DETERMINACIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO PARA LA …

DETERMINACIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO PARA LA CUENCA DE

LA QUEBRADA PADRE DE JESÚS, BOGOTÁ DC.

LAURA MICHELE PÉREZ CRUZ

LAURA CATALINA RUBIO CALDERÓN

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA SANITARIA

BOGOTÁ D.C – 2017

DETERMINACIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO PARA LA CUENCA DE

LA QUEBRADA PADRE DE JESÚS, BOGOTÁ DC

LAURA MICHELE PÉREZ CRUZ

LAURA CATALINA RUBIO CALDERÓN

Trabajo de grado para obtener el título de Ingenieras Sanitarias.

ASESOR: JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO

INGENIERO CIVIL, MSC.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA SANITARIA

BOGOTÁ D.C – 2017

"Las ideas emitidas por los autores

son de su exclusiva responsabilidad

y no expresan necesariamente

opiniones de la Universidad"

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar agradecemos a Dios, a nuestras familias, a cada uno de los colaboradores

de este proyecto y a la Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales.

Especialmente, queremos expresar nuestro inmenso agradecimiento al director Jorge

Alberto Valero Fandiño por la oportunidad, la confianza, la invaluable dedicación y el compromiso

en el desarrollo del presente proyecto, deseándole éxito y el mayor de los augurios en su trayectoria

profesional.

DEDICATORIA

Inicialmente deseo dedicarles este trabajo a mi familia y amigos que siempre creyeron en mis

capacidades y me alientan a seguir adelante.

A Dios por ser el artífice de grandes logros, estar a mi lado en cada paso que doy y permitirme

culminar ciclos con todo éxito.

A mi gran compañera y amiga, Laura Catalina Rubio Calderón, valió la pena luchar juntas por una

meta, nos queda la satisfacción del deber cumplido.

Si algo aprendí y me quedo como lección de vida, es que todo lo que nos ocurre tiene un por qué;

cada persona o circunstancia nos aporta, solo si decidimos aprender de ellos.

Laura Michelle Pérez Cruz

Este trabajo está dedicado a Dios, a mi familia y a las personas que amo con todo mi

corazón, quienes me apoyaron con mucho amor y comprensión en el desarrollo de este trabajo.

Finalmente, quiero dedicarlo a todas aquellas personas que no creen en las segundas oportunidades

y a quienes alguna vez han pensado en rendirse. Es importante que sepan que para que una segunda

oportunidad sea exitosa se requiere de mucha fe, esfuerzo y dedicación, es necesario hacer cosas

diferentes para obtener mejores resultados.

Laura Catalina Rubio Calderón

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 14

1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN .................................................. 15

1.1 PROBLEMA A RESOLVER .................................................................................................... 15 1.2 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA A RESOLVER ................................................................... 15 1.3 PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN .......................................................................................... 16

2 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 17

2.1.1 Objetivo general .................................................................................................................... 17 2.1.2 Objetivos específicos ............................................................................................................. 17

3 MARCOS DE REFERENCIA .................................................................................................... 18

3.1 MARCO GEOGRÁFICO ........................................................................................................ 18 3.2 MARCO CLIMATOLÓGICO .................................................................................................. 18

3.2.1 Precipitación ......................................................................................................................... 19 3.2.2 Temperatura .......................................................................................................................... 19 3.2.3 Humedad relativa .................................................................................................................. 19 3.2.4 Brillo solar ............................................................................................................................ 19

3.3 MARCO CONCEPTUAL ........................................................................................................ 19 3.3.1 Vertedero triangular de pared delgada ................................................................................. 19 3.3.2 Limnígrafo ............................................................................................................................. 19 3.3.3 Estación pluviográfica ........................................................................................................... 20

4 METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 21

4.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ...................................................................................... 21 4.2 DETERMINACIÓN DE VARIABLES FUNCIONALES Y DATOS QUE ALIMENTAN LOS MODELOS 22 4.3 MEDICIÓN DEL NIVEL DE LA LÁMINA DEL AGUA................................................................ 22 4.4 CÁLCULO DE HIDROGRAMAS UNITARIOS (HU) ................................................................. 25

5 ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................... 27

5.1 DETERMINACIÓN DE VARIABLES FUNCIONALES Y DATOS DE LOS MODELOS ...................... 27 5.2 MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN (MDE) ......................................................................... 28

5.2.1 Parámetros morfométricos de la cuenca ............................................................................... 28 5.2.2 Uso del Suelo ......................................................................................................................... 29 5.2.3 Tipos de Suelo ....................................................................................................................... 30

5.3 REGISTROS DE CAUDAL .................................................................................................... 30 5.3.1 Métodos para la separación de caudal de exceso y caudal base .......................................... 31

5.3.1.1 Ecuación de Maillet ......................................................................................................................... 31 5.3.1.2 Análisis de las curvas de recesión .................................................................................................... 32 5.3.1.3 Método de la línea recta ................................................................................................................... 33

5.4 NUMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA .............................................................................. 34 5.5 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN ............................................................................................ 36 5.6 MÉTODOS SINTÉTICOS ...................................................................................................... 37

5.6.1 Triangular y Curvilíneo ......................................................................................................... 37 5.6.1.1 Reconstrucción de tormentas ........................................................................................................... 38

5.7 MÉTODO MATRICIAL ........................................................................................................ 39 5.7.1 Matricial inicial ..................................................................................................................... 39

5.7.1.1 Reconstrucción de tormentas ........................................................................................................... 40 5.7.2 HU Matricial calculado mediante optimización matemática ................................................ 42

5.7.2.1 Reconstrucción de tormentas ........................................................................................................... 42 5.7.3 HU matricial depurado ......................................................................................................... 44

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................... 47

6.1 CONCLUSIONES ................................................................................................................. 47 6.2 RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 48

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 50

APÉNDICES ......................................................................................................................................... 52

ANEXOS ............................................................................................................................................... 78

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 3-1 CUENCA QUEBRADA PADRE DE JESÚS ...................................................................................................... 18 FIGURA 3-2 LIMNÍGRAFO Y VERTEDERO TRIANGULAR ................................................................................................. 20 FIGURA 3-3 PLUVIÓGRAFO FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES ............................................. 20 FIGURA 4-1 METODOLOGÍA .......................................................................................................................................... 21 FIGURA 4-2 UBICACIÓN DE ESTACIÓN DE MEDICIÓN DE CAUDAL ................................................................................. 22 FIGURA 4-3 SECCIÓN TRANSVERSAL ............................................................................................................................ 23 FIGURA 4-4 HIETOGRAMA CONSULTADO EN LÍNEA (18/04/2017) ................................................................................. 24 FIGURA 4-5 OPERACIÓN DE ESTACIÓN DE MEDICIÓN DE CAUDAL ................................................................................. 24 FIGURA 4-6 EJEMPLO GRAFICA DE NIVEL DEL AGUA (H) .............................................................................................. 25 FIGURA 4-7 DIGITALIZACIÓN DE GRÁFICAS .................................................................................................................. 25 FIGURA 5-1 USOS DEL SUELO ....................................................................................................................................... 30

LISTA DE TABLAS

TABLA 5-1 VARIABLES MÉTODOS HU .......................................................................................................................... 27 TABLA 5-2 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS DE LA CUENCA ......................................................................................... 29 TABLA 5-3 USOS DEL SUELO ........................................................................................................................................ 29 TABLA 5-4 NÚMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA ........................................................................................................ 35 TABLA 5-5 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (TC) ............................................................................................................. 36 TABLA 5-6 REGISTRO EN CAMPO DE TIEMPO DE CONCENTRACIÓN .............................................................................. 37 TABLA 5-7 VARIABLES MÉTODOS SINTÉTICOS.............................................................................................................. 37 TABLA 5-8 RESUMEN DE RESULTADOS ......................................................................................................................... 45

LISTA DE GRAFICAS

GRÁFICA 5-1 TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO ................................................................................................................. 32 GRÁFICA 5-2 TORMENTA DEL 4-5 MAYO ...................................................................................................................... 32 GRÁFICA 5-3 CURVAS DE RECESIÓN ............................................................................................................................. 33 GRÁFICA 5-4 SEPARACIÓN DE CAUDAL TORMENTA 3-4 MAYO ..................................................................................... 33 GRÁFICA 5-5 SEPARACIÓN DE CAUDAL TORMENTA 4-5 MAYO ..................................................................................... 34 GRÁFICA 5-6 HIDROGRAMAS UNITARIOS SINTÉTICOS .................................................................................................. 38 GRÁFICA 5-7 RECONSTRUCCIÓN TORMENTA 3-4 DE MAYO A PARTIR DE HU SINTÉTICO .............................................. 38 GRÁFICA 5-8 RECONSTRUCCIÓN TORMENTA 4-5 DE MAYO A PARTIR DE HU SINTÉTICO .............................................. 39 GRÁFICA 5-9 HU MATRICIAL TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO ........................................................................................ 40 GRÁFICA 5-10 HU MATRICIAL TORMENTA 4-5 DE MAYO ............................................................................................. 40 GRÁFICA 5-11 RECONSTRUCCIÓN TORMENTA 3-4 MAYO A PARTIR DE HU MATRICIAL ............................................... 41 GRÁFICA 5-12 RECONSTRUCCIÓN TORMENTA 4-5 MAYO A PARTIR DE HU MATRICIAL ............................................... 41 GRÁFICA 5-13 HU MATRICIAL AJUSTADO MATEMÁTICAMENTE ................................................................................... 42 GRÁFICA 5-14 RECONSTRUCCIÓN DE TORMENTA DEL 4-5 DE MAYO A PARTIR DE HU AJUSTADO ................................ 43 GRÁFICA 5-15 RECONSTRUCCIÓN DE TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO A PARTIR DE HU AJUSTADO ................................ 43 GRÁFICA 5-16 HU MATRICIAL DEPURADO ................................................................................................................... 44 GRÁFICA 5-17 RECONSTRUCCIÓN DE TORMENTA DEL 4-5 DE MAYO A PARTIR DE HU MATRICIAL FINAL ..................... 44 GRÁFICA 5-18 RECONSTRUCCIÓN DE TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO A PARTIR DE HU MATRICIAL FINAL ..................... 45

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LISTA DE APÉNDICES

APÉNDICE 1. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL VERTEDERO TRIANGULAR DE PARED DELGADA ....... 52 APÉNDICE 2 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL LIMNÍGRAFO............................................................. 55 APÉNDICE 3 PLANOS DE DISEÑO DE LIMNÍGRAFO Y VERTEDERO .................................................................................. 59 APÉNDICE 4 REGISTROS DE CAUDAL ............................................................................................................................ 65 APÉNDICE 5. TABLA DEL MÓDULO DE GENERACIÓN DE HU SINTÉTICOS CURVILÍNEOS ................................................ 74 APÉNDICE 6. VALORES DEL HU MATRICIAL DEPURADO .............................................................................................. 76

de 84

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1 DATOS DE PRECIPITACIÓN ESTACIÓN “VENADO DE ORO” IDEAM ............................................................... 78 ANEXO 2. DATOS DE ESTACIÓN “GUADALUPE” IDIGER.............................................................................................. 80 ANEXO 3 DATOS DE RADIACIÓN SOLAR ESTACIÓN “VIVERO” UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

........................................................................................................................................................................... 83

de 84

DETERMINACIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO PARA LA CUENCA DE LA

QUEBRADA PADRE DE JESÚS, BOGOTÁ DC

RESUMEN

La Quebrada Padre de Jesús se encuentra ubicada en los Cerros Orientales en la ciudad de

Bogotá D.C, localidad de Santa Fe, haciendo parte de la cuenca del rio Fucha. Actualmente carece

de estudios que definan el comportamiento de este cuerpo de agua frente a un evento de

precipitación. Para relacionar la precipitación de la cuenca con el caudal generado se realizó el

cálculo del Hidrograma Unitario (HU) por los métodos sintéticos (triangular y curvilíneo) y el

método matricial basado en mediciones en campo; los datos de precipitación se tomaron de la

estación pluviográfica Guadalupe a cargo del IDIGER; las características morfométricas de la

cuenca requeridas para la generación del HU sintético, se generaron a través del programa ArcGIS

y los datos de caudal se obtuvieron a través del diseño y construcción de un sistema de monitoreo

de caudal conformado por un vertedero triangular y un limnígrafo, que fueron diseñados partiendo

de variables como: carga sobre el vertedero (H) y caudal (Rodriguez, 2013). El sistema realizó

monitoreo por 24 horas desde el 01 de abril hasta el 08 de mayo de 2017, arrojando gráficas del

nivel del agua, las cuales se relacionaron con los datos de precipitación de la estación. Las lluvias

efectivas tomadas para la construcción del HU por el método matricial correspondieron a las

reportadas los días 3-4 y 4-5 de mayo. Los resultados permitieron probar que el Hidrograma

Unitario que mejor se ajustó al comportamiento hidrológico de la cuenca fue el hallado por el

método matricial.

Palabras clave: Caudal, Hidrograma Unitario, Limnígrafo, Precipitación, Vertedero Triangular.

ABSTRACT

Padre de Jesus creek is located in the city of Bogotá D.C Eastern Hills in, locality of Santa

Fe making part of the basin of the Fucha river watershed. At present it lacks studies that define the

behavior of this creek in front of a precipitation event. In order to report the precipitation of the

watershed with the flow, the Hydrograph Unit (HU) was calculated by the synthetic methods

(triangular and curvilinear) and the matrix method based on field measurements; Precipitation data

was taken from the Guadeloupe rain station an IDIGER charge; The morphometric characteristics

of the watershed required for the generation of synthetic HU were generated through the ArcGIS

program and the flow data were obtained through the design and construction of a flow monitoring

system consisting of a triangle weir and a limnigraph, Which was designed from variables such

as: load on landfill (H) and flow (Rodriguez, 2013). The system performed the monitoring for 24

hours from April 1 to May 8, 2017, showing graphs of the water level, which were related to the

precipitation data of the station. The effective rains taken for the construction of the HU by the

matrix method corresponded to the reports on 3-4 and 4-5 May. The results allowed that the

Unitary Hydrograph that better adjusted to the hydrological behavior of the basin was found by

the matrix method.

Key words: Flow, Unit Hydrograph, Limnigraph, Precipitation, Triangular Weir.

de 84

INTRODUCCIÓN

La unidad hidrológica de montaña de carácter torrencial de la cual hace parte la Quebrada

Padre de Jesús cuenta con unas características geográficas y climatológicas propias de la cuencas

colombianas, las cuales en su totalidad no se encuentran instrumentalizadas con un sistema de

monitoreo continuo que permita la obtención de datos como caudal y precipitación, para saber el

comportamiento de la misma frente a un evento de precipitación mediante la obtención de su

Hidrograma Unitario. Esto ha llevado a la adopción de los métodos sintéticos, para analizar la

relación lluvia-escurrimiento cuando dicha cuenca tiene información escasa, ya que los mismos

solo requieren de parámetros morfométricos de la cuenca y otras características generales de las

zonas de estudio.

Aunque los métodos sintéticos son de gran utilidad, el nivel de incertidumbre de los datos

generados es alto y puede conducir a sobrecostos en el diseño de obras hidráulicas u obras de

mitigación(Barrios & Olaya, 2007). Por tal motivo, es necesario desarrollar métodos

fundamentados en las mediciones en campo, que relacionan las variables de precipitación y caudal

para una tormenta en específico y que se ajusten a las características propias de las cuencas de

estudio.

En el presente trabajo se calculó el Hidrograma Unitario por los métodos sintéticos:

triangular y curvilíneo y por el método matricial basado en mediciones de campo para la Quebrada

Padre de Jesús en la ciudad de Bogotá. Así mismo se realizó un análisis comparativo que permitió

establecer las principales diferencias en su aplicación para el caso de estudio, para lo cual se

recolectaron y analizaron los siguientes datos comprendidos en el periodo del 01 de abril al 08 de

mayo de 2017:

Histórico datos de precipitación, temperatura, humedad relativa y brillo solar de la estación

climatológica Venado de Oro, suministrados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y

Estudios Ambientales-IDEAM

Datos de precipitación cada 5 minutos suministrados por el Instituto Distrital de Riesgos y

Cambio Climático -IDIGER, de la estación pluviográfica Guadalupe.

Datos de altura (H) de las gráficas generadas por el sistema de monitoreo diseñado,

construido e instalado (vertedero- Limnígrafo) en el cierre de la cuenca.

Datos de Radiación Solar suministrados por el laboratorio de calidad del aire de la

Universidad Distrital francisco José de Caldas, de la estación Vivero

Como principal resultado se obtuvo el Hidrograma Unitario para la Quebrada Padre de

Jesús a través de las mediciones en campo, partiendo de la sistematización de las gráficas

generadas por el limnígrafo y la operación del método matricial tomando como base los datos de

precipitación, así mismo se logró establecer que los métodos sintéticos no representan el

comportamiento hidrológico real de la cuenca de estudio.

de 84

1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN

En la actualidad, la Quebrada Padre de Jesús carece de estudios que comprueben si las

estimaciones y cálculo del Hidrograma Unitario realizados a través de métodos sintéticos y los

fundamentados en mediciones de campo presentan diferencias significativas que permitan

determinar su aplicabilidad, teniendo en cuenta las características propias de la unidad hidrológica

de estudio.

Los Hidrogramas Unitarios (HU) permiten establecer la relación lluvia-escurrimiento, es

decir se puede determinar la respuesta de un cuerpo hídrico en términos de caudal frente a un

evento de precipitación. La aplicación de los métodos sintéticos induce un alto nivel de

incertidumbre que puede incidir en posibles sobre costos en el dimensionamiento de obras

hidráulicas, aun cuando estos métodos contribuyen en el cálculo de los HU para cuencas sobre las

cuales no se tiene información. Lo anterior debido a que “estos métodos fueron diseñados con base

en relaciones de variables hidrológicas que presentan un comportamiento de flujo newtoniano.

No obstante, los flujos con características torrenciales generados en las cuencas de los andes

colombianos presentan concentraciones elevadas de sólidos que le otorgan un comportamiento

dominado por relaciones de fluido no newtoniano”(Barrios & Olaya, 2007).

Por otra parte, se encuentran los métodos fundamentados en las mediciones de campo, en

donde a través de los aforos de caudal y datos de precipitación específica se obtienen los HU, sobre

los cuales su aplicación es limitada. Por lo anterior, se hace necesaria la aplicación de ambas

metodologías con el fin de realizar un análisis comparativo que permita establecer sus principales

diferencias.

1.1 Problema a resolver

Determinar el hidrograma unitario para la Quebrada Padre de Jesús, con el fin de establecer

el comportamiento del cuerpo de agua en un evento de precipitación con mediciones en campo en

comparación con los cálculos de los hidrogramas unitarios sintéticos.

1.2 Antecedentes del problema a resolver

A nivel nacional se han realizado diversos estudios, inicialmente en la ciudad de Ibagué en

el año 2006 con base en la generación de un Hidrograma sintético del Soil Conservation Service

(SCS) y un Hidrograma analítico fundamentado en mediciones de campo, para el flujo torrencial

ocurrido el 22 de junio de 2006 en la micro cuenca El Salto, afluente del río Combeima en el

municipio de Ibagué Tolima(Barrios & Olaya, 2007).

De forma paralela con la utilización de la modelación hidráulica se trabajó en dos zonas de

Colombia, la primera corresponde al modelo MG que se implementó en Antioquia y el Eje

Cafetero para la estimación de los caudales máximos y su comparación con otras metodologías de

diseño hidrológico con información escasa (Escuela de Geociencias y Medio Ambiente, 2005);

mientras que la segunda zona corresponde a la aplicación en un sector de rio caudaloso

(Magdalena) con derivaciones, empleando HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center's River

Analysis System). Dicho trabajo se ejecutó teniendo en cuenta las mediciones de campo realizadas

de 84

en junio de 2005, junto con los registros hidrométricos de caudal y nivel en dos estaciones Calamar

en el Rio Magdalena e INCORA K7 en el Canal del Dique (Santos, 2008).

A nivel internacional, existen numerosos estudios referidos a la modelación de hidrogramas

unitarios sintéticos (HUS). (Jena & Tiwari, 2006) Lograron ajustar el HUS de Snyder (1938) en la

modelación de crecidas de cuencas subtropicales, a partir de los datos obtenidos en dos cuencas

agrícolas de la zona este de India. Por otra parte, (Usul & Küpcü, 1997) con el uso de Sistemas de

Información Geográfica, ajustaron los parámetros del hidrograma unitario (proporcionado por el

“Soil Conservation Service”) a las cuencas del noroeste de Turquía, como respuesta a la carencia

de modelos para determinar los caudales de diseño en obras hidráulicas. (López, Gimena, Goñi, &

Agirre, 2005) Fueron más allá al proponer y analizar, con resultados satisfactorios, un método para

la obtención de hidrogramas unitarios, desarrollado bajo una cuenca de uso agrícola.

Finalmente, en el año 2011 en la cuenca de la Quebrada Padre de Jesús (Zona de estudio)

se realizó un estudio Físico-Químico con el objetivo de definir las características particulares como

consecuencia de la intervención y ocupación antrópica. En el estudio se llevó a cabo la medición

del caudal a través del aforo volumétrico en la parte alta y baja de la quebrada, obteniendo un valor

de caudal promedio de 3 L/min (Patiño & Osorio, 2011).

1.3 Pregunta de investigación

¿Cuáles son las principales diferencias en la aplicación de los métodos sintéticos y las

mediciones en campo para la obtención del HU de la Quebrada Padre de Jesús en la ciudad de

Bogotá, con fines de diseño de obras hidráulicas de corrección de torrentes?

de 84

2 OBJETIVOS

2.1.1 Objetivo general

Determinar el hidrograma unitario para la cuenca de la Quebrada Padre de Jesús localizada

en Bogotá.

2.1.2 Objetivos específicos

Identificar los requerimientos de cada uno de los métodos a analizar para la generación de

Hidrogramas Unitarios.

Realizar mediciones en campo del caudal de escorrentía superficial que permitan la

recolección de datos para la aplicación del modelo matricial para la obtención del

Hidrograma unitario.

Comparar los resultados de los dos (2) métodos sintéticos (triangular y curvilíneo) versus

el Hidrograma unitario fundamentado en mediciones de campo para la Quebrada Padre de

Jesús en la ciudad de Bogotá.

de 84

3 MARCOS DE REFERENCIA

3.1 MARCO GEOGRÁFICO

La Quebrada Padre de Jesús se encuentra ubicada en los cerros orientales en la ciudad de

Bogotá, específicamente en la localidad de Santafé, formando parte de la cuenca del Rio Fucha.

La Quebrada nace a una altura aproximada de 2898 msnm y finalmente después de un recorrido

aproximado de 1 km desde su nacimiento sus aguas son canalizadas a una altura de 2675 msnm

(Patiño & Osorio, 2011). En la Figura 3-1 se presenta una delimitación de la cuenca en color rojo,

mientras que los puntos en color verde hacen referencia a la ubicación de las estaciones

climatológicas de Guadalupe, Venado de Oro y la estación de medición de caudales instalada en

la Quebrada Padre de Jesús con coordenadas geográficas 4°35’48.37”N y 74°03’53.02”W en una

elevación aproximada de 2750 m (Google Earth, 2017), con punto de cierre en la Facultad de

Medio Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Figura 3-1 Cuenca Quebrada Padre de Jesús

Fuente. Autores

3.2 MARCO CLIMATOLÓGICO

La estación Venado de Oro del IDEAM reporta los valores históricos de variables

climatológicas desde el año 1965 hasta el año 2016, a continuación, se caracterizan los datos de

precipitación, temperatura, humedad relativa y brillo solar medidos por la estación:

de 84

3.2.1 Precipitación

Los periodos de precipitación más altos van de marzo a mayo y de octubre a noviembre,

mientras que los de verano están comprendidos entre los meses de diciembre a febrero y de junio

a septiembre; presentándose un régimen bimodal. La precipitación mínima mensual se presentó en

el mes de enero de 1988 con un valor de 0 mm, el valor máximo se presentó en mayo de 1981con

288,3 mm y la precipitación media es de 95 mm.

3.2.2 Temperatura

La temperatura máxima mensual registrada es de 26°C en el mes de julio del año 1999, por

su parte la temperatura mínima se registró en el mes de enero del año 2004 con 0,2 °C y la

temperatura media es de 12,5°C.

3.2.3 Humedad relativa

Este parámetro presenta un régimen casi uniforme a lo largo del año, según lo reportado

en el histórico de datos de la estación Venado de Oro, fluctuando mensualmente entre el 67 y el

93%; su valor mínimo mensual es de 67% y se presenta en el mes de febrero del año 1979, mientras

que el valor máximo mensual se ubica en el mes septiembre del año 2000 con 93%.

3.2.4 Brillo solar

El valor promedio mensual reportado en el histórico de datos en la estación Venado de Oro

de brillo solar es de 89,9 horas; para el mes de abril del año 2012 el valor mínimo promedio fue

de 14,3 horas y en el mes de enero de 1995 el máximo fue de 165,1 horas.

3.3 MARCO CONCEPTUAL

3.3.1 Vertedero triangular de pared delgada

“Es un instrumento de medición de caudal que provoca la formación de un tirante crítico,

estableciendo una relación entre la descarga y la altura sobre la cresta del vertedero” (Aparicio,

2015). Los valores de caudal pueden obtenerse bien sea a partir de la Ecuación 5-11 con las alturas

del nivel del agua observadas o mediante la realización de un aforo volumétrico (ver Figura 3-2)

3.3.2 Limnígrafo

Es un instrumento que mide y grafica en papel milimetrado los valores del nivel del agua

y sus variaciones de manera continua, formando parte importante de las estaciones de aforo de

caudal necesarias para proyectos de abastecimiento de agua, obras hidráulicas y sistemas de

saneamiento (ver Figura 3-2) (IDEAM, 2017).

de 84

Figura 3-2 Limnígrafo y vertedero triangular

Fuente. Autores

3.3.3 Estación pluviográfica

“Utiliza pluviográfos de registro diario para obtener en forma mecánica y continua los

datos de precipitación, permitiendo conocer la cantidad, duración e intensidad y periodo en el

que ha ocurrido la lluvia” (IDEAM, 2017) ver Figura 3-3.

Figura 3-3 Pluviógrafo Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales

Fuente. Autores

de 84

4 METODOLOGÍA

La metodología descrita en el diagrama mostrado en la Figura 4-1 diseñada por los autores

estuvo enmarcada en la ejecución de cinco (5) fases con el fin de dar alcance a los objetivos del

estudio de caso. Dichas fases fueron:

Fuente. Autores

4.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN

Durante la ejecución de esta primera fase se llevó a cabo la búsqueda de información

relacionada con los antecedentes de la temática a trabajar en el estudio de caso como la aplicación

de HU a nivel internacional, nacional y local. Así mismo se realizó una búsqueda de las

investigaciones que tuvieran relación con la Quebrada Padre de Jesús.

Con el objetivo de determinar el periodo en que se llevarían a cabo las mediciones de campo

se revisó y analizó la información solicitada y suministrada de forma gratuita por el área de

atención al ciudadano del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales- IDEAM

de la estación pluviométrica Venado de Oro ubicada en la Facultad del Medio Ambiente y

Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Esta información

permitió conocer los valores totales mensuales de precipitación y los valores máximos mensuales

de precipitación en 24 horas entre los años 1965 y 2016, así como las características climatológicas

de la zona de estudio (ver Anexo 1). Dicha información fue utilizada para programar la instalación

y puesta en marcha del sistema de medición comprendido por un limnigrafo y un vertedero

triangular de pared delgada.

Figura 4-1 Metodología

de 84

4.2 DETERMINACIÓN DE VARIABLES FUNCIONALES Y DATOS QUE

ALIMENTAN LOS MODELOS

En el presente trabajo de grado se utilizó el Modelo Digital de elevación (DEM, por sus

siglas en inglés) de la zona de estudio generado por (Barreto & Méndez, 2015) y con ayuda de la

extensión ArcSWAT de ArcGIS se realizó una nueva delimitación de la cuenca para el punto de

cierre con coordenadas geográficas 4°35’48.37” N y 74°03’53.02”W donde se situó la estación de

medición de caudal. De igual manera se obtuvo el perfil del rio (longitud del rio Vs elevación),

datos de perímetro, área y pendiente del terreno, los cuales alimentan las variables de los métodos

sintéticos que se aplicaron.

Se determinó que con la información disponible se procedería a calcular el HU para la

cuenca con los métodos sintéticos: triangular y curvilíneo y el método matricial basado en

mediciones de campo sugeridos y desarrollados ampliamente en los textos de hidrología aplicada

de algunos autores como (Aparicio, 2015) y (Chow, Maidment, & Mays, 1994), por lo que fue

necesario recopilar la información de las variables requeridas por cada uno de los métodos y

realizar el cálculo de las mismas. Estas variables se encuentran definidas en la Tabla 5-1.

4.3 MEDICIÓN DEL NIVEL DE LA LÁMINA DEL AGUA

Inicialmente tuvo que ser definida la ubicación de la estación de medición de caudal, bajo

criterios que garantizaran fácil acceso y la seguridad de los equipos, por tal motivo la estación se

ubicó en un tramo de la Quebrada Padre de Jesús que pasa al interior de la Facultad del Medio

Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas (ver Figura

4-2), para lo que fue necesario adelantar los trámites administrativos requeridos para el ingreso a

la facultad fuera del calendario académico de la institución con el fin de garantizar el acceso a los

datos.

Figura 4-2 Ubicación de estación de medición de caudal

Fuente. Autores

de 84

Luego de ubicado el sitio, se realizó la medición de la sección transversal de la quebrada,

donde se determinó que el ancho del canal fue de 90 cm (ver Figura 4-3). Con estos valores y los

datos de aforos de caudal de los estudios de (Patiño & Osorio, 2011) y (Rodriguez, 2013)

realizados en la Quebrada Padre de Jesús, se realizó el diseño del vertedero triangular de pared

delgada que se detalla en el Apéndice 1, el cual inicialmente permitiría medir manualmente el nivel

del agua. Como las mediciones no eran continuas, se decidió construir un limnígrafo para facilitar

la captura de los datos, registrando en papel milimetrado de manera continua e integrada la

información de las variaciones en el nivel del agua en los eventos de precipitación que se

presentaran en un periodo de 24 horas (ver Apéndice 2 y Apéndice 3).

Figura 4-3 Sección transversal

Fuente. Autores

Por su parte, para la obtención de los valores de precipitación se usaron los datos de la

estación pluviográfica del Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático- IDIGER

ubicada en la cuenca de estudio en el cerro de Guadalupe identificada con el nombre “Guadalupe”.

Los datos fueron consultados en tiempo real como se muestra en el ejemplo de la Figura 4-4 y

adicionalmente fue solicitado el histórico de las fechas en las que se realizaron las mediciones,

entregados en formato Excel por la entidad.

de 84

Figura 4-4 Hietograma consultado en línea (18/04/2017)

Fuente. Página Web (IDIGER, 2017)

Los instrumentos de medición de caudal fueron instalados desde el 1 de abril de 2017 hasta

el 8 de mayo de 2017. Durante este período se realizó diariamente el cambio del papel milimetrado,

donde se graficaba automaticamente el nivel del agua de manera continua (ver Figura 4-6) y el

retiro del material de arrastre depositado en el lecho de la quebrada el cual era retenido por el

vertedero triangular, lo anterior con el fin de no alterar las medidas de altura del agua graficadas

por el limnígrafo (ver Figura 4-5).

Figura 4-5 Operación de estación de medición de caudal

Fuente. Autores

Las gráficas de los días donde se presentaron las tormentas y/o periodos de precipitación

fueron escaneadas y digitalizadas en AutoCAD 2016 como se presenta en la

de 84

Figura 4-7, realizándose un ajuste de las imágenes en términos de escala y rotación.

Posterior al ajuste y digitalización de las curvas obtenidas se exportaron al programa Excel 2013

las coordenadas (X: Tiempo y Y: altura del agua en cm) para iniciar con la fase de cálculo.

Fuente. Autores

Figura 4-7 Digitalización de gráficas

Fuente. Autores

4.4 CÁLCULO DE HIDROGRAMAS UNITARIOS (HU)

Para el cálculo de los HU fue necesario procesar y analizar la información obtenida en

campo de la estación de medición de caudal, la cual tuvo que ser expresada en términos de caudal

debido a que el limnígrafo arrojó datos de nivel de agua en cm (ver Apéndice 4).Las graficas del

nivel del agua (H) fueron el insumo principal para el cálculo del HU matricial, sobre las cuales se

debió realizar la separación del caudal base y caudal de exceso por los métodos de Maillet (Diez,

2012), línea recta y análisis de las curvas de recesión (Aparicio, 2015).

Figura 4-6 Ejemplo grafica de nivel del agua (H)

de 84

De forma paralela se hizo una síntesis de los datos de precipitación obtenidos a través de

la estación “Guadalupe” a cargo del IDIGER, extrayendo la información de las tormentas de los

días 3, 4 y 5 de mayo de 2017 (Anexo 2), para posteriormente de manera integrada con los datos

de caudal construir las matrices inversas y transpuestas para la obtención del HU. Finalmente se

realizó el cálculo de las variables requeridas para los métodos sintéticos definidos en la Tabla 5-1.

Para todos los métodos se realizaron las gráficas correspondientes a los HU hallados y éstos

fueron puestos a prueba para reconstruir las tormentas de los días 3-4 y 4-5 de mayo calculando la

Raíz del Error Medio Cuadrático (REMC), usado como criterio de selección del mejor método

aquel cuyo REMC se aproximaba a cero (0).

de 84

5 ANÁLISIS DE RESULTADOS

La recolección y organización de la información, así como las campañas de medición

realizadas y el posterior procesamiento de datos planteados en la metodología permitieron dar

alcance a la pregunta de investigación del caso de estudio de la Quebrada Padre de Jesús,

obteniendo los HU por cada uno de los métodos propuestos y estableciendo sus principales

diferencias para el caso de estudio.

5.1 DETERMINACIÓN DE VARIABLES FUNCIONALES Y DATOS DE LOS

MODELOS

Para el cálculo de los HU fue necesario identificar las variables a utilizar de los tres (3)

métodos que fueron aplicados, las cuales se presentan en la Tabla 5-1. Las variables compartidas

entre el método curvilíneo y triangular dependen directamente de las características morfométricas

de la cuenca y el tiempo de concentración (Tc) hallado con los métodos del manual de drenaje para

carreteras (Instituto Nacional de Vias, 2009). Para el método curvilíneo se requiere el uso de la

tabla estándar para la generación de Hidrogramas incluida en el Apéndice 5 y los datos de las

variables del método triangular.

Por su parte, para el HU matricial la Ecuación 5-2 expresa de forma matricial la relación

entre el Caudal de escorrentía, la precipitación efectiva y el HU. Para profundizar en los métodos

usados para el cálculo de HU sintéticos y el método matricial se recomienda consultar los textos

Fundamentos de Hidrología de Superficie de (Aparicio, 2015) e Hidrología Aplicada de (Chow,

Maidment, & Mays, 1994).

Tabla 5-1 Variables métodos HU

Método Triangular Método Curvilíneo Método Matricial

Gasto al pico

b

pt

AQ

*555.0 Ecuación 5-1

A= área (km2)

Caudal Exceso 𝑄 = 𝑃 × 𝑈

Ecuación 5-2

P= Pulsos de lluvia

U= Hidrograma Unitario

Tiempo base

pb tt *67.2 Ecuación 5-3

Matriz HU

𝑈 = (𝑃𝑡 × 𝑃)−1 × (𝑃𝑡 × 𝑄)

Ecuación 5-4

Tiempo al pico Numero de Caudales

de 84

Método Triangular Método Curvilíneo Método Matricial

re

p td

t 2

Ecuación 5-5

Tp =Tiempo al pico

Tr = Tiempo de retraso

𝑁𝑄 = 𝑁𝑝 × 𝑁𝑈 − 1

Ecuación 5-6

NP= Numero de barras de hietograma

NU= Hidrograma Unitario

NQ= Numero de Caudales

Tiempo de retraso

cr tt *6.0 Ecuación 5-7

Infiltración Potencial

𝑆 = 25400

𝐶𝑁 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜− 254

Ecuación 5-8

CN= Curva Número

Duración en exceso

5.0*2 ce td Ecuación 5-9

Umbral de Escurrimiento

𝐼𝑎 = 𝑆 × 0,2

Ecuación 5-10

Tiempo de concentración

Fueron calculados como el promedio de los

once (11) modelos incluidos en el manual de

drenaje para carreteras de INVIAS (Instituto

Nacional de Vias, 2009)

Resumen: (Autores)

5.2 MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN (MDE)

5.2.1 Parámetros morfométricos de la cuenca

Con la aplicación de la extensión ArcSWAT del programa ArcGIS se obtuvieron los datos

de la Tabla 5-2, donde se presentan los valores de las principales características morfométricas de

la cuenca. Primariamente se identifica que la cuenca tiene un área menor a 5 km2 clasificándose

como una unidad hidrológica de acuerdo a (Jiménez, 1986), la longitud más larga que recorre el

agua es de 936 m, la pendiente de la cuenca es de 45,4%, mientras que la pendiente del rio principal

tiene un valor de 29,46 %. Finalmente con respecto a la elevación de la cuenca se encontró un

valor promedio de 2878 m, que de acuerdo a la clasificación de pisos térmicos, determina que

pertenece al clima frio (Martínez, 2017).

de 84

Tabla 5-2 Parámetros morfométricos de la cuenca

Parámetro Valor

Área (m2): 95484,5

Pendiente de la cuenca (%): 45,40

Longitud más larga (m): 936,341

Pendiente del Río Principal (%): 29,466

Elevación Promedio (m): 2878,55

Elevación mínima (m): 2752

Elevación máxima (m): 3028

Perímetro de la cuenca (m): 2342

Fuente. Autores

5.2.2 Uso del Suelo

Para determinar los usos del suelo se utilizó una imagen de Google Earth del año 2016 de

la zona, la cual fue digitalizada, clasificando los diferentes usos del suelo observados (Bosques,

Vías, Pastizales, Viviendas, etc.) y se comparó con una imagen del año 2007 de la Empresa de

Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá- EAB, la cual contaba con mejor resolución

(10x10cm) (ver Figura 5-1). En la Tabla 5-3 se describen los diferentes usos del suelo con sus

valores respectivos de área, donde se observa que el Bosque y los Pastos representan el 95% del

total.

Tabla 5-3 Usos del suelo

Uso del suelo Área (m2)

Bosque (Normal) 64529,68

Camino tierra 948,75

Casas 3566,02

Pasto 25857,60

Vía en asfalto 582,43

de 84

Uso del suelo Área (m2)

Total: 95484.5

Fuente. Autores

Figura 5-1 Usos del Suelo

Fuente. Autores

5.2.3 Tipos de Suelo

En el documento titulado “Diagnóstico Local con participación social” de la localidad de

Santafé del año 2010 se clasifican las unidades geomorfológicas según la pendiente del terreno.

Para el caso de estudio la pendiente hallada fue del 45,40% lo que equivale a 24,4°, permitiendo

concluir que el suelo se encuentra constituido por arcilla y areniscas diferencialmente meteorizadas

y define que localmente el suelo es inestable por su baja cohesión y fácil compresibilidad (Alcaldía

Mayor de Bogotá, 2010).

5.3 REGISTROS DE CAUDAL

Con la operación de los instrumentos de medición se realizó la captura de datos de caudal

los siguientes días en los que se presentaron eventos de precipitación:

9 -10 abril de 2017

18-19 abril de 2017

20-21 abril de 2017

de 84

3-4 mayo de 2017

4-5 mayo de 2017

5-6 mayo de 2017

7-8 mayo de 2017

Las gráficas de los hidrogramas producto de las tormentas, antes citadas, fueron

digitalizadas teniendo en cuenta los días posteriores, con el fin de obtener el vaciado total de la

cuenca.

Para el cálculo de los HU se usaron los datos de las tormentas de los días 3-4 y 4-5 de mayo

de 2017, debido a que en la digitalización de las demás tormentas se identificaron algunas

variaciones en las uniones de las cintas de medición, las cuales se dieron por el cambio del papel

milimetrado en campo que imposibilitaron su uso. Con los datos de altura reportados por los

instrumentos de medición de caudal se obtuvieron los caudales usando la Ecuación 5-11, donde H

representa la carga sobre la cresta del vertedero (m) y el caudal (Q) se expresa en m3/s,

posteriormente estos valores fueron interpolados para ser presentados cada cinco minutos (Valero,

2017) tal como se encuentran los datos de precipitación de la estación. El detalle de cálculo para

las dos tormentas se presenta en el Apéndice 4.

𝑄 = 1,49 × 𝐻2,48

Ecuación 5-11

5.3.1 Métodos para la separación de caudal de exceso y caudal base

Los caudales obtenidos con las tormentas incluyen el caudal de exceso y caudal base, éste

último formado normalmente por agua proveniente de las tormentas que ocurrieron antes de la

tormenta de análisis. Con el objetivo de diferenciar este caudal base del causado por el evento de

precipitación se distinguen varios métodos en la bibliografía. Para el caso de estudio de la

Quebrada Padre de Jesús se usaron los siguientes métodos:

5.3.1.1 Ecuación de Maillet

Se aplicó esta metodología para la determinación del punto “D” del hidrograma, donde se

calculó la Tasa de Caída (K) con la Ecuación 5-12, en donde el caudal (Q) se expresa en L/min y

la variable t hace referencia al tiempo.

𝑲𝒊 =𝑳𝒏(

𝑸𝒊−𝟏

𝑸𝒊)

(𝒕𝒊−𝒕𝒊−𝟏)

Ecuación 5-12

Una vez utilizada dicha ecuación para las tormentas de los días 3-4 y 4-5 de mayo se

obtuvieron la Gráfica 5-1 y Gráfica 5-2, respectivamente. La metodología de Maillet define que se

de 84

debe obtener un alineamiento de los puntos en forma descendente (Diez, 2012), contrario a lo

obtenido para este caso, donde se observa un alineamiento horizontal que denota alta dispersión.

Fuente. Autores

Gráfica 5-2 tormenta del 4-5 mayo

Fuente. Autores

5.3.1.2 Análisis de las curvas de recesión

Posteriormente, se evaluó separar los caudales base y de exceso mediante las curvas de

recesión de los hidrogramas de los días 3-4 y 4-5 de mayo de 2017. La metodología utilizada

por (Aparicio, 2015), describe que las superposiciones de las curvas de recesión generan un

decaimiento exponencial (ver Gráfica 5-3). En dicha gráfica se aprecia que la envolvente

inferior es una línea horizontal. Este resultado orienta a la aplicación del método de la línea

recta paralela al eje horizontal para la separación de los caudales.

Gráfica 5-1 Tormenta del 3-4 de mayo

de 84

Gráfica 5-3 Curvas de recesión

Fuente. Autores

5.3.1.3 Método de la línea recta

Este método consiste en hacer pasar por el punto de levantamiento del Hidrograma una

línea recta horizontal (paralela al eje tiempo). Para tal fin se ubica el valor de caudal del punto de

levantamiento en la curva de vaciado (ver Gráfica 5-4 y Gráfica 5-5). Se decide optar por la

utilización de este método debido a lo definido en el numeral 5.3.1.2.

Gráfica 5-4 Separación de caudal tormenta 3-4 mayo

Fuente. Autores

de 84

Gráfica 5-5 Separación de caudal tormenta 4-5 mayo

Fuente. Autores

Los caudales de exceso representan el área sobre la línea roja y son usados para calcular el

hidrograma unitario por el método matricial como se amplía en el numeral 5.7.

5.4 NUMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA

“Debido a que la mayor parte de las cuencas no se encuentran instrumentadas, es

necesario contar con métodos que permitan estimar la altura de lluvia efectiva con base en la

altura total de la lluvia y las características morfométricas de la cuenca” (Aparicio, 2015). La

Oficina de Conservación de Suelos, SCS por sus siglas en inglés, desarrollo el método número de

curva de escorrentía para estimar la lluvia efectiva en cuencas no aforadas.

Para el desarrollo de este método inicialmente se calculó el número de curva de escorrentía

(CN), éste se asignó a cada uso del suelo tomando como referencia la tabla 7.3 Selección de N y

7.4 Tipo de Suelo del libro Fundamentos de Hidrología de Superficie de (Aparicio, 2015), para lo

cual se eligió un suelo tipo “C” que determina formaciones con alto contenido de arcilla como es

el caso de la cuenca de estudio (Alcaldía Mayor de Bogotá, 2010).

El número adimensional “CN” tiene valores entre 0 y 100. Cuando CN es cercano a 100 se

dice que se trata de superficies impermeables y para superficies permeables el valor de CN es

cercano a 0 (Chow, Maidment, & Mays, 1994).

En la Tabla 5-4 se presentan los valores de CN para cada uso y tipo el suelo y el CN

ponderado con un valor de 73,47, el cual fue usado para el calculo del tiempo de concentración

(Tc) necesario para el desarrollo de los métodos triangular y curvílineo.

de 84

Tabla 5-4 Número de curva de escorrentía

Uso del suelo CN (suelo C)

Bosque (Normal) 70

Camino tierra 87

Casas 90

Pasto 79

Vía en asfalto 90

CN ponderado 73.47

Fuente. Autores

De acuerdo con la metodología de Curva Numero para separar la lluvia efectiva de la lluvia

de infiltración, se debe realizar una corrección del CN obtenido (73,47) teniendo en cuenta la

precipitación acumulada cinco (5) días antes de la tormenta de análisis (Chow, Maidment, & Mays,

1994).

Después de analizar los valores de curva numero ponderado y corregido, se llegó a la

conclusión de que toda la lluvia se asume como lluvia efectiva, es decir que no hubo infiltración

de lluvia. Lo anterior debido a que después de revisar los registros de precipitación de la estación

Guadalupe se observó que durante el mes de abril precedente a las mediciones obtenidas, el

acumulado de lluvia fue de 40,9 mm y en los últimos días existieron pequeñas lluvias que

mantuvieron la humedad en el suelo.

La anterior afirmación también se soporta en el hecho de que después de calcular para cada

una de las dos tormentas los umbrales de escorrentía (Ia), estos umbrales resultaron bastante altos.

En el primer caso (tormenta del 3-4 de mayo) aplicando la corrección de tipo I y teniendo en cuenta

la lluvia precedente de los días anteriores que fue de 6,4 mm; el umbral de escurrimiento es de

43,66 mm, lo que implicaría que solamente el agua empieza a escurrir después de ese valor de

lluvia. Sin embargo, en la lluvia del 3-4 de mayo la precipitación fue de 17,8 mm y con esa

precipitación, mucho menor al umbral de escorrentía se observó que la curva de caudales

aumentaba. Lo anterior conlleva a afirmar que el suelo no tuvo que llegar al umbral de escorrentía

definido teóricamente de 43,66 mm, sino que con ese valor inferior fue capaz de producir

escurrimiento.

De manera similar ocurrió con la lluvia del 4-5 de mayo para la cual el Ia originalmente

fue de 18,33 mm donde se observó que la lluvia de esta fecha fue de 2,6 mm. Para un valor de

lluvia tan bajo, según la teoría, se esperaría que toda la lluvia se infiltrara y no se produjera ascenso

en la gráfica de caudales, situación contraria a lo que se evidenció en campo.

de 84

5.5 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

Los métodos sintéticos utilizados para el estudio de caso corresponden al triangular y

curvilíneo desarrollados por Mockus en 1957 (Mockus, 1957), que utilizan principalmente las

características morfométricas de la cuenca descritas en la Tabla 5-2. Para la aplicación de estos

métodos fue necesario calcular el tiempo de concentración (Tc) por 11 de los modelos propuestos

en el manual de drenaje para carreteras del (Instituto Nacional de Vias, 2009). Como se muestra

en la Tabla 5-5, el valor de Tc ponderado fue de 15,68 minutos.

Tabla 5-5 Tiempo de Concentración (Tc)

Modelo Parámetros Tc (min) No. parámetros

x Tc

Kirpich 2 6,05 12,10

Temez 2 9,00 18,01

Williams 3 18,46 55,38

Jonhstone y Cross 2 36,43 72,87

Giandotti 3 11,92 35,77

SCS-Ranser 2 5,36 10,72

Ventura-Heras 2 9,09 18,17

Ven Te Chow 2 23,22 46,44

Cuerpo IEEU 2 20,16 40,31

SCS 3 17,42 52,27

George Rivero 3 15,20 45,61

Tc (min) ponderado 15,68

Fuente. Autores

En la Tabla 5-6 se muestran: i) las horas de inicio de cada una de las tormentas según los

datos de la estación pluviográfica “Guadalupe”, y ii) las horas de inicio del ascenso del limnigrama

hacen referencia al momento en que la estación de medición de caudales (salida de la cuenca)

registró la primera variación.

Una manera de comprobar la veracidad del tiempo de concentración ponderado calculado

mediante las ecuaciones teóricas, fue determinar el tiempo entre el inicio de la tormenta y el tiempo

en el cual el limnigráfo inició el registro del ascenso de la curva de nivel. Tras realizar los cálculos

se obtuvo que para la tormenta del 3-4 de mayo dicha separación temporal fue de 20 minutos,

de 84

mientras que para la tormenta del 4-5 de mayo fue de 16 minutos. Obsérvese que estos valores se

encuentran estrechamente relacionados con el tiempo de concentración ponderado.

Tabla 5-6 Registro en campo de Tiempo de Concentración

Tormenta

Hora inicio de la

tormenta (Estación

IDIGER)

Hora de inicio del

ascenso en el

limnigrama (Estación de

medición de caudal)

3-4 de mayo 11: 00 11:20

4-5 de mayo 15:50 16:06

Fuente. Autores

5.6 MÉTODOS SINTÉTICOS

5.6.1 Triangular y Curvilíneo

Una vez calculado el tiempo de concentración (Tc) se calcularon las variables de los

métodos triangular y curvilíneo (Ver Tabla 5-7). Con los resultados obtenidos se usó la tabla del

módulo de generación de hidrogramas (Diez, 2012) para multiplicar los valores de las ordenadas

y las abscisas por el caudal pico (Qp) y por el tiempo al pico (tp) respectivamente, como se detalla

en el Apéndice 5. Los valores obtenidos de este producto fueron interpolados, con el fin de ser

expresados cada cinco minutos (Valero, 2017).

Tabla 5-7 Variables métodos sintéticos

Variable Valor

Tc (min) 16

de (min) 2,13

Trz (min) 9,6

Tp (min) 10,6

Trc (min) 17,77

Tb (min) 28,44

Qp (L/s/mm) 1,85

Fuente. Autores

Para la cuenca de estudio se determinó que la duración de exceso de la tormenta es de 2,13

minutos, en la cual se alcanza el caudal pico de 1,85 L/s/mm que se presenta en un tiempo (Tp) de

10,6 minutos.

de 84

La Gráfica 5-6 muestra en color rojo el HU triangular hallado, mientras que el color azul

representa el HU Curvilíneo.

Gráfica 5-6 Hidrogramas Unitarios sintéticos

Fuente. Autores

5.6.1.1 Reconstrucción de tormentas

Con los HU Sintéticos se procedió a la reconstrucción de las tormentas de los días 3-4 de

mayo obteniendo como resultado la Gráfica 5-7 que muestra la significativa sobredimensión del

HU sintético (en color azul) en comparación con la tormenta real (en color rojo) del 3-4 de mayo

donde el Qp es de 3,225.14 L/min para la tormenta original y 19999,34 L/min para la tormenta

reconstruida, presentando un Error Medio Cuadrático (REMC) de 3432,17 L/min.

Fuente. Autores

Gráfica 5-7 Reconstrucción tormenta 3-4 de mayo a partir de HU Sintético

de 84

De igual manera, en la Gráfica 5-8 se presenta la reconstrucción de la tormenta del 4-5 de

mayo en la que se identifica que el Qp de la tormenta original es de 305,42 L/min y para la

reconstrucción de la tormenta arrojó un valor de 3040,29 L/min, generando un REMC de 412,51

L/min.

Fuente. Autores

Ambos resultados permiten concluir que la aplicación de los métodos sintéticos no

representa la respuesta real del cuerpo hídrico analizado frente a un evento de precipitación,

pudiendo incidir en sobrecostos para el desarrollo de obras hidráulicas a causa del

sobredimensionamiento del hidrograma de respuesta (Barrios & Olaya, 2007).

5.7 MÉTODO MATRICIAL

5.7.1 Matricial inicial

Como se ha mencionado anteriormente muy pocas cuencas en Colombia se encuentran

instrumentadas, tal es el caso de la unidad hidrológica de la Quebrada Padre de Jesús. No obstante,

con la presente investigación se logró recopilar la información necesaria para obtener el HU real

basado en mediciones de campo, el cual requiere como entrada los datos de lluvia efectiva (ver

numeral 5.4) y los datos de caudal de exceso (ver numeral 5.3.1.3) basándose principalmente en el

comportamiento hidrometeorológico de la cuenca de estudio.

Con la aplicación de la metodología expuesta por (Aparicio, 2015) y (Chow, Maidment,

& Mays, 1994) se obtuvieron los HU de las dos (2) tormentas del mes de mayo analizadas. En la

Gráfica 5-9 se observa el HU matricial basado en la tormenta de los días 3-4 de mayo y en la

Gráfica 5-10 el HU basado en los datos de la tormenta presentada el 4-5 de mayo de 2017.

Gráfica 5-8 Reconstrucción tormenta 4-5 de mayo a partir de HU Sintético

de 84

Gráfica 5-9 HU matricial tormenta del 3-4 de mayo

Fuente. Autores

Fuente. Autores

Las gráficas mencionadas, muestran HU poco convencionales, ya que presentan ordenadas

negativas. Esta situación es contemplada por autores como Chow y Aparicio, quienes afirman que

dicha situación puede presentarse bajo ciertas circunstancias que están relacionadas con el mismo

patrón de la tormenta (Chow, Maidment, & Mays, 1994).


Para la reconstrucción de las tormentas se usaron los HU hallados en el numeral 5.7.1 en

las tormentas respectivas sobre las cuales fueron calculados.

La Gráfica 5-11 corresponde a la reconstrucción de la tormenta del 3-4 de mayo utilizando

el HU expuesto en la Gráfica 5-9 en la que se observa que el valor de Qp para la tormenta real es

-400

-200

0

200

400

600

0 100 200 300 400

Q(L

/min

)

Tiempo (minutos)

HU matricial tormenta 3-4 de mayo

Gráfica 5-10 HU matricial tormenta 4-5 de mayo

de 84

de 3225,14 L/min, mientras que para la tormenta reconstruida es de 2909, 45 L/min. La curva en

color azul tiene correspondencia en términos gráficos con el HU original, permitiendo evidenciar

valores similares en el tiempo de inicio de la tormenta, el tiempo al pico, caudal pico y el tiempo

base. En lo que tiene que ver con la curva de recesión, se presentó una excepción, ya que se

generaron oscilaciones entre valores positivos y negativos, obteniendo un REMC de 93,43 L/min.

Fuente. Autores

Por su parte, la reconstrucción de la tormenta del 4-5 de mayo utilizando el HU expuesto

en la Gráfica 5-10 se puede apreciar en la Gráfica 5-12, en la cual se evidencian mejores resultados

en la predicción para todas las variables, arrojando un REMC de 0,54 L/min, siendo éste el más

bajo hasta el momento en comparación con la tormenta anterior y los métodos sintéticos aplicados.

Gráfica 5-12 Reconstrucción tormenta 4-5 mayo a partir de HU Matricial

Gráfica 5-11 Reconstrucción tormenta 3-4 mayo a partir de HU Matricial

de 84

Fuente. Autores

5.7.2 HU Matricial calculado mediante optimización matemática

Con los resultados del numeral 5.7.1.1 se concluye que aun cuando el HU matricial presenta

resultados bastante aproximados a las tormentas originales, es necesario realizar un ajuste a los

HU, con el fin de eliminar los valores negativos obtenidos. Por consiguiente, se utilizan los datos

del HU correspondiente al 4-5 de mayo, debido a que éste ofreció mejores resultados presentando

el REMC más bajo; situación que se debió a que la tormenta del 3-4 de mayo saturó la cuenca,

garantizando de esta manera que los resultados del 4-5 de mayo contemplaran la lluvia efectiva.

El ajuste se realizó a través de la optimización matemática, donde se generaron 30.000 HU

de modo que, al multiplicarlos por el vector de precipitación, el caudal generado se pareciera más

al caudal registrado en la estación para la tormenta del 4-5 de mayo, obteniendo como resultado el

HU de la Gráfica 5-13.

Fuente. Autores


Para verificar cual era el mejor HU, se utilizó la ecuación de REMC como criterio de

selección. Inicialmente se obtuvieron errores entre 144, 29, 16 y 14 L/min hasta finalmente llegar

a encontrar la reconstrucción de la tormenta del 4-5 de mayo con un HU que presentó un error de

7,99 L/min, lo que significa que en promedio el HU es capaz de predecir la respuesta de una

tormenta con un error de 7,99 litros por cada minuto, como se observa en la Gráfica 5-14.

Gráfica 5-13 HU matricial ajustado

matemáticamente

de 84

Fuente. Autores

El HU de la Gráfica 5-13 se calculó con los 15 pulsos de lluvia reportados por el IDIGER

para la tormenta del 4-5 de mayo de 2017 (ver Anexo 2). Los dos primeros pulsos fueron continuos

con una duración de 5 minutos, mientras que el ultimo pulso de lluvia registrado una hora después

(0,1 mm presentado a las 17:00) generó una sobreelevación en la curva de recesión del HU

reconstruido de la Gráfica 5-14, dicho pulso no fue registrado como variación de caudal en la

estación de medición de caudal, por lo que el hidrograma medido en campo no registró tal

elevación.

Por su parte, en la reconstrucción de la tormenta del 3-4 de mayo se presenta en la Gráfica

5-15 en la cual se observa un ajuste en términos de la duración de la tormenta (inicio y

finalización), mas no se dio un buen ajuste en lo que tiene que ver con el Qp, ya que el Qp para la

tormenta real fue de 3225,14 L/min mientras que para la tormenta reconstruida resulto ser de 1442,

94 L/min, presentándose un REMC de 224,48 L/min.

Fuente. Autores

Gráfica 5-14 Reconstrucción de tormenta del 4-5 de mayo a partir de HU ajustado

Gráfica 5-15 Reconstrucción de tormenta del 3-4 de mayo a partir de HU ajustado

de 84

5.7.3 HU matricial depurado

Debido a que con el HU mostrado en la Gráfica 5-13 se reconstruyen hidrogramas con

ascensos en la sección de recesión de los mismos, fue necesario generar un nuevo HU a partir de

la lluvia del 4 y 5 de mayo descartando el pulso de lluvia que ocurrido a las 17:00.

El nuevo HU matricial generado es el mostrado en la Gráfica 5-16, con el que se

reconstruyó la tormenta del 4-5 de mayo tal como se aprecia en la Gráfica 5-17 en la que se puede

evidenciar un perfecto ajuste entre la línea punteada de color rojo que corresponde a la tormenta

real y la línea continua de color azul que representa la tormenta reconstruida. El REMC obtenido

fue de 0,42 L/min, siendo el error más bajo de los HU calculados por los tres métodos.

Fuente. Autores

Gráfica 5-17 Reconstrucción de tormenta del 4-5 de mayo a partir de HU matricial final

Fuente. Autores

Gráfica 5-16 HU matricial depurado

de 84

Finalmente, en la Gráfica 5-18 se muestra la nueva reconstrucción de la tormenta del 3-4 de

mayo a partir del HU matricial depurado (el mostrado en la Gráfica 5-16), observando que el Qp

correspondiente a la tormenta original es de 3225,14 L/min, mientras que el de la tormenta

reconstruida es de 2998,57 L/min, arrojando un REMC de 380, 86 L/min. Aun cuando se obtiene

un error relativamente alto en comparación con el obtenido en la Gráfica 5-15, se observa que el

valor de Qp es más cercano al del hidrograma real medido en campo.

Ç

Fuente. Autores

Como se observa en la Tabla 5-8, los mejores ajustes se presentaron en el método matricial

tanto en el HU inicial, en el modelo optimizado matemáticamente y en el HU matricial final.

Tabla 5-8 Resumen de resultados

No. Método REMC (L/min)

3-4 mayo 4-5 mayo

1 Sintético 3432,17 412,51

2 Matricial inicial 93,43 0,54

3 Matricial optimizado 224,48 7,99

4 HU matricial depurado 380, 86 0,42

Fuente. Autores

En la comparación realizada entre los resultados de la aplicación de los métodos sintéticos y

el hidrograma real medido en campo se identifica que para la tormenta del 3-4 de mayo los tiempos

de inicio y finalización (tiempo base) son gráficamente similares, sin embargo en lo que tiene que

ver con el Qp (variable considerada más importante por ser utilizada con fines de diseño) se

Gráfica 5-18 Reconstrucción de tormenta del 3-4 de mayo a partir de HU matricial final

de 84

presentó una diferencia significativa, generándose un sobredimensionamiento que presentó el

mayor error respecto a todas las aplicaciones.

En la aplicación inicial del método matricial, se obtuvieron errores significativamente bajos

respecto a los métodos sintéticos que ofrecieron mejores ajustes del HU calculado en términos de

tiempo de inicio, tiempo base y caudal al pico. No obstante, estos valores debieron ser optimizados

debido a que generaron valores negativos para las ordenadas del HU.

En la reconstrucción de la tormenta del 3-4 de mayo para el método matricial calculado

mediante optimización matemática se presenta un error más bajo (224,48 L/min) en comparación

con el HU matricial final (380,86 L/min), sin embargo, es necesario tener en cuenta que la

aproximación más cercana al Qp se presentó con el HU matricial depurado.

En todos los métodos sin excepción, se presentó un error mayor en la reconstrucción de la

tormenta de los días 3-4 de mayo. Con la aplicación del modelo matricial se logró establecer la

relación directa que tiene la saturación de la cuenca en el proceso de obtención del HU,

concluyendo que los resultados de predicción son mejores cuando la cuenca se encuentra saturada,

ya que se presentaron errores más bajos.

Con el presente estudio de caso se determina la baja aplicabilidad de los métodos sintéticos

en el cálculo de los HU con fines de diseño para la Quebrada Padre de Jesús, debido a que estos

métodos, a diferencia de los basados en mediciones de campo, se encuentran fundamentados en

las condiciones de las cuencas geográficas norteamericanas: “sus parámetros fueron determinados

con información hidrometereologica diferente a las condiciones biogeofisicas de los andes

colombianos”(Barrios & Olaya, 2007) limitando su uso a la inclusión de las características

morfométricas de las cuencas de estudio, las cuales pueden ser similares en diferentes cuencas que

presenten un comportamiento hidrometeorológico diferente, por lo tanto, sus resultados no son

aproximados a los hidrogramas encontrados en campo.

El HU matricial depurado se ajusta más al comportamiento hidrológico real de la cuenca, por

lo tanto es seleccionado como Hidrograma Unitario para la cuenca de la Quebrada Padre de Jesús.

Con los resultados mostrados en el Apéndice 6 que identifican los valores de la matriz “U”, que

operados con la matriz P (precipitación) permitirán realizar la predicción de la respuesta de la

unidad hidrológica en términos de caudal frente a cualquier evento de precipitación.

de 84

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 CONCLUSIONES

Las características morfométricas de la unidad hidrológica de estudio, correspondientes a:

longitud más extensa del cuerpo de agua, área de la cuenca, pendiente del cauce principal,

diámetro de la cuenca, elevación máxima y mínima fueron halladas con la extensión

ArcSWAT del programa ArcGIS. Dichas características facilitaron la generación de los

HU Sintéticos (Triangular y Curvilíneo) y la identificación de variables como Tiempo de

concentración (Tc) y número de curva número (CN).

Para el caso de estudio se obtuvo un resultado teórico de Tiempo de Concentración

ponderado (Tc) de 15,67 minutos, este valor se aproximó a lo evidenciado en campo, donde

se identificó que la duración del recorrido que realizó el agua desde el punto más alejado

hasta la salida de la cuenca fue de 20 minutos para la tormenta de los días 3-4 de mayo y

16 minutos para la tormenta posterior del 4-5 de mayo, lo que indica que el Tc está

directamente relacionado con la saturación de la cuenca, debido a que éste fue más

aproximado en la tormenta del 4 y 5 de mayo.

Se logró establecer que aunque la Oficina de Conservación de Suelos (SCS) define una

metodología para la separación de caudales en donde se establecen una serie de ajustes que

tienen en cuenta la precipitación antecedente y define el umbral de escurrimiento (Ia), para

la unidad hidrológica de estudio, ninguno de los ajustes es aplicable, debido a que fue

necesario ampliar el tiempo de análisis para la precipitación antecedente, teniendo en

cuenta que antes de los 5 días que define el método de Curva Número se presentaron

mayores valores de precipitación que indicaron que la cuenca se encontraba saturada.

Motivo por el cual se decide adoptar que la lluvia efectiva es igual a la lluvia bruta, debido

a que el suelo no tuvo que llegar al umbral de escurrimiento teórico para generar

variaciones en el caudal, situación corroborada con las mediciones de campo.

La aplicación de los métodos sintéticos permitió identificar que con base en el REMC

hallado para cada reconstrucción de la tormenta real, el método sintético arrojó valores

significativamente superiores en términos de error en comparación con el HU hallado con

el método matricial. Para el caso de la tormenta reconstruida con datos del 3-4 de mayo el

HU sintético arrojó un error de 3432,17 L/min y para el caso de la tormenta del 4-5 de

mayo se obtuvo un error de 412,51 L/min. Es decir que el método es capaz de predecir el

caudal generado con un error máximo de 3432 litros por cada minuto, presentando un

sobredimensionamiento significativo en el valor de caudal pico (Qp) para ambas tormentas.

Para el caso del HU matricial calculado con base en las mediciones de campo, en las tres

etapas de cálculo (matricial inicial, matricial optimizado y HU matricial depurado) se

presentaron los REMC más bajos, especialmente para la tormenta del 4-5 de mayo; que se

encuentran en un rango de 0,54 y 7,99 L/min, es decir que el modelo es capaz de predecir

de 84

el caudal generado con un evento de precipitación determinado generando un error mínimo

de 0,54 litros por cada minuto.

Con la aplicación del modelo matricial se logró establecer la relación directa que tiene la

saturación de la cuenca en el proceso de obtención del HU, concluyendo que sus resultados

de predicción son mejores cuando la cuenca se encuentra saturada, de acuerdo con los

valores de REMC hallados para la segunda tormenta (4-5 mayo).

Los métodos sintéticos son de gran utilidad cuando las cuencas cuentan con escasa

información, sin embargo con el presente estudio de caso se determinó la baja aplicabilidad

de los métodos sintéticos en el cálculo de los HU con fines de diseño para la Quebrada

Padre de Jesús, debido a que es notorio su sobredimensionamiento, frente a las condiciones

reales medidas en campo.

Con base en los resultados obtenidos, se decide adoptar como HU para la unidad

Hidrológica de la Quebrada Padre de Jesús, el HU matricial depurado calculado con base

en la tormenta presentada los días 4-5 de mayo, debido a que éste ofreció el mejor ajuste,

representando el comportamiento hidrológico real de la zona de estudio. Este HU puede

ser empleado para la predicción del caudal generado por cualquier evento de precipitación,

así como también con fines de diseño de obras hidráulicas o medidas de mitigación de

riesgo de desastre para el cuerpo hídrico en cuestión.

El caso de estudio de la Quebrada Padre de Jesús, demostró que es factible la

instrumentalización de cuencas sin que esto involucre altos costos, permitiendo generar

información útil que contribuya tanto a nivel académico y/o investigativo para el estudio

de los fenómenos hidrológicos.

El sistema de monitoreo de caudal (compuesto por el limnígrafo y vertedero triangular) de

la mano con la estación climatológica Guadalupe, como parte de la medición en campo,

arrojaron los datos de caudal de escorrentía necesarios para la ejecución del método

matricial y generación del Hidrograma Unitario real, mostrando el comportamiento de esta

unidad hidrológica de estudio.

6.2 RECOMENDACIONES

Los instrumentos de medición diseñados requieren revisión y mantenimiento diario, tanto

de su funcionamiento mecánico y eléctrico; siendo necesario revisar diariamente aspectos

como la conexión a toma corriente y la limpieza de sus partes.

Para el caso en que surja la necesidad de instrumentar cuencas en las que se cuente con un

difícil acceso a la energía eléctrica, se recomienda implementar un sistema autónomo que

no depende de la energía local, como es el caso de la energía solar.

Un aspecto de diseño del limnígrafo que puede ser mejorado, tiene que ver con el

mecanismo de obtención de datos. Para el caso de estudio se requiere personal que

diariamente se desplace a la estación de medición para la recolección de la información y

el cambio de las cintas de medición, por lo que se recomienda buscar un método que

de 84

permita de manera digital la captura de estos datos, evitando los desplazamientos. Aunque

esto puede suponer un aumento en los costos de fabricación; a largo plazo y durante la

toma de datos supone un ahorro, para el caso de zonas de estudio que se encuentren alejadas

del casco urbano.

Para la operación de un sistema de monitoreo en cuerpos hídricos se debe tener en cuenta

que los instrumentos instalados arrojen los datos claves de lo que se quiere medir, aunque

parezca un aspecto obvio, en la cuenca de estudio, al principio solo se estableció la

instalación del vertedero triangular y la medición a través de aforos en los eventos de

precipitación, sin embargo, las predicciones climatológicas no eran muy certeras y

suponían un desplazamiento en horarios de difícil acceso a la estación; al complementar e

integrar el limnígrafo al sistema, se amplió la probabilidad de capturar los datos de

precipitación que se presentaran en cualquier hora del día.

de 84

BIBLIOGRAFÍA

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de 84

APÉNDICES

Apéndice 1. Procedimiento de diseño y construcción del vertedero triangular de

pared delgada

de 84

Diagrama Descripción Fotografia/ Figura

El principal criterio para el diseño

fue la carga sobre el vertedero (H)

definida como la altura que alcanza

el agua desde el vertice del

triangulo. Para lograr obtener el

valor de H. Se buscaron Valores de

Caudal en estudios previos

realizados, donde se tomó el valor

máximo cálculado para un periodo

lluvioso

Se utilizaron los siguientes valores

de Caudales: 3, 10.5, 25, 2 y 240

L/min (Rodriguez, 2013) y (Osorio,

2010). Se procedió a despejar H

(cm) de la ecuación para la

obtención de Caudal (Aparicio,

2015). Se obtuvo un valor Máximo

de H de 9,19 cm

Despejando:

Se diseñó el vertedero con un ancho

de 90 cm, una altura total de 70 cm

y una proyección de H de 30 cm

Procedimiento Diseño y Construcción de Vertedero Triangular de Pared Delgada

En el punto donde se ubicó la estación se realizó la medición de la

sección transversal de la Quebrada, obteniendose un ancho de 90 cm

Revisión de recomedaciones

y criterios de diseño

INICIO

Búsqueda de Antecedentes

Cálculo de H

𝑄 = 𝐻

𝐻 =𝑄

Elaboración de sección

transversal de la Quebrada

Diseño de vertedero

triangular de

de 84

Se realizó la orden de fabricación,

escogiendose una lamina de HR,

con corte láser de las medidas

especificadas en el plano no. UDVT-

01-04 (Ver Apéndice 3)

Para la instalación de la lámina se

usaron 4 varillas metalicas de 1/2

pulgada y una longitud de 1,5 m

con el fin de aumentar la resistencia

de la lámina. Las varillas fueron

enterradas en cada uno de los

extremos de la lámina aguas arriba y

aguas abajo de la Quebrada y

posteriormente la lamina fue

enterrada, garantizando que no se

presentaran infiltraciones por los

laterales ni la parte inferior

Construcciónde Vertedero

Instalación de Vertedero

FIN

de 84

Apéndice 2 Procedimiento de diseño y construcción del Limnígrafo

de 84

Procedimiento Diseño y Construcción de Limnígrafo

Diagrama Descripción Fotografía/ Figura

Para el diseño se tuvo en cuenta la resistencia de los materiales

que lo componían para su ubicación en campo, como criterios la

definición de la altura (H),plano No.VDT-01-05 (Ver Apéndice

3), para lo cual se nivelo con el boquete del vertedero, se definió

la distancia del mismo y su funcionamiento eléctrico y

mecánico.

Tomando como base los

limnígrafo automáticos y el

diseño manual de un

modelo de uso académico,

se definieron los materiales

a utilizar, que remplazaran

los originales de este

sistema de medición. Los

materiales son: 1,50 m de

tubo naranja de PVC de 6¨,

Angeo de 0,5 cm,

temporizador de 24 horas al

cual se le instala en la parte

giratoria el tambor que lleva

papel milimetrado,

Rapidografo, Caseta en

acrílico (medidas 20x30x40

cm con 4 mm de espesor),

tambor en aluminio de 8,5

cm, varilla metálica (1/4¨

por 2.10 m de altura),

tambor en icopor y

balso.(Ver Apéndice 3)

plano no.UDLM-01-02,

plano No.UDLM-01-01 y

plano No. UDLM-02-03

Revisión de recomendaciones y criterios de

diseño

INICIO

Búsqueda de

Antecedentes

Materiales

de 84

Se corta el tubo a una altura de 1

metro, a 10 cm del piso se hace un

corte de 15 cm de alto, en el cual se

instala un angeo, que no permite que

el material de arrastre entre al

limnígrafo y lo sature, en la parte

superior se instala con unas "L" la

caseta en acrílico, sobre la cual va el

temporizador de 24 horas el cual en

la parte giratoria lleva un tambor con

papel milimetrado, y la base donde

va sostenido el sujetador, conectado

con el flotador por medio de la

varilla al interior del tubo y

rapidografo.El temporizador requirió

fuente eléctrica 24/7, por ende se le

instala un extensión.

Consistió en probar el

funcionamiento continuo del

temporizador y del rapidrografo

graficando en el papel milimetrado,

el limnígrafo se introduce en un

balde al cual se le retira y se

alimenta con agua aproximadamente

3 veces al día, lo cual permite que el

flotador suba y baje, registrando la

medida exacta de agua adicionada.

Elaboraciónlimnígrafo

Ensayo preliminar

funcionamiento

de 84

La fuente eléctrica se encuentra

ubicada a 50 metros del punto de

ubicación del limnígrafo por lo que

se canaliza en tierra la extensión, al

costado occidental y a 50 cm del

vertedero se ubica el limnígrafo,

para generar estabilidad al suelo se

ancla enterrándolo 10 cm, en 3

puntos de los extremos se ancla a

tierra con piquetes.

InstalaciónLimnígrafo,

Quebrada Padre de Jesús

FIN

de 84

Apéndice 3 Planos de diseño de limnígrafo y vertedero

DETALLE A

A

Revisado:

Aprobado:

Hoja

LIMNíGRAFO MÉCANICO

VersiónEscala

Unidades

Tamaño

Fecha:

Diseñado:

Fecha:

Fecha:

Firma:

Firma:

Firma:

DescripciónNo.

fecha

firma

HISTORIAL DE REVISIONES

1

2

3

4

5 1 de

A4

PLano No.:

cm

L.Rubio - M.Perez

J.A.Valero

J.A.Valero

31/07/2017

-

31/07/2017

UDLM-01-011:10

02

Firma:

17/03/2017

90

30

11,50

30

35

15

65

23

15

Altura mínima de inicio de H

Delta de H

según vertedero

Tubo PVC 6"

Flotador

polimérico

Varilla 3mm

Acero Plata

Tambor rotatorio

Temporizador

sujetador

20

Base

Temporizador

Guía

DETALLE A ( 1 : 2 )

A

Revisado:

Aprobado:

Hoja

PROTECCIÓN ACRÍLICA

VersiónEscala

Unidades

Tamaño

Fecha:

Diseñado:

Fecha:

Fecha:

Firma:

Firma:

Firma:

DescripciónNo.

fecha

firma


1

2

3

4

5 2 de

A4

PLano No.:

cm

L.rubio - M.Perez

J.A.Valero

J.A.Valero

31/07/2017

-

31/07/2017

UDLM-01-021:10

02

Firma:

17/03/2017

30,00

40,40

0,40

0,40

29,20

19,20

Tapa superior y base en acrílico

de 4mm de espesor

20,00

30,00

11,5

0

7,40

0,40

Base

Tapa

Revisado:

Aprobado:

Hoja

DETALLES ENSAMBLE

VersiónEscala

Unidades

Tamaño

Fecha:

Diseñado:

Fecha:

Fecha:

Firma:

Firma:

Firma:

DescripciónNo.

fecha

firma


1

2

3

4

5 3 de

A4

PLano No.:

cm

L.Rubio - M. Perez

J.A. Valero

J.A. Valero

31/07/2017

-

31/07/2017

UDLM-02-03N/A 02

Firma:

17/03/2017

30,00

8,50

90,00

15,00

11,50

30,00

2,00

1,00

61,91

10,10

8,93

1

8

,

3

3

°

Tambor rotatorio

Tubo soporte PVC

GuÍa vertical

Ensamble sistema

graficador

Marcador

Revisado:

Aprobado:

Hoja

VERTEDERO TRIANGULAR

VersiónEscala

Unidades

Tamaño

Fecha:

Diseñado:

Fecha:

Fecha:

Firma:

Firma:

Firma:

DescripciónNo.

fecha

firma


1

2

3

4

5 4 de

A4

PLano No.:

cm

L.Rubio - M. Pérez

J.A. Valero

J.A. Valero

31/07/2017

-

31/07/2017

UDVT-01-041: 10

02

Firma:

17/03/2017

90,00

70,00

0,50

90,00°

15,00

30,00

Lamina en acero Hot Rolled (HR)

espesor de 0.5 cm

DETALLE AJ ( 0,04 : 1 )

AJ

Revisado:

Aprobado:

Hoja

Instalación Vertedero y Limnígrafo

VersiónEscala

Unidades

Tamaño

Fecha:

Diseñado:

Fecha:

Fecha:

Firma:

Firma:

Firma:

DescripciónNo.

fecha

firma


1

2

3

4

5 5 de

A4

PLano No.:

N/A

L.Rubio - M. Pérez

J.A. Valero

J.A. Valero

31/07/2017

-

31/07/2017

VDT-01-05N/A 02

Firma:

-

17/03/2017

Suelo arcilloso

cauce quebrada

Limnígrafo

Vertedero

Sección transversal

de 84

Apéndice 4 Registros de caudal

de 84

TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO DE 2017

Coordenadas (cm) Tiempo

Altura del agua H (m)

Caudal Q (L/min)

Q exceso (L/min) x y

0 2,3882 5/3/17 10:00 AM 0,024 8,49

1,5412 2,3827 5/3/17 11:20 AM 0,024 8,44 0,00

1,706 2,4968 5/3/17 11:29 AM 0,025 9,48 1,04

1,7779 2,6794 5/3/17 11:33 AM 0,027 11,29 2,85

1,7944 2,9554 5/3/17 11:33 AM 0,030 14,40 5,96

1,8417 3,0147 5/3/17 11:36 AM 0,030 15,13 6,69

1,9674 3,0147 5/3/17 11:43 AM 0,030 15,13 6,69

2,1258 3,0045 5/3/17 11:51 AM 0,030 15,00 6,56

2,425 3,0066 5/3/17 12:06 PM 0,030 15,03 6,59

2,6134 2,9903 5/3/17 12:16 PM 0,030 14,83 6,39

3,008 2,8775 5/3/17 12:37 PM 0,029 13,48 5,04

3,1215 2,8359 5/3/17 12:43 PM 0,028 13,00 4,56

3,152 3,0291 5/3/17 12:45 PM 0,030 15,31 6,87

3,1765 3,3184 5/3/17 12:46 PM 0,033 19,20 10,75

3,2953 5,1796 5/3/17 12:52 PM 0,052 57,92 49,47

3,4104 7,128 5/3/17 12:58 PM 0,071 127,85 119,41

3,5642 9,238 5/3/17 1:06 PM 0,092 243,20 234,76

3,6338 11,5173 5/3/17 1:10 PM 0,115 420,23 411,79

3,6659 12,0299 5/3/17 1:11 PM 0,120 468,15 459,71

3,7413 12,8699 5/3/17 1:15 PM 0,129 553,46 545,01

3,8373 14,4155 5/3/17 1:20 PM 0,144 733,22 724,78

3,8696 14,8001 5/3/17 1:22 PM 0,148 782,70 774,25

3,8979 15,0964 5/3/17 1:24 PM 0,151 822,14 813,69

3,9141 15,3961 5/3/17 1:24 PM 0,154 863,21 854,77

3,9667 15,5865 5/3/17 1:27 PM 0,156 889,93 881,48

4,0053 16,0312 5/3/17 1:29 PM 0,160 954,23 945,79

4,0649 17,151 5/3/17 1:32 PM 0,172 1128,17 1119,73

4,0825 17,5477 5/3/17 1:33 PM 0,175 1194,00 1185,56

4,0965 17,9336 5/3/17 1:34 PM 0,179 1260,18 1251,74

4,1246 18,1857 5/3/17 1:35 PM 0,182 1304,57 1296,13

4,1341 18,2838 5/3/17 1:36 PM 0,183 1322,09 1313,65

4,1842 18,3853 5/3/17 1:39 PM 0,184 1340,37 1331,93

4,2156 18,3423 5/3/17 1:40 PM 0,183 1332,61 1324,17

4,2197 18,228 5/3/17 1:40 PM 0,182 1312,11 1303,67

de 84




Caudal Q (L/min)


4,2239 18,1839 5/3/17 1:41 PM 0,182 1304,25 1295,81

4,2556 18,2514 5/3/17 1:42 PM 0,183 1316,29 1307,85

4,2846 19,0427 5/3/17 1:44 PM 0,190 1462,39 1453,95

4,2985 19,3583 5/3/17 1:45 PM 0,194 1523,24 1514,80

4,3362 19,4424 5/3/17 1:47 PM 0,194 1539,70 1531,26

4,3557 19,981 5/3/17 1:48 PM 0,200 1647,66 1639,22

4,3569 20,9764 5/3/17 1:48 PM 0,210 1858,79 1850,35

4,3935 20,8765 5/3/17 1:50 PM 0,209 1836,91 1828,47

4,4062 20,3254 5/3/17 1:50 PM 0,203 1718,99 1710,55

4,4479 19,4033 5/3/17 1:52 PM 0,194 1532,04 1523,59

4,4756 19,3414 5/3/17 1:54 PM 0,193 1519,94 1511,50

4,4773 19,2991 5/3/17 1:54 PM 0,193 1511,71 1503,27

4,484 19,2007 5/3/17 1:54 PM 0,192 1492,67 1484,23

4,4855 18,983 5/3/17 1:54 PM 0,190 1451,05 1442,61

4,5437 19,0302 5/3/17 1:57 PM 0,190 1460,01 1451,57

4,5455 19,1308 5/3/17 1:58 PM 0,191 1479,23 1470,79

4,5589 19,2996 5/3/17 1:58 PM 0,193 1511,81 1503,37

4,6037 19,7142 5/3/17 2:01 PM 0,197 1593,64 1585,20

4,6277 20,7061 5/3/17 2:02 PM 0,207 1799,95 1791,51

4,6346 21,2199 5/3/17 2:02 PM 0,212 1912,76 1904,32

4,683 22,1642 5/3/17 2:05 PM 0,222 2130,86 2122,42

4,6991 22,2308 5/3/17 2:06 PM 0,222 2146,77 2138,33

4,7175 22,6894 5/3/17 2:07 PM 0,227 2258,28 2249,84

4,736 22,8652 5/3/17 2:08 PM 0,229 2301,93 2293,48

4,7912 24,0412 5/3/17 2:10 PM 0,240 2606,81 2598,36

4,8004 24,5779 5/3/17 2:11 PM 0,246 2753,52 2745,08

4,8304 25,0659 5/3/17 2:12 PM 0,251 2891,11 2882,66

4,881 25,186 5/3/17 2:15 PM 0,252 2925,58 2917,14

4,9086 25,8567 5/3/17 2:17 PM 0,259 3122,62 3114,18

4,914 26,0406 5/3/17 2:17 PM 0,260 3177,99 3169,54

4,9708 26,2429 5/3/17 2:20 PM 0,262 3239,57 3231,12

4,9958 25,4836 5/3/17 2:21 PM 0,255 3012,06 3003,62

5,0098 24,8029 5/3/17 2:22 PM 0,248 2816,46 2808,02

5,0261 24,321 5/3/17 2:23 PM 0,243 2682,70 2674,25

de 84




Caudal Q (L/min)


5,0413 23,5542 5/3/17 2:23 PM 0,236 2477,80 2469,36

5,0445 22,9637 5/3/17 2:24 PM 0,230 2326,60 2318,16

5,0454 22,0218 5/3/17 2:24 PM 0,220 2097,07 2088,63

5,0467 19,7298 5/3/17 2:24 PM 0,197 1596,77 1588,33

5,055 19,4349 5/3/17 2:24 PM 0,194 1538,23 1529,79

5,055 19,1044 5/3/17 2:24 PM 0,191 1474,17 1465,73

5,0868 18,7479 5/3/17 2:26 PM 0,187 1406,89 1398,45

5,102 18,5144 5/3/17 2:27 PM 0,185 1363,83 1355,39

5,1093 17,9783 5/3/17 2:27 PM 0,180 1267,98 1259,54

5,1093 17,4007 5/3/17 2:27 PM 0,174 1169,35 1160,90

5,1751 16,629 5/3/17 2:30 PM 0,166 1044,93 1036,48

5,1886 16,3987 5/3/17 2:31 PM 0,164 1009,40 1000,96

5,2846 15,9197 5/3/17 2:36 PM 0,159 937,86 929,41

5,3037 13,9918 5/3/17 2:37 PM 0,140 680,93 672,49

5,3377 13,7521 5/3/17 2:39 PM 0,138 652,37 643,93

5,3655 13,4128 5/3/17 2:40 PM 0,134 613,18 604,73

5,3748 13,023 5/3/17 2:41 PM 0,130 569,93 561,49

5,6504 11,0044 5/3/17 2:55 PM 0,110 375,34 366,90

6,0153 9,3738 5/3/17 3:14 PM 0,094 252,17 243,72

6,3177 8,4901 5/3/17 3:30 PM 0,085 197,26 188,82

6,4294 7,7283 5/3/17 3:36 PM 0,077 156,24 147,80

6,7641 7,5171 5/3/17 3:54 PM 0,075 145,86 137,42

6,9206 7,3999 5/3/17 4:02 PM 0,074 140,29 131,84

7,0661 7,1355 5/3/17 4:10 PM 0,071 128,18 119,74

7,2112 6,9857 5/3/17 4:17 PM 0,070 121,61 113,17

7,3726 6,9873 5/3/17 4:26 PM 0,070 121,68 113,24

7,5389 7,3422 5/3/17 4:34 PM 0,073 137,59 129,15

7,578 7,466 5/3/17 4:36 PM 0,075 143,42 134,97

7,7622 7,4985 5/3/17 4:46 PM 0,075 144,97 136,53

7,8975 7,4692 5/3/17 4:53 PM 0,075 143,57 135,13

8,0475 7,3487 5/3/17 5:01 PM 0,073 137,89 129,45

8,3806 6,9214 5/3/17 5:18 PM 0,069 118,86 110,41

8,6512 6,516 5/3/17 5:33 PM 0,065 102,33 93,89

8,9011 6,2851 5/3/17 5:46 PM 0,063 93,57 85,13

de 84




Caudal Q (L/min)


8,9435 6,2151 5/3/17 5:48 PM 0,062 91,01 82,57

9,0853 6,1402 5/3/17 5:55 PM 0,061 88,31 79,87

9,1815 6,0507 5/3/17 6:00 PM 0,061 85,16 76,71

9,3135 6,0116 5/3/17 6:07 PM 0,060 83,80 75,36

9,8371 5,5859 5/3/17 6:35 PM 0,056 69,84 61,40

9,9724 5,5126 5/3/17 6:42 PM 0,055 67,59 59,15

10,1848 5,4598 5/3/17 6:53 PM 0,055 66,00 57,56

10,3104 5,3898 5/3/17 6:59 PM 0,054 63,92 55,48

11,6893 4,9963 5/3/17 8:12 PM 0,050 52,96 44,52

11,9827 4,9523 5/3/17 8:27 PM 0,050 51,82 43,37

12,1571 4,9523 5/3/17 8:36 PM 0,050 51,82 43,37

12,3577 4,8693 5/3/17 8:47 PM 0,049 49,69 41,25

12,5093 4,8611 5/3/17 8:55 PM 0,049 49,48 41,04

12,6763 4,7631 5/3/17 9:03 PM 0,048 47,04 38,60

14,5327 4,8173 5/3/17 10:40 PM 0,048 48,38 39,94

14,7169 4,9149 5/3/17 10:50 PM 0,049 50,85 42,41

14,8563 4,9375 5/3/17 10:57 PM 0,049 51,43 42,99

15,5296 4,9343 5/3/17 11:33 PM 0,049 51,35 42,91

15,81 4,7878 5/3/17 11:47 PM 0,048 47,65 39,21

15,9388 4,6917 5/3/17 11:54 PM 0,047 45,31 36,87

16,2762 4,6201 5/4/17 12:12 AM 0,046 43,62 35,18

16,4203 4,396 5/4/17 12:19 AM 0,044 38,56 30,12

16,5002 4,3293 5/4/17 12:24 AM 0,043 37,12 28,68

16,5426 4,2479 5/4/17 12:26 AM 0,042 35,42 26,97

16,8262 4,2349 5/4/17 12:41 AM 0,042 35,15 26,71

17,2308 4,0652 5/4/17 1:02 AM 0,041 31,76 23,32

17,671 3,8845 5/4/17 1:25 AM 0,039 28,37 19,93

17,7352 3,8494 5/4/17 1:28 AM 0,038 27,74 19,30

18,5862 3,8136 5/4/17 2:13 AM 0,038 27,10 18,66

18,6373 3,701 5/4/17 2:15 AM 0,037 25,16 16,72

18,7856 3,618 5/4/17 2:23 AM 0,036 23,79 15,34

18,8883 3,5285 5/4/17 2:29 AM 0,035 22,35 13,91

19,0921 3,4601 5/4/17 2:39 AM 0,035 21,29 12,85

19,1706 3,2642 5/4/17 2:43 AM 0,033 18,43 9,99

de 84




Caudal Q (L/min)


19,3189 3,1731 5/4/17 2:51 AM 0,032 17,18 8,74

19,5341 3,1698 5/4/17 3:02 AM 0,032 17,14 8,69

19,6319 3,1454 5/4/17 3:08 AM 0,031 16,81 8,37

19,8243 3,1454 5/4/17 3:18 AM 0,031 16,81 8,37

20,0289 3,0717 5/4/17 3:28 AM 0,031 15,85 7,41

20,8261 3,0765 5/4/17 4:10 AM 0,031 15,91 7,47

20,9915 2,9803 5/4/17 4:19 AM 0,030 14,71 6,26

21,1594 2,9656 5/4/17 4:27 AM 0,030 14,53 6,08

21,3175 2,9298 5/4/17 4:36 AM 0,029 14,10 5,65

22,7414 2,858 5/4/17 5:50 AM 0,029 13,25 4,81

22,7749 2,8185 5/4/17 5:52 AM 0,028 12,81 4,36

22,7944 2,703 5/4/17 5:53 AM 0,027 11,54 3,10

22,8548 2,646 5/4/17 5:56 AM 0,026 10,95 2,51

22,9754 2,6232 5/4/17 6:03 AM 0,026 10,72 2,27

23,1517 2,4691 5/4/17 6:12 AM 0,025 9,22 0,78

23,2202 2,474 5/4/17 6:15 AM 0,025 9,27 0,83

23,5609 2,2933 5/4/17 6:33 AM 0,023 7,68 -0,76

24,0761 2,2347 5/4/17 7:00 AM 0,022 7,20 -1,24

24,2738 2,1758 5/4/17 7:11 AM 0,022 6,74 -1,70

24,5232 2,0843 5/4/17 7:24 AM 0,021 6,06 -2,38

24,7463 1,9991 5/4/17 7:35 AM 0,020 5,46 -2,98

24,8451 1,9899 5/4/17 7:40 AM 0,020 5,40 -3,04

25,1577 1,9895 5/4/17 7:57 AM 0,020 5,40 -3,04

27,4998 1,9865 5/4/17 10:00 AM 0,020 5,38 -3,06




Caudal Q (L/min)


0,0113 1,9906 5/4/17 7:25 AM 0,02 5,41 -----

1,3516 2,0013 5/4/17 8:36 AM 0,02 5,48 -----

1,8634 2,005 5/4/17 9:03 AM 0,02 5,50 -----

2,6101 2,0122 5/4/17 9:43 AM 0,02 5,55 -----

3,7 1,9996 5/4/17 10:41 AM 0,02 5,47 -----

4,4483 2,014 5/4/17 11:20 AM 0,02 5,56 -----

de 84




Caudal Q (L/min)


5,5025 2,0051 5/4/17 12:16 PM 0,02 5,50 -----

6,7052 2,0106 5/4/17 1:20 PM 0,02 5,54 -----

8,2982 2,0088 5/4/17 2:45 PM 0,02 5,53 -----

9,8217 1,9872 5/4/17 4:06 PM 0,02 5,38 0,00

9,8664 2,2551 5/4/17 4:08 PM 0,02 7,37 1,98

9,8735 2,4551 5/4/17 4:09 PM 0,02 9,09 3,71

9,8861 2,8242 5/4/17 4:09 PM 0,03 12,87 7,49

9,9039 3,2162 5/4/17 4:10 PM 0,03 17,76 12,38

9,9111 3,4332 5/4/17 4:11 PM 0,03 20,89 15,50

9,9522 3,869 5/4/17 4:13 PM 0,04 28,09 22,71

9,9827 4,4587 5/4/17 4:14 PM 0,04 39,94 34,55

10,0095 4,8195 5/4/17 4:16 PM 0,05 48,44 43,06

10,031 5,2849 5/4/17 4:17 PM 0,05 60,88 55,50

10,0686 5,5952 5/4/17 4:19 PM 0,06 70,13 64,75

10,074 5,9006 5/4/17 4:19 PM 0,06 80,01 74,63

10,1133 6,2343 5/4/17 4:21 PM 0,06 91,71 86,33

10,1563 7,2122 5/4/17 4:24 PM 0,07 131,63 126,24

10,1617 7,4835 5/4/17 4:24 PM 0,07 144,25 138,87

10,1885 7,8121 5/4/17 4:25 PM 0,08 160,47 155,09

10,2136 7,99 5/4/17 4:27 PM 0,08 169,69 164,31

10,2279 8,4597 5/4/17 4:27 PM 0,08 195,51 190,13

10,2762 9,0429 5/4/17 4:30 PM 0,09 230,66 225,28

10,3574 10,2006 5/4/17 4:34 PM 0,10 310,98 305,60

10,4272 10,1363 5/4/17 4:38 PM 0,10 306,14 300,76

10,4987 9,9595 5/4/17 4:42 PM 0,10 293,07 287,68

10,5273 9,7612 5/4/17 4:43 PM 0,10 278,81 273,43

10,5649 9,3387 5/4/17 4:45 PM 0,09 249,83 244,45

10,6114 9,2798 5/4/17 4:48 PM 0,09 245,94 240,56

10,6222 8,6966 5/4/17 4:48 PM 0,09 209,37 203,99

10,6278 8,4395 5/4/17 4:49 PM 0,08 194,36 188,98

10,6454 7,9448 5/4/17 4:50 PM 0,08 167,32 161,94

10,6919 7,5061 5/4/17 4:52 PM 0,08 145,33 139,95

10,6976 7,4283 5/4/17 4:52 PM 0,07 141,63 136,24

10,7366 7,1337 5/4/17 4:55 PM 0,07 128,10 122,72

10,7992 6,8783 5/4/17 4:58 PM 0,07 117,03 111,65

de 84




Caudal Q (L/min)


10,8545 6,4232 5/4/17 5:01 PM 0,06 98,76 93,37

10,9457 5,8098 5/4/17 5:06 PM 0,06 76,99 71,61

11,0263 5,4215 5/4/17 5:10 PM 0,05 64,86 59,47

11,1571 4,9793 5/4/17 5:17 PM 0,05 52,52 47,14

11,2074 4,7921 5/4/17 5:20 PM 0,05 47,76 42,38

11,3401 4,4495 5/4/17 5:27 PM 0,04 39,73 34,35

11,4498 4,2486 5/4/17 5:32 PM 0,04 35,43 30,05

11,5862 3,9549 5/4/17 5:40 PM 0,04 29,66 24,28

11,7292 3,7656 5/4/17 5:47 PM 0,04 26,27 20,88

11,8419 3,7353 5/4/17 5:53 PM 0,04 25,75 20,36

11,9101 3,6127 5/4/17 5:57 PM 0,04 23,70 18,32

12,0192 3,5734 5/4/17 6:03 PM 0,04 23,07 17,68

12,0871 3,4931 5/4/17 6:06 PM 0,03 21,80 16,42

12,1533 3,3895 5/4/17 6:10 PM 0,03 20,23 14,85

12,3249 3,2859 5/4/17 6:19 PM 0,03 18,73 13,35

12,5899 3,0758 5/4/17 6:33 PM 0,03 15,90 10,52

12,9851 3,0098 5/4/17 6:54 PM 0,03 15,07 9,69

13,2229 2,9669 5/4/17 7:07 PM 0,03 14,54 9,16

13,4757 2,8903 5/4/17 7:20 PM 0,03 13,63 8,25

13,7225 2,8956 5/4/17 7:33 PM 0,03 13,69 8,31

14,0568 2,8688 5/4/17 7:51 PM 0,03 13,38 8,00

14,2625 2,8349 5/4/17 8:02 PM 0,03 12,99 7,61

14,4668 2,8403 5/4/17 8:13 PM 0,03 13,05 7,67

14,5795 2,7832 5/4/17 8:19 PM 0,03 12,41 7,03

14,6617 2,7849 5/4/17 8:23 PM 0,03 12,43 7,05

14,7315 2,7189 5/4/17 8:27 PM 0,03 11,71 6,33

14,8352 2,7135 5/4/17 8:32 PM 0,03 11,65 6,27

14,9428 2,5342 5/4/17 8:38 PM 0,03 9,84 4,45

15,0626 2,5092 5/4/17 8:44 PM 0,03 9,60 4,22

15,3201 2,5021 5/4/17 8:58 PM 0,03 9,53 4,15

15,8232 2,475 5/4/17 9:25 PM 0,02 9,28 3,89

16,1004 2,4553 5/4/17 9:40 PM 0,02 9,09 3,71

16,2935 2,416 5/4/17 9:50 PM 0,02 8,74 3,36

16,5554 2,3264 5/4/17 10:04 PM 0,02 7,96 2,57

16,6501 2,28 5/4/17 10:09 PM 0,02 7,57 2,19

de 84




Caudal Q (L/min)


16,7252 2,2032 5/4/17 10:13 PM 0,02 6,95 1,57

16,8182 2,1514 5/4/17 10:18 PM 0,02 6,55 1,17

17,0668 2,1496 5/4/17 10:31 PM 0,02 6,54 1,16

18,3188 2,0898 5/4/17 11:38 PM 0,02 6,10 0,72

18,7104 2,0653 5/4/17 11:58 PM 0,02 5,92 0,54

18,8605 2,0511 5/5/17 12:06 AM 0,02 5,82 0,44

19,1233 2,0314 5/5/17 12:20 AM 0,02 5,68 0,30

19,3151 1,9938 5/5/17 12:30 AM 0,02 5,43 0,04

19,5529 1,9902 5/5/17 12:43 AM 0,02 5,40 0,02

19,863 2,0024 5/5/17 1:00 AM 0,02 5,49 0,10

20,106 1,9767 5/5/17 1:12 AM 0,02 5,31 -0,07

20,3919 1,9453 5/5/17 1:28 AM 0,02 5,11 -0,28

20,6292 1,9367 5/5/17 1:40 AM 0,02 5,05 -0,33

21,171 1,9462 5/5/17 2:09 AM 0,02 5,11 -0,27

21,6074 1,9413 5/5/17 2:32 AM 0,02 5,08 -0,30

22,6223 1,9469 5/5/17 3:26 AM 0,02 5,12 -0,27

23,8909 1,9594 5/5/17 4:34 AM 0,02 5,20 -0,18

24,8015 1,9596 5/5/17 5:22 AM 0,02 5,20 -0,18

25,9269 1,9627 5/5/17 6:22 AM 0,02 5,22 -0,16

27,1056 1,9627 5/5/17 7:25 AM 0,02 5,22 -0,16

de 84

Apéndice 5. Tabla del módulo de generación de HU sintéticos curvilíneos

de 84

t/tp q/qp t (min) Q (m3/s) Q (L/min)

0 0 0 0 0

0,1 0,03 1,06 0,0033 201,39

0,2 0,1 2,13 0,0111 671,33

0,3 0,19 3,2 0,02125 1275,53

0,4 0,31 4,26 0,03468 2081,13

0,5 0,47 5,33 0,05258 3155,26

0,6 0,66 6,4 0,07384 4430,79

0,7 0,82 7,4 0,09174 5504,93

0,8 0,93 8,5 0,10405 6243,39

0,9 0,99 9,6 0,11076 6646,19

1 1 10,6 0,11188 6713,33

1,1 0,99 11,7 0,11076 6646,19

1,2 0,93 12,8 0,10405 6243,39

1,3 0,86 13,8 0,0962 5773,46

1,4 0,78 14,9 0,08727 5236,39

1,5 0,68 16 0,07608 4565,06

1,7 0,46 18,1 0,05146 3088,13

1,8 0,39 19,2 0,04363 2618,19

1,9 0,33 20,2 0,03692 2215,39

2 0,28 21,3 0,03132 1879,73

2,2 0,207 23,4 0,02316 1389,65

2,4 0,147 25,6 0,01644 986,85

2,6 0,107 27,7 0,01197 718,32

2,8 0,077 29,8 0,00861 516,92

3 0,055 32 0,00615 369,23

3,2 0,04 34,1 0,00447 268,53

3,4 0,029 36,2 0,00324 194,68

3,6 0,021 38,4 0,00234 140,97

3,8 0,015 40,5 0,00167 100,69

4 0,011 42,6 0,00123 73,84

4,5 0,005 48 0,00055 33,56

5 0 53,3 0 0

de 84

Apéndice 6. Valores del HU Matricial Depurado

de 84

No. U Tiempo

(min) No. U

Tiempo (min)

No. U Tiempo

(min)

1 58,380532 5 37 17,689566 185 73 3,2136491 365

2 75,492369 10 38 16,604724 190 74 2,348233 370

3 272,89163 15 39 16,533354 195 75 2,3251016 375

4 310,42997 20 40 16,539041 200 76 2,3340859 380

5 625,73129 25 41 16,648718 205 77 2,2948225 385

6 586,36346 30 42 16,459533 210 78 2,2285932 390

7 601,42294 35 43 16,304478 215 79 2,1619975 395

8 383,77085 40 44 16,098224 220 80 2,0959513 400

9 259,62651 45 45 15,967506 225 81 2,0290809 405

10 224,67179 50 46 15,408588 230 82 1,9629687 410

11 170,45124 55 47 15,35851 235 83 1,8961974 415

12 128,02026 60 48 15,076427 240 84 1,8304147 420

13 111,39313 65 49 15,640961 245 85 1,763149 425

14 89,581318 70 50 13,962432 250 86 1,6976296 430

15 77,946093 75 51 14,215216 255 87 1,6299691 435

16 66,750379 80 52 12,601618 260 88 1,5655201 440

17 60,924367 85 53 12,607391 265 89 1,4962539 445

18 50,60258 90 54 9,0385287 270 90 1,4342136 450

19 46,260336 95 55 8,4476347 275 91 1,3428485 455

20 41,24501 100 56 8,4055646 280 92 1,2690021 460

21 41,594705 105 57 8,3460476 285 93 1,1688775 465

22 35,931564 110 58 8,3127009 290 94 1,1081702 470

23 36,271833 115 59 8,208357 295 95 0,9641171 475

24 30,850326 120 60 8,1276 300 96 0,8646387 480

25 28,717901 125 61 8,0114625 305 97 0,7429463 485

26 27,329936 130 62 7,9483957 310 98 0,6792041 490

27 25,201011 135 63 7,8050392 315 99 0,5285365 495

28 23,370295 140 64 7,782801 320 100 0,1811049 500

29 21,093474 145 65 7,5127631 325 101 0,0706806 505

30 20,67048 150 66 7,6090691 330 102 0,0772179 510

31 20,311892 155 67 7,1558591 335 103 0,0194558 515

32 19,85919 160 68 6,9767434 340 104 0,1069947 520

33 19,547899 165 69 6,3760671 345 105 0,1007058 525

34 19,019507 170 70 5,9128772 350 106 0,2351586 530

35 18,76937 175 71 5,2050373 355 107 0,1588591 535

36 18,098773 180 72 4,7900277 360 108 0,079366 540

de 84

ANEXOS

Anexo 1 Datos de precipitación estación “Venado de Oro” IDEAM

de 84

FECHA DE PROCESO: 2017/02/15 ESTACIÓN: 21205580 VENADO ORO VIVERO

VALORES TOTALES MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mms)

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

ANUAL

MEDIOS 59.1 81.9 104.5 134.3 117.7 74.1 69.7 63.8 63.8 129.2 148.3 94.0 1140.5

MAXIMOS 396.0 217.5 277.3 285.7 288.3 152.5 144.9 122.5 136.4 266.5 256.3 244.2 396.0

MINIMOS 0.0 5.5 5.1 33.0 35.6 20.7 33.3 16.5 4.6 31.9 61.3 6.1 0.0

VALORES No DÍAS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN


ANUAL

MEDIOS 9 12 15 18 20 21 22 21 16 18 18 14 205

MAXIMOS 26 23 24 29 29 29 29 31 25 28 28 28 31.0

MINIMOS 0 2 6 10 11 11 12 10 4 10 11 3 0.0

VALORES MÁXIMOS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mms) EN 24 HORAS


ANUAL

MEDIOS 19.3 27.1 28.9 34.4 30.2 18.1 14.9 14.4 21.1 30.8 32.9 25.1 24.8

MAXIMOS 61.8 59.0 72.0 68.7 64.5 44.5 51.2 34.4 54.2 97.0 61.7 61.1 97.0

MINIMOS 0.0 3.8 2.0 9.1 7.8 6.0 7.2 3.7 1.9 8.6 10.9 3.2 0.0

de 84

Anexo 2. Datos de estación “Guadalupe” IDIGER

de 84

Tormenta 3-4 mayo

Fecha mm Fecha mm Fecha mm Fecha mm

03/05/2017 11:00 0,1 03/05/2017 14:50 0 03/05/2017 18:40 0 03/05/2017 22:30 0,1

03/05/2017 11:05 0,1 03/05/2017 14:55 0 03/05/2017 18:45 0 03/05/2017 22:35 0,1

03/05/2017 11:10 0,1 03/05/2017 15:00 0,1 03/05/2017 18:50 0 03/05/2017 22:40 0,1

03/05/2017 11:15 0,1 03/05/2017 15:05 0,1 03/05/2017 18:55 0 03/05/2017 22:45 0

03/05/2017 11:20 0 03/05/2017 15:10 0 03/05/2017 19:00 0 03/05/2017 22:50 0,1

03/05/2017 11:25 0 03/05/2017 15:15 0,1 03/05/2017 19:05 0 03/05/2017 22:55 0

03/05/2017 11:30 0 03/05/2017 15:20 0,1 03/05/2017 19:10 0 03/05/2017 23:00 0

03/05/2017 11:35 0 03/05/2017 15:25 0 03/05/2017 19:15 0 03/05/2017 23:05 0

03/05/2017 11:40 0 03/05/2017 15:30 0,1 03/05/2017 19:20 0 03/05/2017 23:10 0

03/05/2017 11:45 0 03/05/2017 15:35 0 03/05/2017 19:25 0 03/05/2017 23:15 0,1

03/05/2017 11:50 0 03/05/2017 15:40 0,1 03/05/2017 19:30 0 03/05/2017 23:20 0

03/05/2017 11:55 0 03/05/2017 15:45 0 03/05/2017 19:35 0 03/05/2017 23:25 0

03/05/2017 12:00 0 03/05/2017 15:50 0,3 03/05/2017 19:40 0 03/05/2017 23:30 0

03/05/2017 12:05 0 03/05/2017 15:55 0,4 03/05/2017 19:45 0 03/05/2017 23:35 0,1

03/05/2017 12:10 0 03/05/2017 16:00 0,4 03/05/2017 19:50 0 03/05/2017 23:40 0

03/05/2017 12:15 0 03/05/2017 16:05 0,2 03/05/2017 19:55 0 03/05/2017 23:45 0,1

03/05/2017 12:20 0 03/05/2017 16:10 0,1 03/05/2017 20:00 0

03/05/2017 12:25 0,1 03/05/2017 16:15 0 03/05/2017 20:05 0

03/05/2017 12:30 0 03/05/2017 16:20 0 03/05/2017 20:10 0

03/05/2017 12:35 0 03/05/2017 16:25 0,1 03/05/2017 20:15 0

03/05/2017 12:40 0,2 03/05/2017 16:30 0 03/05/2017 20:20 0

03/05/2017 12:45 1,4 03/05/2017 16:35 0 03/05/2017 20:25 0

03/05/2017 12:50 1,3 03/05/2017 16:40 0 03/05/2017 20:30 0

03/05/2017 12:55 1 03/05/2017 16:45 0,1 03/05/2017 20:35 0

03/05/2017 13:00 1,1 03/05/2017 16:50 0 03/05/2017 20:40 0

03/05/2017 13:05 0,4 03/05/2017 16:55 0 03/05/2017 20:45 0,1

03/05/2017 13:10 0,3 03/05/2017 17:00 0 03/05/2017 20:50 0,1

03/05/2017 13:15 0,1 03/05/2017 17:05 0 03/05/2017 20:55 0,1

03/05/2017 13:20 2 03/05/2017 17:10 0 03/05/2017 21:00 0,1

03/05/2017 13:25 0,6 03/05/2017 17:15 0 03/05/2017 21:05 0,1

03/05/2017 13:30 0,4 03/05/2017 17:20 0 03/05/2017 21:10 0,1

03/05/2017 13:35 0,4 03/05/2017 17:25 0 03/05/2017 21:15 0

03/05/2017 13:40 0,1 03/05/2017 17:30 0 03/05/2017 21:20 0,1

03/05/2017 13:45 0,1 03/05/2017 17:35 0,1 03/05/2017 21:25 0

03/05/2017 13:50 0,1 03/05/2017 17:40 0 03/05/2017 21:30 0,1

03/05/2017 13:55 0,1 03/05/2017 17:45 0 03/05/2017 21:35 0

03/05/2017 14:00 0,9 03/05/2017 17:50 0 03/05/2017 21:40 0

03/05/2017 14:05 1 03/05/2017 17:55 0 03/05/2017 21:45 0,1

03/05/2017 14:10 0,2 03/05/2017 18:00 0 03/05/2017 21:50 0

de 84

Tormenta 3-4 mayo

Fecha mm Fecha mm Fecha mm Fecha mm

03/05/2017 14:15 0,1 03/05/2017 18:05 0 03/05/2017 21:55 0,1

03/05/2017 14:20 0,1 03/05/2017 18:10 0 03/05/2017 22:00 0

03/05/2017 14:25 0,2 03/05/2017 18:15 0 03/05/2017 22:05 0,1

03/05/2017 14:30 0,1 03/05/2017 18:20 0 03/05/2017 22:10 0,1

03/05/2017 14:35 0 03/05/2017 18:25 0 03/05/2017 22:15 0,1

03/05/2017 14:40 0 03/05/2017 18:30 0 03/05/2017 22:20 0,1

03/05/2017 14:45 0 03/05/2017 18:35 0 03/05/2017 22:25 0,1

Tormenta 4-5 mayo

Fecha mm

04/05/2017 15:50 0,2

04/05/2017 15:55 0,3

04/05/2017 16:00 0

04/05/2017 16:05 0

04/05/2017 16:10 0

04/05/2017 16:15 0

04/05/2017 16:20 0

04/05/2017 16:25 0

04/05/2017 16:30 0

04/05/2017 16:35 0

04/05/2017 16:40 0

04/05/2017 16:45 0

04/05/2017 16:50 0

04/05/2017 16:55 0

04/05/2017 17:00 0,1

de 84

Anexo 3 Datos de radiación solar estación “Vivero” Universidad Distrital Francisco

José de Caldas

de 84

Hora

Radiación

Solar W/m2

15:50 043.0

16:00 032.4

16:10 000.0

16:20 000.0

16:30 000.0

16:40 000.0

16:50 000.0

17:00 000.0

17:10 000.0

17:20 000.0

17:30 000.0

DETERMINACIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO PARA LA …

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