EVALUACIÓN DE AMENAZA POR INUNDACIÓN EN … · 2018-06-22 · 2 Facultad de Ingeniería...
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EVALUACIÓN DE AMENAZA POR INUNDACIÓN EN EL SECTOR BETANIA DEL
MUNICIPIO DE GACHANCIPÁ, PERTENECIENTE A LA CUENCA ALTA DEL RÍO
BOGOTÁ
NÉSTOR JAVIER CÁRDENAS CASAS
JORGE ENRIQUE MUÑOZ BARRAGÁN
EDISON CAMILO RIAÑO RINCÓN
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS
BOGOTÁ – 2017
2
Facultad de Ingeniería
Ingeniería Civil
Proyecto de Grado
23 de junio de 2017
Evaluación de amenaza por inundación en el sector Betania del Municipio de
Gachancipá, perteneciente a la Cuenca Alta del Rio Bogotá
Javier Cárdenas _500339; Jorge Muñoz_500348;
Camilo Riaño_500343
.
EVALUACIÓN DE AMENAZA POR INUNDACIÓN EN EL SECTOR BETANIA DEL
MUNICIPIO DE GACHANCIPÁ, PERTENECIENTE A LA CUENCA ALTA DEL RÍO
BOGOTÁ
NÉSTOR JAVIER CÁRDENAS CASAS
JORGE ENRIQUE MUÑOZ BARRAGÁN
EDISON CAMILO RIAÑO RINCÓN
Trabajo de grado para optar al título de Especialista en Recursos Hídricos
Asesor
CARLOS DANIEL MONTES RODRÍGUEZ
Magíster en Ingeniería Civil.
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS
BOGOTÁ – 2017
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Evaluación de amenaza por inundación en el sector Betania del Municipio de
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Javier Cárdenas _500339; Jorge Muñoz_500348;
Camilo Riaño_500343
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PAGINA DE ACEPTACIÓN
Nota de aceptación
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
____________________________________
Firma del presidente del jurado
______________________________________
Firma del jurado
16 de Junio 2017
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TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN 8
INTRODUCCIÓN 10
1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO 11
1.1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 11
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 11
1.3. JUSTIFICACIÓN 12
1.4. OBJETIVOS 13
2. MARCO DE REFERENCIA 14
2.1. MARCO GEOGRÁFICO 14
2.2. MARCO CONCEPTUAL 20
3. DESARROLLO METODOLÓGICO 41
3.1. ESTUDIO HIDROLÓGICO 41
3.2. MODELACIÓN 52
4. RESULTADOS 64
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS 66
6. CONCLUSIONES 74
7. BIBLIOGRAFÍA 75
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2-1. Ubicación Geográfica. 14
Figura 2-2. Cuenca Alta del Río Bogotá. 17
Figura 2-3. Cuenca media del río Bogotá. 18
Figura 2-4. Cuenca baja del río Bogotá. 19
Figura 2-5. Localización de la zona de estudio. 20
Figura 3-1. Localización área de estudio y estaciones de referencia. 41
Figura 3-2. Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia – Estación El Colombiano 48
Figura 3-3. Delimitación de la cuenca. 49
Figura 3-4. Digitalización curvas de nivel del terreno. 53
Figura 3-5. Modelo tridimiensional del terreno. 53
Figura 3-6. Barrido de superficie. 54
Figura 3-7. Modelo digital 3D del terreno. 54
Figura 3-8. Definición límites laterales. 55
Figura 3-9. Ingreso de valor de caudales a la plataforma. 56
Figura 3-10. Ingreso valor de pendiente del tramo. 56
Figura 3-11. Zona de inundación Km 3 + 360. 61
Figura 3-12. Zona de inundación Km 3 + 240. 62
Figura 3-13. Zona de inundación Km 3 + 160. 62
Figura 3-14. Zona de inundación Km 2 + 960. 63
Figura 3-15. Zona de inundación Km 2 + 220. 63
Figura 4-1. Áreas de inundación para Tr = 100 años. 64
Figura 4-2. Áreas de inundación en planta Real. 64
Figura 4-3. Vista tridimensional del sector de inundación. 65
Figura 5-1. Alternativa de solución 1. 67
Figura 5-2. Alternativa de solución 2. 67
Figura 5-3. Alternativa de solución 3. 67
Figura 5-4. Alternativa de solución 4. 67
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2-1. Clasificación de las cuencas. 22
Tabla 2-2. Densidad de drenaje. 23
Tabla 2-3. Factor de forma. 23
Tabla 2-4. Coeficiente de compacidad. 24
Tabla 2-5. Índice de alargamiento. 24
Tabla 2-6. Factor de rugosidad. 28
Tabla 2-7. Número de curva. 31
Tabla 2-8. Relación t/tp y q/qp 35
Tabla 2-9. Coeficiente de Manning. 38
Tabla 3-1. Estaciones de monitoreo ambiental de referencia. 42
Tabla 3-2. Factores de lluvia en 24 horas. 44
Tabla 3-3. Resultados Precipitación (mm) máxima 24 horas multianual. 44
Tabla 3-4. Cálculo de Intensidades máximas 24 horas (mm/h). 45
Tabla 3-5. Resultados función de distribución de probabilidad Gumbel. 46
Tabla 3-6. Relaciones Intensidad-Duración-Frecuencia. 47
Tabla 3-7. Resumen de parámetros. 47
Tabla 3-8. Resumen de características de la cuenca. 50
Tabla 3-9.Tiempos de concentración calculados. 50
Tabla 3-10. Precipitaciones máximas horarias. 51
Tabla 3-11. Precipitación efectiva. 52
Tabla 3-12. Caudales máximos esperados a periodos de retorno. 52
Tabla 3-13. Definición de bordes libres por tramo. 57
Tabla 3-14. Bordes libres definidos. 59
Tabla 5-1. Modelación de alternativas de solución. 68
Tabla 5-2. Altura mínima del Jarillón para Tr = 100 años. 69
Tabla 5-3. Altura mínima del Jarillón para Tr = 50 años. 71
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RESUMEN
En las zonas aledañas al Río Bogotá se tienen registros de crecientes,
principalmente sobre los municipios de Chía, Sopó, Gachancipá, y Nemocón,
correspondientes a la sabana de Bogotá. Dichos registros se ven reflejados
principalmente en eventos de inundación, los cuales afectan directamente a las
regiones y poblaciones más cercanas al río.
Dado lo anterior se realiza el análisis del riesgo por inundación a la que está
propensa la cuenca del Río Bogotá; Se estudia un tramo de río de 3.46 km en la
zona de Betania, perteneciente al Municipio de Gachancipá, ubicado en la cuenca
alta del Río Bogotá.
Para este análisis se adquiere la información del sitio antes mencionado,
apoyándose del Instituto de Hidrología, Meteorología y Asuntos Ambientales,
IDEAM y el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, IGAC, de esta manera se
obtuvo la planimetría del río en el lugar de estudio, datos de caudal que genera la
estación ubicada en el río cerca al lugar evaluado y por último se obtienen
registros máximos de intensidad de lluvia.
Luego de agrupar y organizar la información se procede a realizar el estudio
hidrológico de la zona, el cual consiste en obtener los caudales máximos
esperados a distintos periodos de retorno, siendo esta la variable de entrada más
importante dentro de la modelación. Este proceso se desarrolla en torno a la
evaluación de un modelo lluvia-escorrentía, siendo en este caso el Método del
Hidrograma Unitario S.C.S. el seleccionado, este requiere un análisis descriptivo
de la cuenca hidrográfica estudiada, para determinar su interacción y respuesta
frente a la interceptación de las precipitaciones, también debidamente analizadas.
Los resultados finales de este proceso se reflejan en los caudales transportados,
en el periodo analizado.
Luego de realizar el estudio se procede a efectuar la modelación del rio en el
tramo evaluado; se inicia digitalizando el plano suministrado por el IGAC en dos
dimensiones, luego de esto, la información es puesta en Autocad 3D Civil para
crear una superficie en 3D; ya con la superficie generada, se crea un eje de
alineamiento con respecto al río y de la longitud requerida, estableciendo
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estaciones a intervalos definidos (en este caso cada 20 metros), acto seguido se
establece la longitud a lado y lado de cada una de las estaciones, buscando que
las mismas no se corten; Una vez terminado este paso, se procede a dibujar el
borde de río, con poli líneas y en contra del sentido de flujo de río; Para finalizar
este primer paso de la modelación se exporta toda la superficie generada en
Autocad 3D Civil al programa HEC-RAS 4.1.
Con la topobatimetría levantada en el tramo de intervención y anteriormente
descrita, se determinan las secciones transversales actuales cada 20 metros en
una longitud de 3.46 km; Con dichas secciones se crea un modelo hidráulico del
río en HEC-RAS 4.1. Con la topobatimetria incorporada al modelo se eligieron las
secciones más determinantes y representativas del tramo de estudio.
Luego se ingresan los caudales obtenidos del estudio hidrológico al programa
HEC RAS; igualmente se proporciona a dicho programa los datos de condiciones
de contorno para obtener la pendiente media del tramo estudiado; por último se
procede a correr el modelo considerando un flujo permanente ya que se simula un
evento puntual de creciente en el rio bajo condiciones de flujo subcrítico. Luego
del anterior procedimiento el programa muestra las zonas inundables a lo largo
del tramo de río evaluado, proporcionando vistas de perfil, de planta y en tres
dimensiones, con lo cual se tiene un mejor entendimiento de los resultados.
Al analizar los datos obtenidos en la modelación de la sección del río objeto de
estudio se concluye la alta potencialidad de inundación en la zona. Con el fin de
generar una sugerencia que disminuyera la probabilidad de inundación, se realiza
una simulación de dragado del río, con lo cual se busca bajar los niveles del
mismo; sin embargo, los resultados arrojan una disminución mínima de dichos
niveles que no garantiza la disminución de la amenaza de inundación; Dado lo
anterior se sugiere la construcción de gaviones en los puntos más propensos de
inundación con el fin de aumentar el borde libre del Rio, mitigando el riesgo de
inundación en la zona evaluada.
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INTRODUCCIÓN
El objetivo de esta evaluación está enfocado en el análisis del riesgo por
inundación al que está propenso la cuenca alta del Río Bogotá, en el Sector de
Betania, municipio de Gachancipá.
Uno de los principales propósitos de la hidrología es la evaluación de la
interacción del recurso hídrico, las obras civiles y el entorno del hábitat humano.
Ya que en esta interacción, se encuentran latentes ciertas amenazas,
generalmente por inundación, fenómeno mediante el cual el agua precipitada no
puede ser drenada siguiendo el curso natural del agua demarcado por la histórica
interceptación del agua por el terreno. En estos estudios son evaluados dos
principales aspectos del ciclo hidrológico, la precipitación y la escorrentía.
Este proyecto tiene por objeto realizar los análisis y estudios requeridos para la
evaluación de la amenaza por inundación en el sector Betania localizado en el
municipio de Gachancipá, dada la histórica ocurrencia y reporte de problemáticas
de inundación en el sector delimitado. Dentro de estos análisis y estudios se
pueden destacar, como aspectos principales, en primer lugar el desarrollo de un
detallado estudio hidrológico del sector mediante el cual se obtengan modelos
probabilísticos para la estimación de intensidades máximas de precipitación; a
partir de lo cual se puede adelantar el segundo proceso fundamental dentro de
este proyecto, el cual busca la determinación de los caudales máximos de
escorrentía esperados a distintos periodos de retorno; esto se logra
correlacionando los resultados del análisis hidrológico con la caracterización
geomorfológica de la cuenca, ya que el comportamiento del agua precipitada
depende principalmente, del medio con cual discurra. Finalmente, todo lo anterior
es alimento para un modelo computacional, el cual detalla las áreas de inundación
y alturas de la lámina de agua esperadas, tras la ocurrencia de un evento de
inundación en el sector analizado y su probabilidad de ocurrencia determinada por
los periodos de retorno seleccionados para la estimación de caudales máximos y
la realización del estudio en general.
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1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO
1.1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
Gestión y Tecnologías para la Sustentabilidad de las Comunidades.
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1. Problema a Resolver
Formular evaluación de amenaza por inundación, del Río Bogotá en el sector de
Betania del municipio de Gachancipá.
1.2.2. Antecedentes del Problema a Resolver
Las zonas aledañas a la ronda del Río Bogotá, principalmente, las
correspondientes al sector de la sabana de Bogotá, han sufrido afectación de
moderada a severa frente a la ocurrencia de fenómenos de precipitación extremos
y las consecuentes inundaciones derivadas de estas. Esta problemática es el
resultado del conjugado de un río con un cause extenso, con transporte de altos
caudales de agua, alimentados por descargas de aguas residuales industriales y
una extensa cuenca, con un sector con pendientes demasiado atenuadas, lo cual
tiende a facilitar el desbordamiento del mismo y por consiguiente la inundación de
los sectores aledaños.
Por este motivo, el Río Bogotá, ha sido uno de los más estudiados en el país,
contando con una amplia instrumentación y una gran variedad de estudios. Así
mismo, pueden enumerarse distintas obras de protección del cauce que han sido
desarrollados sobre la ronda de este río con el fin de mitigar esta problemática con
numerosos antecedentes. Dentro de los municipios más afectados pueden
identificarse Chía, Gachancipá, Sopó y Nemocón entre otros. Por este motivo,
Gachancipá será utilizado como base de estudio, al ser unos de los sectores más
críticos y con un mayor impacto frente a la presencia de esta problemática.
Igualmente, considerando la similitud entre estos municipios y su cercanía entre sí,
los resultados de este estudio pueden ser transportados y aplicados a las demás
zonas indicadas, previa realización de los ajuste pertinentes según las cualidades
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propias del sector, logrando los mismos resultados, impactos y alcance obtenidos
mediante este proyecto.
1.2.3. Pregunta de Investigación
¿Cuál es la amenaza por inundación, del Río Bogotá en el sector de Betania del
municipio de Gachancipá?
1.3. JUSTIFICACIÓN
Se tienen antecedentes de la ocurrencia de crecientes en las zonas aledañas al
Río Bogotá, principalmente sobre los municipios de Chía, Sopó, Gachancipá, y
Nemocón, correspondientes a la sabana de Bogotá. Este se ve reflejado
principalmente en fenómenos de inundación afectando directamente a las
regiones y poblaciones más cercanas al río.
Tradicionalmente estos fenómenos han sido estudiados, desde los origines de la
hidrología, mediante la aplicación de métodos empíricos que estiman y
dimensionan la generación de caudales a través del contraste del análisis de la
topografía y la pluviometría de los sectores.
Dado lo anterior, mediante este proyecto, puede realizarse un estudio detallado,
basado en las cualidades reales del sector; como topográficas,
hidrometeorológicas, orográficas, entre otras asociadas al transporte de agua.
A partir de lo anterior, es posible determinar, cualificar y cuantificar las causas,
consecuencias y mecanismos de mitigación, con el fin de resolver, o mitigar al
menos, la problemática de inundación y consecuente afectación sobre la
población.
Finalmente, considerando la variedad de tipos de estudios que pueden ser
desarrollados, el impacto social y técnico que representan, se formula este
proyecto como una importante aplicación de los estudios de especialidad
adelantados.
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1.4. OBJETIVOS
1.4.1. OBJETIVO GENERAL
Realizar la evaluación de amenaza por inundación en el sector Betania del
municipio de Gachancipá, perteneciente a la cuenca alta del Río Bogotá.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar estudio meteorológico del sector correspondiente a la cuenca
objeto de estudio.
Realizar estudio hidrológico con énfasis en estimación de caudales, para
distintos periodos de retorno.
Determinar mediante modelación computacional, las áreas de inundación y
alturas de lámina de agua en el sector evaluado.
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2. MARCO DE REFERENCIA
2.1. MARCO GEOGRÁFICO
2.1.1. Ubicación geográfica
La cuenca del Río Bogotá está ubicada en el centro del país y del Departamento
de Cundinamarca, sobre la cordillera Oriental. El Río Bogotá, nace en la región
nororiental de Cundinamarca, en un sitio conocido como el Páramo de
Guacheneque, de la Laguna del Valle, en el Municipio de VillaPinzón, de la
cordillera Oriental de Colombia,.3000 m.s.n.m., desde allí recorre 380 kms, hasta
el barrio la Boca en Girardot a 280 m.s.n.m, donde entrega todo su caudal al Río
Magdalena (Secretaria de Hacienda. Descripción Río Bogotá. 26-10-2016, de
Instituto de Estudios Urbanos sitio web:
https://institutodeestudiosurbanos.info/endatos/0100/0110/0112-hidro/011211.htm)
Figura 2-1. Ubicación Geográfica.
Fuente: Google Earth
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2.1.2. Formación geológica
Hace 100 millones de años La Sabana de Bogotá y sus alrededores se
encontraban bajo un mar colmado de depósitos marinos, arcillas, arenas y
areniscas. Al inicio de la época conocida como cretácica, se produjeron grandes
depósitos de sal, donde hoy quedan las salinas de Nemocón y Zipaquirá. Por ese
entonces la parte sur del continente americano se encontraba unida con África,
hasta que se produjo el desplazamiento de Sudamérica hacia el occidente,
separándose y formando de esta manera el Océano Atlántico. Al culminar el
cretácico, hace 70 millones de años, el mar se hace menos profundo y los
sedimentos de arenas depositados, dan origen a la formación Guadalupe, ósea los
Cerros Orientales de la Sabana; posteriormente se producirían los depósitos de
arcillas que dieron origen a la formación Guaduas.
La formación de Bogotá y la formación de La Regadera datan de la época del
Terciario (hace 65 millones de años). Los levantamientos que darían origen a la
cordillera Oriental iniciaron hace unos 10 millones de años y culminaron hace 3
millones de años; estos levantamientos provocaron la desconexión entre el río
Magdalena y los ríos de los Llanos Orientales ocasionando el hundimiento de la
Sabana de Bogotá, allí donde desemboca el Río Bogotá y varios de sus afluentes
generando una gran laguna cuyas aguas se desbordaron por el Salto de
Tequendama, para dar origen a la parte baja del río desde Mesitas del Colegio
hasta Girardot.
Al inicio del cuaternario, hace 2 millones de años, aparece la época de grandes
cambios climáticos provocados por los glaciales e interglaciares. La última
glaciación se inició hace 75.000 años y terminó hace 10.000 años, es decir, en el
holoceno. Desde el punto histórico precolombino, conocemos la Leyenda del
Parque de Iguaque, origen de los Muiscas, con la Leyenda de Xue y Chía y por
otra parte la Leyenda de Bochica y Bachué, leyenda muy parecida al diluvio
universal, que daría origen al río Bogotá, al Salto de Tequendama y demás ríos y
lagunas (Secretaria de Hacienda. Descripción Río Bogotá. 26-10-2016, de
Instituto de Estudios Urbanos Sitio web:
https://institutodeestudiosurbanos.info/endatos/0100/0110/0112-hidro/011211.htm)
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2.1.3. Longitud
Desde su nacimiento en el municipio de Villapinzón, hasta su desembocadura en
Girardot, el Río Bogotá alcanza una longitud de 380 km., divididos en tres tramos:
Cuenca Alta 170 Km., Cuenca Media 90 Km., y Cuenca Baja 120 Km. (Secretaria
de Hacienda. Descripción Río Bogotá. 08-10-2017, de Instituto de Estudios
Urbanos Sitio web:
https://institutodeestudiosurbanos.info/endatos/0100/0110/0112-hidro/011211.htm)
2.1.4. Descripción de los tramos del Rio Bogotá
A través del Acuerdo 58 de 1987 la CAR ha distinguido tres zonas que generan
tres cuencas a lo largo de la trayectoria del río Bogotá, a saber: Cuenca Alta,
Cuenca Media, y Cuenca Baja. (Ver Figura 2-2)
2.1.4.1. Cuenca Alta
Desde el nacimiento del Río Bogotá, en Villapinzón hasta Puente de la Virgen, con
una longitud del río de 170 km
En este tramo pasa por 18 Municipios: Villapinzón, Chocontá, Suesca, Sesquilé,
Gachancipá, Tocancipá, Zipaquirá, Cajicá, Sopó, Chía, Cota, Nemocón, Cogua,
Guatavita, Guasca, Tabio, y Tenjo
El caudal del río es regulado por la presencia de dos embalses: El Embalse de
Tominé y el Embalse de Sisga; tiene un caudal medio en la estación de La Virgen
de 13.5 m3/s. (Secretaria de Hacienda. Descripción de los Tramos del Río Bogotá.
26-10-2016, de Instituto de Estudios Urbanos Sitio web:
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Figura 2-2. Cuenca Alta del Río Bogotá.
Fuente: Google Earth
2.1.4.2. Cuenca Media
Va desde Puente la Virgen, en el municipio de Cota, hasta antes del embalse del
Muña en Alicachín; con una longitud del río en el tramo 90 Km.
En este tramo el río pasa por 8 Municipios: Bogotá, Funza, Mosquera, Soacha,
Sibaté, Subachoque, El Rosal, Madrid, Bojacá, y Facatativa
Recibe las aguas residuales del sistema de drenaje urbano de Bogotá y sus áreas
periféricas; El aporte medio de aguas, principalmente de aguas residuales
domésticas, en esta cuenca es el más importante con caudales medios de 37
m3/s. (Secretaria de Hacienda. Descripción de los Tramos del Río Bogotá. 26-10-
2016, de Instituto de Estudios Urbanos Sitio web:
https://institutodeestudiosurbanos.info/endatos/0100/0110/0112-hidro/011211.htm)
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Figura 2-3. Cuenca media del Río Bogotá.
Fuente: Fuente: Google Earth
2.1.4.3. Cuenca Baja
Va desde el embalse del Muña hasta la desembocadura en el Río Magdalena; con
una longitud del río en el tramo de 120 Km
En este tramo el río pasa por 14 Municipios: San Antonio del Tequendama, Tena,
La Mesa, El Colegio, Anapoima, Apulo, Tocaima, Agua de Dios, Ricaurte, Girardot,
Zipacón, Anolaima, Cahipay, y Viotá.
A la altura de la estación La Guaca, km 247, el Río Bogotá recibe la descarga de
la cadena de generación hidroeléctrica Paraíso Guaca que anteriormente había
embalsado las aguas en el Muña. La cuenca baja tiene pendientes moderadas y
mayores temperaturas que aceleran los procesos metabólicos en el río; El Río
Bogotá en su desembocadura tiene caudales del orden de los 50 m3/s, el Río
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Magdalena tiene caudales tales que generan una dilución superior a 1 a 10
cuando el Río Bogotá le vierte sus aguas. (Secretaria de Hacienda. Descripción de
los Tramos del Río Bogotá. 26-10-2016, de Instituto de Estudios Urbanos Sitio
web: https://institutodeestudiosurbanos.info/endatos/0100/0110/0112-
hidro/011211.htm)
Figura 2-4. Cuenca baja del Río Bogotá.
Fuente: Fuente: Google Earth
2.1.5. Ubicación Geográfica Zona de estudio cuenca Río Bogotá
El lugar a evaluar se encuentra en la zona alta de la cuenca del Río Bogotá, en el
sector de Betania, longitud de estudio 3.46 km, altura de 2600 metros,
coordenadas cabecera del tramo 5° 0'48.52"N - 73°52'47.17"W. Coordenadas
Salida Tramo 4°59'46.10"N - 73°52'51.02"W
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Camilo Riaño_500343
.
Figura 2-5. Localización de la zona de estudio.
Fuente: Google Earth
2.2. MARCO CONCEPTUAL
A continuación se hace una descripción de la fundamentación teórica de cada uno
de los aspectos utilizados la evaluación de amenaza por inundación en el sector
Betania del municipio de Gachancipa, perteneciente a la cuenca alta del Río
Bogotá.
2.2.1. Amenaza, vulnerabilidad y riesgo.
De acuerdo al instructivo del ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial
(Ministerio del Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. (09-10-2015). Guía de
integración de la gestión del riesgo de desastres y el ordenamiento territorial
municipal. 10-10-2017, de Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de
Desastres Sitio web: http://portal.gestiondelriesgo.gov.co/Documents/Guia-
Integracion-Gestion-Riesgo-Ordenamiento-Territorioal-Octubre2015.pdf) acerca de
la Gestión de Riesgos, se define el riesgo y sus componentes como:
Riesgo: Se concibe como una condición potencial de sufrir afectación económica,
social o ambiental para una comunidad.
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Camilo Riaño_500343
.
Amenaza: Se considera como un componente del riesgo el cual se relaciona con
el peligro latente que representa la posible manifestación de un fenómeno de
origen natural, socio-natural o antropogénico (generado por el hombre), que puede
producir efectos dañinos a las personas, la producción, la infraestructura, los
bienes y servicios y/o el ambiente.
Vulnerabilidad: De igual manera se considera un componente del riesgo en el cual
corresponde a las condiciones físicas, económicas, sociales y políticas que
pueden afectarse o sufrir daños en caso que se presente un fenómeno peligroso
(inundación, sismo) y tener dificultades para su recuperación posterior.
2.2.2. Criterios Hidrológicos
Los criterios hidrológicos permiten determinar de antemano y basándose en la
experiencia, las metodologías adecuadas con la información disponible de la zona
de estudio.
2.2.3. Cuenca Hidrográfica
De acuerdo al manual de drenaje para carretera realizado por el Instituto Nacional
de Vías en el Capítulo 2. “Hidrología de drenaje superficial vial”, la cuenca
hidrográfica como un área limitada topográficamente, drenada por un curso de
agua o un sistema de cursos de agua, tal que todo el caudal efluente es
descargado a través de una salida simple, localizada en el punto más bajo de la
misma. . (Instituto Nacional de Vías. (2013). Manual de drenaje para carreteras.
Colombia)
Otro concepto lo brinda la Secretaria Distrital de Ambiente de la Alcaldía Mayor de
Bogotá que de acuerdo al decreto ley 2811 de 1974, indica que la cuenca
hidrográfica es el 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 río
principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o directamente en el
mar. (Secretaria Dsitrital de Ambiente.(02-11-2016). Planes de Ordenación y
Manejo de Cuencas – POMCA. web: http://ambientebogota.gov.co/385)
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.
Como se observa la cuenca hidrográfica es fundamental y la base para todo el
estudio hidráulico de cualquier sector. Por este motivo a continuación se presentan
sus características más importantes.
2.2.3.1. Área de drenaje:
Probablemente la característica geomorfológica más importante para el diseño y
se define como la proyección horizontal de toda el área de drenaje de un sistema
de escorrentía. Se estima a través de la sumatoria de las áreas comprendidas
entre las curvas de nivel y los límites de la cuenca. (Jiménez, Henry. (1986).
Hidrología Básica. Universidad del Valle)
A continuación se muestra cómo se puede clasificar la cuenca de acuerdo a su
extensión.
Tabla 2-1. Clasificación de las cuencas.
Clasificación de las
cuencas Área en Km2
Unidad hidrológica < 5
Sector hidrológico 5 <= A < 20
Microcuenca 20 <= A < 100
Subcuenca 100 <= A < 300
Cuenca A > 300
Fuente: Jiménez, Henry. Hidrología Básica. Universidad del Valle. 1986.
2.2.3.2. Drenaje de la Cuenca
Se entiende como drenaje de la cuenca al que constituyen el cauce principal y sus
afluentes, la forma en que estos dos interactúen con su respectiva cuenca influye
en la respuesta ante eventos hidrológicos.
Como parámetros característicos del drenaje se encuentran los siguientes.
Orden de Drenaje: Esta característica fue desarrollada a principios de la
década de 1940 por el ingeniero hidráulico e hidrólogo americano Robert E.
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.
Horton, el cual indica el grado de ramificación del sistema de drenaje, en
donde los cauces iniciales son de orden uno (1), la unión de dos cauces de
nivel uno (1) forman un cauce de nivel dos (2), la unión de dos cauces de
nivel dos (2) forman un cauce de nivel tres (3) y así sucesivamente hasta la
salida de la cuenca de estudio.
Densidad de Corrientes: Es la relación entre el número de corrientes y el
área de la cuenca. Entre mayor sea la densidad de corrientes la cuenca
responde de manera más rápida a un evento hidrológico.
Densidad de Drenaje: Es la longitud total de los cauces en la cuenca sobre
el área de la misma.
Tabla 2-2. Densidad de drenaje.
Dd (km/km2) Interpretación
Cercano a 0.5 Cuenca pobremente drenada
>= 3.5 Red de drenaje eficiente
Fuente: Jiménez, Henry. Hidrología Básica. Universidad del Valle. 1986.
2.2.3.3. Factor de Forma (Kf)
Es la relación entre el ancho medio de la cuenca y la longitud de su cauce
principal.
Tabla 2-3. Factor de forma.
Kf (Adimensional) Interpretación
< 1.0 Cuenca Alargada
= 1 Cuenca Cuadrada
> 1.0 Cuenca Achatada
Fuente: Jiménez, Henry. Hidrología Básica. Universidad del Valle. 1986.
2.2.3.4. Coeficiente de Compacidad (Kc)
Es la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de área
igual a la cuenca.
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.
Tabla 2-4. Coeficiente de compacidad.
Kc (Adimensional) Interpretación
< 1.0 Imposible
= 1 Cuenca Circular
1 < Kc <= 1.25 Redonda – Oval Redonda
1.25 < Kc <= 1.5 Oval Redonda – Oval oblonga
1.5 < Kc <= 1.75 Oval oblonga – Rectangular oblonga
Fuente: Jiménez, Henry. Hidrología Básica. Universidad del Valle. 1986.
2.2.3.5. Índice de Alargamiento (Ia)
Es la relación entre la longitud máxima de la cuenca con su ancho máximo medido
perpendicularmente a la longitud.
Tabla 2-5. Índice de alargamiento.
Ia (Adimensional) Interpretación
< 1.0 Cuenca Achatada
= 1 Cuenca cuadrada o circular
> 1.0 Cuenca Alargada
Fuente: Jiménez, Henry. Hidrología Básica. Universidad del Valle. 1986.
2.2.3.6. Pendiente de la cuenca (Sc)
El método más utilizado es el determinado por Robert E. Horton en el cual se traza
una malla cuadrada sobre el área de la cuenca en el sentido del cauce principal,
se traza una línea recta entre el nacimiento y la salida del cauce, posteriormente
se mide la longitud de la cuenca en cada línea de la malla y se cuentan las
intersecciones de las curvas de nivel con cada línea de la malla. Las sumatorias
de las longitudes y de las intersecciones se introducen en las siguientes formulas:
𝑆𝑥 =100 ∗ 𝐷 ∗ 𝑁𝑥
∑𝐿𝑥
𝑆𝑦 =100 ∗ 𝐷 ∗ 𝑁𝑦
∑𝐿𝑦
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.
𝑆 =𝑆𝑥 + 𝑆𝑦
2
Donde;
S: Pendiente media de la cuenca (en porcentaje).
Sx y Sy: Pendiente en las direcciones “x” y “y” (en porcentaje).
D: Separación vertical entre curvas de nivel.
Nx: Número de cortes entre las paralelas al eje “x” y las curvas de nivel.
Ny: Número de cortes entre las paralelas al eje “y” y las curvas de nivel.
Lx: Longitud de las paralelas al eje “x” dentro de la cuenca.
Ly: Longitud de las paralelas al eje “y” dentro de la cuenca.
2.2.3.7. Tiempo de Concentración (Tc)
De acuerdo al manual de drenaje para carretera realizado por el Instituto Nacional
de Vías, se define el tiempo de concentración como el tiempo que toma el agua
desde los límites más extremos de la cuenca hasta llegar a la salida. (Instituto
Nacional de Vías. (2013). Manual de drenaje para carreteras. Colombia)
En general, el tiempo de concentración se calcula por medio de ecuaciones
empíricas, dentro de las cuales se cuentan las siguientes:
Ecuación de Kirpich:
𝑇𝑐 = 0,06628 ∗ (𝐿
𝑆0.5)
0.77
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Pendiente entre las elevaciones máxima y mínima (pendiente total)
del cauce principal, en metros por metro (m/m).
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.
Ecuación de Temez:
𝑇𝑐 = 0,30 ∗ (𝐿
𝑆0.25)
0.76
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Pendiente total del cauce principal, en porcentaje (%).
Ecuación de Williams:
𝑇𝑐 = 0,683 ∗ (𝐿 ∗ 𝐴0.40
𝐷 ∗ 𝑆0.25)
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
A= Área de la cuenca en kilómetros cuadrados (Km2)
D= Diámetro de una cuenca circular con área “A” en kilómetros (Km)
S= Pendiente total del cauce principal, en porcentaje (%).
Ecuación de Jhonstone y Cross:
𝑇𝑐 = 2.6 ∗ (𝐿
𝑆0.5)
0.5
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Pendiente total del cauce principal, en metros por Kilometro (m/Km).
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.
Ecuación de Giandotti
𝑇𝑐 =4 ∗ 𝐴0.5 + 1.5 ∗ 𝐿
25.3 ∗ (𝐿 ∗ 𝑆)0.5
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
A= Área de la cuenca en Kilómetros cuadrados (Km2)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Pendiente del cauce principal, en metros por metro (m/m).
Ecuación de SCS-Ranser
𝑇𝑐 = 0.947 ∗ (𝐿3
𝐻)
0.385
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Diferencia de cotas entre puntos extremos de la corriente principal en
metros (m)
Ecuación de Ventura - Heras
𝑇𝑐 = 0.30 ∗ (𝐿
𝑆0.25)
0.75
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Pendiente total del cauce principal, en porcentaje (%).
Ecuación de V.T. Chow
𝑇𝑐 = 0.273 ∗ (𝐿
𝑆0.5)
0.64
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.
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Pendiente del cauce principal, en metros por metro (m/m).
Ecuación del cuerpo de ingenieros del ejército de los Estados Unidos
𝑇𝑐 = 0.28 ∗ (𝐿
𝑆0.25)
0.76
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Pendiente del cauce principal, en metros por metro (m/m).
Ecuación de Hathaway
𝑇𝑐 =36.36 ∗ (𝐿 ∗ 𝑛)0.467
𝑆0.234
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)
L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)
S= Pendiente del cauce principal, en metros por metro (m/m).
n= Factor de rugosidad adimensional
Tabla 2-6. Factor de rugosidad.
TIPO DE SUPERFICIE n
Uniforme con suelo impermeable. 0.02
Uniforme con suelo desnudo suelto. 0.1
Suelo pobre en hierba, con cosecha en hileras o
moderadamente rugoso y desnudo. 0.2
Pastos. 0.4
Bosques maderables desarrollados. 0.6
Bosques maderables de coníferas, o bosques 0.8
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.
TIPO DE SUPERFICIE n
maderables desarrollados con una capa profunda de
humus vegetal o pastos.
Fuente: Jiménez, Henry. Hidrología Básica. Universidad del Valle. 1986.
Ecuación de Izzard
𝑇𝑐 =134.5964 ∗ (0.0007 ∗ 𝑖 + 𝐶) ∗ 𝐿0.33
𝑆0.333 ∗ 𝑖0.667
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en minutos (min)
I= Intensidad de la lluvia en milímetros por hora (mm/h)
C= Coeficiente de retardo, adimensional igual a 0.0070 para lisos,
o.012 para pavimentos rugosos o de concreto y 0.06 para
superficies densas de pastos.
L= Longitud del cauce principal en metros (m)
S= Pendiente total del cauce principal, en metros por metro (m/m).
Ecuación de Federal Aviation Administration
𝑇𝑐 =3.261 ∗ (1.1 − 𝐶) ∗ 𝐿0.50
𝑆0.333
Donde;
Tc= Tiempo de Concentración en minutos (min)
C= Coeficiente de escorrentía del método racional, adimensional.
L= Longitud del cauce principal en metros (m)
S= Pendiente del cauce principal, en porcentaje (%).
2.2.4. Modelo Lluvia – Escorrentía
Uno de los objetivos de la hidrología superficial es calcular la escorrentía que se
genera cuando se produce una precipitación determinada sobre la cuenca.
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2.2.4.1. Precipitación
Se denomina precipitación al agua que proviene de la humedad atmosférica y cae
a la superficie terrestre. La precipitación es uno de los procesos meteorológicos
más importantes para la hidrología y junto a la evaporación constituyen la forma
mediante la cual la atmósfera interactúa con el agua superficial en el ciclo
hidrológico del agua. (Jiménez, Henry. (1986). Hidrología Básica. Universidad del
Valle)
2.2.4.2. Escorrentía
Es el agua que viene de la precipitación que circula sobre o bajo la superficie
terrestre y que llega a una corriente para luego ser drenada hasta la salida de la
cuenca. (Jiménez, Henry. (1986). Hidrología Básica. Universidad del Valle)
2.2.4.3. Intensidad de la Lluvia
La intensidad de la lluvia máxima se puede calcular con base en las curvas
Intensidad -Duración - Frecuencia (IDF) disponibles de estaciones ubicadas en la
zona de estudio. La hipótesis para la estimación de las lluvias máximas supone
que la duración de la precipitación máxima es equivalente al tiempo de
concentración de la cuenca, con un valor mínimo de 5 minutos, siendo además
función del período de retorno. (Vélez, Jorge y Botero, Blanca. 2012. Manual de
hidrología para obras viales basado en el uso de sistemas de información
geográfica ).
2.2.4.4. Calculo de Caudales Máximos
Para la determinación de caudales máximos existen diversas metodologías, en las
cuales se emplean registros hidrométricos históricos o parten de la información de
precipitaciones para la obtención de caudales máximos; estos métodos son
denominados lluvia-escorrentía.
Para la estimación de los caudales máximos para los diferentes períodos de
retorno se emplearon diversas metodologías las cuales se describen a
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.
continuación (Segura y Reyes, 1992; Chow et al., 1994; Suárez, 2001; Linsley et
al., 1990; Viessman y Lewis, 2003).
Coeficiente de escorrentía (C): Es la relación entre el volumen de la
escorrentía superficial total, y el volumen de agua precipitado para un
mismo período de tiempo
El parámetro C es estimado por muchos autores mediante tablas que
dependen del tipo y usos del suelo, asignando un valor de C a cada unidad.
Obtención del número de curva CN: El número de curva es uno de los
parámetros requeridos para realizar modelación hidrológica de cuencas
tendiente a estimar los caudales máximos por la metodología del Servicio
de Conservación de Suelos de los Estados Unidos de América (SCS)
(Chow et al., 1994).
Como se puede observar en la siguiente tabla, las variables que intervienen
en el cálculo del número de curva de una zona en estudio son la pendiente
del terreno en porcentaje, el grupo del suelo según SCS, la humedad
antecedente y el tipo de uso y cobertura del suelo.
Tabla 2-7. Número de curva.
Tipo de vegetación Tratamiento Condición
Hidrológica
Tipo de suelo
A B C D
Barbecho
Desnudo - 77 86 91 94
CR Pobre 76 85 90 93
CR Buena 74 83 88 90
Cultivos alineados
R Pobre 72 81 88 91
R Buena 67 78 85 89
R + CR Pobre 71 80 87 90
R + CR Buena 64 75 82 85
C Pobre 70 79 84 88
C Buena 65 75 82 86
C + CR Pobre 69 78 83 87
C + CR Buena 64 74 81 85
C + T Pobre 66 74 80 82
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Tipo de vegetación Tratamiento Condición
Hidrológica
Tipo de suelo
A B C D
C + T Buena 62 71 78 81
C + T + CR Pobre 65 73 79 81
C + T + CR Buena 61 70 77 80
Cultivos no
alineados, o con
surcos pequeños o
mal definidos
R Pobre 65 76 84 88
R Buena 63 75 83 87
R + CR Pobre 64 75 83 86
R + CR Buena 60 72 80 84
C Pobre 63 74 82 85
C Buena 61 73 81 84
C + CR Pobre 62 73 81 84
C + CR Buena 60 72 80 83
C + T Pobre 61 72 79 82
C + T Buena 59 70 78 81
C + T + CR Pobre 60 71 78 81
C + T + CR Buena 58 69 77 80
Cultivos densos de
leguminosas o
prados en
alternancia
R Pobre 66 77 85 89
R Buena 58 72 81 85
C Pobre 64 75 83 85
C Buena 55 69 78 83
C + T Pobre 63 73 80 83
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.
Tipo de vegetación Tratamiento Condición
Hidrológica
Tipo de suelo
A B C D
C + T Buena 51 67 76 80
Pastizales o pastos
naturales
- Pobres 68 79 86 89
- Regulares 49 69 79 84
- Buenas 39 61 74 80
Pastizales
C Pobres 47 67 81 88
C Regulares 25 59 75 83
C Buenas 6 35 70 79
Prados
permanentes - - 30 58 71 78
Matorral-herbazal,
siendo el - Pobres 48 67 77 83
matorral
preponderante - Regulares 35 56 70 77
- Buenas ≤30 48 65 73
Combinación de
arbolado y - Pobres 57 73 82 86
herbazal, cultivos
agrícolas leñosos - Regulares 43 65 76 82
- Buenas 32 58 72 79
Montes con pastos - Pobres 45 66 77 83
(aprovechamientos
silvo pastorales) - Regulares 36 60 73 79
- Buenas 25 55 70 77
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.
Tipo de vegetación Tratamiento Condición
Hidrológica
Tipo de suelo
A B C D
Bosques
- I Muy pobre 56 75 86 91
- II Pobre 46 68 78 84
- III Regular 36 60 70 76
- IV Buena 26 52 63 69
- V Muy buena 15 44 54 61
Caseríos - - 59 74 82 86
Caminos en tierra - - 72 82 87 89
Caminos con firme - - 74 84 90 92
Fuente: Diez Hernández, J. M. (2012). Módulo 4 Generación de hidrogramas. Valladolid, España.
Hidrograma Unitario Triangular: Hidrograma de escurrimiento directo que se
produce por una lluvia efectiva o en exceso de lámina unitaria duración “de”
y repartida uniformemente en la cuenca” (Aparicio, 2010).
Conociendo el hidrograma unitario de una cuenca es posible calcular el
hidrograma producido por cualquier precipitación suponiendo linealidad en
la relación lluvia-escorrentía.
Hidrograma Unitario de Clark: Se trata de un método de Hidrograma unitario
sintético utilizado cuando no se dispone de información o con información
escasa.
Los parámetros que utiliza el modelo Hidrograma unitario de Clark son el
tiempo de concentración de la cuenca Tc y el coeficiente de
almacenamiento R, el cual según USDA & NRCS (2010) puede ser
estimado mediante la expresión:
𝑅 = 0.7 ∗ 𝑇𝑐
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Hidrograma Adimensional del S.C.S: El hidrograma unitario sintético de
forma triangular es el más utilizado, sin embargo en ocasiones la extensión
de la curva de recesión es determinante para ciertos productos por lo cual
se usa el hidrograma curvilíneo adimensional
Este hidrograma expresa la relación entre caudal con caudal pico (Q/Qp) y la
relación de tiempo con tiempo de escorrentía del pico (t/tp).
Para la obtención de estas expresiones se utilizan las siguientes ecuaciones
𝑑𝑒 = 2 ∗ √𝑇𝑐
𝑇𝑟 = 0.6 ∗ 𝑇𝑐
Donde;
De= Duración Efectiva (Hr)
Tr= Tiempo de Rezago (Hr)
Tc= Tiempo de concentración (Hr)
𝑇𝑝 = 0.5 ∗ 𝑑𝑒 + 𝑇𝑟
𝑇𝑏 = 2.67 ∗ 𝑇𝑝
𝑞𝑝 =0.208 ∗ 𝐴
𝑇𝑝
Donde;
qp= Caudal Pico para el hidrograma unitario (m3/s/mm)
Tp= Tiempo al pico (Hr)
Tb= Tiempo base (Hr)
A= Área de la cuenca (Km2)
Tc= Tiempo de concentración (Hr)
Tabla 2-8. Relación t/tp y q/qp
t/tp q/qp t/tp q/qp
0 0,000 1,7 0,460
0,1 0,030 1,8 0,390
0,2 0,100 1,9 0,330
0,3 0,190 2 0,280
0,4 0,310 2,2 0,207
0,5 0,470 2,4 0,147
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.
0,6 0,660 2,6 0,107
0,7 0,820 2,8 0,077
0,8 0,930 3 0,055
0,9 0,990 3,2 0,040
1 1,000 3,4 0,029
1,1 0,990 3,6 0,021
1,2 0,930 3,8 0,015
1,3 0,860 4 0,011
1,4 0,780 4,5 0,005
1,5 0,680 5 0,000 Fuente: Diez Hernández, J. M. (2012). Módulo 4 Generación de hidrogramas. Valladolid, España.
2.2.5. Modelación Hidráulica
Para la determinación de un apropiado modelo como primera medida se debe
conocer cuál es el objetivo de la modelación y la información de entrada que se
requiere.
En la actualidad existen diversos modelos con los cuales se puede estudiar el
comportamiento de cauces fluviales mediante aproximaciones unidimensionales,
aunque existen modelos bidimensionales y tridimensionales, se describirá el
modelo comercial más utilizado por su variabilidad y sencillez como es el modelo
HEC-RAS del Hydraulic Engineering Center (HEC) del U.S. Army Corps of
Engineers.
2.2.5.1. Modelo Hec-Ras
El Hydrologic Engineering Centers River Analysis System (HEC - RAS) es un
modelo de dominio público desarrollado del Centro de Ingeniería Hidrológica
(Hydrologic Engineering Center) del cuerpo de ingenieros de la armada de los
EE.UU. El modelo unidimensional en energías permite el cálculo en dominios
con escalas muy grandes, de modo que la simulación del río se realiza con una
velocidad de cálculo enorme (orden de segundos). Por tanto, la capacidad de
Repetición y corrección de un cálculo es muy alta. El uso de la ecuación de la
energía para el balance entre secciones, dada la incertidumbre existente en la
estimación de las pérdidas de carga (resistencia al lujo), es un método bastante
aproximado en problemas de gran escala (fluviales). La simplificación del flujo
turbulento tridimensional a un flujo unidimensional es relativamente aceptable
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para grandes escalas (ríos y barrancos) con precisiones poco exigentes. Esta
herramienta permite el análisis con secciones naturales no regulares (secciones
fluviales: cauce principal y llanuras de inundación). Es una gran ventaja sobre otro
tipo de modelos hidráulicos existentes (y mucho más rígidos). (Agrimensores
Cordoba. (2006). Manual HEC RAS. 11-10-2016, Sitio web:
http://agrimensorescordoba.org.ar/documentos/manual-hec-ras-2.pdf )
La aplicación del modelo Hec-Ras, constituye los siguientes pasos
fundamentales:
1. Crear por medio de herramientas de SIG como ArcGIS - ArcView y la
extensión HEC-GeoRAS, los Modelos Digitales de Elevación – DEM con un
archivo de importación para HEC-RAS, que contenga información
geométrica de las secciones transversales, del cauce y las llanuras de
inundación del sistema hídrico.
2. Aplicar la modelización del flujo permanente con el modelo HEC-RAS 4.1.0,
el cual genera un archivo de exportación para ArcGIS - ArcView
Parámetros requeridos en la modelación
Geometría: A partir de la topografía se realizara la modelacion del cauce en las
condiciones actuales.
Coeficiente de Manning: El coeficiente de rugosidad es un parámetro primordial en
el cálculo hidráulico en lámina libre. No en vano tiene una influencia directa en la
velocidad de circulación del fluido. A mayor rugosidad, menor velocidad y
viceversa.
Y si influye en la velocidad, influye en el cálculo hidráulico en global, ya que la
velocidad está presente en la determinación del número de Froude y en el trinomio
de Bernoulli para hacer el balance de energías. (Oliveras, Jordi. (2016).
Modelacion de Cauces. 10-10-2016, Sitio web: http://www.hidrojing.com/servicios-
de-consultoria/modelizacion-de-cauces)
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.
El coeficiente de rugosidad de Manning es una trascripción de la morfología del
terreno al modelo el cual representa el grado de intervención del terreno con el
paso del rio. (Oliveras, Jordi. (2016). Modelacion de Cauces. 10-10-2016, Sitio
web: http://www.hidrojing.com/servicios-de-consultoria/modelizacion-de-cauces)
Tabla 2-9. Coeficiente de Manning.
Tipo de cauce y descripción Valor de n
Mínimo Normal Máximo
Cauces naturales menores (ancho superior a nivel de crecida menor que 30 m)
Cauces en planicie
1) Limpio, recto, nivel lleno, sin fallas o pozos
profundos 0.025 0.030 0.033
2) Igual que arriba pero más piedras y pastos 0.030 0.035 0.040
3) Limpio, curvado, algunos pozos y bancos 0.033 0.040 0.045
4) Igual que arriba pero algunos pastos y
piedras 0.035 0.045 0.050
5) Igual que arriba, niveles más bajos,
pendiente y secciones más inefectivas 0.040 0.048 0.055
6) Igual que 4, pero más piedras 0.045 0.050 0.060
7) Tramos sucios, con pastos y pozos
profundos 0.050 0.070 0.080
8) Tramos con muchos pastos, pozos
profundos o recorridos de la crecida con
mucha madera o arbustos bajos
0.075 0.100 0.150
Cauces de montaña, sin vegetación en el canal, laderas con pendientes
usualmente pronunciadas, árboles y arbustos a lo largo de las laderas y
sumergidos para niveles altos
1) Fondo: grava, canto rodado y algunas
rocas 0.030 0.040 0.050
2) Fondo: canto rodado y algunas rocas 0.040 0.050 0.070
Cauces con planicie crecida
1) Pastos, sin arbustos
∙ Pastos cortos 0.025 0.030 0.035
∙ Pastos altos 0.030 0.035 0.050
2) Áreas cultivadas
∙ Sin cultivo 0.020 0.030 0.040
∙ Cultivos maduros alineados 0.025 0.035 0.045
∙ Campo de cultivos maduros 0.030 0.040 0.050
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Tipo de cauce y descripción Valor de n
Mínimo Normal Máximo
3) Arbustos
∙ Arbustos escasos, muchos pastos 0.035 0.050 0.070
∙ Pequeños arbustos y árboles, en invierno 0.035 0.050 0.060
∙ Pequeños arbustos y árboles, en verano 0.040 0.060 0.080
∙ Arbustos medianos a densos, en invierno 0.045 0.070 0.110
∙ Arbustos medianos a densos, en verano 0.070 0.100 0.160
4) Arboles
∙ Sauces densos, en verano, y rectos 0.110 0.150 0.200
∙ Tierra clara con ramas, sin brotes 0.030 0.040 0.050
∙ Igual que arriba pero con gran crecimiento
de brotes 0.050 0.060 0.080
∙ Grupos grandes de madera, algunos
árboles caídos, poco crecimiento inferior y
nivel de la inundación por debajo de las
ramas
0.080 0.100 0.120
∙ Igual que arriba, pero con el nivel de
inundación alcanzando las ramas 0.100 0.120 0.160
Fuente : Oliveras, Jordi. (2016). Modelacion de Cauces. 10-10-2016, Sitio web:
http://www.hidrojing.com/servicios-de-consultoria/modelizacion-de-cauces
Condición de Borde: Los parámetros a definir en una simulación en régimen
permanente mediante HEC-RAS son las condiciones de borde. Las condiciones
de borde son aquellas que definen el comportamiento de un modelo en sus límites
(Aguas Arriba y Aguas Abajo).
Existen cuatro tipos distintos de condición de contorno:
Nivel de agua: Para este caso es necesario tener los datos de la altura en la
sección dada por un limnímetro.
Altura crítica lamina de agua: Se define cuando en la sección existe un elemento
de control de altura lamian de agua/caudal basado en el calado crítico (vertedero,
aforador, presa). La característica de esta opción es que no hay que entrar datos,
ya que el programa toma como dato el cálculo del calado crítico en la sección.
Curva de caudal: Se usa cuando se posee la curva de caudal de la sección.
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Altura normal lamina de agua: Es el caso en el que el flujo se aproxima al
uniforme. El dato a entrar es la pendiente del tramo de influencia. La pendiente es
del tramo entre las dos secciones consecutivas más cercanas.
Las condiciones de contorno se definen en función del régimen de flujo, si el
régimen en todo el tramo a modelar es régimen supercrítico: La condición de
borde se debe colocar aguas arriba; por otra parte si el régimen es régimen sub
crítico: La condición de borde se debe colocar aguas abajo y si el régimen va a ir
variando a lo largo del tramo: La condición de borde debe ser en ambos límites.
Borde Libre: Respecto al borde libre, se adopta la metodología y recomendaciones
dadas por el Bureau of Reclamation de los Estados Unidos, que recomienda que el
borde libre sea del orden de:
CyF
Donde F es el borde libre en pies, C es un coeficiente que varía entre 1.5 y 2.5
dependiendo del caudal. “y” la profundidad del canal en pies.
Este parámetro de borde libre será el utilizado para determinar de manera
preliminar los sectores del tramo en estudio que requieren una mayor
recuperación de la sección hidráulica transversal y de esta manera proceder a su
mejor ajuste en el modelo modificado. (CHOW VEN TE, Open Channel Hydraulics,
McGraw-Hill.1959. 700 p)
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3. DESARROLLO METODOLÓGICO
3.1. ESTUDIO HIDROLÓGICO
En este campo fueron consideradas las variables ambientales, características de
los suelos y morfometría de la cuenca para la estimación de los caudales para
cargar el modelo HEC-RAS.
3.1.1. Área de estudio
En primer lugar, es fundamental determinar el área de estudio, y junto a esta las
estaciones de monitoreo ambiental con cobertura del sector, de esta manera
determinar cuál información resulta útil para el estudio. En la Figura 3-1 se
presenta la relación del área de estudio con las estaciones meteorológicas.
Figura 3-1. Localización área de estudio y estaciones de referencia.
Fuente: Google Earth
Dado lo anterior, se encuentran disponibles las siguientes estaciones de monitoreo
ambiental, descritas en la Tabla 3-1 pertenecientes a la red Hidrometeorológica
del IDEAM, como estación de referencia para la realización de los cálculos.
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Tabla 3-1. Estaciones de monitoreo ambiental de referencia.
NOMBRE Y CÓDIGO CATEG MUNICIPIO CORRIENTE FECHA
INSTALACIÓN ENTIDAD
LOURDES [21201050] PM GACHANCIPÁ BOGOTÁ 15/03/1985 IDEAM
EL COLOMBIANO [21205850] ME SESQUILÉ BOGOTÁ 15/09/1976 IDEAM
TERMOZIPA [21206450] CP TOCANCIPÁ BOGOTÁ 15/05/1992 IDEAM
PUENTE FLORENCIA [21207670] LG GACHANCIPÁ BOGOTÁ 15/07/1961 IDEAM Fuente: Consulta de base de datos Ideam.
De las anteriores estaciones, se decide trabajar con la información meteorológica
Lourdes al ser la estación más cercana al área del proyecto y cuya información se
encuentra más consistente.
Por otra parte, utilizando las coordenadas del sector de estudio, (4°59'46.10"N;
73°52'51.02"O) se realiza la identificación, de la plancha topográfica del sector en
concordancia con el archivo técnico documental del IGAC. Mediante el uso de
aplicación MAGNA-PRO BETA 3, se logró determinar que la plancha 209-III-D
(1978) corresponde al área de estudio.
3.1.2. Análisis de precipitación.
En el análisis de la precipitación se contempla la evaluación y ajuste de las
precipitaciones máximas registradas en la estación de estudio y la generación de
las correspondientes Curvas IDF, aplicables al área de estudio.
Para este análisis se tomaron los registros de lluvias máximas en 24 horas de la
estación pluviométrica (ME) EL COLOMBIANO. Con estos datos se generan las
curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia haciendo uso de la ecuaciones de
intensidad máxima en milímetros/hora, para diferentes periodos de retorno y
tiempos de concentración, como se describe más adelante.
Con el fin de estimar los valores de precipitación esperada para varios periodos de
retorno, es necesario verificar el ajuste de los datos de la serie de precipitaciones
máximas en 24 horas a una distribución de probabilidades conocida. Algunas de
las distribuciones más aceptadas en la proyección de datos hidrológicos son la
distribución Normal, Log-Normal, de Gumbel o valores extremos y la distribución
Pearson Tipo III.
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En este sentido, las curvas IDF son representaciones de las características de un
evento máximo para un sitio o localidad. Para la construcción de las curvas IDF,
se utilizó la aplicación de la función de ajuste de probabilidad más adecuada para
la serie de datos, mediante la cual se extrapola la misma a los periodos de retorno
deseados con una alta fidelidad de aproximación, por este motivo se descarta la
utilización del modelo sintético típicamente utilizado en Colombia, el cual puede
presentar alta discrepancia frente los valores reales. Dado lo anterior, la ecuación
general para obtener las intensidades está dada por:
𝑖 =𝐾 ∗ 𝑇𝑟
𝑚
(𝑑 + 𝑡𝑜)𝑛
Donde:
i = Intensidad en mm/h
Tr = Periodo de retorno en años.
d = Tiempo de la lluvia en minutos.
to = Parámetro de ajuste en min.
K,m,n = Parámetros de ajuste adimensionales.
Dado que la estación EL COLOMBIANO no cuenta con registro pluviográfico
horario, se hace necesario utilizar una estación cercana al área estudio que cuente
con curvas IDF ya calculadas (GUANQUICA) la cual además de encontrarse
relativamente cerca al área de estudio, cuenta con pluviógrafo y presenta un
periodo de registro similar y comparable a la estación EL COLOMBIANO, por lo
que sería la más adecuada para realizar un análisis comparativo entre el
comportamiento de su precipitación horaria (𝑃𝑑) y la máxima en 24 horas (𝑃𝑚á𝑥 24ℎ)
que permita estimar el comportamiento horario de las precipitaciones en la zona
de estudio mediante un factor (𝐹), partiendo de las precipitaciones máximas en 24
horas de las estación objetivo (EL COLOMBIANO), con el fin de calcular las
correspondientes curvas IDF, según la siguiente relación.
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹 =𝑃𝑑 (𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)
𝑃𝑚á𝑥 24ℎ(𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)
𝑃𝑑 (𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑖𝑣𝑜) = 𝐹 ∙ 𝑃𝑚á𝑥 24ℎ(𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑖𝑣𝑜)
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El resultado de dicha comparación se presenta en la Tabla 3-2 como factores (𝐹)
para calcular un evento horario respecto al valor máximo 24 horas del año
considerado, tomando como referencia la estación GUANQUICA.
Para el cálculo de los valores máximos horarios, se parte de los valores máximos
de precipitación multianual 24 horas, los años considerados en el estudio son
desde 1989 a 2013, posteriormente, se aplican los correspondientes factores
calculados, para estimar la fracción de lluvia correspondiente a cada intervalo
horario.
Tabla 3-2. Factores de lluvia en 24 horas.
INTERVALOS HORARIOS (𝑑)
Minutos 10 20 30 60 120 240 360 1440 (1 Día)
FACTOR (𝐹) 0,161 0,234 0,288 0,382 0,495 0,639 0,711 1,000
Obteniendo los siguientes resultados:
Tabla 3-3. Resultados Precipitación (mm) máxima 24 horas multianual.
Fuente: Elaboración propia.
10 20 30 60 120 240 360 1440
1989 6,3 9,1 11,2 14,9 19,3 24,9 27,7 39,0
1990 4,0 5,8 7,2 9,5 12,4 16,0 17,8 25,0
1991 4,5 6,5 8,0 10,6 13,8 17,8 19,8 27,8
1992 3,5 5,1 6,3 8,4 10,9 14,1 15,7 22,0
1993 8,1 11,7 14,4 19,1 24,7 31,9 35,6 50,0
1994 5,0 7,2 8,9 11,8 15,3 19,8 22,1 31,0
1995 4,6 6,6 8,1 10,8 14,0 18,1 20,1 28,3
1996 3,1 4,4 5,5 7,3 9,4 12,1 13,5 19,0
1997 9,6 13,9 17,1 22,7 29,4 38,0 42,3 59,4
1998 5,8 8,4 10,4 13,7 17,8 23,0 25,6 36,0
1999 8,8 12,7 15,7 20,8 26,9 34,8 38,7 54,4
2000 7,8 11,3 13,9 18,4 23,9 30,9 34,4 48,3
2001 4,6 6,7 8,2 10,9 14,1 18,2 20,3 28,5
2002 11,0 15,9 19,6 26,0 33,6 43,4 48,4 68,0
2003 6,7 9,7 12,0 15,9 20,6 26,6 29,6 41,6
2004 6,2 9,0 11,1 14,7 19,0 24,6 27,4 38,5
2005 4,2 6,1 7,5 9,9 12,9 16,6 18,5 26,0
2006 6,0 8,7 10,8 14,3 18,5 23,9 26,6 37,4
2007 6,9 10,0 12,4 16,4 21,3 27,5 30,6 43,0
2008 7,7 11,1 13,7 18,2 23,6 30,4 33,9 47,6
2009 10,9 15,8 19,4 25,8 33,4 43,1 48,0 67,5
2010 8,7 12,6 15,5 20,6 26,7 34,5 38,4 54,0
2011 8,3 12,0 14,7 19,6 25,3 32,7 36,4 51,2
2012 6,0 8,7 10,7 14,2 18,4 23,8 26,5 37,2
2013 6,5 9,3 11,5 15,3 19,8 25,6 28,5 40,0
Precipitación (mm) por Intervalos Duración (min)
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Con los datos de precipitación horaria correspondiente a cada intervalo de
duración, se procede a realizar los cálculos de las correspondientes curvas IDF
para la estación analizada. Inicialmente, los datos de precipitación, en mm, se
convierten a intensidad, en mm/h, relacionándolos con su correspondiente
intervalo de duración, de acuerdo a la siguiente ecuación:
𝑖 =𝑃 (𝑚𝑚)
𝑑 (min)
60 𝑚𝑖𝑛
1 ℎ𝑟= 𝑖(𝑚𝑚/ℎ)
Aplicando la ecuación anterior para cada dato de precipitación, se obtiene la
siguiente relación:
Tabla 3-4. Cálculo de Intensidades máximas 24 horas (mm/h).
Fuente: Elaboración propia.
10 20 30 60 120 240 360 1440
1989 37,8 27,3 22,4 14,9 9,6 6,2 4,6 1,6
1990 24,2 17,5 14,4 9,5 6,2 4,0 3,0 1,0
1991 26,9 19,5 16,0 10,6 6,9 4,4 3,3 1,2
1992 21,3 15,4 12,7 8,4 5,4 3,5 2,6 0,9
1993 48,4 35,0 28,8 19,1 12,4 8,0 5,9 2,1
1994 30,0 21,7 17,8 11,8 7,7 5,0 3,7 1,3
1995 27,4 19,8 16,3 10,8 7,0 4,5 3,4 1,2
1996 18,4 13,3 10,9 7,3 4,7 3,0 2,3 0,8
1997 57,5 41,6 34,2 22,7 14,7 9,5 7,0 2,5
1998 34,9 25,2 20,7 13,7 8,9 5,8 4,3 1,5
1999 52,7 38,1 31,3 20,8 13,5 8,7 6,5 2,3
2000 46,8 33,8 27,8 18,4 11,9 7,7 5,7 2,0
2001 27,6 20,0 16,4 10,9 7,1 4,6 3,4 1,2
2002 65,8 47,7 39,1 26,0 16,8 10,9 8,1 2,8
2003 40,3 29,2 23,9 15,9 10,3 6,6 4,9 1,7
2004 37,3 27,0 22,2 14,7 9,5 6,1 4,6 1,6
2005 25,2 18,2 15,0 9,9 6,4 4,2 3,1 1,1
2006 36,2 26,2 21,5 14,3 9,3 6,0 4,4 1,6
2007 41,6 30,1 24,7 16,4 10,6 6,9 5,1 1,8
2008 46,1 33,4 27,4 18,2 11,8 7,6 5,6 2,0
2009 65,3 47,3 38,8 25,8 16,7 10,8 8,0 2,8
2010 52,3 37,8 31,1 20,6 13,4 8,6 6,4 2,3
2011 49,6 35,9 29,5 19,6 12,7 8,2 6,1 2,1
2012 36,0 26,1 21,4 14,2 9,2 5,9 4,4 1,6
2013 38,7 28,0 23,0 15,3 9,9 6,4 4,7 1,7
Intensidad (mm/h) por Intervalos Duración (min)
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Javier Cárdenas _500339; Jorge Muñoz_500348;
Camilo Riaño_500343
.
Teniendo la información de intensidades máximas horaria, se procede a realizar el
análisis estadístico y probabilístico para obtener las curvas IDF, con su
correspondiente ecuación. Para dicho análisis se aplican las funciones de
distribución de probabilidad típicas usadas en hidrología: Normal, Log-Normal,
Person III y Gumbel.
A partir de pruebas de bondad de ajuste gráficas, la prueba Chi-Cuadrado, la
prueba del Error Cuadrático Mínimo y la prueba Kolmogorov-Smirnov, se logra
determinar la función de distribución de probabilidad Gumbel como la ideal para
ajustar los datos.
A continuación, se observa la aplicación de la función de distribución de
probabilidad Gumbel:
Tabla 3-5. Resultados función de distribución de probabilidad Gumbel.
Fuente: Elaboración propia.
No. Orden 10 20 30 60 120 240 360
1 37,8 27,3 22,4 14,9 9,6 6,2 4,6
2 65,8 47,7 39,1 26,0 16,8 10,9 8,1
3 65,3 47,3 38,8 25,8 16,7 10,8 8,0
4 57,5 41,6 34,2 22,7 14,7 9,5 7,0
5 52,7 38,1 31,3 20,8 13,5 8,7 6,5
6 52,3 37,8 31,1 20,6 13,4 8,6 6,4
7 49,6 35,9 29,5 19,6 12,7 8,2 6,1
8 48,4 35,0 28,8 19,1 12,4 8,0 5,9
9 46,8 33,8 27,8 18,4 11,9 7,7 5,7
10 46,1 33,4 27,4 18,2 11,8 7,6 5,6
11 41,6 30,1 24,7 16,4 10,6 6,9 5,1
12 40,3 29,2 23,9 15,9 10,3 6,6 4,9
13 38,7 28,0 23,0 15,3 9,9 6,4 4,7
14 37,3 27,0 22,2 14,7 9,5 6,1 4,6
15 36,2 26,2 21,5 14,3 9,3 6,0 4,4
16 36,0 26,1 21,4 14,2 9,2 5,9 4,4
17 34,9 25,2 20,7 13,7 8,9 5,8 4,3
18 30,0 21,7 17,8 11,8 7,7 5,0 3,7
19 27,6 20,0 16,4 10,9 7,1 4,6 3,4
20 27,4 19,8 16,3 10,8 7,0 4,5 3,4
21 26,9 19,5 16,0 10,6 6,9 4,4 3,3
22 25,2 18,2 15,0 9,9 6,4 4,2 3,1
23 24,2 17,5 14,4 9,5 6,2 4,0 3,0
24 21,3 15,4 12,7 8,4 5,4 3,5 2,6
25 18,4 13,3 10,9 7,3 4,7 3,0 2,3
S 13,09 9,47 7,78 5,16 3,34 2,16 1,60
Media 39,53 28,61 23,50 15,59 10,10 6,52 4,84
α 0,08 0,12 0,14 0,21 0,33 0,51 0,69
β 33,21 24,04 19,74 13,10 8,49 5,48 4,07
my sy
0,5353 1,1086
PRECIPITACIÓN (mm) / INTERVALO (min)
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Con los parámetros calculados para cada serie de datos, bajo esta función, se
calculan las intensidades para las series de duración trabajadas, y para los
periodos de retorno de 5,10, 20, 50 y 100 años. Se obtiene la siguiente relación, a
partir de la cual se construyen las correspondientes curvas IDF:
Tabla 3-6. Relaciones Intensidad-Duración-Frecuencia.
Fuente: Elaboración propia.
Realizando diversas regresiones potenciales, se calculan los parámetros para la
ecuación que relaciona las variables I.D.F., con la información previamente
ajustada según las funciones de distribución de probabilidad y mediante el empleo
de la ecuación anteriormente descrita.
Tabla 3-7. Resumen de parámetros.
PARÁMETROS
n 1.00
To 43,29
K 1797.72
m 0.1781
Con los datos calculados y mediante el empleo de la ecuación descrita se
construye la curva I.D.F- para diferentes periodos de retorno y según los datos de
precipitación máxima registrados en la estación EL COLOMBIANO.
T (años) 10 20 30 60 120 240 360
5 50,9 36,9 30,3 20,1 13,0 8,4 6,2
10 59,8 43,3 35,5 23,6 15,3 9,9 7,3
20 68,3 49,4 40,6 26,9 17,4 11,3 8,4
50 79,3 57,4 47,1 31,3 20,3 13,1 9,7
100 87,5 63,3 52,0 34,5 22,4 14,4 10,7
DURACIÓN DEL EVENTO DE PRECIPITACIÓN (min)
𝑖 =1650.08 𝑇0,1545
𝑑 + 43,29
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Figura 3-2. Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia – Estación El Colombiano
Fuente: Elaboración propia.
0,0
10
,0
20
,0
30
,0
40
,0
50
,0
60
,0
70
,0
80
,0
90
,0
10
0,0
03
06
09
01
20
15
01
80
21
02
40
27
03
00
33
03
60
Intensidad (mm/h)
Du
raci
ón
(m
in)
Cu
rvas
IDF
est
ació
n E
l Co
lom
bia
no
T =
5 a
ño
s
T=1
0 a
ño
s
T=2
0 a
ño
s
T=5
0 a
ño
s
T=1
00
añ
os
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3.1.3. Caracterización de la cuenca.
3.1.3.1. Delimitación.
La delimitación de la cuenca se realiza utilizando el software Autocad para facilitar
los cálculos. La topografía del sector es obtenida mediante un Modelo Digital de
Elevación generado con el Software Global Mapper el cual brinda una alta
fidelidad de resultados a partir de las bases de datos AsterGDEM 2.
Figura 3-3. Delimitación de la cuenca.
Fuente: Elaboración propia.
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3.1.3.2. Características de la cuenca.
Realizando los cálculos correspondientes se obtienen los resultados presentados
en la Tabla 3-8. Se tienen en consideración, únicamente aquellas características
requeridas para la alimentación del modelo, o para otros cálculos dependientes.
Tabla 3-8. Resumen de características de la cuenca.
Fuente: Elaboración propia.
3.1.3.3. Tiempos de concentración.
Empleados los resultados del numeral anterior, se calculan los tiempos de
concentración, mediante distintos métodos para los puntos de interés cuyos
resultados se presentan en la Tabla 3-9. El valor final, corresponde al ponderado
de todos los métodos.
Tabla 3-9.Tiempos de concentración calculados.
Fuente: Elaboración propia.
3.1.4. Cálculo de caudales.
Empleando el método para la estimación de caudales, presentado en el marco
metodológico, del hidrograma sintético unitario, y número de curva, se realiza la
RESÚMEN DE CARATERÍSTICASPUNTO DE
ENTRADA
PUNTO DE
SALIDA
Área de Drenaje (km2 ) 348,854 368,400
Índice de Gravelius 1,62 1,68
Factor de Forma 0,084 0,080
Pendiente de la corriente principal (m/m) 0,00136 0,00125
Longitud axial cuenca (m) 64509,07 68048,08
Método Entrada Salida
Kirpich 1247,4 1345,6
Témez 623,7 660,7
Johnstone y Cross 1159,4 1217,8
Ventura - Heras 595,3 630,1
V.T. Chow 1946,8 2073,2
USACE 1396,4 1479,2
Ponderado 1161,5 1234,4
PUNTO DE ANÁLISIS
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estimación de los caudales máximos presentados en el tramo del río Bogotá
evaluado.
3.1.4.1. Precipitaciones máximas a periodos de retorno considerados.
En primer lugar, aprovechando las curvas IDF generadas, mediante la evaluación
de los tiempos de concentración calculados, se procede a realizar el cálculo de las
precipitaciones máximas horarios a los periodos de retorno contemplados para el
estudio 5, 10, 20, 50 y 100 años. Estos resultados se presentan en la Tabla 3-10.
Tabla 3-10. Precipitaciones máximas horarias.
Fuente: Elaboración propia.
3.1.4.2. Precipitación efectiva.
Considerando que se trata de un modelo de lluvia escorrentía, en primer lugar es
calculada la precipitación efectiva, la cual depende básicamente del número de
curva, general, para el área aferente al tramo del río evaluado.
Número de curva: De la evaluación de los suelos de la cuenca, con
respaldo de las imágenes satelitales de Google Earth, y bases de datos del
IGAC, se determina el valor para el número de curva, aplicable a la cuenca
analizada. Según el estado de los suelos de la cuenta, se clasifican como,
suelos con alto contenido de arcilla o grupo C. Por otra parte, se supone
una condición de humedad antecedente tipo II, considerando las cualidades
climáticas regionales. Según esto, realizando la ponderación según tipos de
Punto Tc (min) 5 10 20 50 100
Entrada 1161,48 2,0 2,2 2,5 3,0 3,4
Salida 1234,44 1,9 2,1 2,4 2,8 3,2
Punto Tc (min) 5 10 20 50 100
Entrada 1161,48 38,5 43,5 49,2 58,0 65,6
Salida 1234,44 38,6 43,6 49,3 58,1 65,7
Tr (años)
INTENSIDAD (mm/h)
PRECIPITACIÓN TOTAL (mm)
Tr (años)
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suelos, (Bosques, 50%, CN 70; Cultivos, 40%, CN 78; Pasturas, 10%, CN
74) se define que el valor de la Curva Número para la cuenca es igual a 73.
Una vez, empleados los cálculos, con aplicación de la Curva Número se obtienen
los siguientes valores de precipitación efectiva:
Tabla 3-11. Precipitación efectiva.
Fuente: Elaboración propia.
3.1.4.3. Caudales para modelación.
Aplicando los cálculos correspondientes, según el método del Hidrograma
Sintético Triangular, y empleando la precipitación efectiva, se determinan los
caudales máximos esperados, para los periodos de retorno seleccionados.
Tabla 3-12. Caudales máximos esperados a periodos de retorno.
Fuente: Elaboración propia.
3.2. MODELACIÓN
3.2.1. Datos de Entrada al Modelo
3.2.1.1. Topografía
Se toma el plano del IGAC y se ubica con respecto a coordenadas espaciales
especificas (coordinadas originales), luego de esto se realiza una digitalización
inicial en 2D, la cual se encarga de tomar al mayor detalle y profundidad de vertex
la topografía de la iconografía, cubriendo los diagramas eje x y el eje y.
Punto Tc (min) 5 10 20 50 100
Entrada 1161,48 3,41 5,16 7,46 11,53 15,56
Salida 1234,44 3,44 5,19 7,50 11,59 15,64
PRECIPITACIÓN EFECTIVA (mm)
Tr (años)
Punto Tc (min) 5 10 20 50 100
Entrada 1161,48 36,71 44,76 52,48 62,48 69,97
Salida 1234,44 41,62 50,75 59,51 70,85 79,34
CAUDAL (m3/s)
Tr (años)
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Figura 3-4. Digitalización curvas de nivel del terreno.
Fuente: Elaboración propia.
Al terminar la digitalización en dos dimensiones se procede a dar elevación a cada
una de las poli líneas según indica el plano para así tener la proyección en el eje z.
Figura 3-5. Modelo tridimiensional del terreno.
Fuente: Elaboración propia.
Luego de esto la información ya levantada y compilada es puesta en la división
civil de AutoCAD, donde se genera un barrido por toda la superficie con el fin de
generar las triangulaciones necesarias para la creación de una superficie en 3D
tal como se ve en la anterior figura, donde las líneas de color blanco son la
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triangulación generada por las curvas de nivel que provienen de la digitalización
de la topografía, y el “Shape” de color amarillo es la extrusión de las
triangulaciones generando la superficie en modelo 3D; ya con la superficie
generada, se crea un eje de alineamiento con respecto al rio y de la longitud
requerida, estableciendo secciones, a intervalos definidos (en este caso 20
metros).
Figura 3-6. Barrido de superficie.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 3-7. Modelo digital 3D del terreno.
Fuente: Elaboración propia.
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Acto seguido se establece la longitud a lado y lado de cada una de las estaciones,
buscando que las mismas no se corten para correr el modelo sin problemas en la
segunda etapa; terminando este paso se procede a dibujar el borde de rio, con poli
líneas y en contra del sentido de flujo de rio, se debe usar una poli línea para cada
borde, borde izquierdo y derecho.
Figura 3-8. Definición límites laterales.
Fuente: Elaboración propia.
Para finalizar se utiliza el módulo de exportación de Autocad Civil 3D a HEC-RAS
especificando los bordes de río, el alineamiento a usar y la superficie 3D con
respecto a la cual se va a correr la exportación, de la misma manera al ser
exportado se revisa en HEC-RAS la concordancia de las secciones entregadas
para la modelación.
3.2.1.2. Caudales:
De acuerdo a los caudales obtenidos en el estudio hidrológico se ingresan al
modelo como se muestra a continuación:
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Figura 3-9. Ingreso de valor de caudales a la plataforma.
Fuente: Elaboración propia.
3.2.1.3. Condiciones de Contorno
De acuerdo a la baja pendiente del tramo de estudio las condiciones de contorno
se ingresaron aguas abajo del tramo, en donde se obtuvo la pendiente media del
tramo como se muestra a continuación.
Figura 3-10. Ingreso valor de pendiente del tramo.
Fuente: Elaboración propia.
3.2.2. Características del Rio en el tramo Estudiado
Las secciones transversales muestran un río altamente intervenido en su cauce,
mostrando secciones con una geometría similar en la mayor parte del tramo de
estudio.
Con respecto a la geometría del río, se observa en la abscisa K3+460 y hasta la
abscisa K 3+080 se presenta un tramo recto con una sección transversal uniforme
con jarillones a ambos costados en algunos tramos y con terrenos adyacentes que
presentan evidencias de haber sido inundados en épocas recientes. A partir de la
abscisa K3+080 y hasta la abscisa K2+120, el río muestra un bajo grado de
sinuosidad aunque predominan los tramos rectos, conservando esos una sección
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transversal similar a la del sector anterior. A partir de la abscisa K 2+120 el cauce
cuenta con una sección transversal similar al sector anterior pero con un
comportamiento meándrico; esto continua hasta el final del tramo en estudio, en la
Abscisa K0+000.
Con la topobatimetría levantada en el tramo de intervención y anteriormente
descrita, se determinaron las secciones transversales actuales cada 50 metros en
una longitud de 2.24 km con dichas secciones se creó un modelo hidráulico del río
en HEC-RAS 4.1.
La modelación se realizó con los caudales obtenidos en el análisis hidrológico del
capítulo anterior considerando un flujo permanente pues se simula un evento
puntual de creciente en el río bajo condiciones de flujo subcritico, dada la baja
pendiente longitudinal del río.
En la Tabla 3-13, se presenta el borde libre mínimo recomendado para el tramo 1,
para un valor de “C” correspondiente a 2.5 y un Tr de 100 años.
Tabla 3-13. Definición de bordes libres por tramo.
km Cota Lámina de
Agua TR:100
Cota Terreno
Base h
Borde Libre
(ft)
Borde Libre mínimo
recomendado (m)
3+460.00 2564.90 2561.10 3.80 3.08 0.94
3+440.00 2564.91 2561.43 3.48 2.95 0.90
3+400.00 2564.87 2560.50 4.37 3.31 1.01
3+360.00 2564.88 2560.50 4.38 3.31 1.01
3+320.00 2564.87 2560.50 4.37 3.31 1.01
3+300.00 2564.86 2560.99 3.87 3.11 0.95
3+260.00 2564.83 2560.50 4.33 3.29 1.00
3+240.00 2564.84 2560.50 4.34 3.29 1.00
3+200.00 2564.83 2560.50 4.33 3.29 1.00
3+160.00 2564.83 2560.50 4.33 3.29 1.00
3+080.00 2564.82 2560.50 4.32 3.29 1.00
3+000.00 2564.81 2560.50 4.31 3.28 1.00
2+960.00 2564.81 2560.50 4.31 3.28 1.00
2+800.00 2564.81 2560.98 3.83 3.09 0.94
2+740.00 2564.77 2560.50 4.27 3.27 1.00
2+700.00 2564.76 2560.50 4.26 3.26 0.99
2+660.00 2564.74 2560.50 4.24 3.26 0.99
2+600.00 2564.72 2560.47 4.25 3.26 0.99
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km Cota Lámina de
Agua TR:100
Cota Terreno
Base h
Borde Libre
(ft)
Borde Libre mínimo
recomendado (m)
2+520.00 2564.70 2560.50 4.20 3.24 0.99
2+460.00 2564.69 2560.50 4.19 3.24 0.99
2+360.00 2564.65 2560.50 4.15 3.22 0.98
2+280.00 2564.63 2560.50 4.13 3.21 0.98
2+220.00 2564.64 2560.41 4.23 3.25 0.99
2+120.00 2564.59 2559.50 5.09 3.57 1.09
1+980.00 2564.52 2560.78 3.74 3.06 0.93
1+880.00 2564.50 2560.50 4.00 3.16 0.96
1+760.00 2564.44 2560.50 3.94 3.14 0.96
1+600.00 2564.38 2560.50 3.88 3.11 0.95
1+540.00 2564.34 2561.00 3.34 2.89 0.88
1+400.00 2564.26 2560.50 3.76 3.07 0.93
1+320.00 2564.22 2560.50 3.72 3.05 0.93
1+200.00 2564.17 2561.07 3.10 2.78 0.85
1+020.00 2564.05 2560.50 3.55 2.98 0.91
0+940.00 2564.01 2560.50 3.51 2.96 0.90
0+840.00 2563.95 2560.99 2.96 2.72 0.83
0+740.00 2563.93 2560.50 3.43 2.93 0.89
0+660.00 2563.88 2560.50 3.38 2.91 0.89
0+500.00 2563.82 2560.46 3.36 2.90 0.88
0+360.00 2563.71 2560.49 3.22 2.84 0.86
0+180.00 2563.61 2560.50 3.11 2.79 0.85
0+120.00 2563.57 2560.50 3.07 2.77 0.84
0+80.00 2563.54 2560.50 3.04 2.76 0.84
0+60.00 2563.48 2560.50 2.98 2.73 0.83
0+20.00 2563.50 2560.50 3.00 2.74 0.83 Fuente: Elaboración propia.
3.2.3. Secciones inundables Tramo Estudiado
De acuerdo a los datos obtenidos, para el proyecto, se adopta un borde libre de
1.0 m. A continuación, se muestran los tramos que presentan zona de inundación
o borde libre insuficiente de acuerdo con lo anterior y la modelación del terreno
natural efectuada.
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Camilo Riaño_500343
.
Tabla 3-14. Bordes libres definidos.
km
Cota
Lámina
de Agua
TR:100
Cota
Terreno
Borde
Derecha
Cota
Terreno
Borde
Izquierda
Borde
Libre
Natural
Margen
Derecha
Borde
Libre
Natural
Margen
Izquierda
OBSERVACIONES
3+460.00 2564.90 2565.65 2565.00 0.75 0.10
Borde Libre
Insuficiente en ambas
Márgenes
3+440.00 2564.91 2565.53 2566.32 0.62 1.41
Borde Libre
Insuficiente Margen
Derecha
3+400.00 2564.87 2565.08 2565.50 0.20 0.63
Borde Libre
Insuficiente en ambas
Márgenes
3+360.00 2564.88 2564.50 2565.04 -0.38 0.16
Zona Inundable
Margen Derecha,
Borde Libre
Insuficiente Margen
Izquierda
3+320.00 2564.87 2565.01 2564.50 0.14 -0.37
Zona Inundable
Margen Izquierda,
Borde Libre
Insuficiente Margen
Derecha
3+300.00 2564.86 2565.03 2564.52 0.17 -0.34
3+260.00 2564.83 2565.06 2564.50 0.23 -0.33
3+240.00 2564.84 2565.08 2564.50 0.24 -0.34
3+200.00 2564.83 2565.12 2564.50 0.29 -0.33
3+160.00 2564.83 2565.07 2564.50 0.24 -0.34
3+080.00 2564.82 2564.94 2564.46 0.12 -0.36
3+000.00 2564.81 2565.50 2563.50 0.69 -1.31
2+960.00 2564.81 2565.23 2563.00 0.42 -1.81
2+800.00 2564.81 2563.33
-1.48
Zona Inundable
Margen Derecha
2+740.00 2564.77 2565.50 2563.50 0.73 -1.27
Zona Inundable
Margen Izquierda,
Borde Libre
Insuficiente Margen
Derecha
2+700.00 2564.76 2565.04
0.28
Borde Libre
Insuficiente Margen
Derecha
2+660.00 2564.74 2565.02 2564.50 0.28 -0.24 Zona Inundable
Margen Izquierda, 2+600.00 2564.72 2565.00 2564.54 0.28 -0.18
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.
km
Cota
Lámina
de Agua
TR:100
Cota
Terreno
Borde
Derecha
Cota
Terreno
Borde
Izquierda
Borde
Libre
Natural
Margen
Derecha
Borde
Libre
Natural
Margen
Izquierda
OBSERVACIONES
2+520.00 2564.70 2565.50 2563.75 0.80 -0.95 Borde Libre
Insuficiente Margen
Derecha
2+460.00 2564.69 2565.00 2563.50 0.31 -1.19
2+360.00 2564.65 2565.50 2563.50 0.85 -1.15
2+280.00 2564.63 2565.50 2563.77 0.87 -0.86
2+220.00 2564.64 2564.55 2564.50 -0.09 -0.14 Zona Inundable
Ambas Margenes
2+120.00 2564.59 2565.50 2568.81 0.91 4.22
1+980.00 2564.52 2565.50 2565.10 0.98 0.58
1+880.00 2564.50 2565.50 2565.00 1.00 0.50
1+760.00 2564.44 2565.47 2565.67 1.03 1.23
1+600.00 2564.38 2565.00 2565.50 0.62 1.12
1+540.00 2564.34 2565.13 2565.05 0.79 0.71
1+400.00 2564.26 2565.00 2565.50 0.74 1.24
1+320.00 2564.22 2565.00 2565.50 0.78 1.28
1+200.00 2564.17 2565.50 2566.50 1.33 2.33
1+020.00 2564.05 2564.87 2566.50 0.82 2.45
0+940.00 2564.01 2565.03 2565.56 1.02 1.55
0+840.00 2563.95 2566.50 2565.52 2.55 1.57
0+740.00 2563.93 2565.00 2567.00 1.07 3.07
0+660.00 2563.88 2565.53 2565.51 1.65 1.63
0+500.00 2563.82 2567.00 2564.93 3.18 1.11
0+360.00 2563.71 2565.50 2564.53 1.79 0.82
0+180.00 2563.61 2565.65 2565.55 2.04 1.94
0+120.00 2563.57 2566.02 2565.60 2.44 2.03
0+80.00 2563.54 2565.11 2566.28 1.57 2.74
0+60.00 2563.48 2565.20 2565.50 1.72 2.02
0+20.00 2563.50 2561.50 2565.50 -2.00 2.00
Zona Inundable
Margen Derecha
Fuente: Elaboración propia.
En la anterior tabla se puede observar en color rojo las áreas de inundación
actuales y los tramos en los cuales el borde libre se encuentra por debajo del
requerido. Lo cual constituye la casi totalidad del tramo en análisis, motivo por el
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cual se requiere a corto plazo de la recuperación de la sección hidráulica del río
mediante el retiro de los sedimentos acumulados en este tramo.
A continuación, se muestra la localización y las secciones en donde se encuentran
las mayores zonas de inundación.
Km 3 + 360
Figura 3-11. Zona de inundación Km 3 + 360.
Fuente: Elaboración propia.
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Km 3+240
Figura 3-12. Zona de inundación Km 3 + 240.
Fuente: Elaboración propia.
Km 3+160
Figura 3-13. Zona de inundación Km 3 + 160.
Fuente: Elaboración propia.
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Km 2+960
Figura 3-14. Zona de inundación Km 2 + 960.
Fuente: Elaboración propia.
Km 2+220
Figura 3-15. Zona de inundación Km 2 + 220.
Fuente: Elaboración propia.
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4. RESULTADOS
4.1.1. Vista en Planta Zona de Inundación Tramo Estudiado
A continuación, se muestran las zonas de inundación en planta para un Tr=100
años.
Figura 4-1. Áreas de inundación para Tr = 100 años.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 4-2. Áreas de inundación en planta Real.
Fuente: Elaboración propia.
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4.1.2. Vista en 3D Zona de Inundación Tramo Estudiado
A continuación, se muestran las zonas de inundación en 3D para un TR: 100
Figura 4-3. Vista tridimensional del sector de inundación. Fuente: Elaboración propia.
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5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
5.1.1. ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN
5.1.2. Dragado del rio
De acuerdo con los resultados obtenidos en la modelación del cauce natural se
hace necesario la recuperación de la sección hidráulica del río en algunos tramos,
por ello, se procede a modelar dicho tramo considerando una sección hidráulica
modificada donde se ha ampliado el vaso del río. A continuación se enuncian las
principales características de esta modelación:
Longitud de cauce modelado: 3.46 Km
Pendiente Longitudinal: Variable
Configuración del vaso: Para la modelación modificada se aumenta la geometría
transversal del rio.
Condiciones de borde: Debido a su baja pendiente se determinó para la
modelación que el tipo de fujo es subcrítico.
Tipo de flujo: Subcrítico.
Caudal de diseño: Caudal máximo probable para un periodo de retorno de 100
años, correspondiente a 69.97 m3/s.
Coeficiente de rugosidad de Manning: En este aspecto, se consideraron dos
valores, el primero, para el área del canal de 0.035 correspondiente a causes en
planicie y el segundo, para las planicies de inundación próximas al área del canal
de 0.04 correspondientes cauces con planicie crecida con cultivos
Condiciones de flujo: Dada la poca pendiente del río, este presenta un tipo de
flujo subcrítico, lo cual implica que las condiciones hidráulicas del mismo están
sujetas a las condiciones de borde aguas abajo de los tramos en análisis.
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Para el tramo de estudio se definieron los siguientes anchos de fondo.
Alternativa 1 Alternativa 2
Figura 5-1. Alternativa de solución 1.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 5-2. Alternativa de solución 2.
Fuente: Elaboración propia.
Alternativa 3 Alternativa 4
Figura 5-3. Alternativa de solución 3.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 5-4. Alternativa de solución 4.
Fuente: Elaboración propia.
Al realizar la modelación modificando las secciones en las cuales se genera una
zona de inundación se presentan los siguientes resultados.
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Tabla 5-1. Modelación de alternativas de solución.
km Cota Lámina
de Agua TR:100
Cota Terreno Borde
Derecha
Cota Terreno Borde
Izquierda
Borde Libre Natural Margen
Derecha
Borde Libre Natural Margen
Izquierda
3+460.00 2564.77 2565.65 2565.00 0.88 0.23
3+440.00 2564.77 2565.53 2566.32 0.76 1.55
3+400.00 2564.75 2565.08 2565.50 0.32 0.75
3+360.00 2564.75 2564.50 2565.04 -0.25 0.29
3+320.00 2564.74 2565.01 2564.50 0.27 -0.24
3+300.00 2564.74 2565.03 2564.52 0.29 -0.22
3+260.00 2564.72 2565.06 2564.50 0.34 -0.22
3+240.00 2564.73 2565.08 2564.50 0.35 -0.23
3+200.00 2564.72 2565.12 2564.50 0.40 -0.22
3+160.00 2564.72 2565.07 2564.50 0.35 -0.22
3+080.00 2564.72 2564.94 2564.46 0.22 -0.26
3+000.00 2564.71 2565.50 2563.50 0.79 -1.21
2+960.00 2564.71 2565.23 2563.00 0.52 -1.71
2+800.00 2564.70 2563.33 0.00 -1.37
2+740.00 2564.67 2565.50 2563.50 0.83 -1.17
2+700.00 2564.67 2565.04 0.00 0.37
2+660.00 2564.65 2565.02 2564.50 0.36 -0.15
2+600.00 2564.64 2565.00 2564.54 0.36 -0.11
2+520.00 2564.64 2565.50 2563.75 0.86 -0.89
2+460.00 2564.62 2565.00 2563.50 0.38 -1.12
2+360.00 2564.60 2565.50 2563.50 0.90 -1.10
2+280.00 2564.59 2565.50 2563.77 0.91 -0.82
2+220.00 2564.60 2564.55 2564.50 -0.05 -0.11
2+120.00 2564.55 2565.50 2568.81 0.95 4.26
1+980.00 2564.48 2565.50 2565.10 1.02 0.62
1+880.00 2564.45 2565.50 2565.00 1.05 0.55
1+760.00 2564.40 2565.47 2565.67 1.07 1.27
1+600.00 2564.33 2565.00 2565.50 0.67 1.17
1+540.00 2564.29 2565.13 2565.05 0.84 0.76
1+400.00 2564.20 2565.00 2565.50 0.80 1.30
1+320.00 2564.16 2565.00 2565.50 0.84 1.34
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.
km Cota Lámina
de Agua TR:100
Cota Terreno Borde
Derecha
Cota Terreno Borde
Izquierda
Borde Libre Natural Margen
Derecha
Borde Libre Natural Margen
Izquierda
1+200.00 2564.10 2565.50 2566.50 1.40 2.40
1+020.00 2563.98 2564.87 2566.50 0.89 2.52
0+940.00 2563.93 2565.03 2565.56 1.10 1.63
0+840.00 2563.87 2566.50 2565.52 2.63 1.65
0+740.00 2563.84 2565.00 2567.00 1.16 3.16
0+660.00 2563.79 2565.53 2565.51 1.74 1.72
0+500.00 2563.71 2567.00 2564.93 3.29 1.22
0+360.00 2563.59 2565.50 2564.53 1.91 0.94
0+180.00 2563.47 2565.65 2565.55 2.18 2.08
0+120.00 2563.43 2566.02 2565.60 2.59 2.17
0+80.00 2563.39 2565.11 2566.28 1.72 2.89
0+60.00 2563.32 2565.20 2565.50 1.88 2.18
0+20.00 2563.35 2561.50 2565.50 -1.85 2.15
Fuente: Elaboración propia.
En la anterior tabla se puede observar que no se presentan grandes
mejoramientos en las zonas de inundación del tramo de estudio, una nueva
alternativa incluiría la profundización del fondo del rio, lo cual modificaría
altamente el comportamiento hidráulico en esta zona.
5.1.3. Construcción de Gaviones o Jarillones en las márgenes del rio.
En la siguiente tabla se muestra la altura mínima que debe tener el gavión o
jarillon para prevenir inundaciones para un TR: 100 y un TR: 50 años.
Tabla 5-2. Altura mínima del Jarillón para Tr = 100 años.
km
Cota
Lámina
de Agua
TR:100
Cota
Terreno
Borde
Derecha
Cota
Terreno
Borde
Izquierda
Borde
Libre
Natural
Margen
Derecha
Borde
Libre
Natural
Margen
Izquierda
Cota
Altura
Gavión o
Jarillon
Margen
Derecha
Cota
Altura
Gavión o
Jarillon
Margen
Izquierda
3+460.00 2564.90 2565.65 2565.00 0.75 0.10
3+440.00 2564.91 2565.53 2566.32 0.62 1.41
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.
km
Cota
Lámina
de Agua
TR:100
Cota
Terreno
Borde
Derecha
Cota
Terreno
Borde
Izquierda
Borde
Libre
Natural
Margen
Derecha
Borde
Libre
Natural
Margen
Izquierda
Cota
Altura
Gavión o
Jarillon
Margen
Derecha
Cota
Altura
Gavión o
Jarillon
Margen
Izquierda
3+400.00 2564.87 2565.08 2565.50 0.20 0.63
3+360.00 2564.88 2564.50 2565.04 -0.38 0.16 2564.88
3+320.00 2564.87 2565.01 2564.50 0.14 -0.37
2564.87
3+300.00 2564.86 2565.03 2564.52 0.17 -0.34
2564.86
3+260.00 2564.83 2565.06 2564.50 0.23 -0.33
2564.83
3+240.00 2564.84 2565.08 2564.50 0.24 -0.34
2564.84
3+200.00 2564.83 2565.12 2564.50 0.29 -0.33
2564.83
3+160.00 2564.83 2565.07 2564.50 0.24 -0.34
2564.83
3+080.00 2564.82 2564.94 2564.46 0.12 -0.36
2564.82
3+000.00 2564.81 2565.50 2563.50 0.69 -1.31
2564.81
2+960.00 2564.81 2565.23 2563.00 0.42 -1.81
2564.81
2+800.00 2564.81 2563.33 0.00 -1.48
2564.81
2+740.00 2564.77 2565.50 2563.50 0.73 -1.27
2564.77
2+700.00 2564.76 2565.04 0.00 0.28
2+660.00 2564.74 2565.02 2564.50 0.28 -0.24
2564.74
2+600.00 2564.72 2565.00 2564.54 0.28 -0.18
2564.72
2+520.00 2564.70 2565.50 2563.75 0.80 -0.95
2564.70
2+460.00 2564.69 2565.00 2563.50 0.31 -1.19
2564.69
2+360.00 2564.65 2565.50 2563.50 0.85 -1.15
2564.65
2+280.00 2564.63 2565.50 2563.77 0.87 -0.86
2564.63
2+220.00 2564.64 2564.55 2564.50 -0.09 -0.14 2564.64 2564.64
2+120.00 2564.59 2565.50 2568.81 0.91 4.22
1+980.00 2564.52 2565.50 2565.10 0.98 0.58
1+880.00 2564.50 2565.50 2565.00 1.00 0.50
1+760.00 2564.44 2565.47 2565.67 1.03 1.23
1+600.00 2564.38 2565.00 2565.50 0.62 1.12
1+540.00 2564.34 2565.13 2565.05 0.79 0.71
1+400.00 2564.26 2565.00 2565.50 0.74 1.24
1+320.00 2564.22 2565.00 2565.50 0.78 1.28
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Camilo Riaño_500343
.
km
Cota
Lámina
de Agua
TR:100
Cota
Terreno
Borde
Derecha
Cota
Terreno
Borde
Izquierda
Borde
Libre
Natural
Margen
Derecha
Borde
Libre
Natural
Margen
Izquierda
Cota
Altura
Gavión o
Jarillon
Margen
Derecha
Cota
Altura
Gavión o
Jarillon
Margen
Izquierda
1+200.00 2564.17 2565.50 2566.50 1.33 2.33
1+020.00 2564.05 2564.87 2566.50 0.82 2.45
0+940.00 2564.01 2565.03 2565.56 1.02 1.55
0+840.00 2563.95 2566.50 2565.52 2.55 1.57
0+740.00 2563.93 2565.00 2567.00 1.07 3.07
0+660.00 2563.88 2565.53 2565.51 1.65 1.63
0+500.00 2563.82 2567.00 2564.93 3.18 1.11
0+360.00 2563.71 2565.50 2564.53 1.79 0.82
0+180.00 2563.61 2565.65 2565.55 2.04 1.94
0+120.00 2563.57 2566.02 2565.60 2.44 2.03
0+80.00 2563.54 2565.11 2566.28 1.57 2.74
0+60.00 2563.48 2565.20 2565.50 1.72 2.02
0+20.00 2563.50 2561.50 2565.50
2.00
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 5-3. Altura mínima del Jarillón para Tr = 50 años.
km
Cota
Lámina
de Agua
TR:100
Cota
Terreno
Borde
Derecha
Cota
Terreno
Borde
Izquierda
Borde
Libre
Natural
Margen
Derecha
Borde
Libre
Natural
Margen
Izquierda
Cota
Altura
Gavion o
Jarillon
Margen
Derecha
Cota
Altura
Gavion o
Jarillon
Margen
Izquierda
3+460.00 2564.90 2565.65 2565.00 0.91 0.26
3+440.00 2564.91 2565.53 2566.32 0.79 1.58
3+400.00 2564.87 2565.08 2565.50 0.36 0.79
3+360.00 2564.88 2564.50 2565.04 -0.21 0.33 2564.71
3+320.00 2564.87 2565.01 2564.50 0.30 -0.21
2564.71
3+300.00 2564.86 2565.03 2564.52 0.33 -0.18
2564.70
3+260.00 2564.83 2565.06 2564.50 0.39 -0.17
2564.67
3+240.00 2564.84 2565.08 2564.50 0.40 -0.18
2564.68
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Javier Cárdenas _500339; Jorge Muñoz_500348;
Camilo Riaño_500343
.
km
Cota
Lámina
de Agua
TR:100
Cota
Terreno
Borde
Derecha
Cota
Terreno
Borde
Izquierda
Borde
Libre
Natural
Margen
Derecha
Borde
Libre
Natural
Margen
Izquierda
Cota
Altura
Gavion o
Jarillon
Margen
Derecha
Cota
Altura
Gavion o
Jarillon
Margen
Izquierda
3+200.00 2564.83 2565.12 2564.50 0.46 -0.16
2564.66
3+160.00 2564.83 2565.07 2564.50 0.41 -0.16
2564.66
3+080.00 2564.82 2564.94 2564.46 0.28 -0.20
2564.66
3+000.00 2564.81 2565.50 2563.50 0.86 -1.14
2564.64
2+960.00 2564.81 2565.23 2563.00 0.59 -1.64
2564.64
2+800.00 2564.81 2563.33 0.00 -1.31
2564.64
2+740.00 2564.77 2565.50 2563.50 0.90 -1.10
2564.60
2+700.00 2564.76 2565.04 0.00 0.45
2+660.00 2564.74 2565.02 2564.50 0.44 -0.07
2564.57
2+600.00 2564.72 2565.00 2564.54 0.45 -0.02
2564.55
2+520.00 2564.70 2565.50 2563.75 0.97 -0.78
2564.53
2+460.00 2564.69 2565.00 2563.50 0.48 -1.02
2564.52
2+360.00 2564.65 2565.50 2563.50 1.01 -0.99
2564.49
2+280.00 2564.63 2565.50 2563.77 1.03 -0.70
2564.47
2+220.00 2564.64 2564.55 2564.50 0.11 0.05
2+120.00 2564.59 2565.50 2568.81 1.08 4.39
1+980.00 2564.52 2565.50 2565.10 1.15 0.75
1+880.00 2564.50 2565.50 2565.00 1.17 0.67
1+760.00 2564.44 2565.47 2565.67 1.20 1.40
1+600.00 2564.38 2565.00 2565.50 0.79 1.29
1+540.00 2564.34 2565.13 2565.05 0.95 0.87
1+400.00 2564.26 2565.00 2565.50 0.90 1.40
1+320.00 2564.22 2565.00 2565.50 0.93 1.43
1+200.00 2564.17 2565.50 2566.50 1.49 2.49
1+020.00 2564.05 2564.87 2566.50 0.97 2.60
0+940.00 2564.01 2565.03 2565.56 1.17 1.70
0+840.00 2563.95 2566.50 2565.52 2.69 1.71
0+740.00 2563.93 2565.00 2567.00 1.22 3.22
0+660.00 2563.88 2565.53 2565.51 1.79 1.77
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Camilo Riaño_500343
.
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Cota
Lámina
de Agua
TR:100
Cota
Terreno
Borde
Derecha
Cota
Terreno
Borde
Izquierda
Borde
Libre
Natural
Margen
Derecha
Borde
Libre
Natural
Margen
Izquierda
Cota
Altura
Gavion o
Jarillon
Margen
Derecha
Cota
Altura
Gavion o
Jarillon
Margen
Izquierda
0+500.00 2563.82 2567.00 2564.93 3.32 1.25
0+360.00 2563.71 2565.50 2564.53 1.92 0.95
0+180.00 2563.61 2565.65 2565.55 2.16 2.06
0+120.00 2563.57 2566.02 2565.60 2.57 2.15
0+80.00 2563.54 2565.11 2566.28 1.69 2.86
0+60.00 2563.48 2565.20 2565.50 1.83 2.13
0+20.00 2563.50 2561.50 2565.50
2.11
Fuente: Elaboración propia.
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Camilo Riaño_500343
.
6. CONCLUSIONES
Al analizar los datos obtenidos en la modelación de la sección de Rio objeto
de estudio, se concluye que existe una alta potencialidad de inundación en
la zona; ya que se observan en varios secciones que constituyen la casi
totalidad del tramo en análisis, que el borde libre se encuentra por debajo
del requerido, haciendo necesario una respuesta de mitigación a corto
plazo que contribuya a la recuperación de la sección hidráulica del rio,
mediante el retiro de sedimentos acumulados a lo largo del tramo,
aumentando el borde libre y de esta manera disminuir la amenaza por
inundación que presenta el sector evaluado
Se realiza un análisis para generar una sugerencia que disminuya la
probabilidad de inundación, realizando una simulación de dragado del río,
modelando el tramo evaluado considerando una sección hidráulica
modificada donde se aumenta la geometría transversal del río, llevando a
una ampliación del vaso del mismo, con lo cual se espera bajar los niveles
del río para que de esta forma disminuya la probabilidad de inundación en
la zona. Sin embargo los resultados muestran una disminución mínima del
nivel del espejo de agua y para alcanzar los niveles deseados es necesario
la profundización del fondo del rio, trayendo como consecuencia una gran
alteración del comportamiento hidráulico en toda la zona; lo cual nos lleva a
concluir que el dragado del río no mitiga la amenaza por inundación en el
tramo estudiado
Finalmente se sugiere la construcción de gaviones en los puntos más
propensos de inundación con el fin de aumentar el borde libre del Rio; para
esto se lleva a cabo un análisis donde se muestra la altura mínima que
debe tener el gavión para prevenir inundaciones teniendo en cuenta
periodos de retorno de 50 y 100 años; de esta manera se logra mitigar la
amenaza por inundación en el Rio Bogotá en el sector de Betania municipio
de Gachancipa. Sin embargo, esta alternativa deberá ser cuidadosamente
evaluada, en conjunto con los sectores aguas abajo, ya que aunque se
garantiza la solución para el sector analizado, puede esperarse que la
inundación se traslade aguas abajo, al no tener control sobre la lámina de
agua.
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7. BIBLIOGRAFÍA
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