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DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE OXIGENACIÓN Y DESOXIGENACIÓN PARA LA CURVA DE COMPORTAMIENTO DE OXÍGENO

DISUELTO EN EL RÍO FUCHA

JAVIER ANDRÉS ESCOBAR PINTOR 503687 NATALY MORENO DUEÑAS 503697

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.

2016

DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE OXIGENACIÓN Y DESOXIGENACIÓN PARA LA CURVA DE COMPORTAMIENTO DE OXÍGENO

DISUELTO EN EL RÍO FUCHA

JAVIER ANDRÉS ESCOBAR PINTOR 503687 NATALY MORENO DUEÑAS 503697

Trabajo de Grado en la modalidad de Trabajo de Investigación para optar al título de Ingeniero Civil

Director FELIPE SANTAMARÍA ALZATE

Ingeniero Sanitario

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.

2016

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Nota de aceptación

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_________________________________ Firma. Presidente del jurado

_________________________________ Firma Jurado

_________________________________ Firma Jurado

Bogotá D.C., Mayo de 2016

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CONTENIDO pág.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16

1 ANTECEDENTES ........................................................................................... 17

2 JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN ............................................................... 19

3 OBJETIVOS .................................................................................................... 20

3.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 20

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 20

4 MARCO REFERENCIAL ................................................................................. 21

4.1 DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA ............................................................. 21

4.2 FUENTES DE CONTAMINACIÓN HÍDRICA ............................................ 23

5 MARCO JURÍDICO ......................................................................................... 26

6 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................. 28

6.1 COMPORTAMIENTO DE LAS SUSTANCIAS CONTAMINANTES EN EL MEDIO ACUÁTICO ............................................................................................ 28

6.2 BALANCE DE OXíGENO ......................................................................... 29

6.3 COEFICIENTE DE DESOXIGENACIÓN CARBONÁCEA ........................ 30

6.4 COEFICIENTE DE OXIGENACIÓN.......................................................... 31

6.5 CURVA SAG ............................................................................................. 32

7 METODOLOGÍA .............................................................................................. 34

7.1 SELECCIÓN DE ESTACIONES ............................................................... 35

7.2 PARÁMETROS HISTÓRICOS ................................................................. 35

7.3 TRABAJO DE CAMPO ............................................................................. 37

7.4 CURVAS HIDRÁULICAS .......................................................................... 37

7.5 APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS MATEMÁTICOS ................................ 40

7.6 APLICACIÓN DEL MODELO DE STREETER Y PHELPS ....................... 44

7.7 CALIBRACIÓN DEL PROGRAMA QUAL2K ............................................. 51

8 RESULTADOS ................................................................................................ 62

9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 66

BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 68

ANEXOS ................................................................................................................ 70

6

LISTA DE IMÁGENES pág.

Imagen 1. Cuenca del río Fucha ............................................................................ 22

Imagen 2. Índice de calidad de agua WQI en el río Fucha 2015 ........................... 25

Imagen 3. Ubicación de los puntos de monitoreo de la RCHB en el río Fucha ..... 36

7

LISTA DE TABLAS pág.

Tabla 1.Puntos de vertimiento en el Tramo 1 del río Fucha .................................. 23

Tabla 2. Puntos de vertimiento en el Tramo 2 del río Fucha ................................. 23



Tabla 5. Normatividad Ambiental Vigente en relación con el Recurso Hídrico ...... 26

Tabla 6. Objetivos de calidad del río Fucha año 2020 ........................................... 27

Tabla 7. Parámetros para la selección de ecuación en la determinación de la

constante de oxigenación ...................................................................................... 32

Tabla 8. Puntos de monitoreo de la RCHB en el río Fucha ................................... 35

Tabla 9. Velocidades en el río Fucha (2006) ......................................................... 35

Tabla 10. Registro de velocidades tomadas en campo y velocidades promedio ... 37

Tabla 11. Registro de caudal, velocidad y área estaciones río Fucha (2006) ........ 37

Tabla 12. Registro de caudal y profundidad estaciones río Fucha (2009) ............. 38

Tabla 13. Registro de parámetros hidráulicos y de calidad del agua en las estaciones

del río Fucha (2006 – 2015) ................................................................................... 40

Tabla 14. Registro de parámetros hidráulicos y de calidad del agua en las estaciones

del río Fucha (2006 – 2015) (Continuación) .......................................................... 41

Tabla 15. Parámetros hidráulicos y de calidad del agua promedio en las estaciones

del río Fucha .......................................................................................................... 42

Tabla 16. Selección de método matemático para la determinación del coeficiente K2

............................................................................................................................... 43

Tabla 17. Coeficientes K1 y K2 de las estaciones por métodos matemáticos ....... 43

Tabla 18. Datos iniciales Tramo 1 .......................................................................... 44

Tabla 19. Resultados de OD y DBO para el Tramo 1 ............................................ 45





8









Tabla 32. Resumen resultados para el perfil de OD y DBO5 del rio Fucha .......... 62

9

LISTA DE FIGURAS pág.

Figura 1.Interrelación entre los componentes del Balance de Oxígeno Disuelto ... 29

Figura 2. Tasa de reaireación K2 en función de la velocidad y la profundidad ...... 32

Figura 3. Comportamiento del oxígeno disuelto en el río ....................................... 33

Figura 4. Curva de oxígeno disuelto (SAG) ........................................................... 33

Figura 5. Diseño Metodológico .............................................................................. 34

Figura 6. Curva hidráulica Caudal vs Área ............................................................ 38

Figura 7. Curva hidráulica Caudal vs Profundidad ................................................. 39

Figura 8. Perfil de OD medido del río Fucha .......................................................... 42

Figura 9. Perfil de DBO5 medido del río Fucha ..................................................... 43

Figura 10. Esquema para los datos del QUAL2K .................................................. 52

Figura 11. Curva característica Caudal vs Velocidad estación El Delirio ............... 53

Figura 12. Curva característica Caudal vs Profundidad estación El delirio ............ 53

Figura 13. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Carrera 7ª ............. 54

Figura 14. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Carrera 7ª ......... 54

Figura 15. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Ferrocarril ....... 54

Figura 16. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Ferrocarril ... 55

Figura 17. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Américas ........ 55

Figura 18. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Américas .... 55

Figura 19. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Boyacá ........... 56

Figura 20. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Boyacá ....... 56

Figura 21. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Visión Colombia ... 56

Figura 22. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Visión Colombia 57

Figura 23. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Zona Franca ......... 57

Figura 24. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Zona Franca ..... 57

Figura 25. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Fucha Alameda .... 58

Figura 26. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Fucha Alameda. 58

Figura 27. Datos de entrada para la estación inicial El Delirio ............................... 59

Figura 28. Datos de entrada para la estación final Fucha Alameda ....................... 59

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Figura 29. Datos demás estaciones consideradas para la calibración del modelo 60

Figura 30. Datos de entrada de caudal para la calibración del modelo ................. 60

Figura 31. Datos de entrada de temperatura para la calibración del modelo ......... 61

Figura 32. Datos de entrada de OD y DBO para la calibración del modelo ........... 61

Figura 33. Perfil de OD calculado del río Fucha .................................................... 63

Figura 34. Perfil de DBO5 calculado del río Fucha ................................................ 63

Figura 35. Constantes K1 y K2 del río Fucha calibradas con el modelo QUAL2K . 64

Figura 36. Curva de OD calibrada del rio Fucha con el modelo QUAL2K ............. 64

Figura 37. Curva de DBO5 calibrada del rio Fucha con el modelo QUAL2K ......... 65

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LISTA DE ANEXOS pág.

Anexo A. Cartera trabajo de campo en el río Fucha .............................................. 71

Anexo B. Registro fotográfico trabajo de campo en el río Fucha ........................... 73

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ABREVIATURAS SÍMBOLO Av. CAR DAMA DBO5 DQO EAAB-ESP EPA OD pH IDEAM RCHB SAAM

DESCRIPCIÓN Avenida Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días) Demanda Química de Oxígeno Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá Empresa de Servicios Públicos Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos Oxígeno Disuelto Potencial de Hidrógeno Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia Red de Calidad Hídrica de Bogotá Sustancias activas al azul de metileno

SDA SST WQI ZMPA

Secretaria Distrital de Ambiente Sólidos Suspendidos Totales Índice de Calidad del Agua Zonas de Manejo y Preservación Ambiental

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GLOSARIO AFLUENTE: agua, agua residual u otro líquido que ingrese a un reservorio o algún proceso de tratamiento. ALCANTARILLADO DE AGUAS COMBINADAS: sistema compuesto por todas las instalaciones destinadas para la recolección y conducción, tanto de las aguas residuales como de las aguas lluvias. ALCANTARILLADO DE AGUAS LLUVIAS: sistema compuesto por todas las instalaciones destinadas para la recolección y conducción de aguas lluvias. ALCANTARILLADO DE AGUAS RESIDUALES: sistema compuesto por todas las instalaciones destinadas para la recolección y conducción de las aguas residuales servidas domésticas y/o industriales. CALIDAD DEL AGUA: es el conjunto de características organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas propias del agua. CANAL: conducto o cauce artificial, descubierto, con revestimiento o sin él, que se construye para conducir las aguas lluvias a flujo libre hasta su entrega final en un cauce natural. CARGA CONTAMINANTE: es el resultado de multiplicar el caudal promedio por la concentración de la sustancia contaminante. CONCENTRACIÓN: es el peso de un elemento, sustancia o compuesto, por unidad de volumen del líquido que lo contiene. CONEXIÓN ERRADA: contribución adicional de caudal debido al aporte de aguas pluviales en la red de aguas sanitarias y viceversa. CONTAMINACIÓN DEL AGUA: es la alteración de las características organolépticas, físicas, químicas, radiactivas y microbiológicas del agua, como resultado de las actividades humanas o procesos naturales, que producen o pueden producir rechazo, enfermedad o muerte al consumidor. CUENCA: área de aguas superficiales o subterráneas que vierten a una red natural con uno o varios cauces naturales, de caudal continuo o intermitente, que confluyen en un curso mayor que, a su vez, puede desembocar en un rio principal, en un deposito natural de aguas, en un pantano o directamente en el mar. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO): cantidad de oxigeno usado en la estabilización de la materia orgánica carbonácea y nitrogenada por acción de los microorganismos en condiciones de tiempo y temperatura especificados

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(generalmente cinco (5) días y 20 °C). Mide indirectamente el contenido de materia orgánica biodegradable. MOLINETE: aparato mecánico que permite medir la velocidad angular de una corriente gracias al número de revoluciones que da una rueda de aspas o copas en un tiempo determinado. OXÍGENO DISUELTO (OD): concentración de oxigeno medida en un líquido, por debajo de saturación. Normalmente se expresa en mg/l. pH: logaritmo, con signo negativo de la concentración de iones de hidrogeno en moles por litro. PUNTO DE DESCARGA: sitio o lugar donde se realiza un vertimiento, en el cual se deben llevar a cabo los muestreos. SEDIMENTACIÓN: proceso físico de clarificación de aguas residuales por efecto de la gravedad. Junto con los sólidos sedimentables precipita materia orgánica del tipo putrescible. VERTIMIENTO: cualquier descarga final al recurso hídrico de un elemento, sustancia o compuesto que este contenido en un líquido residual de cualquier origen, ya sea agrícola, minero, industrial, de servicios, aguas negras o servidas, a un cuerpo de agua, a un canal, al suelo o al subsuelo.

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RESUMEN El río Fucha es uno de los cuerpos hídricos más importantes de la ciudad de Bogotá, nace en los cerros orientales y desemboca en el río Bogotá a la altura de la localidad de Fontibón. En su recorrido no solo recibe las aguas de quebradas en la cuenca alta, sino de afluentes provenientes de la red de alcantarillado de diez localidades de la capital, principales fuentes de contaminación de la corriente. En el presente trabajo de investigación se determinan los coeficientes de desoxigenación (K1) y oxigenación (K2) del río en mención a partir de la calibración del modelo QUAL2K. En primera instancia se hallan los valores de las constantes, aplicando las ecuaciones matemáticas respectivas, con los datos reportados y documentados de calidad del sistema hídrico de la ciudad de Bogotá, tomados en campo, por la Secretaria Distrital de Ambiente en convenio con otras entidades durante la última década. A partir de los datos obtenidos se aplica el modelo de Streeter y Phelps para generar la curva SAG y demás curvas de características hidráulicas en función del caudal necesarias para calibrar el modelo estadounidense. Se puede constatar que las constantes resultantes de la calibración son acordes a las curvas de OD y DBO5 de datos medidos y coherentes con lo que dictaminan los parámetros científicos respecto al tema. Para la recuperación del río Fucha se hace necesario que las entidades encargadas realicen el debido seguimiento y control de los afluentes que entregan sus aguas al cuerpo hídrico de tal manera que se cumplan los objetivos de calidad para los años 2015 a 2020 estipulados en la resolución 3162 del 30 de diciembre de 2015 emitida por Secretaria Distrital de Ambiente.

PALABRAS CLAVES: calibración de modelos, calidad del agua, curva SAG, desoxigenación, oxigenación, río Fucha.

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INTRODUCCIÓN El río Fucha es uno de los cuerpos hídricos más importantes que atraviesan la ciudad de Bogotá, nace en los cerros orientales, empieza su recorrido en la localidad de San Cristóbal y desemboca en el río Bogotá a la altura de la localidad de Fontibón. Hace parte de la gran red fluvial de la capital colombiana donde también se encuentran los ríos Torca, Salitre y Tunjuelo. El río recibe las aguas de quebradas en la parte alta y a lo largo de su cauce sus principales afluentes son canales provenientes de la red de alcantarillado, de diez localidades de la ciudad, el cual es de tres sistemas: pluvial, residual y combinado. La contaminación presente en el río Fucha no solo se debe a las aguas que recibe de la red de alcantarillado, sino a vertimientos provenientes de hogares y diferentes sectores de la industria sin un tratamiento previo, conexiones erradas a la red de aguas lluvias, una inadecuada disposición de los residuos y demás contaminación en las zonas de ronda y en su cauce principal. El presente trabajo de investigación orientado desde la Universidad Católica de Colombia facultad de Ingeniería Civil, busca determinar los coeficientes de desoxigenación carbonácea (K1) y oxigenación (K2) del río en mención, constantes que rigen el comportamiento de la calidad de agua en cualquier tipo de recurso hídrico. La metodología empleada es de orden analítico, ya que este estudio se hace en base de métodos matemáticos y con datos promedio tomados de estudios realizados por parte de La Secretaria Distrital de Ambiente (SDA) y La Universidad de los Andes acerca de la calidad del recurso hídrico de la ciudad de Bogotá, en el período comprendido entre los años 2006 y 2015; debido a la imprecisión de dichos métodos, se hace una verificación y una calibración de las constantes halladas en el modelo QUAL2K, lo anterior con el fin de determinar el comportamiento de Oxígeno disuelto (OD) presente en uno de los principales afluentes del Río Bogotá, el río Fucha.

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1 ANTECEDENTES El sistema hídrico de Bogotá está conformado por los ríos Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo. Estas corrientes nacen en los cerros orientales, atraviesan la ciudad de oriente a occidente para luego desembocar en el río Bogotá, además son receptores de las aguas provenientes del alcantarillado pluvial y residual de la ciudad. Debido al crecimiento y desarrollo que ha tenido la capital en las últimas décadas se han generado presiones ambientales que dichos ecosistemas no logran soportar. La Secretaria Distrital de Ambiente (SDA) ha venido adelantando durante los últimos quince años diferentes convenios y campañas con entidades públicas y/o privadas para identificar los grados de contaminación de los cuerpos de agua en la ciudad de Bogotá. En los diferentes proyectos de seguimiento de calidad, no solo se ha logrado definir los objetivos de interés al respecto, sino que se estandarizaron las metodologías, puntos de monitoreo, parámetros a medir, frecuencias, jornadas y tipo de muestras de dichos estudios. La Secretaria Distrital de Ambiente en el año 2002 dio marcha al Convenio 041 del mismo año suscrito con el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia (IDEAM), para el seguimiento a la calidad hídrica de Bogotá, dicho convenio se ejecutó desde el año 2003 hasta el 2004 y se considera el primer record histórico de calidad de los cuerpos hídricos que hacen parte de la ciudad. En el Convenio 017 de 2004 suscrito con la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB-ESP) se definió que el indicador más representativo para medir la calidad de los ríos pertenecientes al casco urbano era el Índice de calidad CCME-WQI (Canadian Council Of Ministers of the Environment Water Quality Index) creado por el Concejo Canadiense del Ministerio del Medio Ambiente de Canadá. En el Convenio 005 de 2006 firmado entre estas dos entidades, lograron orientar el programa de monitoreo aleatorio obtenido en el Convenio 017 de 2004, anteriormente descrito, hacia el índice de calidad CCME-WQI de acuerdo con lo estipulado en la Resolución 1813 de 2006 del Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente DAMA (actualmente SDA) y el acuerdo 43 de 2006 de la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca CAR; además en este se implementa, por primera vez, el programa de funcionamiento de la Red de Calidad Hídrica de Bogotá RCHB. “La Operación de la Red de Calidad Hídrica de Bogotá permite la cuantificación y calificación de la calidad del agua de los principales ríos de la ciudad: Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo, para lo cual se han consolidado los resultados de las variables de las determinantes de la calidad del agua que

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representan el estado físico, químico y biológico de los ríos”1. Actualmente está conformada por 28 estaciones o puntos de monitoreo. La Secretaria Distrital de Ambiente junto con la Universidad de los Andes ha realizado unas campañas, desde el segundo semestre del año 2009 hasta el primer semestre del año 2013, que continúan con los objetivos y parámetros definidos en los anteriores convenios, para el seguimiento a la calidad del recurso hídrico superficial bajo metodologías establecidas y de acuerdo a los puntos de monitoreo definidos por la RCHB. En los documentos publicados por la entidad y la universidad, reportan los resultados obtenidos para el índice de calidad del agua (WQI), además de las variables como: oxígeno disuelto (OD), demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos totales (SST), coliformes fecales, sustancias activas al azul de metileno (SAAM), grasas y aceites, nitrógeno fosforo, sulfuros, fenoles, metales, conductividad eléctrica y pH.

1 SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Estado de Calidad de los Ríos Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo:

Índice de Calidad Hídrica – WQI 2014 - 2015. Informe Técnico N° 01608. Bogotá: SDA, 2015. p.10.

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2 JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN La degradación de la calidad de los recursos hídricos en Colombia es un tema que cada vez va en aumentando, debido a esta situación se ha vuelto un objetivo importante para las entidades encargadas, mejorar estas condiciones mediante mecanismos de seguimiento, control y solución. Esta problemática limita los usos posibles de las aguas naturales como aguas potables, incrementa los costos de tratamientos de aguas contaminadas, disminuye el valor de las viviendas o proyectos en su entorno, facilita los asentamientos ilegales, atenta contra la salud de la población y crea en los habitantes una sensación de malestar y desacuerdo por vivir en esas condiciones. El mayor aporte de esta investigación es determinar de qué manera se comporta el río en presencia de materia orgánica, de tal manera que cuando tenga descarga de carga contaminante se pueda conocer la cantidad de oxigeno presente en el cuerpo de agua. Lo anterior ayuda a precisar cuál es el grado máximo de contaminación que soporta el río, de tal modo que cumpla con los estándares de calidad definidos por la entidad encargada, en ese caso la Secretaria Distrital de Ambiente, para el periodo comprendido entre los años 2015 y 2020. El presente trabajo de investigación fue realizado en el primer periodo académico del año 2016 por parte de los autores para optar al título de Ingeniero Civil de la Universidad Católica de Colombia. El enfoque de dicha investigación es la determinación de los coeficientes de oxigenación y desoxigenación por materia orgánica en el río Fucha, a partir de los parámetros de calidad del agua: oxígeno disuelto (OD) y demanda bioquímica de oxígeno (DBO), desde la estación El Delirio ubicada en la cuenca alta del río hasta la estación de Fucha Alameda, metros antes de la entrega de este, al río Bogotá.

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3 OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Determinar los coeficientes de oxigenación y desoxigenación para el comportamiento de oxígeno disuelto por contaminación de materia orgánica en el río Fucha 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Calcular los coeficientes de oxigenación (k2) y desoxigenación carbonácea (k1) a través de diferentes métodos analíticos con base en datos históricos.

Calibrar los resultados de los coeficientes mediante el modelo de calidad de aguas superficiales QUAL2K.

Determinar la curva de comportamiento de oxígeno disuelto (OD) del río en estudio.

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4 MARCO REFERENCIAL 4.1 DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA “La cuenca del río Fucha comprende un área de 12.991 Ha urbanas y 4.545 Ha en la parte rural, correspondiente a los cerros orientales. Está localizada en el sector centro-sur del Distrito Capital, y drena las aguas de oriente a occidente para finalmente entregarlas al río Bogotá. Presenta pendientes pronunciadas que oscilan entre 5.4% y 0.04%”2. El cauce principal cuenta con una longitud total de 24.34 km y ya dentro del perímetro urbano hasta su desembocadura tiene una longitud de 17.30 km. Debido a su composición y longitud se divide en tres partes: cuenca alta, cuenca media y cuenca baja. La primera corresponde a la parte montañosa, la segunda va desde la entrada del río a la ciudad hasta la Av. Boyacá y la tercera va desde la Av. Boyacá hasta su desembocadura en el río Bogotá. El río Fucha atraviesa las localidades de San Cristóbal, Antonio Nariño, Puente Aranda, Kennedy y Fontibón. Nace en la reserva ecológica los delirios e inicia su trayecto en la zona suroriental de la ciudad de Bogotá. A partir de la carrera 7ª hasta la carrera 86 se encuentra canalizado con una sección de forma trapezoidal en concreto, donde se encuentra con su cauce natural para luego desembocar en el Río Bogotá en el sector de Zona Franca perteneciente a la localidad de Fontibón. Al llegar al Parque Metropolitano San Cristóbal recibe al canal San Blas, a la altura de la carrera 39 y carrera 51 recibe a los canales Albina y Seco respectivamente y finalmente en el cruce de la carrera 68 B bis con calle 3 desemboca el canal Comuneros; también hacen parte de la cuenca las quebradas Finca, San José, La Peña, Los Laches, San Cristóbal, San Francisco, Santa Isabel, Honda, entre otras; de igual manera se incorporan los humedales de Techo, El Burro, La Vaca y Capellanía. “La red de alcantarillado de esta cuenca consta de tres sistemas (combinado, pluvial y sanitario) con una longitud existente de 1.787 km. La red combinada está localizada al oriente de la cuenca y drena, a través de los respectivos canales e interceptores, hacia un área donde el sistema está separado: pluvial y sanitario”3.

2 ALCALDÍA MAYOR DE BOGOTÁ. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. EMPRESA DE ACUEDUCTO

Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ. Calidad del Sistema Hídrico de Bogotá. 1a ed. Bogotá: Pontificia Universidad Javeriana, 2008. p.140. 3 Ibíd., p.140.

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Imagen 1. Cuenca del río Fucha

Fuente. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Descripción y Contexto de la Cuencas Hídricas del Distrito Capital (Torca, salitre, Fucha y Tunjuelo). Informe Técnico N° 01575. Bogotá: SDA, 2015. p.15.

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4.2 FUENTES DE CONTAMINACIÓN HÍDRICA Los vertimientos pertenecientes a la red de alcantarillado público, que tienen como entidad responsable a la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá EAAB-ESP., descargan aguas residuales en el río Fucha las cuales se convierten en las principales causas de la contaminación, aportando a su cauce cargas de materia orgánica, sólidos suspendidos totales (SST), coliformes totales y coliformes fecales. De acuerdo al último informe técnico realizado por parte de la Secretaria Distrital de Ambiente (SDA) acerca de la Línea base-Usuarios, Cargas y Legalidad del año 2015, se identifican los puntos de vertimiento que aportan cargas significativas al cuerpo hídrico. “La Red de Calidad Hídrica de Bogotá cuenta con ocho puntos monitoreo de la calidad y cantidad del agua, que están distribuidos en los cuatro tramos que conforman el río Fucha”4. El Tramo1 va desde la entrada a la ciudad hasta la carrera 7ª, el Tramo 2 desde la carrera 7ª hasta la desembocadura del Canal Comuneros, el Tramo 3 desde la desembocadura del Canal Comuneros hasta la Av. Boyacá y el Tramo 4 a partir de la Av. Boyacá hasta la desembocadura en el río Bogotá. Tabla 1.Puntos de vertimiento en el Tramo 1 del río Fucha

Fuente. Adaptado de SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Línea base-Usuarios, Cargas y Legalidad: Proceso de establecimiento de Meta Global de Carga Contaminante Quinquenio 2016-2020. Informe Técnico N° 01606. Bogotá: SDA, 2015. p.38.

Tabla 2. Puntos de vertimiento en el Tramo 2 del río Fucha

Fuente. Adaptado de Ibíd., p.38-39.

4 SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE, Descripción y Contexto de la Cuencas Hídricas del Distrito Capital

(Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo), Op.cit., p.14.

N° DIRECCIÓN CÓDIGO SDA CAUDAL (m3/año) DBO5 (kg/año)

1Canal San Blas en la Carera 4 con

Calle 13 SurRFU-T1-0310 11.355.829,78 1.623.471,44

2 Calle 11A Sur con Carrera 4 Este RFU-T1-0300 1.485.408,67 163.793,78


1 Calle 12B Sur con Carrera 24A RFU-T2-0260 4.163.698,08 882.868,39

2 Diagonal 17 Sur con Carrera 35A RFU-T2-0530 12.084,60 1.058,77

3 Diagonal 17 con Carrera 41C Sur RFU-T2-0720 116.367,84 5.278,45

4 Av.Carrera 46 con Diagonal 17 Sur RFU-T2-0790 9.990,60 917,76

5 Diagonal 17 Sur con Carrera 48A RFU-T2-0840 11.378,19 2.677,79

6 Transversal 48A con Diagonal 17 Sur RFU-T2-0860 2.920,23 541,43

7 Av. del Ferrocarril con Diagonal 16 RFU-T2-0960 41.362,62 8.388,78

8 Diagonal 1C Sur con Transversal 53A RFU-T2-1020 3.878,93 473,17

9 Diagonal 1C Sur con Transversal 57 RFU-T2-1090 7.045,14 587,33

10 Diagonal 1C Sur con Transversal 58 RFU-T2-1100 86.175,27 9.042,70

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Tabla 3. Puntos de vertimiento en el Tramo 3 del río Fucha

Fuente. Adaptado de Ibíd., p.40. Tabla 4. Puntos de vertimiento en el Tramo 4 del río Fucha

Fuente. Adaptado de Ibíd., p.41-42.


1 Carrera 68B Bis con Calle 4 RFU-T3-0080 87.575,47 5.810,87

2100 m. aprox. aguas abajo del Puente

de la Av. las AméricasRFU-T3-0130 162.031,97 5.989,65

3 Carrera 68G con Calle 10A RFU-T3-0140 28.647,30 288,61

4Costado oriental a 200 m. aprox.

aguas abajo del puente de las RFU-T3-18 2.358,89 265,57

5

Carrera 68G con Calle 9C (Red Local

Pluvial entre la Calle 10 y Calle 11 con

Carrera 68 G)

RFU-T3-0240 27.499,39 247,63

6Carrera 68G No. 9C - 97 (Costado

norte delRFU-T3-0260 140.890,23 26.120,70

7 Av. Calle 13 con carrera 68 D RFU-T3-0360 2.523.542,26 638.165,11


1Interceptor 30m aguas abajo con la

Av. BoyacáRFU-T4-0030 69.392.981,23 10.476.224,34

2Interceptor 100m aguas abajo con la

Av. BoyacáRFU-T4-0020 53.928.988,27 17.478.359,22

3 Carrera 75 costado Sur 155.567,09 0,00

4Interceptor del sur Calle 14B con

Transversal 73RFU-T4-0050 19.082.149,78 6.434.498,07

5Interceptor del Sur (Detrás de

Lafayette) Calle14B con Transversal RFU-T4-0051 22.514.748,77 8.409.838,11

6 Calle 14B con Carrera 78B RFU-T4-0070 617.601,02 76.983,21

7 Carrera 79 con Río Fucha RFU-T4-0080 68.332,20 27.174,13

8 Carrera 79 A con Río Fucha RFU-T4-0090 57.300,91 8.760,79

9 Calle 16 con Carrera 79 RFU-T4-0092 320.559,41 125.885,52

10 Carrera 79B con Calle 76D RFU-T4-0110 580.230,86 390.919,34

11Interceptor Kennedy, a 50m aguas

abajo del Fucha con carrera 78RFU-T4-0130 15.021.542,88 4.303.286,77

12Calle 17 con carrera 80 (Av. Agoberto

Mejía)RFU-T4-0135 748.696,18 228.562,97

13 Carrera 93 Río Fucha EB Fontibón RFU-T4-0260 18.264.389,76 7.565.960,91

25

En los resultados obtenidos para el Índice de Calidad Hídrica – WQI durante los años 2014 y 2015 para el río Fucha en los tramos y puntos de monitoreo sobre este, de acuerdo al estudio adelantado por la Secretaria Distrital de Ambiente (véase la Imagen 2), se hace evidente que solo en los primeros kilómetros de su eje principal, más exactamente hasta la carrera 7ª correspondiente al Tramo 1, la calidad del agua es buena es decir que se encuentra dentro de los estándares permitidos por norma; sin embargo en los Tramos 2, 3 y 4 el indicador predominante es pobre esto refleja que la contaminación cargada sobre este y la falta de medidas de control inciden de una manera significativa amenazando la calidad de este recurso hídrico.

Imagen 2. Índice de calidad de agua WQI en el río Fucha 2015

Fuente. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE, Estado de Calidad de los Ríos Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo Índice de Calidad Hídrica – WQI 2014 – 2015, Op. cit., p.41.

26

5 MARCO JURÍDICO En la ciudad de Bogotá, la entidad encargada de proclamar, vigilar y establecer la reglamentación ambiental es la Secretaria Distrital de Ambiente. Las normas vigentes que amparan y regulan las acciones a tomar por parte de la entidad para la protección y el uso adecuado del recurso hídrico, se relacionan a continuación: Tabla 5. Normatividad Ambiental Vigente en relación con el Recurso Hídrico

Fuente. Adaptado de SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Marco Jurídico – Normatividad Ambiental. {En línea}. {19 marzo de 2016}. Disponible en: (http://ambientebogota.gov.co/web/escombros/marco-juridico).

NORMA DESCRIPCIÓN

Decreto 2811 de 1974

Es el reglamento sobre aguas no marítimas, de recursos

hidrobiológicos, de cuencas hidrográficas y de áreas de

manejo especial.

Decreto 1541 de 1978

Reglamenta las concesiones de aguas superficiales y

subterráneas ¿ exploraciones de materia de arrastre y

ocupaciones de cauce.

Decreto 1681 de 1978. Reglamento sobre los recursos hidrobiológicos.

Ley 09 de 1979 Conocida como Código Sanitario Nacional.

Decreto 2105 de 1983Potabilización del agua. Reglamenta su potabilización y su

suministro para consumo humano.

Decreto 1594 de 1984Reglamenta los usos del agua y los vertimientos líquidos

además del control sobre los residuos líquidos.

Decreto 605 de 1996Sobre la potabilización del agua y su suministro para

consumo humano.

Decreto 901 de 1997

Establece las tasas retributivas por vertimiento líquidos

puntuales a cuerpos de agua. Reglamenta el vertimiento

para DBO y SST.

Ley 373 de 1997Establece el uso eficiente y ahorro del agua. Reglamenta el

uso y ahorro del agua.

Resolución 3956 de 2009

SDA

Por la cual se establece la norma técnica, para el control y

manejo de los vertimientos realizados al recurso hídrico en

el Distrito Capital.

Resolución 3957 de 2009

SDA

Por la cual se establece la norma técnica, para el control y

manejo de los vertimientos realizados a la red de

alcantarillado público en el Distrito Capital.

27

En la resolución 3162 del 30 de diciembre de 2015, la Secretaria Distrital de Ambiente establece las metas individuales de cargas contaminantes permitidas por demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos totales, para los ríos Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo, a lograr en el año 2020. Los objetivos de calidad para el quinquenio referente al río Fucha son las siguientes:

Tabla 6. Objetivos de calidad del río Fucha año 2020

Fuente. Adaptado de COLOMBIA. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Resolución 3162. (30, diciembre, 2015). Por el cual se establecen los objetivos de calidad para el año 2020 y la meta global de carga contaminante de los cuerpos de agua del perímetro urbano de Bogotá D.C., y las metas individuales de la carga contaminante 2016 – 2020, y se adoptan otras determinaciones. Bogotá: La Secretaria, 2015. p.18.

“Esta concertación de metas también contempló la utilización de un nuevo instrumento de rigor técnico con el que no se contaba, el Modelo Dinámico de Calidad del Agua de Bogotá, desarrollado por la SDA y la Universidad de Los Andes, el cual va será alimentado con los escenarios de saneamiento y disminución de cargas propuestas, evaluará los escenarios y predecirá la calidad de los ríos en el tiempo”5.

5 SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Plan Quinquenal 2016 – 2020. {En línea}. {19 marzo de 2016].

Disponible en: (http://www.ambientebogota.gov.co/web/sda/plan-quinquenal-2016-2020).

PARÁMETRO TRAMO 1 TRAMO 2 TRAMO 3 TRAMO 4

OD (mg/l) 7 5 4 1

DBO5 (mg/l) 5 20 20 20

DQO (mg/l) 25 40 40 40

SST (mg/l) 10 15 50 50

28

6 MARCO CONCEPTUAL 6.1 COMPORTAMIENTO DE LAS SUSTANCIAS CONTAMINANTES EN EL

MEDIO ACUÁTICO Cuando una sustancia química o contaminante ingresa a un cuerpo de agua, se generan algunos fenómenos, que alteran la concentración de dichas sustancias y son de gran importancia para el estudio de calidad del agua. Dentro de los más importantes se encuentran: la advección, la dispersión, la difusión, la reacción y los sumideros. La advección es el movimiento o transporte del contaminante de un sitio a otro causado por la fuerza de la corriente o por el caudal del cuerpo hídrico donde se encuentre. En este comportamiento la concentración de la sustancia cambia pero su composición química se mantiene igual. La difusión se basa en el desplazamiento de la masa de un lugar a otro con respecto al movimiento de las moléculas del agua en el tiempo. Al igual que en la advección el contaminante cambia su concentración pero no su estructura química. “Existen dos tipos de fenómenos difusivos: la difusión molecular, a escala microscópica, debida al movimiento browniano de las moléculas y la otra, la difusión turbulenta, ocasionada por acciones externas que producen mezcla en el agua como por ejemplo el viento” 6. La dispersión ocurre cuando la sustancia se esparce en el agua debido a las diferentes velocidades que se presenten en dos puntos del mismo cuerpo de agua. En los ríos, canales y estuarios predomina este movimiento debido al cambio significativo de velocidades que se evidencia en estos sistemas hídricos. En este comportamiento la sustancia cambia su concentración más no su composición química. Las reacciones obedecen a los cambios químicos, físicos y biológicos que sufre el contaminante al reaccionar químicamente en el agua, transformándose en otro compuesto. A diferencia de los anteriores mecanismos, en este los contaminantes cambian su composición química. Los sumideros hacen referencia a “los aumentos y/o disminuciones en la concentración de una sustancia debido al material que está entrando o saliendo del sistema. En general, los sumideros corresponden a los aportes de contaminantes ocasionados por las cargas contaminantes puntuales y las distribuidas” 7.

6 SIERRA RAMÍREZ, Carlos Alberto. Calidad del agua Evaluación y diagnóstico. 1a ed. Medellín: Universidad

de Medellín. Ediciones de la U, 2011. p.255. 7 Ibíd., p.258.

29

6.2 BALANCE DE OXÍGENO Las concentraciones de oxígeno disuelto OD en aguas naturales dependen de las características fisicoquímicas y la actividad bioquímica de los organismos en los cuerpos de agua. El análisis del OD es fundamental en el control de la contaminación en las aguas naturales y en los procesos de tratamiento de las aguas residuales industriales o domésticas. “El oxígeno disuelto, dada su importancia en la salud del agua, se ha constituido en el parámetro más importante en el diagnóstico sobre el estado de la contaminación de un ecosistema acuático. El problema del OD puede entonces resumirse como la descarga de desechos orgánicos e inorgánicos en un cuerpo de agua que ocasiona el descenso de las concentraciones de OD lo cual interfiere con los usos benéficos del agua” 8. En el balance de oxígeno disuelto se ven involucrados diferentes componentes, clasificados en aportantes y consumidores de OD. Los aportantes más importantes son: reaireación, fotosíntesis de las algas y el OD aportado por tributarios. Por otro lado los principales fenómenos consumidores de OD son: oxidación de la materia orgánica y nitrogenácea, oxígeno demandado por el material depositado en el fondo (SOD) y el consumido por las plantas acuáticas. Figura 1.Interrelación entre los componentes del Balance de Oxígeno Disuelto

Fuente. Ibíd., p.261.

8 Ibíd., p.259.

30

6.3 COEFICIENTE DE DESOXIGENACIÓN CARBONÁCEA El coeficiente de desoxigenación carbonácea es la tasa con la que se consume el oxígeno por parte de los microorganismos para degradar la materia orgánica, es decir la demanda bioquímica de oxígeno carbonácea. La constante de desoxigenación se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

𝑑𝐿

𝑑𝑡= 𝑘 ∗ 𝐿

Donde: dL/dt= Tasa de oxidación de la materia orgánica L= Materia orgánica remanente en el tiempo (mg/l)

K1= coeficiente de desoxigenación carbonácea (d−1) Esta constante determina de qué manera se comporta la DBO en el tiempo, en ella interfieren diversos factores, entre ellos la temperatura, la geometría, la concentración de OD y la materia orgánica. Entre los métodos matemáticos más importantes para el cálculo de la constante están el logarítmico, los momentos de Moore, Thomas, entre otros. Para el caso en estudio, el río Fucha, se toma la constante de desoxigenación (K1) como la tasa de remoción efectiva de DBO (KR).

𝑘𝑅 = 𝑘1 + 𝑘𝑠 Donde: KR= Constante de remoción de DBO K1= Constante de desoxigenación KS= Constante de sedimentación Debido a que no se contempla el efecto de la sedimentación así como el consumo de OD ejercido por la demanda de la materia orgánica nitrogenada, se obtiene la siguiente equivalencia:

𝑘1 = 𝑘𝑅 El cálculo del coeficiente (K1) se obtiene por medio de la siguiente ecuación con base en los datos históricos de velocidad, caudal, distancia y DBO para las estaciones del río Fucha.

31

𝑘1 = 𝑉ln

𝑄1𝐿1

𝑄2𝐿2

𝑋2 − 𝑋1

Donde:

K1= Constante de desoxigenación (d−1) V = Velocidad media del río (m/s) Q1= Caudal estación aguas arriba (m3/s) Q2= Caudal estación aguas abajo (m3/s) L1= Concentración de DBO estación aguas arriba (mg/l) L2= Concentración de DBO estación aguas abajo (mg/l) X1= Distancia estación aguas abajo (m) X2= Distancia estación aguas arriba (m) 6.4 COEFICIENTE DE OXIGENACIÓN El coeficiente de oxigenación (K2), conocido también como constante de reaireación, representa la capacidad o velocidad con la que se oxigena un cuerpo de agua por introducción de oxígeno ya sea por el contacto directo con la atmosfera o por fotosíntesis de las plantas acuáticas. Esta constante depende de diversos factores como turbulencia, condiciones de mezcla internas en el río, temperatura, velocidad del viento y la presencia de caídas, resaltos, etc. Para el cálculo del coeficiente de oxigenación en ríos se aplican las siguientes formulas:

O´Connor y Dobbins: 𝑘2 = 3.93 𝑈0.5

𝐻1.5

Churchill: 𝑘2 = 5.026 𝑈

𝐻1.67

Owens y Gibbs: 𝑘2 = 5.32 𝑈0.67

𝐻1.85

Donde:

K2= Coeficiente de oxigenación (d−1) U= Velocidad de la corriente (m/s) H= Altura de lámina de agua (m)

32

Tabla 7. Parámetros para la selección de ecuación en la determinación de la constante de oxigenación

Fuente. Ibíd., p.299. Figura 2. Tasa de reaireación K2 en función de la velocidad y la profundidad

Fuente. Ibíd., p.300. 6.5 CURVA SAG La curva SAG, también conocida como curva de oxígeno disuelto, representa el comportamiento de OD en una corriente de agua. Cuando un río está en condiciones óptimas y no ha sufrido ningún tipo de contaminación la concentración de OD se encuentra en un grado de saturación alto. Inmediatamente después de la descarga de un vertimiento de aguas residuales en él, se generan fenómenos como la turbiedad por la presencia de solidos que impide el paso suficiente de luz para el proceso de fotosíntesis de las algas y disminución de oxigeno debido a las grandes cantidades que consumen los microorganismos heterotróficos. Esta baja de OD es compensada con el oxígeno presente en la atmosfera al hacer contacto con el agua. “En un principio la demanda de oxígeno en la columna de agua y en los sedimentos consume el aporte generado por esta reaireación. Como consecuencia, existe un punto en el cual se presenta un balance entre consumo y el aporte de oxígeno por reaireación. Dicho punto se conoce como el “punto crítico”

Parámetro O´Connor y Dobbins Churchill Owens y Gibbs

Profundidad (m) 0,3 - 9,14 0,61 - 3,35 0,12 - 0,73

Velocidad (m/s) 0,15 - 0,49 0,55 - 1,52 0,03 - 0,55

33

y a partir de él, la reaireación es mayor que el consumo y el nivel de oxígeno empieza a incrementarse” 9 (véase las Figuras 3 y 4). Figura 3. Comportamiento del oxígeno disuelto en el río

Fuente. Ibíd., p.321. Figura 4. Curva de oxígeno disuelto (SAG)

Fuente. Ibíd., p.321.

9 Ibíd., p.320.

34

7 METODOLOGÍA La metodología empleada para determinar los coeficientes de oxigenación y desoxigenación del caso en estudio, el río Fucha, es de orden analítico. En primera instancia se hallan los valores de las constantes, aplicando las ecuaciones matemáticas respectivas, con los datos reportados y documentados de calidad del sistema hídrico de la ciudad de Bogotá por la Secretaria Distrital de Ambiente en convenio con otras entidades durante los últimos años. Debido a la insuficiencia de datos fue necesario el uso de curvas hidráulicas a partir de los datos conocidos y realizar un trabajo de campo que consistió en la toma de velocidades del cauce en los puntos de monitoreo de la RCHB (véase los Anexos A y B). Para la verificación de resultados se emplea el modelo de Streeter y Phelps, donde, a partir de datos medidos de oxígeno disuelto y demanda bioquímica de oxígeno, se generan unos valores calculados los cuales son usados para calibrar el programa QUAL2K, de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). De esta manera y a partir de un proceso iterativo se llega a los valores definitivos de las constantes K1 y K2, teniendo en cuenta que este caso es de régimen permanente y estacionario (véase la Figuras 5). Figura 5. Diseño Metodológico

Fuente. Los Autores

35

7.1 SELECCIÓN DE ESTACIONES Se seleccionan las estaciones o puntos de monitoreo dados por la RCHB para el río Fucha, las cuales se relacionan en la Tabla 8 y se localizan espacialmente en la Imagen 3. Tabla 8. Puntos de monitoreo de la RCHB en el río Fucha

Fuente. Los Autores 7.2 PARÁMETROS HISTÓRICOS Para el cálculo de los coeficientes se utilizan los resultados promedio de DBO5, OD y caudales reportados en los estudios de calidad del recurso hídrico de Bogotá realizados por la Secretaria Distrital de Ambiente desde el año 2006 hasta el 2015 (véase las Tablas 13 y 14). Las velocidades para el año 2006 se toman de la sexta campaña hecha por el IDEAM y el DAMA, ahora SDA, para el seguimiento de los principales efluentes industriales y corrientes superficiales de Bogotá, las cuales se indican en la tabla 9. Tabla 9. Velocidades en el río Fucha (2006)

Fuente. Los Autores

El Delirio 1 4°33'13.32" 74° 3'38.10" 2912 K00+000

Carrera 7a 2 4°34'37.45 74° 5'16.55" 2597 K04+431

Av. Ferrocarril 2 4°36'43.96" 74° 7'19.80" 2555 K10+206

Av. Américas 3 4°37'46.60" 74° 7'34.10" 2550 K12+304

Av. Boyacá 3 4°38'27.51" 74° 7'25.70" 2547 K14+435

Visión Colombia 4 4°38'39.92" 74° 7'31.03" 2545 K14+994

Zona Franca 4 4°39'42.14" 74° 8'38.35" 2542 K16+918

Fucha Alameda 4 4°39'50.38" 74° 9'12.58" 2541 K17+933

COTA

(m.s.n.m.)ABSCISA

LATIDUD LONGITUD

COORDENADAS GEOGRÁFICASTRAMOESTACIÓN

ZONA LECHO DIVISIÓNVELOCIDAD - RÍO

(m/s)

Cerros Orientales 0,41

Carrera 10 0,39

Carrera 10

Av. Boyacá

Av. Boyacá 0,24

Desembocadura 0,16

0,36

Zona baja Libre

Zona alta Libre

Zona media Canal abierto

36

Los valores de temperatura usados corresponden al estudio de calidad del recurso hídrico de Bogotá en el año 2006 y al programa de monitoreo de afluentes y efluentes de la ciudad fase XI en el año 2014. Los demás parámetros hidráulicos faltantes para el desarrollo del presente estudio y que se incluyen en las tablas 13 y 14, son el resultado de las curvas características en función del caudal y de la relación hidráulica que existe entre caudal, área y velocidad.

Imagen 3. Ubicación de los puntos de monitoreo de la RCHB en el río Fucha

Fuente. Los Autores

37

7.3 TRABAJO DE CAMPO Dado que los años 2014 y 2015 no registran datos de caudal ni velocidad, fue necesario realizar un trabajo de campo en el río Fucha. Este consistió básicamente en la toma de varias velocidades con un molinete a cierta profundidad del cauce en las estaciones anteriormente descritas. Los resultados se muestran en la tabla 10 (véase el Anexo A). Tabla 10. Registro de velocidades tomadas en campo y velocidades promedio

Fuente. Los Autores 7.4 CURVAS HIDRÁULICAS La curva característica de caudal y área se determina con los caudales obtenidos en el estudio de calidad del recurso hídrico para la ciudad de Bogotá y las velocidades de la tabla 9 correspondientes al año 2006. Tabla 11. Registro de caudal, velocidad y área estaciones río Fucha (2006)

Fuente. Los Autores

1 2 3 4 5

Carrera 7a 4,7 5,1 4,7 4,9 5,1 4,9 1,49

Av. Ferrocarril 0,9 1,1 1,1 1,3 1,3 1,14 0,35

Av. Américas 2,5 3,2 2,6 2,6 2,8 2,74 0,84

Av. Boyacá 2,4 2,6 2,1 2,1 2,4 2,32 0,71

Zona Franca 1,1 1,3 1,1 1,3 1,1 1,2 0,37

Fucha Alameda 0,6 0,4 0,8 0,6 0,4 0,56 0,17

TOMA DE VELOCIDAD (ft/s)ESTACIÓN

PROMEDIO

(ft/s)

VELOCIDAD

(m/s)

l/s m3/s

El Delirio 387.1 0.39 0.41 0.94

Carrera 7a 635.4 0.64 0.39 1.63

Av. Ferrocarril 1599.0 1.60 0.36 4.44

Av. Américas 1944.2 1.94 0.36 5.40

Visión Colombia 5737.5 5.74 0.24 23.91

Zona Franca 6575.2 6.58 0.24 27.40

Fucha Alameda 9168.6 9.17 0.16 57.30

ESTACIÓNCAUDAL (Q)

ÁREA (m2)VELOCIDAD (m/s)

38

Figura 6. Curva hidráulica Caudal vs Área

Fuente. Los Autores La curva característica de caudal y profundidad se define con los datos obtenidos en el trabajo de investigación de César Cardona Almeida, Desarrollo de un Modelo espacio-temporal de la hidrodinámica y la temperatura de un cauce fluvial: Caso de estudio río Fucha, en el año 2009. Tabla 12. Registro de caudal y profundidad estaciones río Fucha (2009)

Fuente. Los Autores

l/s m3/s

El Delirio 187,6 0,19 0,65

Carrera 7a 320,5 0,32 0,05

Av. Ferrocarril 1682,0 1,68 0,18

Av. Américas 2068,7 2,07 0,23

Visión Colombia 4895,4 4,90 0,91

Zona Franca 6807,7 6,81 1,36

Fucha Alameda 8628,9 8,63 2,17

PROFUNDIDAD (m)CAUDAL (Q)

ESTACIÓN

39

Figura 7. Curva hidráulica Caudal vs Profundidad

Fuente. Los Autores

40

7.5 APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS MATEMÁTICOS Tabla 13. Registro de parámetros hidráulicos y de calidad del agua en las estaciones del río Fucha (2006 – 2015)

Fuente. Los Autores

El Delirio Carrera 7aAv.

FerrocarrilAv. Américas Av. Boyacá

Visión

ColombiaZona Franca

Fucha

Alameda

ABS K0+000 K0+000 K4+431 K10+206 K12+304 K14+435 K14+994 K16+918 K17+933

DBO5 mg/l 3 36 126 156 N.A. 283 235 243

OD mg/l 7.9 5.8 1.5 0.9 N.A. 0.16 0 0

l/s 387.1 635.4 1599.00 1944.20 N.A. 5737.50 6575.20 9168.60

m3/S 0.39 0.64 1.60 1.94 N.A. 5.74 6.58 9.17

A m2 0.94 1.63 4.44 5.40 N.A. 23.91 27.40 57.30

H m 0.04 0.06 0.18 0.23 N.A. 1.07 1.33 2.38

V m/s 0.41 0.39 0.36 0.36 N.A. 0.24 0.24 0.16

T °C 11.5 14.6 16.7 16.9 N.A. 18.4 17.6 17.6

DBO5 mg/l 3 24.75 97.4 113.5 N.A. 195 249.5 280

OD mg/l 7.21 5.31 1.17 0.77 N.A. 0 0 0

l/s 360 421 1156 1347.7 N.A. 6639.7 6790.2 7301.5

m3/S 0.36 0.421 1.156 1.3477 N.A. 6.6397 6.7902 7.3015

A m2 1.03 1.20 3.26 3.80 N.A. 29.28 30.55 35.20

H m 0.04 0.06 0.17 0.20 N.A. 1.35 1.40 1.59

V m/s 0.35 0.35 0.35 0.35 N.A. 0.23 0.22 0.21

DBO5 mg/l 3 23 71.42 71.42 N.A. 275 284 284

OD mg/l 6.2 6 2.37 2 N.A. 0 0 0

l/s 360 421 1156 1347.7 N.A. 6639.7 6790.2 7301.5

m3/S 0.36 0.42 1.16 1.35 N.A. 6.64 6.79 7.30

A m2 1.03 1.20 3.26 3.80 N.A. 29.28 30.55 35.20

H m 0.04 0.04 0.13 0.15 N.A. 1.36 1.41 1.59

V m/s 0.35 0.35 0.35 0.35 N.A. 0.23 0.22 0.21

DBO5 mg/l 2 73 65 88 N.A. 228 230 282

OD mg/l 8 5.2 0.4 0.4 N.A. 0 0 0

l/s 166 766 623 866 N.A. 5120 6069 6810

m3/S 0.17 0.77 0.62 0.87 N.A. 5.12 6.07 6.81

A m2 0.48 2.17 1.77 2.45 N.A. 18.66 24.84 30.72

H m 0.02 0.08 0.06 0.09 N.A. 0.89 1.17 1.41

V m/s 0.35 0.35 0.35 0.35 N.A. 0.27 0.24 0.22

ESTACIÓN

UNDPARÁMETROAÑO

Q

Q

Q

Q

2006-2007

2008

2009

2009-2010

41

Tabla 14. Registro de parámetros hidráulicos y de calidad del agua en las estaciones del río Fucha (2006 – 2015) (Continuación)

Fuente. Los Autores



Visión

ColombiaZona Franca

Fucha

Alameda

ABS K0+000 K0+000 K4+431 K10+206 K12+304 K14+435 K14+994 K16+918 K17+933

DBO5 mg/l 1 26 88 80 122 206 175 134

OD mg/l 8 7.3 0.87 0.88 0.1 0.1 0.1 0.1

l/s 411 680 832 1124 1448 7186 7700 9070

m3/S 0.41 0.68 0.83 1.12 1.45 7.19 7.70 9.07

A m2 1.17 1.93 2.35 3.17 4.09 34.10 39.20 55.78

H m 0.04 0.07 0.09 0.12 0.16 1.55 1.74 2.34

V m/s 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.21 0.20 0.16

DBO5 mg/l 2 4.5 80 85 100 180 201 220

OD mg/l 7.5 7.4 1.5 0.8 0.4 0.1 0.1 0.08

l/s 450 880 900 1500 2000 4950 7500 6000

m3/S 0.45 0.88 0.9 1.5 2 4.95 7.5 6

A m2 1.28 2.49 2.54 4.24 5.71 17.69 37.15 24.34

H m 0.04 0.09 0.10 0.17 0.24 0.85 1.67 1.15

V m/s 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.28 0.20 0.25

DBO5 mg/l 1.1 170 110 205 195 350 300 300

OD mg/l 7.9 4.5 0.5 0.25 0.75 0.1 0.05 0.01

l/s 480 800.9 555.1 2348.0 2740.2 12042.2 11359.6 9473.2

m3/S 0.48 0.80 0.56 2.35 2.74 12.04 11.36 9.47

A m2 1.37 0.54 1.60 2.81 3.88 22.45 31.06 55.50

H m 0.24 0.08 0.06 0.30 0.36 4.01 3.57 2.53

V m/s 0.35 1.49 0.35 0.84 0.71 0.54 0.37 0.17

T °C 14 17 19 19 17 17 17 17

ESTACIÓN

UNDPARÁMETROAÑO

Q

Q

Q

2011-2012

2010-2011

2014-2015

42

Tabla 15. Parámetros hidráulicos y de calidad del agua promedio en las estaciones del río Fucha

Fuente. Los Autores De acuerdo a los valores promedio obtenidos del anterior análisis e incluidos en la tabla 15 se elaboran los perfiles de OD y DBO5 medido. Figura 8. Perfil de OD medido del río Fucha

Fuente. Los Autores



Visión

ColombiaZona Franca

Fucha

Alameda

DBO5 mg/l 2.16 51.04 91.12 114.13 139.00 245.29 239.21 249.00

OD mg/l 7.53 5.93 1.19 0.86 0.42 0.07 0.04 0.03

l/s 373.44 657.76 974.44 1496.80 2062.72 6902.15 7540.60 7874.97

m3/S 0.37 0.66 0.97 1.50 2.06 6.90 7.54 7.87

A m2 1.04 1.59 2.75 3.67 4.56 25.05 31.53 42.01

H m 0.06 0.07 0.11 0.18 0.26 1.58 1.76 1.86

V m/s 0.36 0.52 0.35 0.42 0.47 0.28 0.24 0.20

T °C 12.75 15.8 17.85 17.95 17 17.7 17.3 17.3

ABS K0+000 K00+000 K04+431 K10+206 K12+304 K14+435 K14+994 K16+918 K17+933

COTA m.s.n.m. 2912 2597 2555 2550 2547 2545 2542 2541

Q

PARÁMETRO UND

ESTACIÓN

43

Figura 9. Perfil de DBO5 medido del río Fucha

Fuente. Los Autores El cálculo de la constante K1 se realiza de acuerdo a lo estipulado en el numeral 5.3 del presente documento, para el cálculo de la constante K2 es necesario determinar porque método se trabaja de acuerdo a los parámetros de velocidad y profundidad indicados en la tabla 7. Tabla 16. Selección de método matemático para la determinación del coeficiente K2

Fuente. Los Autores Tabla 17. Coeficientes K1 y K2 de las estaciones por métodos matemáticos

Fuente. Los Autores



Visión

ColombiaZona Franca

Fucha

Alameda

V m/s 0.36 0.52 0.35 0.42 0.47 0.28 0.24 0.20

H m 0.06 0.07 0.11 0.18 0.26 1.58 1.76 1.86

OWENS Y

GIBBS

OWENS Y

GIBBS

OWENS Y

GIBBS

OWENS Y

GIBBS

OWENS Y

GIBBS

OĆONNOR Y

DOBBINS

OĆONNOR Y

DOBBINS

OĆONNOR Y

DOBBINS

PARÁMETRO UND

ESTACIÓN

MÉTODO

ESTACIÓN K1 (1/d) K2 (1/d)

El Delirio 0.00 427.17

Carrera 7a 31.96 460.46

Av. Ferrocarril 6.36 152.24

Av. Américas 10.48 70.67

Av. Boyacá 9.39 39.54

Visión Colombia 103.69 1.06

Zona Franca 0.75 0.83

Fucha Alameda 1.56 0.69

44

7.6 APLICACIÓN DEL MODELO DE STREETER Y PHELPS Para la implementación del modelo de Streeter y Phelps el río Fucha se divide en siete tramos delimitados por las ocho estaciones de monitoreo. De igual manera se utilizan los parámetros de las estaciones registrados en la tabla 15 junto con los coeficientes calculados de la tabla 17. Tabla 18. Datos iniciales Tramo 1

Fuente. Los Autores El cálculo de las condiciones iniciales para el tramo 1 se hace por las ecuaciones de balance de masa (ODo y Lo) relacionando el DBO, OD y la temperatura de cada estación. Además para cada tramo se emplea las correcciones correspondientes del ODo y las constantes K1 y K2.

Q m3/S 0.37

DBO5 mg/l 2.16

OD mg/l 7.53

T °C 12.75

K1 1/d 31.96

K2 1/d 427.17

Q m3/S 0.66

DBO5 mg/l 51.04

OD mg/l 5.93

T °C 15.8

K1 1/d 31.96

K2 1/d 460.46

DBOo mg/l

ODo mg/l

To °C

mg/l 6.85

mg/l 0.34

1/d 25.05256299

1/d 406.0293291

Carrera 7a

El Delirio

CURVA SAG

DATOS PARA EL CALCULO TRAMO 1

Do

CORRECCIÓN CONSTANTE DE REAIREACIÓN K2

K2

CORRECCIÓN CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN K1

K1

CORRECCIÓN DEL ODo

OXIGENO DE SATURACIÓN

CALCULO DE LAS CONDICIONES INICIALES TRAMO 1

33.33

6.51

14.70

45

Tabla 19. Resultados de OD y DBO para el Tramo 1

Fuente. Los Autores En la tabla de resultados las condiciones de OD y DBO dependen de la abscisa recorrida, y así es para cada uno de los tramos a desarrollar. Tabla 20. Datos iniciales Tramo 2

Fuente. Los Autores

Abscisa(m) t(d) D(mg/L) OD(mg/L) DBO(mg/L)

K00+000 0,00 0,34 6,51 33,33

K00+500 0,01 0,66 6,19 33,20

K01+000 0,03 0,48 6,38 33,07

K02+000 0,05 0,25 6,61 32,81

K02+215 0,06 0,21 6,64 32,76

K03+000 0,08 0,13 6,73 32,55

K04+000 0,11 0,07 6,79 32,30

K04+431 0,12 0,05 6,80 32,19

Q m3/S 0.66

DBO5 mg/l 51.04

OD mg/l 5.93

T °C 15.80

K1 1/d 31.96

7t 1/d 460.46

Q m3/S 0.97

DBO5 mg/l 91.12

OD mg/l 1.19

T °C 17.85

K1 1/d 6.36

K2 1/d 152.24

DBOo mg/l

ODo mg/l

To °C

mg/l 6.86

mg/l 3.76

1/d 5.549016134

1/d 141.8637049

Av. Ferrocarril

Carrera 7a

CURVA SAG



74.96

3.10


K2

17.02

CORRECCIÓN DEL ODo


Do


K1

46


Fuente. Los Autores Tabla 22. Datos iniciales Tramo 3

Fuente. Los Autores


K04+431 0,00 3,76 3,10 74,96

K05+000 0,02 0,90 5,96 74,63

K06+000 0,04 0,46 6,39 74,04

K07+000 0,07 0,39 6,46 73,45

K07+500 0,08 0,36 6,49 73,16

K08+000 0,09 0,34 6,52 72,87

K09+000 0,12 0,29 6,56 72,29

K10+206 0,15 0,24 6,61 71,60

Q m3/S 0.97

DBO5 mg/l 91.12

OD mg/l 1.19

T °C 17.85

K1 1/d 6.36

K2 1/d 152.24

Q m3/S 1.50

DBO5 mg/l 114.13

OD mg/l 0.86

T °C 17.95

K1 1/d 10.48

K2 1/d 70.67

DBOo mg/l

ODo mg/l

To °C

mg/l 6.85

mg/l 5.86

1/d 9.51889525

1/d 67.2535016


K2

CORRECCIÓN DEL ODo


Do


K1

Av. Américas


105.06

0.99

17.91

CURVA SAG


Av. Ferrocarril

47


Fuente. Los Autores

Tabla 24. Datos iniciales Tramo 4

Fuente. Los Autores


K10+206 0,00 5,86 0,99 105,06

K10+400 0,01 4,59 2,25 104,87

K10+900 0,02 2,78 4,06 104,41

K11+300 0,03 2,09 4,76 104,04

K11+600 0,04 1,77 5,07 103,76

K11+900 0,05 1,55 5,30 103,48

K12+100 0,06 1,43 5,42 103,29

K12+304 0,06 1,33 5,52 103,11

Q m3/S 1.50

DBO5 mg/l 114.13

OD mg/l 0.86

T °C 17.95

K1 1/d 10.48

K2 1/d 70.67

Q m3/S 2.06

DBO5 mg/l 139.00

OD mg/l 0.42

T °C 17

K1 1/d 9.39

K2 1/d 39.54

DBOo mg/l

ODo mg/l

To °C

mg/l 6.99

mg/l 6.39

1/d 8.331217991

1/d 37.17840606

CURVA SAG


Av. Américas

Av. Boyacá


128.54

0.60

17.40

CORRECCIÓN DEL ODo

OXIGENO DE

Do


K1


K2

48


Fuente. Los Autores . Tabla 26. Datos iniciales Tramo 5

Fuente. Los Autores


K12+304 0,00 6,39 0,60 128,54

K12+500 0,01 5,82 1,17 128,35

K12+800 0,01 5,09 1,90 128,05

K13+200 0,02 4,32 2,67 127,65

K13+500 0,03 3,87 3,12 127,35

K13+800 0,04 3,48 3,50 127,06

K14+100 0,05 3,16 3,83 126,76

K14+435 0,06 2,86 4,13 126,43

Q m3/S 2.06

DBO5 mg/l 139.00

OD mg/l 0.42

T °C 17.00

K1 1/d 9.39

K2 1/d 39.54

Q m3/S 6.90

DBO5 mg/l 245.29

OD mg/l 0.07

T °C 17.7

K1 1/d 103.69

K2 1/d 1.06

DBOo mg/l

ODo mg/l

To °C

mg/l 6.89

mg/l 6.74

1/d 92.60564758

1/d 0.99610366

Do


K1


K2

220.83

0.15

17.54

CORRECCIÓN DEL ODo

OXIGENO DE

CURVA SAG


Av. Boyacá

Visión

Colombia


49


Fuente. Los Autores

Tabla 28. Datos iniciales Tramo 6

Fuente. Los Autores


K14+435 0,00 6,74 0,15 220,83

K14+500 0,00 9,08 -2,20 220,70

K14+600 0,01 11,93 -5,04 220,50

K14+700 0,01 14,05 -7,16 220,29

K14+800 0,01 15,64 -8,75 220,09

K14+850 0,01 16,27 -9,38 219,99

K14+900 0,01 16,81 -9,93 219,89

K14+994 0,02 17,64 -10,75 219,70

Q m3/S 6.90

DBO mg/l 245.29

OD mg/l 0.07

T °C 17.70

K1 1/d 103.69

K2 1/d 1.06

Q m3/S 7.54

DBO mg/l 239.21

OD mg/l 0.04

T °C 17.3

K1 1/d 0.75

K2 1/d 0.83

DBOo mg/l

ODo mg/l

To °C

mg/l 6.95

mg/l 6.90

1/d 0.668392743

1/d 0.782613154

CURVA SAG


Visión

Colombia

Zona Franca


242.12

0.05

17.49

CORRECCIÓN DEL ODo

OXIGENO DE

Do


K1


K2

50


Fuente. Los Autores Tabla 30. Datos iniciales Tramo 7

Fuente. Los Autores


K14+994 0,00 6,90 0,05 242,12

K15+200 0,01 6,93 0,01 241,46

K15+500 0,02 6,98 -0,04 240,51

K15+800 0,04 7,03 -0,08 239,56

K16+100 0,05 7,08 -0,13 238,61

K16+400 0,06 7,12 -0,18 237,67

K16+700 0,07 7,17 -0,22 236,73

K16+918 0,08 7,20 -0,25 236,05

Q m3/S 7.54

DBO mg/l 239.21

OD mg/l 0.04

T °C 17.30

K1 1/d 0.75

K2 1/d 0.83

Q m3/S 7.87

DBO mg/l 249.00

OD mg/l 0.03

T °C 17.3

K1 1/d 1.56

K2 1/d 0.69

DBOo mg/l

ODo mg/l

To °C

mg/l 6.95

mg/l 6.92

1/d 1.37623591

1/d 0.646427607

CURVA SAG


Zona Franca

Fucha

Alameda


244.21

0.03

17.30

CORRECCIÓN DEL ODo

OXIGENO DE

Do


K1


K2

51


Fuente. Los Autores

7.7 CALIBRACIÓN DEL PROGRAMA QUAL2K La implementación de este modelo, para la calidad del agua, requiere datos adicionales a los anteriormente calculados como la posición geográfica de las estaciones seleccionadas (véase la tabla 8), además se hace un esquema donde se indican los parámetros de cada estación teniendo como base los puntos de monitoreo inicial y final (véase la figura 3).


K16+918 0,00 6,92 0,03 244,21

K17+000 0,00 6,98 -0,03 243,90

K17+150 0,01 7,10 -0,15 243,32

K17+300 0,02 7,21 -0,26 242,74

K17+450 0,03 7,32 -0,37 242,16

K17+600 0,04 7,43 -0,48 241,59

K17+750 0,04 7,53 -0,58 241,02

K17+933 0,05 7,66 -0,71 240,32

52

Figura 10. Esquema para los datos del QUAL2K

Fuente. Los Autores

Q = 0.3734 m³/s

DBO = 2.16 mg/L

OD = 7.53 mg/L

T= 12.75 C°

Q = 0.66 m³/s

DBO = 51.04 mg/L V= 0.44 m/s

OD = 5.93 mg/L

T= 15.80 C°

Q = 0.97 m³/s

V= 0.44 m/s DBO = 91.12 mg/L

OD = 1.19 mg/L

T= 17.85 C°

Q = 1.50 m³/s

DBO = 114.13 mg/L V= 0.39 m/s

OD = 0.86 mg/L

T= 17.95 C°

Q = 2.06 m³/s

V= 0.45 m/s DBO = 139.00 mg/L

OD = 0.42 mg/L

T= 17.00 C°

Q = 6.90 m³/s

DBO = 245.29 mg/L V= 0.38 m/s

OD = 0.07 mg/L

T= 17.70 C°

Q = 7.54 m³/s

V= 0.26 m/s DBO = 239.21 mg/L

OD = 0.04 mg/L

T= 17.30 C°

Q = 7.87 m³/s

DBO = 249.00 mg/L

OD = 0.03 mg/L

T= 17.30 C°

V= 0.22 m/s

Tramo 2

Tramo 3

Long 2098 m

Tramo 4

Long 2131 m

Long 1924 m

ESTACIÓN ALAMEDA K17+993

Tramo 5

Tramo 7

Long 1015 m

ESTACIÓN VISIÓN COLOMBIA K14+994

ESTACIÓN AV BOYACA K14+435

Long 559 m

Tramo 6

RIO FUCHA ESTACIÓN EL DELIRIO

ESTACIÓN CR 7 K4+431

ESTACIÓN AV FERROCARRIL K10+206

ESTACIÓN AV AMERICAS K12+304

ESTACIÓN ZONA FRANCA K16+918

Tramo 1

Long 4431 m

Long 5775 m

53

El proceso de calibración hidráulica se ajusta con los datos promedio de las estaciones del río Fucha reportados en las tablas 13 y 14, generando las curvas características de velocidad y profundidad en función del caudal. Esta información permite al programa reconocer de una manera adecuada la sección transversal de cada estación. Figura 11. Curva característica Caudal vs Velocidad estación El Delirio

Fuente. Los Autores Figura 12. Curva característica Caudal vs Profundidad estación El delirio

Fuente. Los Autores

54

Figura 13. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Carrera 7ª

Fuente. Los Autores

Figura 14. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Carrera 7ª

Fuente. Los Autores Figura 15. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Ferrocarril

Fuente. Los Autores

55

Figura 16. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Ferrocarril

Fuente. Los Autores

Figura 17. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Américas

Fuente. Los Autores

Figura 18. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Américas

Fuente. Los Autores

56

Figura 19. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Boyacá

Fuente. Los Autores

Figura 20. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Boyacá

Fuente. Los Autores

Figura 21. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Visión Colombia

Fuente. Los Autores

57

Figura 22. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Visión Colombia

Fuente. Los Autores Figura 23. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Zona Franca

Fuente. Los Autores

Figura 24. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Zona Franca

Fuente. Los Autores

58

Figura 25. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Fucha Alameda

Fuente. Los Autores

Figura 26. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Fucha Alameda

Fuente. Los Autores

59

Figura 27. Datos de entrada para la estación inicial El Delirio

Fuente. Los Autores Figura 28. Datos de entrada para la estación final Fucha Alameda

Fuente. Los Autores

60

Figura 29. Datos demás estaciones consideradas para la calibración del modelo

Fuente. Los Autores Para el ingreso de los valores por estación de OD, DBO, caudal y temperatura se tiene en cuenta que el programa analiza en orden inverso, es decir que los datos se ingresan comenzando por la estacion final (Fucha Alameda) y terminando con la estación inicial (El Delirio). Figura 30. Datos de entrada de caudal para la calibración del modelo

Fuente. Los Autores

61

Figura 31. Datos de entrada de temperatura para la calibración del modelo

Fuente. Los Autores

Figura 32. Datos de entrada de OD y DBO para la calibración del modelo

Fuente. Los Autores

62

8 RESULTADOS Los resultados del modelo de Streeter y Phelps se resumen en la tabla 32, a partir de dichos resultados se obtienen las curvas de comportamiento de OD y DBO5 durante el recorrido propuesto por el análisis en el rio Fucha (véase las Figuras 32 y 33). Tabla 32. Resumen resultados para el perfil de OD y DBO5 del rio Fucha

Fuente. Los Autores


K00+000 0.00 0.34 6.51 33.33

K00+500 0.01 0.66 6.19 33.20

K01+000 0.03 0.48 6.38 33.07

K02+000 0.05 0.25 6.61 32.81

K02+215 0.06 0.21 6.64 32.76

K03+000 0.08 0.13 6.73 32.55

K04+000 0.11 0.07 6.79 32.30

K04+431 0.12 0.05 6.80 32.19

K04+431 0.00 3.76 3.10 74.96

K05+000 0.02 0.90 5.96 74.63

K06+000 0.04 0.46 6.39 74.04

K07+000 0.07 0.39 6.46 73.45

K07+500 0.08 0.36 6.49 73.16

K08+000 0.09 0.34 6.52 72.87

K09+000 0.12 0.29 6.56 72.29

K10+206 0.15 0.24 6.61 71.60

K10+206 0.00 5.86 0.99 105.06

K10+400 0.01 4.59 2.25 104.87

K10+900 0.02 2.78 4.06 104.41

K11+300 0.03 2.09 4.76 104.04

K11+600 0.04 1.77 5.07 103.76

K11+900 0.05 1.55 5.30 103.48

K12+100 0.06 1.43 5.42 103.29

K12+304 0.06 1.33 5.52 103.11

K12+304 0.00 6.39 0.60 128.54

K12+500 0.01 5.82 1.17 128.35

K12+800 0.01 5.09 1.90 128.05

K13+200 0.02 4.32 2.67 127.65

K13+500 0.03 3.87 3.12 127.35

K13+800 0.04 3.48 3.50 127.06

K14+100 0.05 3.16 3.83 126.76

K14+435 0.06 2.86 4.13 126.43

K14+435 0.00 6.74 0.15 220.83

K14+500 0.00 9.08 -2.20 220.70

K14+600 0.01 11.93 -5.04 220.50

K14+700 0.01 14.05 -7.16 220.29

K14+800 0.01 15.64 -8.75 220.09

K14+850 0.01 16.27 -9.38 219.99

K14+900 0.01 16.81 -9.93 219.89

K14+994 0.02 17.64 -10.75 219.70

K14+994 0.00 6.90 0.05 242.12

K15+200 0.01 6.93 0.01 241.46

K15+500 0.02 6.98 -0.04 240.51

K15+800 0.04 7.03 -0.08 239.56

K16+100 0.05 7.08 -0.13 238.61

K16+400 0.06 7.12 -0.18 237.67

K16+700 0.07 7.17 -0.22 236.73

K16+918 0.08 7.20 -0.25 236.05

K16+918 0.00 6.92 0.03 244.21

K17+000 0.00 6.98 -0.03 243.90

K17+150 0.01 7.10 -0.15 243.32

K17+300 0.02 7.21 -0.26 242.74

K17+450 0.03 7.32 -0.37 242.16

K17+600 0.04 7.43 -0.48 241.59

K17+750 0.04 7.53 -0.58 241.02

K17+933 0.05 7.66 -0.71 240.32

TRAMO

1

2

3

4

5

6

7

RESUMEN DATOS GRÁFICA SAG

63

Figura 33. Perfil de OD calculado del río Fucha

Fuente. Los Autores Figura 34. Perfil de DBO5 calculado del río Fucha

Fuente. Los Autores Los resultados obtenidos por el programa QUAL2K dependen de la calibración realizada para la determinación de las constantes de desoxigenación (K1) y reaireación (K2) ya que estas deben tener relación con los perfiles obtenidos de OD y el DBO5 medido en las estaciones del rio Fucha.

64

Figura 35. Constantes K1 y K2 del río Fucha calibradas con el modelo QUAL2K

Fuente. Los Autores Figura 36. Curva de OD calibrada del rio Fucha con el modelo QUAL2K

Fuente. Los Autores

65

Figura 37. Curva de DBO5 calibrada del rio Fucha con el modelo QUAL2K

Fuente. Los Autores

66

9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo a los perfiles de OD y DBO5 medidos se refleja que sólo en el tramo 1 del río Fucha el agua se encuentra en condiciones óptimas y saludables, de igual manera se hace evidente que a partir de la carrera 7ª el oxígeno disuelto disminuye de manera notoria hasta alcanzar niveles negativos en su cuenca baja. Esto se debe a las conexiones de vertimientos con gran carga contaminante que se hacen a su cauce principal a partir de este punto y en el transcurso de todo su recorrido.

Los coeficientes K1 y K2 obtenidos por los métodos matemáticos en la primera etapa de la metodología reportan valores altos, especialmente para la constante de oxigenación en las primeras estaciones. Lo anterior se debe a que en este primer tramo, correspondiente a la cuenca alta del río Fucha, las láminas de agua son mínimas y la corriente conserva una buena oxigenación.

El comportamiento del oxígeno disuelto en el rio Fucha representado por el perfil de OD calculado, hace notable las transiciones en la curva que resaltan los diversos fenómenos que se presentan en una corriente de agua: degradación, zona activa de descomposición y zona de recuperación, de igual manera se evidencia que aguas abajo el comportamiento de OD está en niveles críticos.

En el perfil de DBO5 calculado del rio Fucha se identifica un aumento considerable de contaminación, al paso de cada estación, por los vertimientos de aguas residuales, lo cual genera que la zona de recuperación sea muy pequeña para la cantidad de DBO5 suministrada a la corriente del rio.

En la gráfica OD y DBO5 derivadas del programa QUAL2K, se muestran las condiciones de estado del rio Fucha y el nivel de saturación de oxígeno que debería tener el afluente para estar en condiciones ideales.

Los valores de las constantes K1 y K2 resultantes de la calibración por el modelo QUAL2K, son acordes a las curvas de OD y DBO5 a partir de datos medidos y coherentes con lo que dictaminan los parámetros científicos respecto al tema.

Para la recuperación del río Fucha se hace necesario que las entidades encargadas realicen el debido seguimiento y control de los afluentes que entregan sus aguas al cuerpo hídrico de tal manera que se cumplan los objetivos de calidad para los años 2015 a 2020 de acuerdo a lo estipulado en la resolución 3162 del 30 de diciembre de 2015 emitida por Secretaria Distrital de Ambiente.

Teniendo en cuenta que para la calibración realizada se tomaron datos puntuales, reportados durante los últimos años en las estaciones de monitoreo seleccionadas, se recomienda realizar para futuras modelaciones, toma de

67

muestras periódicas mediante un programa permanente de monitoreo de OD y DBO en el río Fucha, para los tramos analizados. Lo anterior en compañía de entidades públicas y/o privadas debido a los altos costos que tienen este tipo de campañas.

Se recomienda para posteriores trabajos de grado relacionados con el tema tomar un mayor número de datos en campo, analizando otras variables de calidad del agua como: demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos totales (SST), coliformes fecales, grasas y aceites; de igual manera también se recomienda determinar los coeficientes K1 y K2 por la metodología empleada en la presente investigación para los demás ríos que conforman el sistema hídrico de la ciudad de Bogotá: Torca, Salitre y Tunjuelo.

68

BIBLIOGRAFÍA ALCALDÍA MAYOR DE BOGOTÁ. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ. Calidad del Sistema Hídrico de Bogotá. 1a ed. Bogotá: Pontificia Universidad Javeriana, 2008. 361 p. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Estado de Calidad de los Ríos Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo: Índice de Calidad Hídrica – WQI 2014 - 2015. Informe Técnico N° 01608. Bogotá: SDA, 2015. 78 p. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Descripción y Contexto de la Cuencas Hídricas del Distrito Capital (Torca, salitre, Fucha y Tunjuelo). Informe Técnico N° 01575. Bogotá: SDA, 2015. 36 p. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Línea base-Usuarios, Cargas y Legalidad: Proceso de establecimiento de Meta Global de Carga Contaminante Quinquenio 2016-2020. Informe Técnico N° 01606. Bogotá: SDA, 2015. 51 p. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Marco Jurídico – Normatividad Ambiental. {En línea}. {19 marzo de 2016}. Disponible en: (http://ambientebogota.gov.co/web/escombros/marco-juridico). COLOMBIA. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Resolución 3162. (30, diciembre, 2015). Por el cual se establecen los objetivos de calidad para el año 2020 y la meta global de carga contaminante de los cuerpos de agua del perímetro urbano de Bogotá D.C., y las metas individuales de la carga contaminante 2016 – 2020, y se adoptan otras determinaciones. Bogotá: La Secretaria, 2015. 26 p. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Plan Quinquenal 2016 – 2020. {En línea}. {19 marzo de 2016]. Disponible en: (http://www.ambientebogota.gov.co/web/sda/plan-quinquenal-2016-2020) SIERRA RAMÍREZ, Carlos Alberto. Calidad del agua Evaluación y diagnóstico. 1a ed. Medellín: Universidad de Medellín. Ediciones de la U, 2011. 457 p. INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. DEPARTAMENTO TÉCNICO ADMINISTRATIVO DEL MEDIO AMBIENTE. VI Fase de Seguimiento de Efluentes Industriales y Corrientes Superficiales de Bogotá D.C. 1a ed. Bogotá: IDEAM. DAMA, 2006. 91 p. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Programa de monitoreo de afluentes y efluentes en Bogotá Fase XI. 1a ed. Bogotá: SDA, 2014. 199 p.

69

CARDONA ALMEIDA, César Antonio. Desarrollo de un Modelo espacio-temporal de la hidrodinámica y la temperatura de un cauce fluvial: Caso de estudio río Fucha. Bogotá, 2009, 146 p. Trabajo de Investigación (magíster en hidrosistemas). Pontificia Universidad Javeriana. Facultad de Ingeniería. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Calidad del Recurso Hídrico de Bogotá (2008 – 2009). 1a ed. Bogotá: Ediciones Uniandes, 2010. 266 p. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Calidad del Recurso Hídrico de Bogotá (2009 – 2010). 1a ed. Bogotá: Ediciones Uniandes, 2011. 226 p. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Calidad del Recurso Hídrico de Bogotá (2010 – 2011). 1a ed. Bogotá: Ediciones Uniandes, 2012. 210 p. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Calidad del Recurso Hídrico de Bogotá (2011 – 2012). 1a ed. Bogotá: Ediciones Uniandes, 2012. 272 p. DOMÍNGUEZ CATASÚS, Judith; BORROTO PORTELAS, Jorge; HERNÁNDEZ GARCÉS, Anel. Calibración de modelos matemáticos de calidad de agua para valorar el impacto de estrategias de saneamiento del río "Almendares". Revista CENIC. Ciencias Químicas. La Habana. 2005, vol. 36, no. 2. p. 98-105. JIMÉNEZ J., Mario Alberto; VÉLEZ O., María Victoria. Análisis comparativo de Indicadores de la Calidad de Agua Superficial. Avances en Recursos Hidráulicos. Medellín. Octubre, 2006, no. 14. p. 53-69. VERA PUERTO, Ismael Leonardo; LARA BORRERO, Jaime Andrés. Discusión de operadores involucrados en un proceso de calibración mediante algoritmos genéticos para un modelo de calidad del agua de corrientes superficiales trabajando con la herramienta Qual2Kw. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia. Medellín. Diciembre, 2009, no. 50. p. 77-86. FORMICA, Stella Maris; SACCHI, Gabriela Andrea; CAMPODONICO, Verena Agustina; PASQUINI, Andrea Inés; CIOCCALE, Marcela Alejandra. Modelado de calidad de agua en ríos de montaña con impacto antrópico. Caso de estudio: Sierra Chica de Córdoba, Argentina. Revista Internacional de Contaminación Ambiental. Ciudad de México. 2015, vol. 31, no. 4. p. 327-341.

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ANEXOS

Anexo A.

CARTERA TRABAJO DE CAMPO EN EL RÍO FUCHA

72

Anexo B.

REGISTRO FOTOGRÁFICO TRABAJO DE CAMPO EN EL RÍO FUCHA

73

Fotografía 1. Cuenca Alta río Fucha. Estación carrera 7a

Fuente. Los Autores

Fotografía 2. Toma de datos estación carrera 7ª del río Fucha

Fuente. Los Autores

Fotografía 3. Toma de datos estación Av. Américas del río Fucha

Fuente. Los Autores

Fotografía 4. Cuenca Media río Fucha. Estación Av. Boyacá

Fuente. Los Autores

Fotografía 5. Toma de datos estación Av. Boyacá del río Fucha

Fuente. Los Autores

Fotografía 6. Cuenca baja rio Fucha hacia desembocadura en el río Bogotá. Estación Fucha Alameda

Fuente. Los Autores

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