(A

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DO

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/S

POM-H-C-75 1.191.645,75 834.482,39 El Hato 9 Consumo Doméstico Rural 0,08 POM-H-C-14 1.190.901,18 828.083,44 El Hato 10 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-14 10 Porcícola POM-H-C-14 10 Bovinos de leche

0,145

POM-H-C-19 1.191.939,24 828.336,70 El Hato Charco negro 10 Consumo Doméstico Rural 0,172

POM-H-C-42 1.192.061,00 827.575,51 El Hato 10 Consumo Doméstico Rural 0,253

POM-H-C-43 1.192.045,60 827.546,69 El Hato La Cordillera

10 Consumo Doméstico Rural

POM-H-C-43 10 Bovinos de leche POM-H-C-43 10 Porcícola

0,313


0,201


0,533


5,25

POM-H-C-55 1.191.313,55 827.439,34 El Hato 10 Consumo Doméstico Rural 0,498 POM-H-C-100 1.190.871,45 829.151,52 El Hato 11 Consumo Doméstico Rural 0,51 POM-H-C-101 1.190.862,63 829.143,75 El Hato 11 Bovinos de leche 0,21 POM-H-C-102 1.190.908,94 829.195,91 El Hato 11 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-102 11 Bovinos de leche

0,37


0,39


0,55

POM-H-C-105 1.190.673,90 828.992,65 El Hato-La Grande 11 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-105 11 Bovinos de leche POM-H-C-105 11 Equinos

0,23


0,36


0,51


0,31


0,18


0,26


NO SE CALCULO


0,939

POM-H-C-23 1.192.103,59 831.115,48 El Hato El Caño 11 Consumo Doméstico Rural 0,252 POM-H-C-53 1.190.653,28 828.856,44 El Hato 11 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-53 11 Bovinos de leche POM-H-C-53 11 Porcícola

0,202

POM-H-C-63a 1.191.267,09 830.412,36 El Hato 11 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-63a 11 Bovinos de leche

0,2

POM-H-C-63b 1.191.345,62 830.420,34 El Hato 11 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-63b 11 Bovinos de leche

0,154


0,64




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POM-H-C-86 11 Equinos POM-H-C-86 11 Porcícola POM-H-C-87 1.191.221,82 830.075,78 El Hato 11 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-87 11 Bovinos de leche

1,01


0,01

POM-H-C-99 1.191.195,28 829.259,86 El Hato 11 Consumo Doméstico Rural 3,3 POM-H-C-20 1.192.065,76 831.188,43 El Hato El Caño 12 Consumo Doméstico Rural 0,977 POM-H-C-21 1.192.091,25 831.175,22 El Hato El Caño 12 Consumo Doméstico Rural 1,58 POM-H-C-22 1.192.091,25 831.175,22 El Hato El Caño 12 Consumo Doméstico Rural 3,71 POM-H-C-24 1.191.160,42 830.571,44 El Hato 12 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-24 12 Bovinos de leche POM-H-C-24 12 Porcícola

0,288

POM-H-C-25 1.191.160,42 830.571,44 El Hato 12 Porcícola 0,267 POM-H-C-63 1.191.374,15 830.499,01 El Hato 12 Consumo Doméstico Rural 0,178 POM-H-C-114 1.191.495,02 831.155,76 La Grande 13 Consumo Doméstico Rural No llega agua POM-H-C-115 1.191.495,02 831.155,76 La Grande 13 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-115 13 Porcícola POM-H-C-115 13 Bovinos de leche POM-H-C-115 13 Avicultura

0,15

POM-H-C-26 1.191.584,19 831.302,13 El Hato 13 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-26 13 Bovinos de leche POM-H-C-26 13 Porcícola POM-H-C-26 13 Avicultura

0,294

POM-H-C-27 1.191.584,19 831.302,13 El Hato 13 Bovinos de leche POM-H-C-27 13 Porcícola POM-H-C-27 13 Avicultura

0,261

POM-H-C-10 1.192.022,97 833.724,16 El Hato 14 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-10 14 Píscicola

0,438

POM-H-C-11 1.191.778,28 833.794,29 El Hato 14 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-11 14 Porcícola

0,03

POM-H-C-128 1.191.906,49 833.834,51 El Hato 14 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-128 14 Avicultura

0,39

POM-H-C-129 1.192.166,77 834.113,09 El Hato 14 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-129 14 Avicultura POM-H-C-129 14 Bovinos de leche POM-H-C-129 14 Equinos

0,29

POM-H-C-71 1.191.681,82 833.485,19 El Hato 14 Consumo Doméstico Rural 0,153 POM-H-C-9 1.191.681,82 833.485,19 El Hato 14 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-9 14 Agrícola POM-H-C-9 14 Porcícola

0,257

POM-H-C-94 1.191.646,49 833.410,41 El Hato 14 Consumo Doméstico Rural 0,04 POM-H-C-95 1.191.628,65 833.421,05 El Hato 14 Píscicola 0,09 POM-H-C-96 1.191.618,56 833.422,21 El Hato 14 Píscicola 0,26 POM-H-C-97 1.191.448,58 833.303,56 El Hato 14 Consumo Doméstico Rural 0,19 POM-H-C-121 1.191.644,79 833.285,85 El Hato La Sofia 15 Consumo Doméstico Rural 0,14 POM-H-C-122 1.191.609,51 833.241,47 El Hato La Sofia 15 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-122 15 Avicultura POM-H-C-122 15 Agrícola

0,22

POM-H-C-32 1.191.831,25 833.456,85 El Hato 15 Consumo Doméstico Rural 0,123 POM-H-C-8 1.191.871,15 833.430,40 El Hato 15 Consumo Doméstico Rural 0,391 POM-H-C-0 1.192.514,63 833.179,90 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 3 POM-H-C-1 1.192.193,00 833.310,68 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,018

POM-H-C-117 1.192.636,57 832.712,05 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,46 POM-H-C-117 16 Agrícola




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0,45

POM-H-C-119 1.192.636,57 832.712,05 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-119 16 Bovinos de leche POM-H-C-119 16 Avicultura

0,18

POM-H-C-12 1.192.243,65 833.921,82 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-12 16 Píscicola

0,168

POM-H-C-120 1.192.444,55 832.548,78 El Hato 16 Minería 7,88 POM-H-C-123 1.192.525,06 833.017,22 El Hato 16 Minería 5,50 POM-H-C-124 1.192.520,84 832.946,37 El Hato 16 Minería 12,5 POM-H-C-124 16 Consumo Doméstico Rural 0,51 POM-H-C-125 1.192.423,34 833.375,55 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 14 POM-H-C-125 16 Minería 5,7 POM-H-C-126 1.192.366,68 833.840,27 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,45 POM-H-C-127 1.192.312,50 833.830,15 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-127 16 Avicultura POM-H-C-127 16 Agrícola

0,76

POM-H-C-13 1.192.350,53 834.454,53 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 1,542 POM-H-C-130 1.192.426,02 829.242,73 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural NO SE CALCULO POM-H-C-2 1.192.196,67 833.335,05 El Hato La Aguadita 16 Píscicola 1,252

POM-H-C-28 1.192.038,54 831.417,47 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,05 POM-H-C-3 1.192.196,67 833.335,05 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,047

POM-H-C-30 1.192.331,46 833.015,55 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,826 POM-H-C-31 1.192.262,03 832.546,03 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,68 POM-H-C-39 1.192.657,56 827.856,24 El Hato La Mochita 16 Consumo Doméstico Rural 3,2 POM-H-C-5 1.192.210,27 833.223,29 El Hato La Aguada 16 Consumo Doméstico Rural 0,043

POM-H-C-61 1.192.403,48 831.085,37 El Hato El Hato 16 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-61 16 Avicultura

4,97

POM-H-C-62 1.192.185,36 831.525,27 El Hato El Hato 16 Bovinos de leche POM-H-C-62 16 Porcícola

0,153

POM-H-C-68 1.192.447,81 832.569,82 El Hato El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,524 POM-H-C-69 1.192.253,61 832.396,58 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,062 POM-H-C-70 1.192.167,61 833.056,03 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural 0,767 POM-H-C-72 1.192.514,63 833.179,90 El Hato El Hato 16 Equinos POM-H-C-72 16 Píscicola POM-H-C-72 16 Agrícola POM-H-C-72 16 Recreacional

3,47

POM-H-C-82 1.192.096,55 828.678,86 El Hato 16 Píscicola 119,2 POM-H-C-84 1.192.080,05 829.237,55 El Hato 16 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-84 16 Agrícola POM-H-C-84 16 Bovinos de leche POM-H-C-84 16 Equinos

0,37


0,43


0,06


0,47

POM-H-C-6 1.191.929,22 833.242,40 El Hato La Ortega 17 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-6 17 Porcícola POM-H-C-6 17 Agrícola

3,899

POM-H-C-64 1.191.752,02 831.792,97 El Hato 17 Consumo Doméstico Rural 0,996 POM-H-C-65 1.191.752,02 831.792,97 El Hato 17 Consumo Doméstico Rural 0,494 POM-H-C-66 1.191.577,06 831.847,81 El Hato 17 Consumo Doméstico Rural 0,498




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HH YY HH

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POM-H-C-7 1.191.804,20 833.247,57 El Hato La Ortega 17 Consumo Doméstico Rural 0,183 POM-H-C-92 1.191.709,62 832.511,64 El Hato 17 Consumo Doméstico Rural POM-H-C-92 17 Bovinos de leche POM-H-C-92 17 Porcícola

0,15


0,19

POM-H-C-137** El Hato Minería POM-H-C-138** El Hato Consumo Doméstico Rural POM-H-C-139** El Hato Recreacional POM-H-C-140** El Hato Consumo Doméstico Rural POM-H-C-141** El Hato Consumo Doméstico Rural Fuente: Consorcio H y H.

NOTA: **: Información encontrada en las bases de datos que no se encontró en campo.

Tabla 31. Estado de legalidad de las concesiones de agua en la microcuenca de la quebrada El Hato

Código Entidad Caudal

Concedido L/s

Expediente Resolución Fecha

Resolución Vigencia

POM-H-C-0 Corantioquia Aburrá Norte

1,19 1-03238 2782 22/12/2004 22/12/2009

POM-H-C-120 Corantioquia Aburrá Norte 8,13 I-01043 1340 19/12/2002 19/12/2012

POM-H-C-123 Corantioquia Aburrá Norte 13,14 1-01041 137 26/07/2001 26/12/2001

POM-H-C-124 Corantioquia Aburrá Norte N.O.C 3-00124 130-AN-

7264 22/06/2007

POM-H-C-125 Corantioquia Aburrá Norte N.O.C 3-00124 130-AN-

7264 22/06/2007

POM-H-C-137 AMVA 10 M-401,0191 10202 13/03/2002 13/03/2007


POM-H-C-139 Corantioquia Aburrá Norte 1,81 I-2905 1792 31/10/2003 31/10/2008

POM-H-C-140 Corantioquia Aburrá Norte 0,03 1-0678 En trámite En trámite En trámite

POM-H-C-141 Corantioquia Aburrá Norte 0,112 1-04248 130AN-

3959 21/11/2005 21/11/2010

POM-H-C-17 Corantioquia Aburrá Norte 5,69 1-96-308 130-AN-

4826 16/08/2006 16/08/2026


POM-H-C-26 Corantioquia 0,435 1-026 1844 01/12/2003 01/12/2013

POM-H-C-27 Corantioquia 0,435 1-026 1844 01/12/2003 01/12/2013




CCOONNSSOORRCCIIOO

HH YY HH

Código Entidad Caudal

Concedido L/s

Expediente Resolución Fecha

Resolución Vigencia


0,435 I-026 1844 01/12/2003 01/12/2013


23,67 1-03197 130AN-6061

29/01/2007 29/01/2012

POM-H-C-51 Corantioquia 0,082 1-05274 En trámite En trámite En trámite

POM-H-C-73 AMVA 0,305 165 21/03/2006 21/03/2016




Fuente: Territorial Aburrá Norte de CORANTIOQUIA y Área Metropolitana del Valle de Aburrá, mayo, junio y julio 2007.

Notas: N.O.C: No se otorgó la concesión por parte de la autoridad ambiental.

Teniendo en cuenta la información presentada en las tablas 30 y 31, se tiene que el número total de captaciones encontradas en el trabajo de recorrido de campo y en la revisión de expedientes de CORANTIOQUIA y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá es de 141, dentro de las cuales sólo 21, es decir el 14,9% equivalente a 90,9 L/s de caudal, ha presentado solicitud ante CORANTIOQUIA o el Área Metropolitana del Valle de Aburrá para que le sea otorgada la concesión. Del 14,9% que tiene su situación legal definida el 9,52% no le fue otorgada la concesión (dos solicitudes), un 9,52 % la tiene vencida (dos solicitudes), un 9,52% por un caudal de 0,112 L/s estaba en trámite al momento de consultar la base de datos (dos solicitudes) y el 71,43% restante tiene vigente la concesión de agua (15 solicitudes), equivalente a un 10,64% del total de número de captaciones encontradas en campo y/o en la información disponible en las bases de datos de la autoridad ambiental.

De la tabla 30 se obtienen los siguientes datos: el consumo total de agua en la microcuenca de la quebrada El Hato es de 510,72 L/s. El principal uso del agua es para cultivos piscícolas, con un caudal de 374,33 L/s, representando el 73,29% del consumo total. Es pertinente recalcar que en cuanto al nivel de consumo el uso piscícola está incluido como un uso no consuntivo según el cual “El uso no consuntivo no compite con los demás usos, ya que retorna a las fuentes de agua con alteraciones no muy significativas en sus condiciones de calidad inicial. Es generalmente el agua empleada en la generación de energía eléctrica, transporte fluvial, recreación y pesca comercial.2 Siguen en orden de consumo los usos para consumo humano, minería y cría de porcinos, recordando que aquí se hace referencia a la zona rural de la Microcuenca, dado que en la zona urbana no hay concesiones de agua.

2http://www.minambiente.gov.co/viceministerios/ambiente/dir_agua_potable_saneam_basico/recurso_hidrico/tasas_por_utilizaci%F3n_del_agua.htm.




CCOONNSSOORRCCIIOO

HH YY HH

Las captaciones POM-H-C-137, POM-H-C-138, POM-H-C-139, POM-H-C-140 y POM-H-C-141, sólo fueron encontradas en la base de datos de CORANTIOQUIA, lo que indica que en los recorridos de campo estas captaciones no se observaron. Lo anterior puede ser debido a que en algunos casos los usuarios a los que se les asigna una concesión de agua no hacen uso de ella pero tampoco hacen la respectiva revocación ante la autoridad ambiental, quedando vigente dicho permiso de uso de agua en las bases de datos existentes. Otra de las posibles causas que se considera es que al comparar la información registrada en campo con la información tomada de CORANTIOQUIA esta no concuerde, situación que se puede presentar si alguna de las personas consultadas en campo entregó información errónea. Los motivos de discrepancia de esta información deben ser verificados por la autoridad ambiental para posteriormente tomar las medidas respectivas.

Teniendo en cuenta lo anterior, en campo se encontraron 136 captaciones de las cuales sólo 15, es decir un 11.03% tiene concesión de agua vigente, lo que indica que no se ha legalizado un porcentaje muy alto de los usos del agua en función del caudal extraído. El caudal equivalente al total extraído de la Microcuenca que tiene autorización vigente de uso por parte de la autoridad ambiental es de 67,65 L/s lo que equivale al 13,25% del caudal total captado, condición que no permite que se tenga una ordenación del recurso hídrico y facilita el desperdicio de agua por parte de la población debido a que no existe un control de los caudales de agua captados y del estado de las estructuras de captación y distribución.

En la tabla 32 se presentan los usos y consumos de agua en la microcuenca de la quebrada El Hato.

Tabla 32. Usos y consumos del agua en la Microcuenca de la quebrada El Hato

USO CAUDAL CAPTATO AFORADO L/s PORCENTAJE %

Consumo Doméstico Rural 96.50 18.94 Piscícola 374.33 73.29

Abrevadero 0.00 0.00 Agrícola 0.35 0.07 Avícola 0.00 0.00

Ganadero 7.43 1.46 Minero 31.58 6.18

Porcícola 0.27 0.05 Recreacional 0.00 0.00

Riego 0.00 0.00 TOTAL 510.72 100.00

Las principales fuentes de abastecimiento de agua para la Microcuenca son: la corriente principal de la quebrada El Hato con un caudal equivalente al 50,83%, seguida de la Aguadita El Caño y La Ortega con aportes de caudal correspondientes a 37,14% 2,07% y 1,26% respectivamente. Es de anotar que estas son las fuentes que abastecen los principales sistemas de acueducto localizados en la parte alta y media de la microcuenca de la quebrada El Hato.




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HH YY HH

Mapa 14. Mapa 16. Captaciones de la microcuenca de la quebrada El Hato




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En la tabla 33 se presenta los consumos de agua por quebrada en la microcuenca de la quebrada El Hato. En el mapa 16, se localizan las captaciones de agua encontradas en la parte alta y media de la Microcuenca.

Tabla 33. Consumo de agua por quebrada localizada en la Microcuenca de la quebrada El Hato

CÓDIGO TRIBUTARIO

NOMBRE DE LA FUENTE CAUDAL CAPTADO (AFORADO) L/S

PORCENTAJE (%)

1 El Hato 0,43 0,08%

2 La Minita 7,98 1,56%

3 Pozo profundo 0,00 0,00%

4 N.N. 3,71 0,73%

5 El Hato 259,59 50,83%

6 N.N. 9,83 1,92%

7 N.N. 3,98 0,78%

9 N.N. 0,43 0,08%

10 La Cordillera - Charco Negro 7,37 1,44%

11 El Caño 10,59 2,07%

12 El Caño 7,00 1,37%

13 La Grande 0,71 0,14%

14 N.N. 2,14 0,42%

15 La Sofia 0,87 0,17%

16 La Aguadita 189,70 37,14%

17 La Ortega 6,41 1,26% Total 510,72 100,00%

La demanda de agua que presentan las subcuencas 5 y 16 no es abastecida estrictamente por estas hoyas tributarias, debido a que los aforos de las principales captaciones realizadas en ellas (trucheras), se hicieron sobre el cauce principal de la quebrada El Hato, el cual recoge los aportes de caudal de las fuentes que tributan a esta quebrada aguas arriba y que pertenecen a subcuencas vecinas.




CCOONNSSOORRCCIIOO

HH YY HH

Desde el punto de vista geográfico la localización de las captaciones por vereda, sectores o barrios encontradas en los recorridos de campo se presenta en la tabla 34.

Tabla 34. Distribución de captaciones por veredas

Vereda/Barrio/Sector

No captaciones Legalizadas No

Legalizadas En

Trámite

Caudal Otorgado

(L/s)

Caudal captado

(L/s)

Potrerito 38 1 3 0 1.19 60.56

Las Huertas 34 3 0 1 30.75 157.02

Pajarito 1 1 0 0 0.08 0.25

El Retiro 6 3 0 0 1.305 0.91

San Félix 2 0 0 0 0 0.49

El Porvenir 1 1 0 0 0.159 0.19

Hato Viejo 7 1 0 0 8.13 9.40

La Ilusión 1 0 0 0 0 0.68

Sabanalarga 34 1 0 0 23.67 278.49

El Paraíso 2 0 0 0 0 0.40

La Palma 3 0 0 0 0 1.99

Barrio Salento 1 1 0 0 0.305 0.35

El Alto de la Perra

1 0 0 0 0 0.00

Las Huertas-El Cuevero 5 0 0 0 0 0.00

TOTAL 136 12 3 1 65.56 510.72

La microcuenca de la quebrada El Hato tiene 122 captaciones que de forma individual o combinada son usadas para el consumo doméstico y que de ellas el 78,51% tiene como beneficiarios no más de 2 usuarios, el 15,70% tiene entre 2 y 10 usuarios y solo el 5,79% tiene más de 10 usuarios. Dentro de los sistemas de abastecimiento colectivo se encuentran dos acueductos veredales: Acueducto Veredal Aguas de Potrerito que abastece la población de la vereda Potrerito de la Microcuenca de la quebrada El Hato (124 usuarios) y Acueducto Multiveredal El Hato que abastece parte de la población del corregimiento de San Cristóbal del municipio de Medellín (329 usuarios).

A continuación se presenta una descripción cualitativa de estos dos sistemas de abastecimiento, por ser los más importantes sistemas de captación de agua para consumo doméstico que existen dentro de la Microcuenca.

Acueducto Veredal Aguas de Potrerito (Código POM-H-C-000): Este sistema de acueducto se surte de las aguas que transporta la corriente principal de la quebrada El Hato a una elevación de 1720 m.s.n.m. con coordenadas Este 1´192.514,62 y Norte 833.179,89. La captación se realiza por medio de una canal rectangular en concreto (acequia) de 13,0 m de largo por 1,0 m de ancho por 1,5 m de profundidad, con compuerta reguladora a la entrada del tanque desarenador, el cual se encuentra en buenas condiciones estructurales (Ver foto 7).




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El sistema de abastecimiento cuenta con buenas condiciones técnicas para la prestación del servicio, sin embargo no es técnicamente factible una ampliación del mismo para efectos de aumentar la capacidad de captación. Se observó además que la zona donde está emplazada la estructura de toma de agua presenta mal estado por deterioro del cerramiento. Ver foto 8.

Como sistema de tratamiento cuenta una planta de potabilización de ciclo completo en fibra de vidrio que está en buenas condiciones de mantenimiento y que tiene una capacidad nominal de 5 L/s, pero que en el momento sólo trataba el caudal captado de 3L/s. La red de distribución es en PVC y está en buen estado. Actualmente no se cuenta con sistema de macromedición pero si se dispone de sistema de micromedición. El número de usuarios atendidos es de 124 para un estimado de 620 habitantes adoptando que cada usuario está conformado por 5 personas.3

El cobro del servicio de acueducto es de $460/m3 mes constante. El sistema de tratamiento es monitoreado mediante ensayos mensuales de calidad fisicoquímica y bacteriológica del agua y los resultados de dichos análisis se pueden consultar en la Secretaría de Salud del municipio de Bello. Desde el punto de vista legal, el caudal concedido para esta captación es de 1,19 L/s, el resto de la información legal se presentó en la tabla 31.

Foto 7. Captación de agua para el acueducto veredal Aguas de Potrerito

3 MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Resolución 0865. Julio 22 de 2004




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Foto 8. Estado del cerramiento de la zona donde se encuentra emplazada la captación

Acueducto Multiveredal EL Hato o las Huertas (Código POM-H-C-017): Este sistema de acueducto, cuya captación se localiza en la vereda Las Huertas del municipio de Bello se surte de las aguas que transporta la corriente principal de la quebrada El Hato a una altitud de 2594 m.s.n.m. con coordenadas Este 1´192.225 y Norte 827.797. La toma de agua se realiza por medio de una captación de fondo que capta un caudal instantáneo de 5,78 L/s y que está ubicada en una presa de filo de agua de 5m de ancho por 1,40 m de profundidad y una aleta de 3,10 m de ancho. Ver foto 9.

De acuerdo con lo notado en campo, el funcionamiento hidráulico de la captación es bueno, al igual que el estado de conservación de la infraestructura. Para el tratamiento de agua el acueducto cuenta con una planta de tratamiento compacta en fibra de vidrio que se observa en buenas condiciones de mantenimiento y que tiene una capacidad nominal de 6 L/s. Ver foto 10. La red de distribución es en PVC y está en buen estado y para las mediciones de caudales captados y consumidos se cuenta con sistema de macromedición en la planta y micromedición en cada usuario que en total son 329, para un estimado de 1645 habitantes.4

4 Ibid.,




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Foto 9. Captación de agua para el acueducto multiveredal El Hato

Foto 10. Planta de tratamiento del acueducto Multiveredal El Hato

El cobro del servicio es de $1100/m3 mes constante y el sistema de tratamiento es monitoreado mediante ensayos mensuales de calidad fisicoquímica y bacteriológica del agua, cuyos resultados se pueden consultar en la Secretaría de Salud del municipio de Medellín. Desde el punto de vista legal, el caudal concedido para esta captación es de 5,69 L/s, el resto de la información legal se presentó en la tabla 31.

La población que consume el agua que se abastece desde este punto de captación, pertenece a la población del corregimiento de San Cristóbal del municipio de Medellín y por lo tanto no está emplazada en la microcuenca de la quebrada El Hato.

Sobre la demanda de agua para uso minero que se presenta en la Microcuenca, los resultados indican que de las cuatro (4) captaciones que se encontraron en campo, sólo una (1) está vigente (Código POM-H-C-120), ver tabla 31, a una (1) ya se le venció la




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concesión (Código POM-H-C-123) y a dos (2) les fue negado el permiso para tomar el agua (Códigos POM-H-C-124 y POM-H-C-125). Hay una concesión en un expediente del Área Metropolitana del Valle de Aburrá por un caudal de 10 L/s que no fue encontrada en campo (Código POM-H-C-137). De esta forma la demanda de agua para uso minero es de 31,58 L/s, equivalente a un 6,18% de la demanda total.

Es importe mencionar, que debido a que las canteras de materiales de la construcción en el municipio de Bello y específicamente en la Microcuenca de la quebrada El Hato son explotadas de una manera artesanal y en muchos casos de manera antitécnica5, se presenta un mayor desperdicio de agua ya que al proceso de lavado y transporte del material arrancado se realiza inyectando un caudal de agua que es tomado de las quebradas, sin un adecuado control de la cantidad y manejo después de su utilización, generando como consecuencia además de la sobre explotación del recurso hídrico su contaminación por el vertimiento de sólidos a la quebrada que no fueron removidos en el proceso de beneficio.

Continuando con los principales usos del agua que se da a las diferentes captaciones y en vista de que el tipo de uso que más agua capta de la quebrada es el piscícola para un caudal de 374,33 L/s, de los cuales sólo el 33% tiene concesión aprobada, se relaciona a continuación la información que caracteriza los usuarios que representan el 98.8% del consumo de agua por este uso y el 73,29% de la demanda en toda la microcuenca de la quebrada El Hato.

Los usuarios de tipo piscícola que representan el 73,29% de la demanda actual de la quebrada El Hato son los siguientes:

Truchera San Félix (ver fotos 11 y 12)

Truchera Villa Susy, ubicada en el predio de igual nombre.

En el caso de la Truchera San Félix, la cantidad de peces que se cultivan en promedio en los estanques es de doce mil (12.000) para los cuales se capta un caudal de 250,7 L/s que después de ser usados en la actividad de cultivo son retornados a la corriente principal de la quebrada El Hato. El usuario cuenta con concesión autorizada por la Regional Norte de CORANTIOQUIA mediante resolución 130AN-6061 radicada bajo el expediente No. 1-03197 con un caudal de 23,67 L/s. La concesión de aguas tiene vigencia desde el 29 de enero de 2007 hasta el 29 de enero del 2012.

Según los pobladores de la zona y lo observado en campo, en algunas ocasiones en época de verano, un tramo del cauce de la quebrada queda sin agua, debido a que la totalidad del recurso hídrico es captado para el cultivo de las truchas, para posteriormente en la zona final de los estanques ser retornado a la quebrada, situación que puede afectar seriamente a la fauna acuática presente ya que su hábitat natural es interrumpido.

5CORPORACIÓN AUTONÓMA REGIONAL DEL CENTRO DE ANTIOQUIA CORANTIOQUIA. Formulación de un Plan de Manejo Ambiental Genérico para el manejo sostenible de la minería de arenas en el municipio de Bello. 2004, p. 43.




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Foto 11. Captación de las aguas de la quebrada El Hato para la truchera de San Félix

Foto 12. Estanques escalonados para el cultivo de truchas

En el caso de la Truchera Villa Susy la cantidad de peces que se cultivan en promedio en los estanques es de 72.000, para los cuales se capta un caudal de 119,2 L/s que después de ser usados en la actividad de cultivo son retornados a la corriente principal de la quebrada. El usuario cuenta con concesión autorizada por la Regional Norte de CORANTIOQUIA mediante resolución 3790 radicada bajo el expediente No. 1-0421 con un caudal concedido de 25,03 L/s. La concesión de agua está vigente desde el 29 de septiembre del 2005 hasta el 29 de septiembre del 2010.




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En cuanto al nivel de consumo, el uso piscícola está incluido como se mencionó anteriormente en la clasificación de uso no consuntivo, el cual no compite con los demás usos, ya que retorna a las fuentes de agua con alteraciones no muy significativas en sus condiciones de calidad inicial.

Teniendo en cuenta el análisis de la información de consumo de agua doméstica y piscícola, principales usos del agua en la Microcuenca, y la información de caudales otorgados por la autoridad ambiental, se puede observar que el caudal de agua captado es mayor al caudal de agua concedido. En este sentido se debe perfilar un análisis de eficiencias de uso y consumo real a partir de indicadores que permitan describir cual es el uso óptimo del agua en la Microcuenca de la quebrada El Hato, a partir de la ponderación de los beneficiarios actuales del agua y los indicadores de consumo establecidos, lo que permite conocer cuáles son las necesidades reales de agua en la Microcuenca con las condiciones actuales de demanda.

Así las cosas, si se aplican los índices recomendados en el documento “DEMANDA Y USOS DEL AGUA, ÍNDICES DE CONSUMO Y PLANES DE ACCIÓN PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA LEY 373 DE 1997 EN LA JURISDICCIÓN DE CORANTIOQUIA para el consumo de agua en la territorial Aburra Norte (Ver tablas 56 y 63 de dicho documento), los índices a aplicar para estimar la demanda teórica de agua en la Microcuenca son los presentados en la tabla 35.

Tabla 35. Índices de consumo teórico recomendados para los municipios de la Territorial Aburrá Norte de CORANTIOQUIA.

ACTIVIDAD UNIDADES VALOR PROMEDIO VALOR A 17ºC

(TEMPERATURA MEDIA DE LA MICROCUENCA)

Consumo doméstico urbano L/habitante-día 200 200 Consumo doméstico rural L/habitante-día 175 175 Beneficio de café (cps - café pergamino seco) L/kg cps 40 40

Floricultura L/ha-s 0,33 0,33 Bovinos de carne (abrevados) L/cabeza-día 52 45 Bovinos de leche L/cabeza-día 73 75 Porcícola L/cabeza-día 23 23 Equinos (estabulados) L/cabeza-día 100 102 Avicultura L/cabeza-día 0,28 0,26 Minería L/g de oro 0,031 0,031 Agrícola L/ha-s 0,25 0,25 Piscícola (peces de 49.8 g de peso, 16 cm de longitud y 12ºC de temperatura).

L/pez-s 0,0012

Recreacional L/m2-día 31 31 Fuente: Índices de consumo de agua recomendados, metas y potenciales de ahorro. DEMANDA Y USOS DEL AGUA, ÍNDICES DE CONSUMO Y PLANES DE ACCIÓN PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA LEY 373 DE 1997 EN LA JURISDICCIÓN DE CORANTIOQUIA.

Con base en estos índices y la cuantificación de los datos del inventario de campo realizados en el marco del presente proyecto se estima el caudal de agua que de forma




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teórica debe satisfacer las necesidades de consumo de los diversos usuarios del recurso hídrico de la Microcuenca. En la tabla 36 se presenta el cálculo de la demanda teórica de agua para los usuarios actuales del recuso.

Tabla 36. Calculo de la demanda teórica de agua de la microcuenca de la quebrada El Hato con base en los indicadores de consumo recomendados por CORANTIOQUIA

TIPO DE USO PRESENTE EN

LA CUENCA

UNIDADES DE BENEFICIARIOS POR

CONSUMO AGUA

CANTIDAD DE BENEFICIARIO

S POR USO

UNIDAD DEL INDICADOR DE

CONSUMO

INDICADOR DE CONSUMO

CONSUMO UNITARIO ESTIMADO

L/S

Agrícola Hectáreas 22 L/ha-s 0.25 5.50

Avicultura Cabezas 110212 L/cabeza-día 0.26 0.33

Bovinos de leche

Cabezas 2831 L/cabeza-día 75 2.46

Consumo Doméstico Rural

Habitantes 3.695 L/habitante-día 175 7.48

Equinos Cabezas 40 L/cabeza-día 102 0.05

Minero 4 L/g de oro 0.0307 0.12

Piscícola Peces 94721 L/pez-s 0.0012 113.67

Porcícola Cabezas 4257 L/cabeza-día 23 1.13

Recreación Área 223 L/m2-día 35 0.09

TOTAL CONSUMO TEÓRICO DE AGUA 130.83 (L/s)

Con base en los resultados presentados se concluye que la demanda actual captada y medida en el desarrollo de este estudio, 510.72 L/s, tabla 37, es bastante superior a la demanda calculada de forma teórica, 130.83 L/s, utilizando para tal fin los Indicadores recomendados para la zona de CORANTIOQUIA. Lo anterior indica que en la Microcuenca de la quebrada El Hato se presenta un desperdicio de agua generalizado para todos los usos, lo cual en parte se explica por las pérdidas de agua que se presentan en el recorrido desde la captación hasta el lugar de destino, debido al mal estado en que se encuentran algunos de los sistemas de conducción del agua (tuberías y mangueras principalmente). Otra de las razones de la diferencia entre la demanda real calculada y la teórica, se debe al desperdicio o derroche de agua que se da por la poca conciencia ambiental entre la población de la Microcuenca, además del poco control ambiental que de estas situaciones hace la autoridad ambiental y de la falta de campañas de sensibilización sobre la adecuada utilización de los recursos naturales.

Para el cálculo de la demanda de agua se deben utilizar los datos de los caudales captados aforados en campo, los cuales representan la demanda real de agua en la Microcuenca, excepto el caudal de agua captado para uso piscícola, debido a que como se explicó anteriormente este uso no es consuntivo y por lo tanto no compite con los demás. De esta forma la demanda de agua real en la Microcuenca es la suma de todos los caudales de agua captados para los diferentes usos, menos el caudal de agua para uso piscícola y menos el caudal de agua retornado aforado en campo. Ver tabla 37.




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Tabla 37. Ajuste de las demandas de agua en la cuenca hidrográfica de la quebrada El Hato

CODIGO TRIBUTARIO

NOMBRE DE LA FUENTE

CAUDAL CAPTADO INCLUYE PISCÍCOLAS

(AFORADO) L/S

CAUDAL CAPTADO NO INCLUYE PISCÍCOLAS (AFORADO) L/S (USO

CONSUNTIVO)

CAUDAL_RETORNADO (AFORADO) L/S

1 El Hato 0,43 0.43 0.0

2 La Minita 7,98 7.98 0.0

3 Pozo profundo 0,00 0 0.0

4 N.N. 3,71 3.71 0.0

5 El Hato 259,59 8.89 0.087

6 N.N. 9,83 9.83 0.0

7 N.N. 3,98 1.15 0.0

9 N.N. 0,43 0.43 0.0

10 La Cordillera - Charco Negro 7,37 7.37 0.0

11 El Caño 10,59 10.59 0.0

12 El Caño 7,00 7 0.0

13 La Grande 0,71 0.71 0.0

14 N.N. 2,14 1.79 0.0

15 La Sofia 0,87 0.87 0.0

16 La Aguadita 189,70 69.23 3.66

17 La Ortega 6,41 6.41 0.17

TOTAL 510,72 136,39 3,92

DEMANDA DE AGUA PARA CÁLCULO ÍNDICE DE ESCASEZ 132,47 L/s

Con base en los resultados expuestos en la tabla anterior, se tiene que el valor de la demanda de agua con la que se debe calcular el índice de escasez es de 132,47 L/s, que corresponde a la demanda de agua para uso consuntivo menos el retorno de agua.

La proyección de la demanda sólo se realizó para uso doméstico de la población que actualmente se abastecía de la microcuenca, la cual es de 3695 habitantes según la tabla 36. La demanda de agua para los demás usos no fue realizada, debido a que esta información fue asumida como constante a lo largo del tiempo.

Las tasas de crecimiento utilizadas se calcularon con base en los datos de población del Departamento Administrativo Nacional Estadístico (DANE), de los censos realizados en la zona rural del municipio de Bello para los años 1985, 1993 y 2005. En la tabla 38 se presenta la proyección de la demanda realizada con los métodos aritmético, geométrico y exponencial establecidos por el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS 2000), en la Sección II, Título B.




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Tabla 38. Proyección de la demanda de agua en la microcuenca de la quebrada El Hato para uso doméstico en zona rural, con base en los indicadores de consumo recomendados por Corantioquia

AÑO POBLACIÓN

MODELO ARITMÉTICO

DEMANDA MODELO

ARITMÉTICO (L/s)

POBLACIÓN MODELO

GEOMÉTRICO

DEMANDA MODELO

GEOMÉTRICO (L/s)

POBLACIÓN MODELO

EXPONENCIAL

DEMANDA MODELO

EXPONENCIAL (L/s)

2008 3770,322 7,64 13745 27,84 13738 27,83

2009 3847,180 7,79 14169 28,70 14153 28,67

2010 3925,604 7,95 14606 29,58 14582 29,54

2011 4005,627 8,11 15057 30,50 15023 30,43

2012 4087,281 8,28 15521 31,44 15478 31,35

2013 4170,600 8,45 16000 32,41 15947 32,30

2014 4255,617 8,62 16494 33,41 16429 33,28

2015 4342,368 8,80 17002 34,44 16927 34,28

2016 4430,886 8,97 17527 35,50 17439 35,32

2017 4521,210 9,16 18067 36,59 17967 36,39

NOTA: Tasa de crecimiento modelo aritmético = 0.020, tasa de crecimiento modelo geométrico = 0.031, tasa de crecimiento modelo exponencial = 0.030, población para el año inicial (2007) = 3695 habitantes, índice de consumo de agua para uso doméstico = 175 L/(habitante-día)

7.4. CONCLUSIONES

El trabajo de campo que se realizó en la Microcuenca de la quebrada El Hato, con el fin de localizar, identificar y describir las captaciones de agua, usos y usuarios, además de la recolección de información legal en CORANTIOQUIA y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá, mostró que en la Microcuenca no se ha dado un adecuado seguimiento y control sobre la utilización del recurso hídrico que hacen los habitantes de la zona rural, situación que se puede comprobar si se tiene en cuenta que sólo el 10.64% de las captaciones tiene permiso vigente por parte de la autoridad ambiental para la toma del agua y que en la mayoría de los casos, el caudal captado es mucho mayor que el caudal otorgado o que el caudal necesario para el desarrollo de las diferentes actividades, lo que trae como consecuencia el deterioro de la fuente de agua por una sobredemanda del preciado líquido debido al desperdicio y derroche de agua.

El deterioro del estado en que se encuentran algunos de los sistemas de captación y conducción del agua, es otra de las razones que muestran como en la Microcuenca no se realiza un adecuado seguimiento de estos sistemas, lo que aumenta las posibilidades de que se presente desperdicio de agua por fugas en las estructuras de conducción, que en la mayoría de los casos serían fácilmente solucionables si los usuarios de dichas captaciones fueran sensibilizados acerca de lo importante de la conservación de este




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recurso y por lo tanto de realizar un mantenimiento periódico a las estructuras que sirven para la toma y distribución del agua.

Durante todo el proceso de diagnóstico se observó una falta de conciencia ambiental generalizada en toda la Microcuenca, lo que se debe principalmente a falta de conocimiento y educación sobre la importancia de realizar un adecuado uso de los recursos naturales. La situación anterior contribuye significativamente a que la demanda de agua se incremente debido a su desperdicio y derroche, afectando en algunas ocasiones otros usuarios que tienen menos posibilidades de acceder a este recurso.

En cuanto a los usos principales del agua que se encontraron en la Microcuenca, se tienen el uso doméstico y el piscícola. La demanda para uso doméstico, 96,50 L/s, es de mucha importancia, ya que gran parte de la población de la zona rural sólo dispone de las captaciones individuales que de forma empírica son construidas para la toma del agua que satisface todas sus necesidades básicas y vitales. La demanda para uso piscícola, actividad económica que se realiza en la Microcuenca, representa la mayor demanda de agua, 374.33 L/s, pero debido a que este tipo de actividad no compite con los demás usos por ser un uso no consuntivo, no se tuvo en cuenta para el cálculo del Índice de escasez.

7.5. RECOMENDACIONES

El desconocimiento por parte de la Autoridad Ambiental de todos los sistemas de captación de agua que existen en la Microcuenca, no permite hacer un control y seguimiento adecuado de la demanda de agua, usos y usuarios que existen, lo que contribuye al desperdicio, derroche de agua y en algunas ocasiones a que se presenten conflictos entre la comunidad. Por tal motivo es necesario la legalización de todas las captaciones, con descripción de usos, caudales y usuarios, con el fin de que la autoridad ambiental exija la construcción de captaciones adecuadas, con sistemas de reparto que permitan medir la cantidad de agua captada y disminuir el desperdicio de agua, actividades que están enfocadas hacia la distribución equitativa y correcto manejo del agua y en general a la reglamentación del recurso hídrico por parte de los entes ambientales.

Sobre las concesiones otorgadas que no fueron encontradas en campo, se deben llevar a cabo acciones de seguimiento, con el fin de determinar si se está haciendo uso del recurso, de lo contrario, proceder de conformidad con lo dispuesto en el literal e) del artículo 62 del Decreto 2811 de 1974, el cual establece: “Serán causales generales de caducidad las siguientes, aparte de las demás contempladas en las leyes:.....e) No usar la concesión durante dos años;...”. Así mismo, para las demás concesiones otorgadas deben adelantarse acciones de seguimiento y control, puesto que en la mayoría de los aforos realizados se pudo verificar que el caudal captado supera el caudal concedido, siendo ésta otra causal de caducidad contemplada en el artículo 62 ibídem: “...c) El incumplimiento del concesionario a las condiciones impuestas o pactadas;..”. Adicionalmente, esta conducta está expresamente prohibida en el Título XI, Capítulo I, artículo 239, Prohibiciones y Sanciones del Decreto 1541 de 1978.




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Debido a que el consumo de agua por la industria minera en la Microcuenca es de gran importancia, es necesario que la autoridad ambiental haga un monitoreo y seguimiento efectivo a la implementación y cumplimiento de los Planes de Manejo Ambiental que para su funcionamiento fueron diseñados, esto con el fin de disminuir el deterioro ambiental que se presenta por la extracción de agua de las quebradas sin control, por las grietas o canales que quedan en los taludes por el transporte del material arrancado por las laderas de la montañas y por el vertimiento de sólidos a las fuentes de agua, entre otros problemas.

Formular estrategias para educar y sensibilizar a los habitantes de la Microcuenca sobre el adecuado manejo de los recursos naturales, su conservación y desarrollo, como medida transversal a los diferentes proyectos o actividades que se lleven a cabo en este territorio.

7.6. BIBLIOGRAFÍA

ÁREA METROPOLITANA DEL VALLE DE ABURRÁ. Plan de Ordenamiento de la Cuenca de la Quebrada El Hato. Municipio de Bello. 1996.

CONGRESO DE COLOMBIA. Ley 99 de 1993, por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el Sector Público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental –SINA y se dictan otras disposiciones.

DEPARTAMENTE ADMINISTRATIVO NACIONAL ESTADÍSTICO (DANE). Censos Nacionales de los años 1985, 1993 y 2005.

GRUPO DE INVESTIGACIONES AMBIENTALES, Universidad Pontificia Bolivariana. Índices de consumo de agua recomendados, metas y potenciales de ahorro. Demanda y usos del agua, índices de consumo y planes de acción para la implementación de la ley 373 de 1997 en la jurisdicción de Corantioquia.

INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Metodología para el cálculo del Índice de Escasez de Agua Superficial. 2004.

MINISTERIO DE AGRICULTURA. Decreto 1541 del 26 de julio de 1978, por el cual se reglamenta la parte III del libro II del Decreto_Ley 2811 de 1974; “De las aguas no marítimas” y parcialmente la Ley 23 de 1973.

MINISTERIO DE AGRICULTURA. Decreto 1594 del 26 de junio de 1984, por el cual se reglamenta parcialmente el Título 1 de la Ley 09 de 1979, así como el Capítulo II del Título VI - Parte III - Libro II y el Título III de la parte III - Libro I - del Decreto 2811 de 1974 en cuanto a Usos del Agua y Residuos.

MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Resolución 0865 de Julio 22 de 2004, por la cual se adopta la metodología para el cálculo del índice




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de escasez para aguas superficiales a que se refiere el Decreto 155 de 2004 y se adoptan otras disposiciones.

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Dirección General de Agua Potable y Saneamiento Básico. Documentación Técnico Normativa del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000.

MINISTERIO DE LA PROTECCIÓN SOCIAL, MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Resolución 2115 de Junio 2007.Por medio de la cual se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano.

MINISTERIO DE LA PROTECCIÓN SOCIAL. Decreto 1575 de mayo 9 de 2007, por el cual se establece el Sistema para la Protección y Control de la Calidad del Agua para Consumo Humano.

MINISTERIO DE SALUD. Decreto 475 del 10 de marzo de 1998, por el cual se expiden normas técnicas de calidad del agua potable.

MUNICIPIO DE BELLO. Plan de Ordenamiento Territorial. 2000 – 2006.




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88.. IINNDDIICCEE DDEE EESSCCAASSEEZZ

La Resolución No. 0865 de 2004 del Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial de la República de Colombia, MAVDT, expresa que el índice de escasez, permite interpretar el nivel o grado de abundancia o escasez (disponibilidad de agua) de una cuenca hidrográfica, cuando se relacionan la oferta y demanda de agua.

8.1.METODOLOGÍA

Con relación a la metodología para el cálculo del índice de escasez, el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, Resolución 0865 de 2004, expresa que el índice de escasez se cuantifica utilizando la expresión (9):

IE = (D/(O * Fr) * 100 (9)

IE: índice de escasez en porcentaje

D: demande de agua en m3

O: oferta hídrica neta en m3

Fr: factor de reducción por calidad de agua más el factor de reducción por caudal ecológico, varía entre 0 y 1

La Interventoría del proyecto, por ende el Área Metropolitana del Valle de Aburrá, propone utilizar la siguiente expresión para el cálculo del índice de escasez:

IE = [D /(O * (1-Fr))] * 100 (10)

En la ecuación (10) el factor de reducción por calidad de agua fue de 0.25. El factor de reducción por caudal ecológico se calculó con la relación del caudal ecológico sobre la oferta neta de agua, para cada Microcuenca.

Agrega la Resolución 0865 de 2004, que se registra escasez cuando la cantidad de agua tomada de las fuentes existentes es tan grande que pueden presentarse conflictos entre los diferentes usos y usuarios. Aclara el MAVDT en la misma resolución, que la práctica mundial ha permitido clasificar a partir de cuatro niveles o categorías, la presión que se hace sobre los recursos hídricos, tal como se entrega en la tabla 39.




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Tabla 39. Clasificación mundial del índice de escasez

CATEGORÍA DEL ÍNDICE DE ESCASEZ

PORCENTAJE DE LA OFERTA

HÍDRICA UTILIZADA COLOR EXPLICACIÓN

Alto > 40 Rojo Fuerte presión sobre el recurso hídrico. Urgencia máxima para el ordenamiento de la demanda

Medio 20 - 40 Naranja Es menester asignar prioridades a los distintos usos, particularmente a los ecosistemas acuáticos

Moderado 10 - 20 Amarillo Indicios futuros que la disponibilidad de agua se está convirtiendo en un factor limitante del desarrollo

Bajo < 10 Verde No se presentan presiones importantes sobre el recurso hídrico

A partir de la categorización anterior, el MAVDT en el año 2004 ha clasificado el índice de escasez en cinco categorías, aspecto válido para todo el territorio colombiano, según se muestra en la tabla 40.

Tabla 40. Clasificación del índice de escasez por el MAVDT

CATEGORÍA RANGO PARA Ie EN % COLOR EXPLICACIÓN

Alto > 50 Rojo Demanda alta

Medio alto 21 - 50 Naranja Demanda apreciable

Medio 11 - 20 Amarillo Demanda baja

Mínimo 1 - 10 Verde Demanda muy baja

No significativo < 1 Azul Demanda no significativa

Con base en la propuesta del MAVDT y de acuerdo al trabajo de campo, información y resultados del estudio de la demanda de agua para la microcuenca de la quebrada El Hato, tabla 42, el Consorcio H y H, propone y utiliza la siguiente escala de valoración para el índice de escasez, ver tabla 41.

Tabla 41. Clasificación para el índice de escasez utilizado en la microcuenca El Hato

CATEGORÍA RANGO PARA Ie EN % COLOR EXPLICACIÓN

Alto > = 50 Rojo Demanda alta

Medio alto 21 - < 50 Naranja Demanda apreciable

Medio 10 - < 21 Amarillo Demanda baja

Mínimo 1 -<10 Verde Demanda muy baja

No significativo < 1 Azul Demanda no significativa




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8.2.RESULTADOS

De acuerdo con información colectada para los usos del agua y la oferta media estimada según el caudal multianual, se entrega a continuación el valor estimado y la clasificación del índice de escasez, para los tributarios de la microcuenca de la quebrada El Hato, ver tabla 43.

Tabla 42. Demanda de la microcuenca El Hato y tributarios

CÓDIGO TRIBUTARIO

CAUDAL CAPTADO (USO CONSUNTIVO)

L/s

CAUDAL RETORNADO

(AFORADO) L/s DEMANDA NETA L/s

1 0.43 0.0 0.43 2 7.98 0.0 7.98 3 0.00 0.0 0.00 4 3.71 0.0 3.71 5 8.89 0.1 8.80 6 9.83 0.0 9.83 7 1.15 0.0 1.15 8 0.00 0.0 0.00 9 0.43 0.0 0.43 10 7.37 0.0 7.37 11 10.59 0.0 10.59 12 7.00 0.0 7.00 13 0.71 0.0 0.71 14 1.79 0.0 1.79 15 0.87 0.0 0.87 16 69.30 3.7 65.64 17 6.41 0.2 6.24

TOTAL 136.39 3.92 132.54

Tabla 43. Clasificación del índice de escasez para la microcuenca El Hato y tributarios importantes

CÓDIGO TRIBUTARIO

OFERTA NETA L/S

CAUDAL ECOLÓGICO

L/S

DEMANDA NETA EN

L/S

OFERTA MULTIANUAL

EN L/S

ÍNDICE DE ESCASEZ

EN % CLASIFICACIÓN COLOR

1 10,85 4,49 0,43 3,66 11,76 Medio

2 56,64 19,40 7,98 23,08 34,57 Medio alto

3 8,97 3,00 0 3,72 0,00 No significativo

4 4,63 1,53 3,71 1,95 190,53 Alto

5 82,12 24,79 8,803 36,80 23,92 Medio alto

6 26,99 9,47 9,83 10,77 91,28 Alto

7 18,74 6,75 1,15 7,30 15,75 Medio




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CÓDIGO TRIBUTARIO

OFERTA NETA L/S

CAUDAL ECOLÓGICO

L/S

DEMANDA NETA EN

L/S

OFERTA MULTIANUAL

EN L/S

ÍNDICE DE ESCASEZ

EN % CLASIFICACIÓN COLOR

8 6,84 3,27 0 1,86 0,00 No significativo

9 La Guzmana 24,73 12,24 0,43 6,31 6,82 Mínimo

10 44,82 14,60 7,37 19,01 38,76 Medio alto

11 68,78 26,55 10,59 25,03 42,31 Medio alto

12 10,96 4,43 7 3,79 184,75 Alto

13 3,96 1,64 0,71 1,33 53,57 Alto

14 6,84 3,36 1,79 1,77 101,03 Alto

15 4,94 2,27 0,87 1,44 60,46 Alto

16 97,90 48,91 65,64 24,51 267,79 Alto

17 26,83 11,78 6,24 8,34 74,79 Alto

El Hato 132,54 180,67 73,36 Alto

La tabla anterior permite concluir que la microcuenca de la quebrada El Hato, se clasifica en su generalidad, y ante la mayor manifestación de los colores rojo, en la categoría alto. Es conveniente para la autoridad ambiental, en este caso el AREA METROPOLITANA DEL VALLE DE ABURRÁ Y CORANTIOQUIA, priorizar acciones conducentes al ordenamiento y reglamentación de la demanda. En el mapa 17 se presenta la representación gráfica del Índice de Escasez.




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Mapa 15. Mapa 17 Índice de escasez de la microcuenca de la quebrada El Hato




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LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Parámetros morfométricos para tributarios de diferente orden de la microcuenca El Hato............................................................................................................................... 6

Tabla 2. Estaciones en el área de influencia de la microcuenca de la quebrada El Hato . 13

Tabla 3. Serie histórica de precipitación estación Fabricato en mm................................. 16

Tabla 4. Serie histórica de precipitación en mm estación La Iguaná................................ 17

Tabla 5. Serie histórica de precipitación en mm estación Tulio Ospina............................ 18

Tabla 6. Distribución porcentual de los polígonos de Thiessen........................................ 19

Tabla 7. Serie de precipitación en mm estimada para la microcuenca de quebrada El Hato........................................................................................................................................ 19

Tabla 8. Temperatura media en la estación Tulio Ospina en oC....................................... 25

Tabla 9. Serie de registros de humedad relativa de la microcuenca de la quebrada El Hato en % ................................................................................................................................ 29

Tabla 10. Brillo solar en la microcuenca de la quebrada El Hato en horas....................... 30

Tabla 11. Resumen caudal medio multianual para tributarios importantes de la microcuenca de la quebrada El Hato ............................................................................... 41

Tabla 12. Factor de Frecuencia (Ktr) para varios periodos de retorno, calculados con la ecuación (7)..................................................................................................................... 42

Tabla 13. Parámetros de calibración en la estación La Salada (Universidad Nacional, Área Metropolitana del Valle de Aburrá, y CORATIOQUIA, 2006), .......................................... 43

Tabla 14. Caudales mínimos para diferentes períodos de retorno a la salida de la microcuenca de la quebrada El Hato ............................................................................... 45

Tabla 15. Parámetros geomorfológicos microcuenca de la quebrada El Hato (hasta el sitio de desembocadura en el río Aburrá)................................................................................ 53

Tabla 16. Tiempos de concentración estimados microcuenca quebrada El Hato............. 54

Tabla 17. Parámetros geomorfológicos subcuencas modelo hidrológico quebrada El Hato........................................................................................................................................ 57




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Tabla 18. CN ponderado subcuencas del modelo hidrológico quebrada el Hato.............. 59

Tabla 19. Caudales sitio de desembocadura de la quebrada el Hato al río Aburrá, método hidrógrafas unitarias sintéticas......................................................................................... 60

Tabla 20. Ecuaciones estimadas a partir de los datos de caudal máximo, para la microcuenca de la quebrada el Hato................................................................................ 62

Tabla 21. Inventario secciones transversales para el modelo hidráulico utilizado ............ 76

Tabla 22. Evaluación estructuras hidráulicas que fueron levantadas con información topográfica primaria, quebrada El Hato............................................................................ 79

Tabla 23. Capacidad de arrastre punto 1. Puente Potrerito.............................................. 87

Tabla 24. Capacidad de arrastre punto 2. Universidad de San Buenaventura ................. 88

Tabla 25. Carga sólida transportada en aguas normales en el punto Puente Potrerito .... 91

Tabla 26. Carga sólida transportada en aguas normales en el punto Universidad de San Buenaventura .................................................................................................................. 92

Tabla 27. Concentración de sólidos en la quebrada El Hato. 5 Junio de 2007. ................ 93

Tabla 28. Concentración de sólidos en la quebrada El Hato. 7 Junio de 2007. ................ 93

Tabla 29. Concentración de sólidos en la quebrada El Hato. 11 Junio de 2007 (día festivo). ............................................................................................................................ 93

Tabla 30. Usuarios, usos y consumos de las tomas de agua encontradas en el trabajo de campo, microcuenca de la quebrada El Hato................................................................... 99

Tabla 31. Estado de legalidad de las concesiones de agua en la microcuenca de la quebrada El Hato........................................................................................................... 104

Tabla 32. Usos y consumos del agua en la Microcuenca de la quebrada El Hato.......... 106

Tabla 33. Consumo de agua por quebrada localizada en la Microcuenca de la quebrada El Hato............................................................................................................................... 109

Tabla 34. Distribución de captaciones por veredas ........................................................ 110

Tabla 35. Índices de consumo teórico recomendados para los municipios de la Territorial Aburrá Norte de CORANTIOQUIA. ................................................................................ 116

Tabla 36. Calculo de la demanda teórica de agua de la microcuenca de la quebrada El Hato con base en los indicadores de consumo recomendados por CORANTIOQUIA ... 117




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Tabla 37. Ajuste de las demandas de agua en la cuenca hidrográfica de la quebrada El Hato............................................................................................................................... 118

Tabla 38. Proyección de la demanda de agua en la microcuenca de la quebrada El Hato para uso doméstico en zona rural, con base en los indicadores de consumo recomendados por Corantioquia.................................................................................... 119

Tabla 39. Clasificación mundial del índice de escasez .................................................. 124

Tabla 40. Clasificación del índice de escasez por el MAVDT......................................... 124

Tabla 41. Clasificación para el índice de escasez utilizado en la microcuenca El Hato.. 124

Tabla 42. Demanda de la microcuenca El Hato y tributarios.......................................... 125

Tabla 43. Clasificación del índice de escasez para la microcuenca El Hato y tributarios importantes.................................................................................................................... 125

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Modelo cartográfico Modelo Digital de Terreno (MDT)........................................ 9

Figura 2. Ciclo anual promedio de la precipitación en la estación Fabricato .................... 17

Figura 3. Ciclo anual promedio de la precipitación en la estación La Iguaná ................... 18

Figura 4. Ciclo anual promedio de la precipitación en la estación Tulio Ospina ............... 19

Figura 5. Ciclo anual promedio de la precipitación en la microcuenca de la quebrada El Hato................................................................................................................................. 20

Figura 6. Ciclo anual de la temperatura media estación Tulio Ospina.............................. 26

Figura 7. Ciclo anual de la humedad relativa estación Tulio Ospina ................................ 29

Figura 8. Ciclo anual del brillo solar estación Tulio Ospina .............................................. 30

Figura 9. Esquema de agregación de variables siguiendo la estructura de la red de drenaje (Universidad Nacional, Área Metropolitana del Valle de Aburrá, CORANTIOQUIA, 2006) ............................................................................................................................... 37

Figura 10. Caudales medios diarios período 01/01/1990-31/12/2005, Microcuenca quebrada El Hato............................................................................................................. 45




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Figura 11. Métodos resolución 0865 de 2004 para la estimación del caudal mínimo ecológico (adaptado de Diez-Hernández, 2005) .............................................................. 49

Figura 12. Curva de duración de caudales medios diarios microcuenca quebrada El Hato........................................................................................................................................ 49

Figura 13. Ciclo anual caudales medios mensuales a la salida de la microcuenca quebrada El Hato............................................................................................................. 50

Figura 14. Curva Intensidad-Duración-Frecuencia estación Fabricato ............................. 55

Figura 15. Curva Intensidad-Duración-Frecuencia estación San Cristóbal....................... 55

Figura 16. Hietograma de tormenta (método de Huff, primer cuartil, 50% de excedencia) (∆t= 1 minuto, período de retorno de 100 años)............................................................... 56

Figura 17. Modelo hidrológico semidistribuido quebrada El Hato (HEC HMS 2.2.2)......... 57

Figura 18. Caudales máximos (m3/s), quebrada El Hato, desembocadura al río Aburrá .. 61

Figura 19. Perfil longitudinal quebrada el Hato................................................................. 68

Figura 20. Zona de no ajuste de la red de drenaje que marca el TIN con el drenaje cartografía adoptada en el estudio................................................................................... 74

Figura 21. Esquema del modelo hidráulico, HEC RAS 3.1.3, red de drenaje quebrada el Hato................................................................................................................................. 76

Figura 22. Puente sobre la quebrada el Hato (sector fábrica Postobón), cruce calle 49 (esquema HEC-RAS), niveles para un período de retorno de 500 años .......................... 85




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LISTA DE MAPAS

pág.

Mapa 2. Límite de microcuencas y subcuencas de la quebrada El Hato............................ 7

Mapa 4. Modelo de elevación digital ................................................................................ 11

Mapa 5. Estaciones pluviométricas y polígonos de Thiessen de la microcuenca de la quebrada El Hato............................................................................................................. 21

Mapa 6. Distribución de la precipitación media anual en la microcuenca de la quebrada El Hato (Universidad Nacional et al., 2007).......................................................................... 23

Mapa 7. Temperatura media anual en oC de la microcuenca de la quebrada El Hato...... 27

Mapa 8. Evapotranspiración real para la microcuenca de la quebrada El Hato (mm/año).33

Mapa 9. Caudales medios anuales de la microcuenca de la quebrada El Hato (m3/s) .... 39

Mapa 10. Caudales mínimos para un período de retorno de 10 años.............................. 47

Mapa 11. Caudales mínimos ecológicos de la microcuenca de la quebrada El Hato ....... 51

Mapa 12. Caudales máximos para un periodo de retorno de 100 años en la microcuenca de la quebrada El Hato .................................................................................................... 63

Mapa 13. Sistema Fluvial de la microcuenca de la quebrada El Hato.............................. 71

Mapa 14. Inventario de obras hidráulicas de la microcuenca de la quebrada El Hato...... 81

Mapa 15. Manchas de inundación de la microcuenca de la quebrada El Hato................ 83

Mapa 16. Captaciones de la microcuenca de la quebrada El Hato ................................ 107

Mapa 17 Índice de escasez de la microcuenca de la quebrada El Hato......................... 127




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LISTA DE FOTOS

pág.

Foto 1. Condiciones del lecho y de las márgenes, quebrada El Hato, zonas de montaña 70

Foto 2. Condiciones del lecho y de las márgenes, zona de transición 2........................... 70

Foto 3. Condiciones del lecho y de las márgenes, zona de transición 1........................... 70

Foto 4. Condiciones del lecho y de las márgenes, zona llanura de inundación ............... 73

Foto 5. Aguas Arriba Punto de Muestreo Puente Potrerito............................................... 90

Foto 6. Aguas Arriba Punto de Muestreo Universidad de San Buenaventura................... 91

Foto 7. Captación de agua para el acueducto veredal Aguas de Potrerito ..................... 111

Foto 8. Estado del cerramiento de la zona donde se encuentra emplazada la captación112

Foto 9. Captación de agua para el acueducto multiveredal El Hato ............................... 113

Foto 10. Planta de tratamiento del acueducto Multiveredal El Hato ............................... 113

Foto 11. Captación de las aguas de la quebrada El Hato para la truchera de San Félix 115

Foto 12. Estanques escalonados para el cultivo de truchas........................................... 115

Capítulo 5 Sección 1 Hidrología

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