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ESTUDIO DE LA VARIACIÓN DE NIVELES DE LA LAGUNA DE FÚQUENE Y SU RELACIÓN CON LA PRECIPITACIÓN. SERGIO ANDRÉS ROMERO CLAVIJO DAYANNA ASBEL RODRÍGUEZ GONZÁLEZ UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C 2018

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ESTUDIO DE LA VARIACIÓN DE NIVELES DE LA LAGUNA DE FÚQUENE Y SU RELACIÓN CON LA PRECIPITACIÓN.

SERGIO ANDRÉS ROMERO CLAVIJO

DAYANNA ASBEL RODRÍGUEZ GONZÁLEZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C

2018

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ESTUDIO DE LA VARIACIÓN DE NIVELES DE LA LAGUNA DE FÚQUENE Y SU RELACIÓN CON LA PRECIPITACIÓN.

SERGIO ANDRÉS ROMERO CLAVIJO

DAYANNA ASBEL RODRÍGUEZ GONZÁLEZ

Proyecto de grado para aspirar al título de Ingenieros Civiles.

Director: Eduardo Zamudio

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C

2018

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Nota de aceptación

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Firma del jurado

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Firma del jurado

Bogotá. Junio de 2018

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DEDICATORIA

A Dios, mi estandarte, mi bandera, porque ví su poderosa mano sosteniéndome en

los momentos de dificultad, y su brazo de amor extendido en los momentos de

felicidad… A Él, Mi Señor.

A mis papás y mi hermano, por su amor y apoyo incondicional, su esfuerzo por

brindarme lo mejor y su paciencia para educarme con amor, con el temor de Dios,

base fundamental para alcanzar mis metas. Mis logros, son sus logros.

A Diego Q. Como pasar por alto su constante apoyo, dándome palabras de aliento

cuando las cosas parecían ir mal, y celebrando mis alegrías como si fueran suyas.

A mi compañero de tesis, Sergio, porque a pesar de las adversidades, siempre

tuvimos la esperanza de alcanzarlo, y aquí estamos.

A todos los que directa o indirectamente hicieron parte del desarrollo de este proyecto.

Por nada estéis afanosos, sino sean conocidas vuestras peticiones delante de Dios en toda oración y ruego, con acción de gracias. Y la paz de Dios, que

sobrepasa todo entendimiento, guardará vuestros corazones y vuestros pensamientos en Cristo Jesús.

Filipenses 4:6-7

-Dayanna Asbel Rodríguez González

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DEDICATORIA

A mi familia, por su compañía incansable. A mi madre por su dedicación, esfuerzo,

apoyo y amor infinito, por su paciencia y por sus lágrimas tanto de alegría como de

tristeza, porque sin ella esto no habría sido posible, y espero poder devolverle todo

aquello que ha hecho por mí. A mis hermanas por compartir conmigo en todo

momento, por sacar siempre una sonrisa en los momentos más necesarios. Por el

futuro que nos merecemos juntos.

A mis amigos de toda la vida, Cindy y Andrés. Esas personas con las que siempre

puedo contar con su apoyo, para reír, para ver la vida de la mejor forma posible y

disfrutar siempre de las pequeñas cosas. Por todos los años que hemos estado

juntos y por los que han de venir.

A mis amigos y compañeros de la Universidad. Con quienes siempre reímos a pesar

de las adversidades y las noches de desvelo. Quienes admiro y espero acompañar

por mucho tiempo.

A Dayanna, mi compañera de proyecto, quien me acompañó en todo momento de

mi carrera. A quien agradezco por el apoyo durante todo nuestro proceso

académico, profesional y personal.

“Ha pasado mucho tiempo desde la última vez que sostuve este diario entre mis

manos. Miro atrás y sé que han pasado muchos años, pero aún intento mantener la

promesa que hice. Aún al día de hoy, cumplo una promesa que me impulsa a hacerlo.”

– Sergi Llauger

-Sergio Andrés Romero Clavijo

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AGRADECIMIENTOS

El primer y más grande agradecimiento, A Dios, el creador de la vida, por ser fuente

de sabiduría e inspiración para la realización de este proyecto.

A nuestras familias, por su apoyo moral y económico durante nuestra preparación

como futuros profesionales y su dedicación para el desarrollo de este logro.

Al Ing. Eduardo Zamudio, por su guía y dedicación en el desarrollo del proyecto.

Gracias por hacerlo suyo, y mostrarnos siempre las mejores opciones para llegar a

alcanzar la excelencia.

A los funcionarios de la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca. Por su

colaboración con la información requerida para el desarrollo de este proyecto.

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CONTENIDO

GLOSARIO ............................................................................................................ 11

RESUMEN ............................................................................................................ 14

ABSTRACT ........................................................................................................... 15

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

1. PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................... 18

2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................ 19

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

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

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

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

5. LAGUNA DE FUQUENE ................................................................................ 22

5.1 Cuenca de la Laguna de Fúquene ............................................................... 22

6. ESTACIONES HIDROLÓGICAS .................................................................... 26

7. MÉTODOS ESTADÍSTICOS DE PROYECCIÓN ........................................... 30

7.1 Distribución Normal...................................................................................... 30

7.2 Distribución Lognormal ................................................................................ 32

7.3 Distribución Pearson III ................................................................................ 32

7.4 Distribución de Gumbel ................................................................................ 33

7.5 Prueba Kolmogorov-Smirnov ....................................................................... 34

8. ANÁLISIS DE DATOS Y PROCESO DE APLICACIÓN DEL MÉTODO

ESTADÍSTICO ...................................................................................................... 35

8.1 Obtención de datos ...................................................................................... 35

8.2 Orden y análisis de datos ............................................................................ 35

8.2.1 Días de lluvia consecutivos máximos .................................................... 36

8.2.2 Precipitaciones máximas acumuladas anuales. .................................... 38

8.3 Proyección de datos .................................................................................... 40

8.3.1 Proyección por método normal ............................................................. 41

8.3.2 Proyección por método Lognormal........................................................ 41

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8.3.3 Proyección por método Pearson III ....................................................... 42

8.3.4 Proyección por método de Gumbell ...................................................... 43

9. RESULTADOS Y SELECCIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD

44

9.1 Resumen de proyecciones .......................................................................... 44

9.2 Selección por prueba de Kolmogorov – Smirnov ......................................... 44

9.3 Relación de Nivel y precipitación ................................................................. 46

10. ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................................................... 47

11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................................... 48

12. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 49

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LISTADO DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Localización de la Laguna de Fúquene y los municipios que

comprenden su cuenca. ........................................................................................ 23

Ilustración 2. Curvas de nivel en la cuenca de la laguna de Fúquene ................... 24

Ilustración 3. Delimitación de la cuenca de la laguna de Fúquene ........................ 25

Ilustración 4. Esquema de una estación meteorológica tipo con los equipos de

medición, comunicación y respaldo ....................................................................... 26

Ilustración 5. Instrumentos utilizados en la medición de variables meteorológicas 27

Ilustración 6. Estaciones en la cuenca de la Laguna de Fúquene ......................... 29

LISTADO DE GRÁFICOS

Gráfica 1. Precipitaciones acumuladas y niveles máximos ................................... 40

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LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Coeficientes morfométricos de la Laguna de Fúquene ........................... 25

Tabla 2. Estaciones cercanas a la laguna de Fúquene ......................................... 27

Tabla 3. Estaciones en la cuenca de la Lagúna de Fúquene ................................ 29

Tabla 4. Variación del nivel y las precipitaciones del 10 al 28 de marzo de 2003 . 36

Tabla 5. Precipitaciones consecutivas en la cuenca (1) ........................................ 37

Tabla 6. Precipitaciones consecutivas en la cuenca (2) ........................................ 38

Tabla 7. Niveles máximos anuales de la laguna ................................................... 39

Tabla 8. Proyección por método normal ................................................................ 41

Tabla 9. Proyección por método lognormal ........................................................... 41

Tabla 10. Proyección por método Pearson III ....................................................... 42

Tabla 11. Proyección por método Gumbell ........................................................... 43

Tabla 12. Resumen de proyección con los diferentes métodos. ........................... 44

Tabla 13. Prueba de Kolmogorov-Smirnov para proyección de precipitaciones ... 45

Tabla 14. Prueba de Kolmogorov-Smirnov para proyección de niveles ................ 45

Tabla 15. Relación entre nivel y precipitación en la laguna de Fúquene ............... 46

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GLOSARIO

Agua: Fase líquida de un compuesto químico formado aproximadamente por dos

partes de hidrógeno y 16 partes de oxígeno, en peso. En la naturaleza contiene

pequeñas cantidades de agua pesada, gases y sólidos (principalmente sales), en

disolución.

Alerta amarilla (Alertas hidrológicas): Se declara cuando la persistencia e intensidad

de las lluvias mantiene una tendencia ascendente del nivel de un río y por ello, es

posible que se den situaciones de riesgo y se produzca el desbordamiento del río

en un tiempo corto (días).

Alerta naranja (Alertas hidrológicas): Se declara cuando la tendencia ascendente

del nivel de un río y la persistencia de las lluvias impliquen situaciones inminentes

de riesgo y de anegamientos o inundaciones que empiecen a afectar zonas

pobladas.

Alerta roja (Alertas hidrológicas): Se declara cuando el nivel del río ha alcanzado o

superado niveles críticos, produciéndose su desbordamiento y la afectación de

zonas pobladas ubicadas por fuera del cauce.

Año hidrológico: Período de doce meses que comprende un ciclo hidrológico

completo, partiendo del mes en que se observan los valores mínimos.

Balance hídrico: Balance de agua basado en el principio de que durante un cierto

intervalo de tiempo el aporte total a una cuenca o masa de agua debe ser igual a la

salida total de agua más la variación neta en el almacenamiento de dicha cuenca o

masa de agua.

Canal: Cauce artificial abierto cuya sección transversal tiene una forma

generalmente constante, claramente diferenciado, que contiene agua en

movimiento, de forma permanente o periódica, o que enlaza dos masas de agua

CAR: Corporación Autónoma Regional.

Clasificación de cuencas: Una cuenca está drenada por un gran número de

corrientes, cuyo tamaño aumenta aguas abajo, desde pequeños hilillos de agua,

quebradas, arroyos, hasta los grandes ríos que desembocan en el mar. Estas

corrientes son la causa de las diferentes orientaciones existentes en la cuenca, de

las clasificaciones y rangos de acuerdo a densidad de drenaje, pendiente, área de

la cuenca entre otros factores.

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Cuenca endorreica: Área en la que el agua no tiene salida fluvial al océano.

Cuenca hidrográfica: Toda el área que tenga una salida común para su escorrentía

superficial.

Escorrentía: Volumen de agua que pasa por una sección de un río o corriente

durante un período de tiempo. El período de tiempo generalmente usado es de un

mes o un año.

Estación hidrométrica: Estación en la cual se obtienen datos del agua, en los ríos,

lagos y embalses, de uno o varios de los elementos siguientes: niveles, flujo de las

corrientes, transporte y depósito de sedimentos y propiedades físicas, químicas y

bacteriológicas del agua.

Estaciones Meteorológicas (Redes): Se entiende como Estación Meteorológica el

sitio donde se hacen observaciones y mediciones puntuales de los diferentes

parámetros meteorológicos usando instrumentos apropiados, con el fin de

establecer el comportamiento atmosférico en las diferentes zonas de un territorio

Hidrograma: Gráfica que muestra la variación del nivel, caudal, velocidad o de otras

características de las corrientes de agua, con respecto al tiempo.

Hidrología: Es el estudio del movimiento, de la distribución, y de la calidad de agua

a través de la tierra.

Hoya: Concavidad u hondura grande formada en la tierra.

IDEAM: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales

Inundación (hidrología): Es un evento natural y recurrente que se produce en las

corrientes de agua. Es el resultado de intensas precipitaciones o de continuas lluvias

que, al sobrepasar la capacidad de retención del suelo y la capacidad de los cauces,

desbordan e anegan llanuras de inundación, representadas en general por aquellos

terrenos aledaños a los cursos de agua. Las inundaciones se pueden dividir, de

acuerdo con el régimen de los cauces.

Lago ó Laguna: Es un depósito natural más o menos considerable de agua dulce o

salada en conexión con el mar o sin ella que no abastece ni es abastecido o

abastece sin ser abastecido o es abastecido sin abastecer y cuya profundidad es

mayor a los 10 m.3.

Macrocuenca o Area Hidrográfica: Es aquella región o territorio natural que agrupa

grandes sistemas de drenajes, donde las aguas fluyen hacia el mar, al océano, a un

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lago ó a un río principal. Las características fisiográficas, morfológicas, climáticas y

ecosistémicas similares hacen que los ríos de Colombia drenen en diferentes

direcciones.

Media aritmética: Suma de un conjunto de valores dividido por su número, o suma

de un conjunto de variables aleatorias dividida por el número de veces que

aparecen.

Nivel crítico o de inundación: El nivel de referencia, o nivel crítico, corresponde a

aquél en el cual se comienza a presentar desbordamientos y anegamientos que

puedan causar inundaciones, en el sitio o áreas aledañas localizadas aguas abajo

o aguas arriba del sitio de referencia. Por lo general las zonas inundables

corresponden a la planicie inundable de la zona baja de las cuencas.

Quebrada: Curso natural de agua normalmente pequeño y poco profundo, por lo

general, de flujo permanente, en cierto modo turbulento y tributario de un río y/o

mar.

Río: Corriente de agua de grandes dimensiones que sirve de canal natural en una

cuenca de drenaje.

Sequía hidrológica: Un periodo de tiempo anormalmente seco, lo bastante

prolongado para dar lugar a una escasez de agua, que se refleja en la disminución,

inferior a lo normal, de los niveles de escorrentía y los lagos, y/o en la poca humedad

del suelo y en el descenso de los niveles de agua subterránea.

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RESUMEN

La laguna de Fúquene es uno de los cuerpos hídricos más importantes del territorio colombiano, está situada entre los departamentos de Cundinamarca y Boyacá, ocupando en la actualidad un área aproximada de 3260 Ha. Debido a la actividad humana y el cambio climático la laguna ha perdido un 80% de su extensión, además la pérdida del bosque nativo en sus alrededores.

Como consecuencia de la pérdida que ha tenido la laguna, se han asentado poblaciones en su área inundable, lo que en temporada de lluvias genera afectaciones es estos predios.

Entidades como la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca y el IDEAM hacen mediciones históricas sobre el comportamiento del nivel de este cuerpo y las precipitaciones que se presentan en esta zona; por lo que se realizó una investigación con base en estos datos para analizar, por métodos estadísticos, las proyecciones a 25, 50 y 100 años, con el fin de analizar la relación porcentual entre estas dos variables.

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ABSTRACT

The lagoon of Fúquene is one of the most important water bodies of the Colombian territory, it is located between the departments of Cundinamarca and Boyacá, currently occupying an area of approximately 3260 Ha. Due to human activity and climate change the lagoon has lost 80% of its extension, besides the loss of the native forest in its surroundings.

As a result of the loss that the lagoon has had, people have been settled in its floodplain, what causes generates affectations in their properties in the rain season.

Entities such as the Autonomous Regional Corporation of Cundinamarca and the IDEAM make historical measurements on the behavior of the level of this body and the precipitations that occur in this area; Therefore, an investigation was carried out based on these data to analyze, by statistical methods, the projections at 25, 50 and 100 years, in order to analyze the percentage relationship between these two variables.

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INTRODUCCIÓN

El estudio hidrológico permite conocer variables de una cuenca o un cuerpo de

agua, entre las cuales están el nivel y el área inundable asociada a las crecientes

máximas. Estos datos son de interés para el desarrollo de obras de captación,

tratamiento de agua, sistemas de abastecimiento de agua potable, entre otros.

Hoy en día los métodos estadísticos nos permiten realizar una proyección cercana

al comportamiento real de los niveles y la precipitación en la zona de evaluación. Al

realizar una investigación sobre los datos históricos de la laguna de Fúquene se

evidenció que existe la posibilidad de realizar dicho estudio hidrológico para así

dejar una base del comportamiento de este tipo de cuerpos hídricos y que sea

utilizado en lagunas que tengan pocos datos conocidos.

ALCANCE

El alcance de esta investigación es realizar la proyección de los niveles y las

precipitaciones de la Laguna de Fúquene, para evidenciar la relación porcentual

entre estas dos variables con el fin de utilizar estos datos en cuerpos hídricos que

tengan información escasa.

FLUJOGRAMA:

A continuación se presenta el flujograma de trabajo seguido para la realización

coherente del proyecto.

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1•ESTUDIO DE LA VARIACIÓN DE NIVELES DE LA LAGUNA DE FÚQUNE Y SU RELACIÓN CON LA PRECIPITACIÓN.

2

•PROBLEMA

•JUSTIFICACIÓN

3•ALCANCE

4•METODOLOGÍA

5•ESTRUCTURACIÓN DEL PROYECTO

6•CONCLUSIONES

7•CORRECCIONES

8•ENTREGA FINAL Y SUSTENTACIÓN

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1. PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

INTERROGANTE

¿Cuál es la relación entre la proyección de niveles en una laguna con las

precipitaciones en una cuenca endorreica de la que se conoce información escasa?

PROBLEMA

La Laguna de Fúquene es uno de los principales cuerpos de agua dulce de

Colombia, situada en los departamentos de Cundinamarca y Boyacá, es alimentada

por el Rio Ubaté, Susa y Fúquene, y da origen al Rio Suarez. Con el paso de los

años este cuerpo hídrico se ha visto afectado en su extensión debido a la

desecación para la creación de tierras para la agricultura y ganadería. Hoy en día,

la Laguna ha perdido aproximadamente un 80% de su extensión original; lo que

conlleva a un problemática latente para los habitantes de las zonas aledañas, tales

como Ubaté, Susa, San Miguel de Sema, Fúquene, Chiquinquirá, Simijaca y

Cucunubá, entre otros, esto debido a las inundaciones que se pueden presentar en

estas zonas, incrementándose el problema en temporada de lluvias.

Debido a estas pérdidas en la extensión de estos cuerpos hídricos es importante

llevar un control sobre los niveles de las mismas, sin embargo, algunas lagunas en

el país no cuentan con estaciones hidrológicas suficientes en las que se midan sus

niveles, por lo que representan un riesgo aún mayor al no contar con datos que

permitan proyectar y realizar otros estudios de interés.

Es por esto que se pretende proyectar por métodos estadísticos los niveles de la

Laguna con base en los datos históricos y las precipitaciones para así tener un

referente del comportamiento de la misma, y con la ayuda de los datos obtenidos

en el análisis, aplicar el estudio en cuerpos hídricos que no cuenten los mismos

datos, siempre y cuando estos cuenten con características similares.

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2. JUSTIFICACIÓN

Al realizar una investigación con respecto a las inundaciones que se han presentado

en los sectores aledaños a la Laguna de Fúquene, se puede evidenciar que algunas

lagunas como Sochagota y Santa Rosa de Viterbo han tenido problemas de

inundación, ocasionados en una gran parte por el desconocimiento de los niveles

que la laguna en su extensión actual puede alcanzar.

Además, lagunas con áreas superficiales menores no cuentan con mecanismos de

recolección de datos óptimos para el análisis y proyección de sus variables. Sin

embargo, la laguna de Fúquene, debido a su gran extensión y su importante aporte

en los cuerpos hídricos colombianos, cuenta con una red tecnológica que controla

todas las variables que influyen en su nivel.

Por ello, se crea la necesidad de realizar una proyección de los datos históricos de

precipitación obtenidos de las estaciones meteorológicas ubicadas en la cuenca de

la Laguna de Fúquene, para así realizar una aproximación de los niveles máximos

que pueda alcanzar en varios periodos de retorno y analizar su relación con la

precipitación, con el fin de usar esta información en lagunas con información escasa.

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3. OBJETIVOS

3.1 GENERAL

Estimar la relación entre la variación de niveles de la laguna de Fúquene y las

precipitaciones de la zona a partir de los datos históricos.

3.2 ESPECÍFICOS

Determinar el área de la cuenca mediante el análisis de curvas de nivel.

Recolectar los datos históricos de las precipitaciones en las estaciones hidrológicas que se encuentran dentro de la cuenca.

Proyectar los datos de niveles máximos y precipitaciones acumuladas para obtener el estimado a un periodo de retorno determinado.

Encontrar relación porcentual entre precipitaciones y niveles máximos.

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4. METODOLOGÍA

Las actividades iníciales consistieron en la recolección de información referente al

tema de interés. Búsqueda de herramientas que aportaron al proyecto vía web y

líneas telefónicas. Se realizaron visitas a la Corporación Autónoma Regional para

conocer el estado actual de la Laguna y obtener los datos históricos de los niveles,

así como los de precipitaciones.

Posteriormente, se organizaron los datos y se empezó con la aplicación de métodos

estadísticos para la proyección de los datos organizados previamente.

Posteriormente se realizó el análisis de los datos obtenidos y se hizo la comparación

entre los métodos para definir cuál era el más acertado.

Por último, se estructuró el proyecto, dando conclusiones y recomendaciones según

los resultados obtenidos.

1. Recolección de Información: Adquisición de información referente a la Laguna de

Fúquene, su comportamiento con el paso de los años, y la situación actual de la

misma y los municipios aledaños.

2. Recolección de Datos: Visitas a la Corporación autónoma regional para la

obtención de los datos de las estaciones ubicadas en la cuenca de la Laguna.

3. Aplicación de Métodos Estadísticos: Investigación sobre los métodos estadísticos

de proyección aplicables al proyecto.

4. Agrupación de resultados y estructuración del proyecto: Se toman los resultados

obtenidos y se organiza la investigación.

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5. LAGUNA DE FUQUENE

La Laguna de Fúquene es un cuerpo de agua dulce que está ubicada en una cuenca en el límite entre los departamentos de Cundinamarca y Boyacá al este de los Andes colombianos.

Su espejo de agua principal abarca unas 3260 Ha en la actualidad, ya que ha perdido casi el 80% de su extensión original de 13.000 Ha. Durante los últimos 500 años, la laguna ha experimentado diversos impactos provenientes de las actividades humanas en su cuenca. En un principio estos impactos provenían de los intentos de desecación de la laguna y la expansión de la frontera agrícola y con el tiempo, se les fueron sumando los vertimientos de aguas residuales, la expansión urbana y la deforestación, entre otros. La cuenca de la Laguna de Fúquene ha sufrido un grave proceso de deforestación y hoy en día solo queda el 5% del bosque nativo original. Esto ha causado erosión y por lo tanto sedimentación de la Laguna, la cual gracias a estos aportes y las aguas residuales que recibe, ha perdido casi 3 metros de profundidad y el 50% de su capacidad de almacenamiento de agua. Grandes extensiones de la cuenca ha sido reforestadas con eucaliptos, pinos y acacias negras, lo cual ha tenido un impacto negativo en el suelo y ha evitado el crecimiento de las especies nativas de la zona y la regeneración natural del bosque.1

5.1 Cuenca de la Laguna de Fúquene

La cuenca de la laguna de Fúquene incluye los municipios de Carupa, Ubaté, Tausa, Sutatausa, Lenguazaque, Guachetá y Cucunubá. Es una cuenca endorreica pues no cuenta con una evacuación directa del agua al mar.

La temperatura media de la zona 13°C. El clima en la parte norte de la cuenca es frío semi-húmedo y en la zona aledaña a las lagunas Cucunubá, Palacio y parte baja de los ríos Ubaté y Suarez se presenta un clima frio semi-árido.

1 Problemática ambiental de la Laguna de Fúquene. (25 Junio, 2017). La Villa. Recuperado de http://lavilla.com.co/portal/2017/06/28/la-problematica-ambiental-de-la-laguna-de-fuquene/

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Ilustración 1. Localización de la Laguna de Fúquene y los municipios que comprenden su cuenca.

Fuente: IGAC

La parte alta de la cuenca está conformada al sur desde el nacimiento del río Ubaté, uniéndose aguas abajo con otros tributaros mayores como los ríos Suta y Lenguazaque, y drenajes provenientes de la laguna de Cucunubá y Palacio, hasta descargar al norte, en la Laguna de Fúquene. La cuenca media, corresponde a la laguna de Fúquene, que recibe al oriente numerosos afluentes secundarios que drenan directamente a la laguna como las quebradas Honda y Monroy, y al occidente el río Fúquene y descargas directas compuestas por corrientes superficiales y canales de drenaje. Finalmente, la parte baja está conformada por el río Suarez, único efluente de la laguna. Este río fluye hacia el norte sobre el cauce rectificado con topografía de muy baja pendiente, cruzando por los municipios de Chiquinquirá y Saboyá en el departamento de Boyacá. Pasa por el departamento de Santander, formando el río Sogamoso, que finalmente desemboca en el

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Magdalena. Recibe los aportes de los ríos Susa, Simijaca y Chiquinquirá por su margen izquierda y del río Madrón.2

Para delimitar el área la cuenca hidrográfica de la laguna de Fúquene, se digitalizaron las curvas de nivel de la zona, analizando los puntos más altos de la topografía para trazar la divisoria de aguas.

Ilustración 2. Curvas de nivel en la cuenca de la laguna de Fúquene

Fuente: Thunderforest – OpenCycleMap

2 Mapa de Riesgo de la Calidad del agua para el consumo humano del centro urbano del municipio de Chiquinquirá. Gobernación de Boyacá. (2004).

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Ilustración 3. Delimitación de la cuenca de la laguna de Fúquene

Fuente: Propia

Tabla 1. Coeficientes morfométricos de la Laguna de Fúquene

A Área (km2) 188,254

P Perímetro (km) 87,284

L Longitud (km) 14,295

B Ancho (km) 13,169

R (km) 7,741

Kf Factor de Forma de Horton

0,921

Kc Coeficiente de compacidad

1,795

Re Razón de Elongación 1,083

Clasificación

No alargada. No achatada. Ovalada a rectangular, oblonga. Plana y circular.

Fuente: Propia

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6. ESTACIONES HIDROLÓGICAS

Las Estaciones Hidrométricas están diseñadas principalmente para realizar mediciones periódicas (cada 2, 5, 10, 30 minutos o lo que se requiera) de nivel de agua en ríos y quebradas.

Una estación meteorológica es un equipo de laboratorio que tiene como objeto medir y registrar las diversas variaciones meteorológicas. Los datos se utilizan para la elaboración de informes de predicciones meteorológicas a partir de modelos numéricos. Las estaciones meteorológicas también son utilizadas para estudios climáticos.

Ilustración 4. Esquema de una estación meteorológica tipo con los equipos de medición, comunicación y respaldo

Fuente: Red de estaciones hidrometereológicas para la prevención de desastres de Manizales – Caldas (Colombia) – Universidad Nacional de Colombia

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Ilustración 5. Instrumentos utilizados en la medición de variables meteorológicas

Fuente: Red de estaciones hidrometereológicas para la prevención de desastres de Manizales – Caldas (Colombia) – Universidad Nacional de Colombia

Para el análisis del presente proyecto se extrajo del catálogo de estaciones hidrometereológicas de la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca las siguientes estaciones cercanas a la laguna:

Tabla 2. Estaciones cercanas a la laguna de Fúquene

ESTACIÓN TIPO CATEGORIA

San Miguel de

Sema

Convencional PM

Monserrate Convencional PM

El Zarzal Convencional PG

Isla del santuario Satelital CO

Capellanía Convencional CP

San Miguel de

Sema

Convencional CP

Chalet Norte Convencional LM

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Chinzaque Convencional LM

Ticha María Convencional LG

Fuente: CAR

Estas estaciones se encuentran tipificadas por la CAR. Entre las categorías se encuentran las siguientes:

Estación Climatológica Ordinaria (CO) Este tipo de estaciones cuentan con un pluviómetro, pluviógrafo y psicrómetro. Con el fin de medir lluvias y temperaturas extremas e instantáneas.

Estación Climatológica Principal (CP) En este tipo de estaciones se encuentran diferentes tipos de instrumentos que permiten determinar el tipo, cantidad y altura de las nubes, temperatura del aire, estado del suelo, precipitación, humedad, viento, radiación solar, brillo, evaporación, etc.

Estación Pluviográfica (PG) Utilizan pluviógrafos para conocer la cantidad, duración e intensidad de la lluvia en periodos diarios.

Estación Pluviométrica (PM) Es una estación meteorológica dotada de un pluviómetro o recipiente que permite medir la cantidad de lluvia caída entre dos observaciones consecutivas.3

Sin embargo, solo se realizó el análisis estadístico a aquellas lagunas que se encuentran dentro de la cuenca hidrográfica de la laguna de Fuquene, ya que las estaciones previamente descritas se encuentran a lo largo de todo el sistema de ríos y conexiones a la laguna, pero no pertenecen a la misma hoya.

3 Glosario. Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM. (Febrero, 2018). Tomado de http://www.ideam.gov.co/web/atencion-y-participacion-ciudadana/glosario

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Teniendo en cuenta la divisoria de aguas de la cuenca4 se determinó que las estaciones a analizar son; Isla del santuario, San Miguel de Sema, Monserrate y El Zarzal, Ubicadas de la siguiente manera:

Ilustración 6. Estaciones en la cuenca de la Laguna de Fúquene

Fuente: Google Earth

Tabla 3. Estaciones en la cuenca de la Lagúna de Fúquene

ESTACIÓN TIPO CATEGORIA CORRIENTE LATITUD LONGITUD

San Miguel de Sema Conv. PM Río Tinjacá 5°31'13.40"N 73°43'14.50"O

Monserrate Conv. PM Fúquene 5°23'46.50"N 73°48'7.80"O

El Zarzal Conv. PG Quebrada Honda 5°26'32.30"N 73°39'28.80"O

Isla del santuario Sat. CO Fúquene 5°28'2.50"N 73°44'52.50"O

Fuente: CAR / Propia

4 Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca. Crecientes aferentes a la laguna de Fúquene para diferentes periodos de retorno y sus tránsitos en este cuerpo de agua, y análisis de alternativas de adecuación hidráulica para el río Suárez y la laguna de Fúquene. Febrero 2013.

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7. MÉTODOS ESTADÍSTICOS DE PROYECCIÓN

El diseño y la planeación de obras hidráulicas están siempre relacionadas con eventos hidrológicos futuros. Para ello se hace necesario tomar el camino estadístico para la solución de problemas. La probabilidad y la estadística juegan un papel de primer orden en el análisis hidrológico.

Periodo de retorno: Cada espacio muestral tiene su propia función de distribución o de densidad de probabilidad, que normalmente no se conoce a priori. Cuando de ese espacio se extrae un grupo de datos (muestra) al azar, es razonable esperar que su función de distribución de probabilidad sea similar a la del espacio completo, en particular si la muestra es grande. Además, lo más razonable que se puede suponer en cuanto a la frecuencia de cada dato del grupo es que ésta sea, dentro del espacio muestral, igual a la observada. En hidrología, normalmente se prefiere trabajar con periodos de retorno en lugar de probabilidades, pues es un concepto que resulta más claro ya que tiene las mismas unidades (tiempo) que la vida útil de las obras y puede compararse con ésta.5

En la estadística existen decenas de funciones de distribución de probabilidad teóricas; de hecho, existen tantas como se quiera, y obviamente no es posible probarlas todas para un problema particular. Por lo tanto, es necesario escoger, de esas funciones, las que se adapten mejor al problema bajo análisis.

Entre las funciones de distribución de probabilidad usadas en hidrología, se tienen las siguientes:6

Distribución Normal

Distribución Lognormal

Distribución Pearson III

Distribución Gumbell

7.1 Distribución Normal

En esta distribución se tiende a tener varias observaciones en la variable central y

poca frecuencia en los extremos. Su aplicación es en la determinación de errores

experimentales (Kottegoda y Rosso, 2008).

Es una distribución simétrica en forma de campana, conocida también como

Campana de Gauss. Es fundamental en el dominio de la estadística y la

5 APARICIO MIJARES, Francisco J. Fundamentos de hidrología de superficie. LIMUSA. México, 1992. 6 APARICIO MIJARES, Francisco J. Fundamentos de hidrología de superficie. LIMUSA. México, 1992.

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probabilidad. Una razón es que el teorema del límite 104 central establece que para

varias condiciones muy generales, la distribución de la suma de un gran número de

variables aleatorias puede aproximarse a la Normal, sin importar a qué distribución

pertenezcan ellas mismas. Muchos procesos físicos pueden conceptualizarse como

la suma de procesos individuales. Por otra parte, muchos procesos de inferencia

estadística se basan en suposiciones de que la variable aleatoria se distribuye

normalmente. Es por ello que la Normal encuentre tantas aplicaciones en hidrología:

en pruebas de hipótesis, intervalos de confianza, etc

La distribución normal se usa para:

- Aproximar la distribución de probabilidades de errores aleatorios.

- Comparar distribuciones: las propiedades de una muestra de variables no

normales pueden compararse con las de variables normales.

- Muchos estadísticos pueden ser normalmente distribuidos, como, por ejemplo, la

media de la mayoría de las variables hidrológicas.

Para realizar la proyección, se utilizan las siguientes formulas:

La media y desviación estándar de los datos son respectivamente:

�̅� =∑ 𝑥𝑖

𝑛𝑖=1

𝑛 (1)

𝑆 = √∑ (𝑥𝑖−�̅�)2𝑛

𝑖=1

𝑛−1 (2)

𝑇 =1

𝑃(𝑋≥𝑥)=

1

1−𝑃(𝑋≤𝑥) (3)

Por lo tanto:

𝑃(𝑋 ≤ 𝑥) =𝑇−1

𝑇 (4)

𝑧 =𝑥−𝜇

𝜎 (5)

Despejando x:

𝑥 = 𝑧𝜎 + 𝜇 (6)

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7.2 Distribución Lognormal

Similar a la distribución normal, con la excepción de que el logaritmo de la variable

tiende a ser normalmente distribuido. Es utilizado en las sequías e inundaciones

(Kottegoda y Rosso, 2008).

Cuando la variable aleatoria X es el producto de un gran número de otras variables

aleatorias, la distribución de los logaritmos de X puede aproximarse a la Normal, ya

que los logaritmos de X son la suma de los logaritmos de los factores contribuyentes.

Si se tiene una variable aleatoria X y ln X = Y se ajusta a una distribución Normal,

se dice que la variable aleatoria X es lognormalmente distribuida.

Se ha demostrado que la distribución lognormal puede aplicarse en un amplio

número de eventos hidrológicos, especialmente a aquellos casos en los cuales la

variable tiene un límite inferior, la distribución empírica no es simétrica y los factores

que causan los eventos son independientes y multiplicativos.

Las formulas para la media y desviación estándar de los datos, estimadoras de las

poblaciones, son:

𝛼 = ∑ln 𝑥𝑖

𝑛

𝑛𝑖=1 (7)

𝛽 = [∑(ln 𝑥𝑖−𝛼)2

𝑛

𝑛𝑖=1 ]

1/2

(8)

Para x, la variable estandarizada es:

𝑧 =ln 𝑥−𝛼

𝛽 (9)

Despejando x:

𝑥 = 𝑒𝑧𝛽+𝛼 (10)

7.3 Distribución Pearson III

También llamada “distribución gamma de tres parámetros” introduce un tercer

parámetro, de tal manera que los tres momentos de la muestra (la media, la

desviación estándar y el coeficiente de asimetría) pueden transformarse en estos

tres parámetros de la distribución de probabilidad. Esta es una distribución muy

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flexible, que puede asumir diferentes formas a medida que los tres parámetros

varían. 7

Para calcular la proyección, tenemos que usar las fórmulas de media, desviación

estándar y las que se relacionan a continuación:

El coeficiente de sesgo 𝛾 es:

𝛾 = ∑(𝑥𝑖−𝑥)̅̅ ̅3/𝑛

𝑆3𝑛𝑖=1 (11)

Cálculo de los valores de 𝛽1, 𝛼1, 𝛿1:

𝛽1 = (2

𝛾)

2

(12)

𝛼1 =𝑆

√𝛽1 (13)

𝛿1 = �̅� − 𝛼1𝛽1 (14)

La variable estandarizada y es:

𝑦 =𝑥−𝛿1

𝛼1 (15)

El número de x2 y el número de grados de libertad son entonces:

𝐹(𝑦) = 𝐹(𝑥2|𝑣) = 𝐹𝑥2(2𝑦|2𝛽1) (16)

7.4 Distribución de Gumbel

De las varias distribuciones de valores extremos hay la distribución de Gumbel o de

valores extremos tipo I. Es de las que tiene mayor aceptación, al haber demostrado

que se ajusta bien al fenómeno de las crecidas de los ríos: la distribución

Expresa que la probabilidad de ocurrencia de un valor “X”, menor que un valor dado

“x”.

7 VEN TE CHOW. Hidrología aplicada. Mc GRAW HILL. Bogotá, Colombia, 1994.

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En este caso, las formulas requeridas son las siguientes:

𝛼 =𝜎𝑦

𝑆 (17)

𝛽 = �̅� − 𝜇𝑦/𝛼 (18)

𝐹(𝑥) = 𝑒−𝑒−𝛼(𝑥−𝛽) (19)

𝐹(𝑥) =𝑇−1

𝑇 (20)

Despejando x:

𝑥 = 𝛽 −1

𝛼ln ln (

𝑇

𝑇−1) (21)

7.5 Prueba Kolmogorov-Smirnov

Esta prueba consiste en comparar el valor máximo absoluto de la diferencia D entre

la función de distribución de probabilidad observada F0 (xm) y la estimada F(xm)

𝐷 = 𝑚á𝑥|𝐹0(𝑥𝑚) − 𝐹(𝑥𝑚)| (22)

Con un valor crítico d que depende del número de datos y el nivel de significancia

seleccionado. Si D<d, se acepta la hipótesis nula. La función de distribución de

probabilidad observada se calcula como:

𝐹0(𝑥𝑚) = 1 −𝑚

𝑛+1 (23)

Donde m es el número de orden del dato xm en una lista de mayor a menor y n es

el número total de datos.

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8. ANÁLISIS DE DATOS Y PROCESO DE APLICACIÓN DEL MÉTODO

ESTADÍSTICO

8.1 Obtención de datos

Los datos de niveles de la laguna y precipitación diarios medidos en las estaciones

hidrológicas mencionadas previamente fueron suministrados por la Dirección de

Monitoreo, Modelamiento y Laboratorio Ambiental de la Corporación Autónoma

Regional de Cundinamarca CAR.

Se obtuvieron datos desde el año 1967 hasta el año 2016, sin embargo, solo desde

el año 1991 en adelante se tienen datos bastante completos, que pueden permitir

que el estudio de los mismos sea confiable. En algunos meses de los años 2003,

2004 y 2005 los datos de las precipitaciones no están completos en algunas

estaciones, por lo que se debe prever que estos generarán una variación en el

resultado del estudio.

8.2 Orden y análisis de datos

Los datos fueron ordenados cronológicamente en una lista descendiente con el fin

de poder analizarlos. Relacionado los datos de las precipitaciones y niveles diarios

podemos encontrar que el nivel de la laguna claramente depende de las

precipitaciones en toda la cuenca, por lo que se deben tener en cuenta las

precipitaciones medidas en todas las estaciones.

Los niveles de la laguna aumentan o permanecen iguales siempre y cuando llueva

en días consecutivos, tal como se muestra a continuación, en un ejemplo

comprendido entre los días 10 y 28 de marzo del año 2003.

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Fuente: Propia

De este ejemplo, se puede concluir que es pertinente hacer el análisis de los datos

con la totalidad de la precipitación en la cuenca, teniendo en cuenta los periodos

con lluvias diarias consecutivas.

8.2.1 Días de lluvia consecutivos máximos

Para realizar el análisis con los niveles máximos de la laguna, es necesario

determinar el máximo número de días con lluvias consecutivas, encontrándose

como resultado 78 días de precipitaciones consecutivas en la cuenca,

comprendidas entre el día 17 de octubre de 2013 y 13 de enero de 2014, tal como

se muestra a continuación.

MonserrateIsla del

santuarioEl Zarzal

San Miguel

de Sema

Precipitación

total en la

cuenca

COTA

(msnm)NIVEL (m)

VARIACIÓN

DE NIVEL (m)

1 10/03/2013 0,5 0 0 0 0,5 1 2538,92 1,2 -

2 11/03/2013 0 12,8 0 18,2 31 2 2538,92 1,2 0

3 12/03/2013 3,5 1,9 0 1,2 6,6 3 2538,93 1,21 0,01

4 13/03/2013 12,5 0 0,3 1,5 14,3 4 2538,93 1,21 0

5 14/03/2013 8 2,6 2,5 5,2 18,3 5 2538,93 1,21 0

6 15/03/2013 0 2,1 3,1 2,3 7,5 6 2538,93 1,21 0

7 16/03/2013 12 2,5 1,6 16,8 32,9 7 2538,93 1,21 0

8 17/03/2013 22,5 6,4 7,3 11,6 47,8 8 2538,93 1,21 0

9 18/03/2013 17,5 5,8 10,7 13,9 47,9 9 2538,94 1,22 0,01

10 19/03/2013 0 0 5,1 2,5 7,6 10 2538,95 1,23 0,01

11 20/03/2013 0 0 9,1 1,5 10,6 11 2538,95 1,23 0

12 21/03/2013 15 0 4,5 15,8 35,3 12 2538,96 1,24 0,01

13 22/03/2013 19,5 0 12,6 29,5 61,6 13 2538,97 1,25 0,01

14 23/03/2013 0 0 0 4,7 4,7 14 2539 1,28 0,03

15 24/03/2013 0 0 0 0 0 0 2538,9 1,18 -0,1

16 25/03/2013 0 0 0 0 0 0 2538,89 1,17 -0,01

17 26/03/2013 0 0 0 0 0 0 2538,87 1,15 -0,02

18 27/03/2013 0 0 0 0 0 0 2538,8 1,08 -0,07

19 28/03/2013 0 0 0 21,4 21,4 1 2539,02 1,3 0,22

NIVELES

No. FECHA

PRECIPITACIONES (mm)DÍAS

CONSECUTIVOS

DE LLUVIA

Tabla 4. Variación del nivel y las precipitaciones del 10 al 28 de marzo de 2003

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Tabla 5. Precipitaciones consecutivas en la cuenca (1)

Fuente: Propia

Monserrate Isla del santuario El ZarzalSan Miguel de

Sema

Precipitación total

en la cuenca17/10/2013 0 0 0 0 0 0

18/10/2013 0 0 0,1 1,2 1,3 1

19/10/2013 0 1,5 0,1 0 1,6 2

20/10/2013 2 0 0 0 2 3

21/10/2013 3 0 0 0 3 4

22/10/2013 16 8,9 18,1 0 43 5

23/10/2013 0 6,9 10,7 23,5 41,1 6

24/10/2013 0 0 0 38 38 7

25/10/2013 0 0 0,1 0 0,1 8

26/10/2013 0 0 0 0 0 0

27/10/2013 31 43,7 19,1 16,5 110,3 1

28/10/2013 54,5 10,9 4,7 29,4 99,5 2

29/10/2013 8,5 19,9 17,8 31,7 77,9 3

30/10/2013 22 13,5 11,5 6,2 53,2 4

31/10/2013 3,5 0,5 0,5 0 4,5 5

01/11/2013 2 0,4 0,4 0 2,8 6

02/11/2013 2,5 0 0,2 0 2,7 7

03/11/2013 0 4 2,5 2,2 8,7 8

04/11/2013 28 14,8 10 43,7 96,5 9

05/11/2013 5,5 8,2 2,6 0,5 16,8 10

06/11/2013 52,5 19,6 19,7 35,6 127,4 11

07/11/2013 18 14,2 16,9 15,5 64,6 12

08/11/2013 4 0,6 5 15,5 25,1 13

09/11/2013 15 11,4 24,7 22,4 73,5 14

10/11/2013 7 12,2 1,7 2,9 23,8 15

11/11/2013 0 0,4 0 0 0,4 16

12/11/2013 0 0 0,1 0 0,1 17

13/11/2013 0 0 0,2 0 0,2 18

14/11/2013 0 0 0,2 0 0,2 19

15/11/2013 0 0 0,2 0 0,2 20

16/11/2013 0 0 0,1 0 0,1 21

17/11/2013 0 0 5,7 0 5,7 22

18/11/2013 0 10 4,3 19,2 33,5 23

19/11/2013 10 0,1 0,3 0,3 10,7 24

20/11/2013 6 4,7 12,4 4,8 27,9 25

21/11/2013 3 3 4,7 14,5 25,2 26

22/11/2013 0 0,8 9,2 12,5 22,5 27

23/11/2013 0 29,1 1,3 2,5 32,9 28

24/11/2013 8 16,6 16,9 25,8 67,3 29

25/11/2013 6,5 9,2 8,7 5,8 30,2 30

26/11/2013 4 2,9 47,1 2,2 56,2 31

27/11/2013 28 5,4 39,4 25,2 98 32

28/11/2013 0 1,4 0,5 4,8 6,7 33

29/11/2013 3 10,5 29,2 0,7 43,4 34

30/11/2013 4 2 4,2 3,2 13,4 35

FECHA

PRECIPITACIONES (mm) DÍAS

CONSECUTIVOS

DE LLUVIA

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Tabla 6. Precipitaciones consecutivas en la cuenca (2)

Fuente: Propia

8.2.2 Precipitaciones máximas acumuladas anuales.

Teniendo en cuenta el periodo máximo de precipitaciones consecutivas, se

examinaron las precipitaciones acumuladas de 78 días en todo el periodo de estudio

(1991-2016), obteniendo los datos máximos anuales que se muestran a

Monserrate Isla del santuario El ZarzalSan Miguel de

Sema

Precipitación total

en la cuenca01/12/2013 0 17,5 30,4 12,5 60,4 36

02/12/2013 52 0 0 0 52 37

03/12/2013 1,5 0 0 0 1,5 38

04/12/2013 1 0,3 0,6 0 1,9 39

05/12/2013 1,5 5,3 0,4 2 9,2 40

06/12/2013 0 0 0,1 0 0,1 41

07/12/2013 27,5 22,3 4,4 3,5 57,7 42

08/12/2013 0 0 0,1 1,2 1,3 43

09/12/2013 0 0 0,1 0 0,1 44

10/12/2013 0 0 0,1 0 0,1 45

11/12/2013 2,5 1,1 0,2 0 3,8 46

12/12/2013 2 0,7 0,2 2,3 5,2 47

13/12/2013 0 0 0,1 0 0,1 48

14/12/2013 0 0 0,2 0 0,2 49

15/12/2013 0 0 0,1 0 0,1 50

16/12/2013 0 0 0,2 0 0,2 51

17/12/2013 12 19,1 4,7 12,5 48,3 52

18/12/2013 3 0,3 5,5 3,2 12 53

19/12/2013 0 0 0,4 0 0,4 54

20/12/2013 0 0 0,4 0 0,4 55

21/12/2013 0 0 0,1 0 0,1 56

22/12/2013 16,5 8,8 29,3 8,5 63,1 57

23/12/2013 3 1,9 0,2 3,7 8,8 58

24/12/2013 4 3,2 0,7 2,1 10 59

25/12/2013 1 0 10,2 0 11,2 60

26/12/2013 0 0 0,2 0 0,2 61

27/12/2013 0 0 0,2 0 0,2 62

28/12/2013 0 0 0,1 0 0,1 63

29/12/2013 0 0 0,1 0 0,1 64

30/12/2013 0 0,1 0 0 0,1 65

31/12/2013 3 5,5 0 1,8 10,3 66

01/01/2014 0 0,5 0 0 0,5 67

02/01/2014 0,1 0 0 0 0,1 68

03/01/2014 1 0 0 0 1 69

04/01/2014 0 0 0 0,2 0,2 70

05/01/2014 0 8,5 4,3 30,8 43,6 71

06/01/2014 5 0 6,5 0 11,5 72

07/01/2014 1 18,4 0,3 8,7 28,4 73

08/01/2014 3,5 7,2 5,5 9,6 25,8 74

09/01/2014 3 10,5 0,3 6,8 20,6 75

10/01/2014 3 0 4,4 0 7,4 76

11/01/2014 2 2,5 12,5 5,8 22,8 77

12/01/2014 0 0 0,2 0 0,2 78

13/01/2014 0 0 0 0 0 0

FECHA

PRECIPITACIONES (mm) DÍAS

CONSECUTIVOS

DE LLUVIA

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39

continuación. Así mismo, se obtuvo el nivel máximo anual de la laguna, cuyas

variaciones se pueden ver en las gráficas sucesivas.

Tabla 7. Niveles máximos anuales de la laguna

AÑO Precipitaciones acumuladas de 78 en la cuenca máximas

anuales (mm)

Niveles de la laguna máximos anuales

1991 1540,4 1810

1992 1274,2 1500

1993 2172,5 2020

1994 1845,4 850

1995 1896,3 1460

1996 1674,5 750

1997 1207,8 1610

1998 1497,2 1740

1999 2054,3 1950

2000 1829 1270

2001 1461,7 1070

2002 1765,2 1800

2003 749,3 1750

2004 235 1830

2005 421 1940

2006 1834,4 2615

2007 2078,3 1520

2008 1856 1990

2009 1466 1480

2010 2054,9 2110

2011 3113,3 2950

2012 2545,8 2540

2013 1908 1570

2014 1828,8 1520

2015 1363,8 1410

2016 1263,7 770 Fuente: Propia

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40

Gráfica 1. Precipitaciones acumuladas y niveles máximos

Fuente: Propia

Como se mencionó anteriormente, entre los años 2003 y 2005 existen datos

incompletos en algunos meses, lo que afecta en el cálculo de las precipitaciones

acumuladas máximas anuales, lo cual se puede evidenciar en la gráfica 1

.

8.3 Proyección de datos

Analizando los datos de precipitaciones acumuladas máximas y niveles máximos

usando los cuatro métodos de proyección estadística previamente descritos. Se

realizó el análisis de ambas variables independientemente, proyectándolas a 25, 50,

75 y 100 años.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1991 1996 2001 2006 2011 2016

PRECIPITACIONES ACUMULADAS Y NIVELES MÁXIMOS

Precipitaciones acumuadas máximas

Niveles máximos

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41

8.3.1 Proyección por método normal

Para el análisis por medio del método normal se utilizan las ecuaciones

mencionadas en el literal 7.1, obteniendo las respuestas consignadas en la Tabla 8.

Tabla 8. Proyección por método normal

Fuente: Propia

8.3.2 Proyección por método Lognormal

Para la aplicación del método Lognormal se utilizan las ecuaciones 7 a 10

consignadas en el literal 7.2, dando como resultado los datos de la Tabla 9.

Tabla 9. Proyección por método lognormal

T 25 50 75 100 T 25 50 75 100

T-1 24 49 74 99 T-1 24 49 74 99

ˉx (µ) 1651,42 1651,42 1651,42 1651,42 ˉx (µ) 1722,20 1722,20 1722,20 1722,20

S (σ) 601,46 601,46 601,46 601,46 S (σ) 505,70 505,70 505,70 505,70

P 0,96 0,98 0,99 0,99 P 0,96 0,98 0,99 0,99

Z 1,75 2,05 2,22 2,33 Z 1,75 2,05 2,22 2,33

X 2703,96 2886,81 2984,66 3050,82 X 2607,17 2760,90 2843,18 2898,80

PRECIPITACIONES ACUMULADAS MÁXIMAS ANUALES NIVELES MÁXIMOS ANUALES

AÑO

Precipitacion

acumulada

(mm)

Ln Xi (ln xi-alfa)2 AÑONIVEL

(mm)Ln Xi (ln xi-alfa)2

1991 1540,4 7,3398 0,0010 1991 1810,0 7,5011 0,0152

1992 1274,2 7,1501 0,0249 1992 1500,0 7,3132 0,0042

1993 2172,5 7,6836 0,1412 1993 2020,0 7,6109 0,0543

1994 1845,4 7,5205 0,0452 1994 850,0 6,7452 0,4002

1995 1896,3 7,5477 0,0575 1995 1460,0 7,2862 0,0084

1996 1674,5 7,4233 0,0133 1996 750,0 6,6201 0,5742

1997 1207,8 7,0966 0,0447 1997 1610,0 7,3840 0,0000

1998 1497,2 7,3114 0,0000 1998 1740,0 7,4616 0,0070

1999 2054,3 7,6277 0,1023 1999 1950,0 7,5756 0,0391

2000 1829,0 7,5115 0,0415 2000 1270,0 7,1468 0,0534

2001 1461,7 7,2874 0,0004 2001 1070,0 6,9754 0,1619

2002 1765,2 7,4760 0,0283 2002 1800,0 7,4955 0,0139

2003 749,3 6,6191 0,4744 2003 1750,0 7,4674 0,0080

2004 235,0 5,4596 3,4163 2004 1830,0 7,5121 0,0180

2005 421,0 6,0426 1,6009 2005 1940,0 7,5704 0,0371

2006 1834,4 7,5145 0,0427 2006 2615,0 7,8690 0,2413

2007 2078,3 7,6393 0,1098 2007 1520,0 7,3265 0,0026

2008 1856,0 7,5262 0,0476 2008 1990,0 7,5959 0,0475

2009 1466,0 7,2903 0,0003 2009 1480,0 7,2998 0,0061

2010 2054,9 7,6280 0,1024 2010 2110,0 7,6544 0,0765

2011 3113,3 8,0434 0,5410 2011 2950,0 7,9896 0,3742

2012 2545,8 7,8422 0,2855 2012 2540,0 7,8399 0,2135

2013 1908,0 7,5538 0,0605 2013 1570,0 7,3588 0,0004

2014 1828,8 7,5114 0,0414 2014 1520,0 7,3265 0,0026

2015 1363,8 7,2180 0,0081 2015 1410,0 7,2513 0,0160

2016 1263,7 7,1418 0,0276 2016 770,0 6,6464 0,5350

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42

Fuente: Propia

8.3.3 Proyección por método Pearson III

En el proceso de aplicación del método Pearson III se utilizan las ecuaciones 11 a

16, presentando los valores de la Tabla 10.

Tabla 10. Proyección por método Pearson III

Fuente: Propia

T 25 50 75 100 T 25 50 75 100

T-1 24 49 74 99 T-1 24 49 74 99

α 7,31 7,31 7,31 7,31 α 7,38 7,38 7,38 7,38

β 0,53 0,53 0,53 0,53 β 0,33 0,33 0,33 0,33

P 0,96 0,98 0,99 0,99 P 0,96 0,98 0,99 0,99

Z 1,75 2,05 2,22 2,33 Z 1,75 2,05 2,22 2,33

X 3761,48 4416,90 4813,40 5101,45 X 2873,73 3181,41 3359,40 3485,35

PRECIPITACIONES ACUMULADAS MÁXIMAS ANUALES NIVELES MÁXIMOS ANUALES

AÑO

Precipitacion

acumulada

(mm)

(xi-media)3/

n/s3AÑO

NIVEL

(mm)

(xi-media)3/

n/s3

1991 1540,4 0,0002 1991 1810,0 0,0005

1992 1274,2 0,0095 1992 1500,0 0,0017

1993 2172,5 0,0250 1993 2020,0 0,0097

1994 1845,4 0,0013 1994 850,0 0,1511

1995 1896,3 0,0026 1995 1460,0 0,0030

1996 1674,5 0,0000 1996 750,0 0,2122

1997 1207,8 0,0154 1997 1610,0 0,0001

1998 1497,2 0,0006 1998 1740,0 0,0000

1999 2054,3 0,0116 1999 1950,0 0,0048

2000 1829,0 0,0010 2000 1270,0 0,0186

2001 1461,7 0,0012 2001 1070,0 0,0604

2002 1765,2 0,0003 2002 1800,0 0,0004

2003 749,3 0,1298 2003 1750,0 0,0001

2004 235,0 0,5023 2004 1830,0 0,0008

2005 421,0 0,3293 2005 1940,0 0,0043

2006 1834,4 0,0011 2006 2615,0 0,2080

2007 2078,3 0,0138 2007 1520,0 0,0012

2008 1856,0 0,0015 2008 1990,0 0,0073

2009 1466,0 0,0011 2009 1480,0 0,0023

2010 2054,9 0,0116 2010 2110,0 0,0198

2011 3113,3 0,5523 2011 2950,0 0,5237

2012 2545,8 0,1265 2012 2540,0 0,1616

2013 1908,0 0,0030 2013 1570,0 0,0004

2014 1828,8 0,0010 2014 1520,0 0,0012

2015 1363,8 0,0042 2015 1410,0 0,0054

2016 1263,7 0,0103 2016 770,0 0,1988

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43

Fuente: Propia

8.3.4 Proyección por método de Gumbell

Por último, para evaluar el método de proyección de Gumbell, se aplicaron las

ecuaciones del literal 7.4 quedando consignados los resultados en la Tabla 11.

Tabla 11. Proyección por método Gumbell

Fuente: Propia

T 25 50 75 100 T 25 50 75 100

T-1 24 49 74 99 T-1 24 49 74 99

P 0,96 0,98 0,99 0,99 P 0,96 0,98 0,99 0,99

ˉx 1651,42 1651,42 1651,42 1651,42 ˉx 1685,58 1685,58 1685,58 1685,58

S2 361749,44 361749,44 361749,44 361749,44 S2 280372,65 280372,65 280372,65 280372,65

S 601,46 601,46 601,46 601,46 S 529,50 529,50 529,50 529,50

n 26,00 26,00 26,00 26,00 n 26,00 26,00 26,00 26,00

ɣ 1,76 1,76 1,76 1,76 ɣ 1,60 1,60 1,60 1,60

β1 1,30 1,30 1,30 1,30 β1 1,57 1,57 1,57 1,57

α1 528,21 528,21 528,21 528,21 α1 422,89 422,89 422,89 422,89

σ1 966,55 966,55 966,55 966,55 σ1 1022,58 1022,58 1022,58 1022,58

v 2,59 2,59 2,59 2,59 v 3,14 3,14 3,14 3,14

1-P 0,04 0,02 0,01 0,01 1-P 0,04 0,02 0,01 0,01

χ2 6,72 10,01 10,90 11,34 χ2 6,72 10,01 10,90 11,34

Y 3,36 5,01 5,45 5,67 Y 3,36 5,01 5,45 5,67

X 2741,54 3611,26 3845,61 3962,78 X 2443,64 3139,95 3327,57 3421,38

PRECIPITACIONES ACUMULADAS MÁXIMAS ANUALES NIVELES MÁXIMOS ANUALES

T 25 50 75 100 T 25 50 75 100

T-1 24 49 74 99 T-1 24 49 74 99

P 0,96 0,98 0,99 0,99 P 0,96 0,98 0,99 0,99

ˉx 1666,92 1666,92 1666,92 1666,92 ˉx 1722,20 1722,20 1722,20 1722,20

S2 370308,33 370308,33 370308,33 370308,33 S2 255729,33 255729,33 255729,33 255729,33

S 608,53 608,53 608,53 608,53 S 505,70 505,70 505,70 505,70

n 26,00 26,00 26,00 26,00 n 26,00 26,00 26,00 26,00

My 0,53 0,53 0,53 0,53 My 0,53 0,53 0,53 0,53

Dy 1,10 1,10 1,10 1,10 Dy 1,10 1,10 1,10 1,10

α 0,00 0,00 0,00 0,00 α 0,00 0,00 0,00 0,00

β 1371,43 1371,43 1371,43 1371,43 β 1476,64 1476,64 1476,64 1476,64

X 3148,00 3538,69 3765,78 3926,50 X 2952,99 3277,67 3466,38 3599,94

PRECIPITACIONES ACUMULADAS MÁXIMAS ANUALES NIVELES MÁXIMOS ANUALES

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44

9. RESULTADOS Y SELECCIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD

9.1 Resumen de proyecciones

A continuación se resumen los resultados de la proyección con los cuatro métodos

estadísticos.

Tabla 12. Resumen de proyección con los diferentes métodos.

MÉTODO DE PROYECCIÓN

PROYECCIÓN PRECIPITACIÓN MAXIMA (mm)

PROYECCIÓN NIVEL MÁXIMO (mm)

Normal 3050,82 2898,80

Lognormal 5101,45 3485,35

Pearson III 3962,78 3421,38

Gumbell 3926,50 3599,94

Fuente: Propia

9.2 Selección por prueba de Kolmogorov – Smirnov

En las siguientes tablas se muestran los resultados de la prueba de Kolmogorov –

Smirnov mediante el cálculo de D, escogiéndose el método que arroje el valor

mínimo de este parámetro.

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Tabla 13. Prueba de Kolmogorov-Smirnov para proyección de precipitaciones

Fuente: Propia

Tabla 14. Prueba de Kolmogorov-Smirnov para proyección de niveles

Fuente: Propia

Año m P max acum (mm) Fo (xm) F (xm) lFo (xm) -F(fm)l F (xm) lFo (xm) -F(fm)l F (xm) lFo (xm) -F(fm)l F (xm) lFo (xm) -F(fm)l

2011 1 3113,3 0,9630 0,9992 0,0362 0,9999 0,0369 1,0000 0,0370 0,9994 0,0364

2012 2 2545,8 0,9259 0,9946 0,0687 0,9998 0,0739 0,9999 0,0740 0,9993 0,0734

1993 3 2172,5 0,8889 0,9888 0,0999 0,9997 0,1108 0,9999 0,1110 0,9997 0,1108

2007 4 2078,3 0,8519 0,9874 0,1355 0,9997 0,1478 0,9999 0,1480 0,9995 0,1476

2010 5 2054,9 0,8148 0,9870 0,1722 0,9997 0,1849 0,9999 0,1851 0,9995 0,1847

1999 6 2054,3 0,7778 0,9870 0,2092 0,9997 0,2219 0,9999 0,2221 0,9994 0,2216

2013 7 1908,0 0,7407 0,9851 0,2444 0,9996 0,2589 0,9998 0,2591 0,9994 0,2586

1995 8 1896,3 0,7037 0,9850 0,2813 0,9996 0,2959 0,9998 0,2961 0,9994 0,2956

2008 9 1856,0 0,6667 0,9846 0,3180 0,9996 0,3330 0,9998 0,3332 0,9996 0,3329

1994 10 1845,4 0,6296 0,9846 0,3549 0,9996 0,3700 0,9998 0,3702 0,9995 0,3699

2006 11 1834,4 0,5926 0,9845 0,3919 0,9996 0,4070 0,9998 0,4072 0,9993 0,4068

2000 12 1829,0 0,5556 0,9844 0,4289 0,9996 0,4441 0,9998 0,4443 0,9995 0,4439

2014 13 1828,8 0,5185 0,9844 0,4659 0,9996 0,4811 0,9998 0,4813 0,9997 0,4812

2002 14 1765,2 0,4815 0,9840 0,5025 0,9996 0,5181 0,9998 0,5183 1,0000 0,5185

1996 15 1674,5 0,4444 0,9837 0,5393 0,9996 0,5551 0,9998 0,5553 1,0000 0,5555

1991 16 1540,4 0,4074 0,9840 0,5766 0,9995 0,5921 0,9997 0,5923 0,9995 0,5921

1998 17 1497,2 0,3704 0,9843 0,6139 0,9995 0,6291 0,9997 0,6293 0,9996 0,6292

2009 18 1466,0 0,3333 0,9845 0,6512 0,9995 0,6662 0,9997 0,6663 0,9995 0,6662

2001 19 1461,7 0,2963 0,9845 0,6882 0,9995 0,7032 0,9997 0,7034 0,9993 0,7031

2015 20 1363,8 0,2593 0,9855 0,7262 0,9995 0,7402 0,9996 0,7404 0,9996 0,7403

1992 21 1274,2 0,2222 0,9866 0,7644 0,9994 0,7772 0,9996 0,7774 0,9999 0,7777

2016 22 1263,7 0,1852 0,9868 0,8016 0,9994 0,8142 0,9996 0,8144 0,9998 0,8146

1997 23 1207,8 0,1481 0,9876 0,8395 0,9994 0,8513 0,9996 0,8514 0,9995 0,8514

2003 24 749,3 0,1111 0,9947 0,8836 0,9996 0,8885 0,9990 0,8879 0,9995 0,8884

2005 25 421,0 0,0741 0,9980 0,9239 0,9999 0,9258 0,9976 0,9236 0,9993 0,9253

2004 26 235,0 0,0370 0,9990 0,9619 1,0000 0,9630 0,9963 0,9593 0,9994 0,9623

0,9619 0,9630 0,9593 0,9623

Gumbell

METODO DE PROYECCIÓNPRUEBA DE KOLMOGOROV - SMIRNOV PARA PRECIPITACIÓN

VALOR MÁXIMO

Normal Lognormal Pearson

Año m N max (mm) Fo (xm) F (xm) lFo (xm) -F(fm)l F (xm) lFo (xm) -F(fm)l F (xm) lFo (xm) -F(fm)l F (xm) lFo (xm) -F(fm)l

2011 1 2950,0 0,9630 0,9991 0,0361 0,9999 0,0370 1,0000 0,0370 0,9999 0,0370

2006 2 2615,0 0,9259 0,9963 0,0703 0,9998 0,0739 1,0000 0,0740 0,9998 0,0739

2012 3 2540,0 0,8889 0,9952 0,1063 0,9998 0,1109 0,9999 0,1111 0,9998 0,1109

2010 4 2110,0 0,8519 0,9868 0,1349 0,9996 0,1477 0,9999 0,1480 0,9996 0,1477

1993 5 2020,0 0,8148 0,9851 0,1703 0,9995 0,1847 0,9999 0,1850 0,9995 0,1847

2008 6 1990,0 0,7778 0,9846 0,2068 0,9995 0,2217 0,9998 0,2221 0,9995 0,2217

1999 7 1950,0 0,7407 0,9840 0,2432 0,9995 0,2587 0,9998 0,2591 0,9995 0,2587

2005 8 1940,0 0,7037 0,9838 0,2801 0,9995 0,2958 0,9998 0,2961 0,9994 0,2957

2004 9 1830,0 0,6667 0,9827 0,3160 0,9994 0,3327 0,9998 0,3331 0,9994 0,3327

1991 10 1810,0 0,6296 0,9825 0,3529 0,9994 0,3698 0,9998 0,3702 0,9994 0,3697

2002 11 1800,0 0,5926 0,9825 0,3899 0,9994 0,4068 0,9998 0,4072 0,9993 0,4068

2003 12 1750,0 0,5556 0,9823 0,4267 0,9993 0,4438 0,9998 0,4442 0,9993 0,4438

1998 13 1740,0 0,5185 0,9823 0,4638 0,9993 0,4808 0,9998 0,4812 0,9993 0,4808

1997 14 1610,0 0,4815 0,9827 0,5012 0,9993 0,5178 0,9997 0,5182 0,9992 0,5178

2013 15 1570,0 0,4444 0,9830 0,5386 0,9992 0,5548 0,9997 0,5553 0,9992 0,5548

2007 16 1520,0 0,4074 0,9836 0,5762 0,9992 0,5918 0,9997 0,5923 0,9992 0,5918

2014 17 1520,0 0,3704 0,9836 0,6133 0,9992 0,6289 0,9997 0,6293 0,9992 0,6288

1992 18 1500,0 0,3333 0,9839 0,6506 0,9992 0,6659 0,9997 0,6663 0,9992 0,6659

2009 19 1480,0 0,2963 0,9842 0,6879 0,9992 0,7029 0,9997 0,7034 0,9992 0,7029

1995 20 1460,0 0,2593 0,9845 0,7252 0,9992 0,7400 0,9997 0,7404 0,9992 0,7399

2015 21 1410,0 0,2222 0,9853 0,7631 0,9992 0,7770 0,9996 0,7774 0,9992 0,7770

2000 22 1270,0 0,1852 0,9881 0,8029 0,9993 0,8141 0,9996 0,8144 0,9993 0,8141

2001 23 1070,0 0,1481 0,9923 0,8441 0,9995 0,8513 0,9998 0,8516 0,9995 0,8514

1994 24 850,0 0,1111 0,9960 0,8849 0,9998 0,8887 0,9991 0,8880 0,9998 0,8887

2016 25 770,0 0,0741 0,9970 0,9229 0,9999 0,9258 0,9987 0,9246 0,9999 0,9258

1996 26 750,0 0,0370 0,9972 0,9602 0,9999 0,9628 0,9986 0,9616 0,9999 0,9629

0,9602 0,9628 0,9616 0,9629VALOR MÁXIMO

PRUEBA DE KOLMOGOROV - SMIRNOV PARA NIVELESMETODO DE PROYECCIÓN

Normal Lognormal Pearson Gumbell

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La prueba de Kolmogorov – Smirnov arroja que se debe tener en cuenta el resultado

del método de Pearson III para la proyección de las precipitaciones acumuladas

máximas anuales y el método Normal para la proyección de los niveles máximos

anuales.

9.3 Relación de Nivel y precipitación

Teniendo en cuenta los resultados de las proyecciones y los métodos escogidos

mediante la prueba de Kolmogorov – Smirnov, se presenta a continuación la

relación de los niveles de la laguna y las precipitaciones en la cuenca

Tabla 15. Relación entre nivel y precipitación en la laguna de Fúquene

Precipitación acumulada máx. (mm) Proyección Método de Pearson

Nivel máx. (mm) Proyección Método Normal

Relación N/P (%)

3962,78 2898,80 73,2%

Fuente: Propia

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10. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con los resultados obtenidos, se puede afirmar que el 73,2% de lluvia que cae

dentro de la cuenca llega a la laguna, subiendo el nivel de la lámina de agua. El

26,8% restante corresponde al agua que se evapora, se infiltra en el terreno, es

absorbida por las plantas, etc. Este dato puede ser de utilidad en las lagunas de la

zona que no cuentan con una estación hidrológica que permita medir los niveles,

claramente teniendo en cuenta condiciones ambientales similares.

Estos resultados se pueden ver alterados teniendo en cuenta que los datos de los

años 2003 a 2005 se encuentran incompletos, como se mencionó previamente.

Es importante observar que el método Lognormal arroja un resultado más alto que

los demás métodos en el cálculo de las precipitaciones, por lo cual fue importante

realizar la prueba de Kolmogorov – Smirnov para seleccionar el método que

estadísticamente más apropiado.

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11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Se trazó la divisoria de aguas que permitió determinar el área de la cuenca

de la Laguna de Fúquene y las estaciones al interior de la misma.

Se logró estimar la variación existente entre los niveles de la laguna de

Fúquene y la precipitación ocurrida en la zona, realizando la proyección con

métodos estadísticos, determinando el comportamiento dentro de 25, 50, 75

y 100 años.

Se encontró que el año que más influencia tuvo para el análisis fue el 2011

debido al fenómeno de la niña. Este año se alcanzaron precipitaciones de

3113,3 en un periodo acumulado de 78 días lo que aportó a aumentar los

cálculos de proyección.

Se encontró que la relación entre el nivel de la laguna de Fúquene con

respecto a la cantidad de precipitaciones en la cuenca es del 73,2%.

RECOMENDACIONES:

Al hacer este tipo de estudios, se debe tener en cuenta que son muchas

variables que influyen en el comportamiento de este tipo de laguna, por lo

que los resultados son solo una estimación para tener un orden de magnitud

relativo.

Hacer estudios de evaporación e infiltración del suelo pueden ser útiles para

acercar el estudio a resultados más exactos.

Se debe tener en cuenta que para aplicar el resultado de esta investigación

a otras lagunas es importante que estas cuenten con una temperatura,

vegetación y tipo de suelo similares. También es importante tener en cuenta

el cambio climático que se pueda presentar en futuros años.

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12. BIBLIOGRAFÍA

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IDEAM. (Febrero, 2018). Tomado de http://www.ideam.gov.co/web/atencion-

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OTALORA MOZO, Magda E. Mapa de Riesgo de la Calidad del agua para el

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