Figura 1. TABLA DE CONTENIDO

CONSULTORÍA PARA ELABORAR LOS ESTUDIOS TÉCNICOS NECESARIOS PARA

ADELANTAR LAS OBRAS DE ADECUACIÓN HIDRÁULICA DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO

BOGOTÁ

Versión 6 Septiembre de 2015

PRODUCTO 1. ADECUACIÓN HIDRÁULICA DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO BOGOTÁ EN EL

CAUCE PRINCIPAL C310-IT-01

Hoja No. 1197

CONSORCIO IEH GRUCON - HIDROVIAS PRODUCTO 1

Figura 1. TABLA DE CONTENIDO

3 MODELACIÓN HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA ................................................................. 1201

3.2 CONDICIÓN ACTUAL RÍO BOGOTÁ .............................................................................. 1202

3.2.1 Definición del Coeficiente de Rugosidad ..................................................................... 1204

3.2.2 División por Tramos Río Bogotá Según su Rugosidad ............................................... 1206

3.2.3 División de la Rugosidad para las Diferentes partes de la Sección Transversal ........ 1206

3.2.4 Diferencias de modelación hidráulica en una (1) o dos (2) dimensiones .................... 1207

3.2.5 Requerimientos y ventajas de los modelos en una y dos dimensiones ...................... 1207

3.2.6 Caso particular del río bogotá y elección del tipo de modelo a emplear ..................... 1210

3.2.7 Modelo HEC-RAS Condición Actual ............................................................................ 1212

3.2.8 Manchas de Inundación para la Condición Actual sin Obras (Alternativa No. 1) ....... 1215

3.3 ALTERNATIVA NO. 2 ....................................................................................................... 1216

3.3.1 Descripción de la Alternativa ....................................................................................... 1216

3.3.2 Dragado de la Sección Transversal del Cauce ........................................................... 1217

3.3.3 Regularización del Fondo del Cauce........................................................................... 1218

3.3.4 Diques a lo Largo del Cauce en el Tramo a Intervenir ................................................ 1219

3.3.5 Modelo HEC-RAS Alternativa No. 2 ............................................................................ 1219

3.3.6 Manchas de Inundación para la Alternativa No. 2 ....................................................... 1220

3.4 ALTERNATIVA NO. 3 ....................................................................................................... 1221

3.4.1 Descripción de la Alternativa ....................................................................................... 1221

3.4.2 Dragado de la Sección Transversal del Cauce ........................................................... 1221

3.4.3 Regularización del Fondo del Cauce........................................................................... 1221

3.4.4 Diques a lo Largo del Cauce en el Tramo a Intervenir ................................................ 1222

3.4.5 Modelo HEC-RAS Alternativa No. 3 ............................................................................ 1223

3.4.6 Manchas de Inundación para la Alternativa No. 3 ....................................................... 1224

3.5 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA ................................................................................ 1224

3.6 DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA DE LOS DIQUES ...................................................... 1225

3.7 MODELACIÓN 2D PASO DEL RÍO BOGOTÁ POR EL CASCO URBANO DEL MUNICIPIO

DE VILLAPINZON ......................................................................................................................... 1226

3.8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 1234

3.9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................. 1257



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Hoja No. 1198


LISTA DE CUADROS 1 Resumen Caudales Máximos Instantáneos Anuales para las Diferentes Estaciones y

Sitios a lo Largo del Río Bogotá y Diferentes Periodos de Retorno. 2 Valores de n de Manning Adoptados en la Metodología de Cowan. 3 Coeficientes de Manning Adoptados para los Diferentes Tramos del Río Bogotá.

4 Río Bogotá – Hidráulica de Flujo Situación Actual (Alternativa No. 1) para un Caudal

con Periodo de Retorno de 100 Años. 5 Pendientes de Fondo Definidas para la Regularización del Cauce.

6 Río Bogotá – Hidráulica de Flujo Situación Alternativa No. 2 para un Caudal con Periodo de Retorno de 100 Años.



9 Cotas de Diseño del Jarillón de Margen Izquierda del Río Bogotá.

10 Cotas de Diseño del Jarillón de Margen Derecha del Río Bogotá.

LISTA DE FIGURAS

1 Río Bogotá – Hidráulica de Flujo Situación Actual (Alternativa No. 1) para un Caudal con Periodo de Retorno de 100 Años.

2 Río Bogotá – Hidráulica de Flujo Situación Alternativa No. 2 para un Caudal con

Periodo de Retorno de 100 Años.





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Hoja No. 1199


LISTA DE IMÁGENES

1 Esquema Entrada de Caudales río Bogotá para 100 Años de Periodo de Retorno. 2 Esquema Entrada de Caudales río Bogotá para 500 Años de Periodo de Retorno.

3 Selección de la Sección Transversal para Dragar.

4 Secciones de Diseño para el Dragado.

5 Selección Pendientes de Fondo.

6 Definición de Jarillones.

7 Definición de Jarillones

LISTA DE PLANOS

1 Planta – Perfil Río Bogotá. Sector Puente La Virgen – K227+856.

2 Manchas de Inundación Alternativa No. 1.

3 Manchas de Inundación Alternativa No. 2. 4 Manchas de Inundación Alternativa No. 3.



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Hoja No. 1200


LISTA DE ANEXOS

Anexo 11.1 Anexo Fotográfico Definición Manning Anexo 11.2 Modelaciones HEC-RAS para el río Bogotá (Archivo Magnético para Abrir con

el Software HEC-RAS) Anexo 11.3 Comparación Manchas de Inundación Anexo 11.4 Cuadros y Figuras Anexo 11.5 Planos Anexo 11.6 Ensayos de Fondo de Rio



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3 MODELACIÓN HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA

En el presente informe se presenta el estudio hidráulico del río Bogotá para caudales máximos instantáneos anuales para diferentes periodos de retorno a lo largo de su recorrido desde su nacimiento en el páramo de Guacheneque hasta el sitio de Puente la Virgen en Cota. Este estudio se realiza con el fin de diseñar obras que eviten eventos de inundaciones como los ocurridos durante el periodo invernal de La Niña de los años 2010-2011. Con el fin de cumplir este propósito se establecieron tres (3) alternativas las cuales se describen a lo largo de este informe. En el Numeral 3.2 se realiza el análisis de la Alternativa No. 1 la cual consiste en el mantener el río Bogotá en la situación actual. En este capítulo se presentan los estudios para establecer el coeficiente de Manning, las consideraciones para el modelo hidráulico, los resultados de este y por último las manchas de inundación para esta condición. En el Numeral 3.3 se encuentra el análisis para la Alternativa No. 2, la cual contempla 3 intervenciones sobre el río Bogotá, la primera intervención consiste en el dragado de la sección transversal del río, la segunda intervención es regularizar la pendiente del cauce y la tercera y última consiste en la implantación de diques ubicados a 10 m de la banca del cauce, dejando esta distancia como berma y zona de almacenamiento. En este capítulo al igual que el anterior se presentan los estudios para establecer el coeficiente de Manning, las consideraciones para el modelo hidráulico, los resultados de este y por último las manchas de inundación para esta condición. En el Numeral 3.4 se encuentra el análisis para la Alternativa No. 3, que al igual que la Alternativa No. 2 contempla 3 intervenciones sobre el río Bogotá, la primera intervención consiste en el dragado de la sección transversal del río, la segunda intervención es regularizar la pendiente del cauce y la tercera y última consiste en la implantación de diques ubicados de manera que se permitan ciertas zonas de inundación y almacenamiento de caudales. En este capítulo al igual que el anterior se presentan los estudios para establecer el coeficiente de Manning, las consideraciones para el modelo hidráulico, los resultados de este y por último las manchas de inundación para esta condición. En el Numeral 3.5 se presenta la selección de la alternativa que se recomienda para la intervención sobre el río Bogotá y en el 3.6 se presenta la definición de geometría de los diques. En el Numeral 3.7 se prestan el ejercicio de comparación de un pequeño tramo del rio frente al casco urbano de Villapinzon en 2D y sus respectivas conclusiones. En el Numeral 3.7.2 se presentan las conclusiones y recomendaciones de este informe.



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Hoja No. 1202


Por último, en el Numeral 3.9 se presentan las referencias bibliográficas usadas en el informe.

3.2 CONDICIÓN ACTUAL RÍO BOGOTÁ

En este informe se tratará la modelación hidráulica del río Bogotá desde el K227+856, cerca de su nacimiento en la laguna El Mapa, hasta el sector conocido como Puente La Virgen, en el municipio de Cota. De esta manera, este modelo específico del río Bogotá atravesará parte de la sabana de Bogotá incluyendo los municipios de Chía, Tocancipá, Suesca, entre otros.

Este modelo consta de 3024 secciones transversales de la corriente, y va desde el K69+657 hasta el K227+856 (es decir, 158 km aproximadamente). Las secciones en general tienen una separación media de 50 m entre ellas. El tramo entre las abscisas K183+456 y 179+738 se encuentra en una zona encañonada por lo cual entre estas abscisas las secciones tienen una mayor separación, alrededor de 400 m.

El río Bogotá en el tramo de estudio presenta principalmente dos comportamientos en su perfil longitudinal. El primer comportamiento se presenta desde el K227+856 hasta el K177+655 ubicado en las inmediaciones de Suesca, en este tramo el río presenta fuertes pendientes y un perfil típico de ríos de alta montaña. El segundo tramo va desde la abscisa K177+655 hasta el fin del tramo de estudio en Puente La Virgen (K69+657), y es un tramo que presenta un perfil con pocas variaciones en la pendiente. Es un tramo plano con gran cantidad de meandros y llanuras de inundación. La condición descrita para el segundo tramo es típica de ríos de planicies, y como se pudo demostrar en el periodo de La Niña 2010-2011 el río en su estado actual inunda varias zonas, entre las cuales se encuentran obras civiles y asentamientos, los cuales se ven afectados negativamente por estas inundaciones.

El río Bogotá en el recorrido en estudio tiene la entrada de varios afluentes importantes, tales como la quebrada Piedra Gorda (K222+758), el río Tejar (K202+140), el río Neusa (K132+842), el río Teusacá (K115+490) y el río Frío (K80+607). En el tramo de estudio, en el río Bogotá se encuentran el embalse del Sisga, el embalse de Tominé y las compuertas de Achury y El Espino; esta última es de vital importancia en el modelo debido que actualmente es usada para la regulación de caudales, sirviendo la zona de influencia de esta compuerta como una zona de almacenamiento y regulación de caudales.

3.2.1 Ajustes Secciones Puentes

Actualmente en el río Bogotá a lo largo del tramo en estudio se encuentran 67 puentes los cuales fueron levantados en campo e introducidos al modelo para conocer el funcionamiento hidráulico de estos.

Después de llevar a cabo las primeras corridas se encontró que la lámina de agua para los periodos de retorno extremos (500 y 100 años) sobrepasaba el ancho de las secciones de



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Hoja No. 1203


los puentes levantados directamente mediante las topobatimetrías, razón por la cual fue necesario acudir al trabajo de LIDAR que se tenía del cauce principal del río Bogotá el cual cubría un ancho en promedio de 1200 metros información con la cual se construyó el DEM del río y con el cual después se pudo extrapolar la extensión de estas y otras de las secciones del río en las cuales lamina sobrepasaba el ancho de la sección.

Se debe tener en cuenta que en sitios con meandros muy pronunciados y en los cuales se presenta inundación la extensión de las secciones no tiene sentido púes por más que se extienda llegaría incluso a cortar nuevamente el rio en su cauce principal por esta razón para esto sitios la modelación en HEC-RAS se complementó mediante el análisis de las modelaciones en 2D descritas en el numeral 3.7.

Figura 3-1 Ejemplo de un Meandro en el que no se puede extender la sección

No obstante lo anterior, y si aún había sitios en los que no era suficiente la información LIDAR del Cauce principal, se usó como apoyo las planchas del IGAC a escala 1:2000, con las cuales se completó una superficie TIN o DEM con la cual se extrapoló la extensión de las secciones.

En la siguiente imagen se presenta un ejemplo del uso de las tres informaciones (Topobatimetría del Río, LIDAR Cauce Principal y Plancha IGAC) para conformar un TIN del que luego se extrapola la extensión de la sección.



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Hoja No. 1204


3.2.2 Definición del Coeficiente de Rugosidad

Para la definición del coeficiente de rugosidad de Manning se utilizó el procedimiento desarrollado por Cowan, el cual se describe a continuación:

𝑛 = (𝑛0 + 𝑛1 + 𝑛2 + 𝑛3 + 𝑛4) ∗ 𝑚5

En donde:

n0: valor básico para un canal recto, uniforme y liso en los materiales naturales involucrados.

n1: valor por efecto de las rugosidades superficiales.



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Hoja No. 1205


n2: valor que considera las variaciones en forma y tamaño de la sección transversal.

n3: valor el cual considera las obstrucciones.

n4: valor para considerar la vegetación y condiciones de flujo.

m5: valor básico relacionado con la meandricidad, para un canal recto, uniforme y liso en los materiales naturales involucrados.

Para esta ecuación se encuentran valores típicos que representan cada variable en la Tabla 5.5 de la referencia bibliográfica (1). Esta tabla se presenta a continuación:

Valores para el Cálculo del Coeficiente de Rugosidad (Extraído de la referencia bibliográfica (1))

Para la obtención del coeficiente de rugosidad de Manning se dividió el río Bogotá por tramos dependiendo las diferentes características hidráulicas que presenta este a lo largo de su recorrido. Después de la división del río Bogotá en tramos se procedió a la aplicación de la metodología de Cowan aplicando la Tabla presentada anteriormente a cada uno de los tramos. A continuación se presenta este análisis.



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Hoja No. 1206


3.2.3 División por Tramos Río Bogotá Según su Rugosidad

Se realizó una visita al río Bogotá para identificar las características hidráulicas de lo cual se tiene como resultado el Anexo No. 11-1, en el que se muestra el registro fotográfico junto con la descripción de las características hidráulicas de diferentes zonas de la corriente.

A partir de la visita se encontraron tres tramos identificables de características de rugosidad diferentes. Estos tramos son:

Nacimiento (K227+856) – Entrada Villa Pinzón (K221+054): tramo alta montaña.

Entrada de Villapinzón (K221+054) – Puente entrada de Suesca (K178+123): tramo de transición.

Puente entrada de Suesca (K178+123) – Puente La Virgen (K69+657): tramo sinuoso.

A partir de esto se tiene el Cuadro No. 2, en el que se presentan los valores adoptados para cada tramo mediante la metodología de Cowan.

Es de anotar que según lo presentado en el Anexo 9 se comprobó que a través de los registros de los aforos no existe ninguna tendencia del coeficiente de rugosidad que pueda ser definida, ni a con relación al caudal propiamente dicho ni con relación a la espacialidad de las estaciones, razón por la cual se continuo con los resultados obtenidos por el método de Cowan.

3.2.4 División de la Rugosidad para las Diferentes partes de la Sección Transversal

La sección transversal se compone de cuatro zonas: el fondo del cauce, las paredes del cauce, las bancas y la llanura de inundación. Estas zonas se agruparán en dos. El fondo del cauce y las paredes como el primer grupo, esta agrupación se hace debido a que tienen el mismo material. Como segundo grupo se tiene la planicie de inundación y las bancas: estas dos zonas de la sección transversal de acuerdo a lo observado en la visita de campo poseen características muy similares. Por lo anterior se obtuvieron dos valores de rugosidad para cada sección uno que corresponde a la zona de cauce, y otro que corresponde a las bancas y planicies de inundación.

El valor del coeficiente de rugosidad de Manning adoptado para el cauce fue el obtenido mediante la metodología de Cowan la cual se muestra en el Cuadro No. 2 para cada uno de los tramos establecidos.

Por otro lado el valor del coeficiente de rugosidad de las bancas y planicies de inundación se obtuvo de la referencia bibliográfica (1). En el Tramo No. 1 se tienen matorrales medios a



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Hoja No. 1207


densos en una condición normal por lo cual se adoptó un coeficiente igual a 0.070, mientras que para los Tramos No. 2 y 3 se tienen matorrales dispersos y mucha maleza con lo cual se obtiene un valor del coeficiente de Manning igual a 0.070.

En el Cuadro No. 3 se muestra el resumen de los valores adoptados para el coeficiente de rugosidad de Manning para todos los tramos y las diferentes partes de la sección.

3.2.5 Diferencias de modelación hidráulica en una (1) o dos (2) dimensiones

En la actualidad en muchos casos de estudio se ha vuelto necesario la modelación de fenómenos físicos en los problemas de fluidos, como es el caso de los ríos, para lo cual lo ideal sería realizar modelos físicos a escala, pero debido a la complejidad que conlleva realizar este tipo de modelos, debido a sus altos costos, el tiempo empleado en su realización, y a la operación y la toma de datos, se genera gran complejidad en poder llevar a cabo este tipo de modelos, haciendo que en muchos casos esto se vuelva inviable.

Por los anteriores motivos se hacen necesarios los modelos numéricos, los cuales para problemas de hidráulica a flujo libre se pueden realizar en una (1) dimensión (llamados también modelos pseudo - bidimensionales), dos (2) dimensiones y tres (3) dimensiones.

La escogencia del modelo numérico a emplear se basa en varios factores, tales como:

Tipo de problema a resolver

Condiciones naturales (tipo de flujo, topografía, elementos presentes como

zonas urbanizadas, vías, etc.).

Condiciones de frontera y límites del modelo

Información disponible

Costo computacional

Tiempo de cálculo

A continuación se realizará una descripción de los fundamentos en que se basan los modelos en una (1) y dos (2) dimensiones.

3.2.6 Requerimientos y ventajas de los modelos en una y dos dimensiones

Los modelos en una (1) dimensión tipo HEC-RAS son modelos de menor gasto computacional, menores requerimientos en la información, y producen buenos resultados en



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Hoja No. 1208


cauces lineales. Los requerimientos específicos para que un flujo se pueda considerar que se modela adecuadamente en una dimensión son:

Ser un flujo en una dirección entre las secciones transversales.

El agua que salga del cauce principal y vaya hacia las planicies de inundación no puede volver al cauce aguas arriba ni aguas abajo; debe quedar almacenada en esta planicie o fluir en la misma dirección del eje del río y paralelo a éste.

La descripción topográfica y batimétrica para el modelo puede estar limitada a secciones transversales separadas una distancia x entre sí.

Este tipo de modelos no proporciona los vectores de velocidad dado que es un flujo unidimensional; por lo tanto en problemas que requieran de esta información (diseño específico de estructuras hidráulicas) no se deben realizar en este tipo de modelos.

Deben tener un fondo fijo o considerarse que el fondo del canal es un fondo fijo.

Deben tener un campo de velocidades relativamente homogéneo en las secciones transversales.

Condiciones de contorno El flujo unidimensional en estudios de inundabilidad puede ser aplicado en los casos en que como se mencionó anteriormente, el agua que desborda el cauce no vuelva al cauce principal o fluya en el mismo sentido del cauce y paralelo al eje de este. Un ejemplo de esto se muestra en la Figura 3.2.1.

Figura 3-2. Inundación Omereque, Mizque y Clisa (Extraída de www.eldía.com.bo)

http://www.eldía.com.bo/



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Hoja No. 1209


Este último ejemplo es similar al que ocurrió en Villapinzón en la temporada invernal 2010-2012 cuando el río Bogotá se desbordó.

Por otro lado, los modelos en dos (2) dimensiones son modelos que arrojan resultados con mayor detalle, en especial porque describen ambas componentes del flujo (tanto x como y). Este tipo de modelos son más robustos, requieren información topográfica mucho más detallada y producen un mayor gasto computacional. Los modelos bidimensionales son comúnmente utilizados en confluencias de ríos, inundaciones de llanuras con direcciones de corrientes diferentes al eje del río, cauces con fondo variable y en problemas en que se requieran los vectores de velocidad como un resultado del modelo (diseño específico de estructuras hidráulicas). Los requerimientos de información para este tipo de modelos son las siguientes:

Topografía y batimetría detallada de la zona. Esta topografía no se puede limitar a secciones transversales en el cauce; debe ser completa con puntos (x, y, z) continuos a lo largo y ancho de la zona de interés), debido a que a partir de ella se generará la malla que describe el sistema, y que en todo su dominio tiene datos de posición (x, y) y de elevación z, los cuales serán utilizados para los cálculos hidráulicos.

Condiciones de contorno.

El flujo bidimensional es necesario en estudios de inundabilidad en aquellos ríos donde el flujo va en direcciones contrarias al sentido del flujo en el cauce, pudiendo o no volver al cauce principal ya sea aguas arriba o aguas abajo. En general, una vez el agua se desborda puede tomar muchas direcciones de flujo aparte de la que tiene el cauce principal. En la Figura 3.2.2 se presenta un caso en el que flujo va en diversas direcciones una vez se inunda la zona.

Figura 3-3. Inundación con diferentes sentidos de flujo



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Hoja No. 1210


Los modelos tanto unidimensionales como bidimensionales son obtenidos mediante las leyes de la conservación de masa y cantidad de movimiento, pero difieren en las suposiciones realizadas para llegar hasta ellos.

Las mayores diferencias entre estos dos modelos están en la calidad de la información requerida y el coste computacional que requiere cada uno, ya que los resultados obtenidos por uno u otro modelo son adecuados si se aplican a los casos para los que son apropiados y bajo las suposiciones de cada modelo.

3.2.7 Caso particular del río bogotá y elección del tipo de modelo a emplear

El río Bogotá es un río que a lo largo de su recorrido presenta un comportamiento unidimensional en condiciones naturales normales en el que el agua fluye en el sentido de su eje. Es un río que presenta (exceptuando tramos de la parte alta) bajas velocidades y relativamente constantes a lo ancho del cauce. Lo mismo ocurrirá para las simulaciones de diseño de obras proyectadas mediante jarillones: el agua discurrirá unidimensionalmente en el sentido de la dirección del flujo y paralela a su eje.

En la actualidad la información que se tiene del río Bogotá está basada en secciones transversales separadas una distancia específica entre sí (50 m), lo cual limita el uso de modelos bidimensionales sobre el río Bogotá, en los cuales como se ha mencionado con anterioridad, se necesita una densidad continua de información tanto dentro del cauce como en las planicies de inundación, ya que no se basan en secciones sino en mallas en las cuales se debe tener información real en todo su dominio para obtener resultados adecuados; como se observa en las ecuaciones para flujo bidimensional la pendiente de fondo del canal tiene un peso importante, por lo cual no tener información en tramos y suponerla puede llevar a errores en los resultados obtenidos.



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Hoja No. 1211


Por otro lado, en el río Bogotá las inundaciones que se presentaron durante el periodo invernal de La Niña de los años 2010-2012 fueron inundaciones en las que el flujo se mantenía en dirección del flujo del cauce principal o eran inundaciones en las que el agua sobrepasaba la capacidad del cauce y se almacenaba en un área específica hasta alcanzar un estado de equilibrio entre el caudal que transitaba y la zona inundada. Por esta razón se puede considerar que es adecuada la aplicación de un modelo unidimensional como el HEC-RAS en el caso de estudio del río Bogotá.

En el estudio del río Bogotá los vectores de velocidad no son influyentes en los resultados debido a que no se van a diseñar estructuras que requieran datos específicos de las velocidades en el cauce; aparte de esto, las confluencias entre el río Bogotá y sus corrientes aportantes no son objeto de estudio en este modelo.

Por último, el río Bogotá es un río que no presenta variabilidad en el fondo de su cauce de manera espontánea o drástica; su cauce como el de todas corrientes de agua de fondo móvil cambia pero en el río Bogotá este cambio lleva un tiempo considerable por lo cual se puede considerar que el río Bogotá para efectos prácticos de crecientes de relativamente corta duración tiene un fondo fijo.

Para el estudio del río Bogotá, la utilización de un modelo en dos (2) dimensiones podría mostrar la manera cómo el flujo cuando hay desbordes del cauce va llenando la planicie de inundación, hasta llegar a la situación más crítica (equilibrio entre el nivel de agua en el río y el nivel de agua en la planicie), información que es totalmente irrelevante desde el punto de vista práctico. Para el mismo caso en el modelo de una (1) dimensión se obtiene como resultado la situación más crítica desde el punto de vista de niveles de agua, lo cual es, desde el punto de vista práctico, lo requerido para los estudios y diseños.

Debe tenerse en cuenta, por otro lado, la grandísima dificultad para calcular hidrógramas de creciente de larga duración, de semanas o meses como lo ocurrido en la temporada invernal 2010 a 2012, en una hoya hidrográfica tan grande como la del río Bogotá en el área de interés. Cuando la duración de la lluvia es larga, la producción de crecientes puede provenir de un infinito número de posibilidades de ocurrencia de la lluvia en cantidad, intensidad, espacio y tiempo. Aún en el caso de que se pudiera utilizar un modelo de dos (2) dimensiones para la hoya del río Bogotá (que como se detalló previamente no es adecuado con la información topográfica y batimétrica a disposición), dada su mayor complejidad en relación con un modelo de una (1) dimensión tipo HEC-RAS, con la simulación de flujo estacionario para los caudales máximos instantáneos del periodo de retorno de diseño propuesta por el Consultor, los resultados finalmente no deberían diferir entre los dos tipos de modelos en relación con los niveles máximos instantáneos respectivos.

Por las anteriores razones, y debido a la falta de la información topográfica dentro del cauce del río Bogotá (la cual se limitó a secciones transversales), se considera adecuada la aplicación de un modelo unidimensional en el río Bogotá tipo HEC-RAS.



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3.2.8 Modelo HEC-RAS Condición Actual

El modelo computacional HEC-RAS, (River Analysis System) del Hydrological Engineering Center del U. S. Corps of Engineers, es un programa de hidráulica para modelar el comportamiento de un caudal en un canal artificial o en un cauce natural. Sirve para determinar las alturas de los niveles de agua, hallar velocidades en dirección del flujo (1D) y demás características hidráulicas de un cauce.

Este modelo es del tipo pseudo-bidimensional y utiliza la ecuación de energía de Bernoulli para la solución al problema del perfil hidráulico de la corriente. Este modelo fue utilizado para los estudios de adecuación hidráulica del río Bogotá en su parte media entre Alicachín y Puente La Virgen en Cota, para el Canal del Dique y también en el Río Magdalena, entre otros. Para cualquiera de las soluciones que se propongan de adecuación hidráulica sobre el río Bogotá en su parte alta entre Puente La Virgen en Cota y Villapinzón (con jarillones o diques al lado del cauce de la corriente y áreas de inundación aledañas al cauce enmarcadas por jarillones o cerramientos topográficos naturales) el modelo HEC-RAS cumple con el objetivo de los estudios hidráulicos, al simular adecuadamente bien los perfiles de flujo resultantes, con los cuales se determinarán niveles de agua y alturas de jarillones (con o sin áreas de inundación) para contener las inundaciones.

Aplicaciones con modelos en dos dimensiones para la solución a la hidráulica el flujo sobre el río Bogotá son innecesarias para la solución al problema bajo las condiciones supuestas de estacionalidad del flujo sobre la corriente, y la no interacción en dos o tres dimensiones del flujo (saliendo o entrando hacia o desde la corriente hacia áreas externas). Además, un modelo bidimensional del río Bogotá arrojaría resultados muy similares a los que se obtienen con el HEC-RAS en cuanto a niveles de agua, pero teniendo mayores requerimientos en datos de entrada, condiciones de contorno y tiempos de cálculo, a su vez estas condiciones aumentan la incertidumbre en los resultados que se obtienen. Debido a que en este caso no se van a diseñar obras puntuales que requieran conocer velocidades en 2 o 3 dimensiones, este tipo de modelos no es necesario usarlo y se adapta mejor a las necesidades actuales del problema del río Bogotá un modelo 1D como lo es el HEC-RAS.

3.2.8.1 Descripción Teórica y Conceptual del Modelo

Este modelo simula la hidráulica del flujo para canales de cualquier tipo de sección transversal bajo flujo gradualmente variado, trabajando de acuerdo con la ecuación de Bernoulli:

Z1 + Y1 + (V12/2g) = Z2 + Y2 + (V2

2/2g) + h

En donde:

Z: Nivel del fondo del canal aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo, denominado este término cabeza de posición, en m.



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Hoja No. 1213


Y: Lámina de agua aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo, denominado este término cabeza de presión, en m.

V2/2g: Cabeza de velocidad aguas arriba (1) y abajo del tramo (2), denominado este término cabeza de velocidad, en m.

h: Pérdidas de energía en el tramo, dividiéndose en pérdidas por fricción y localizadas, en m.

Las pérdidas por fricción en el tramo hf para flujo gradualmente variado en un tramo de longitud L del canal se pueden expresar por medio de la ecuación de Manning:

hf = ((Se1 + Se2)/2) L

En donde:

Se1 y Se2 corresponden a los valores de la pendiente de la línea de energía aguas arriba (1) y abajo (2) del tramo. Estos valores se expresan por medio de la fórmula de Manning para flujo uniforme en cada sección del tramo:

Se = (n2V2/R4/3)

En donde:

n: Coeficiente de rugosidad de Manning, valor adimensional.

V: Velocidad promedio del agua, en m/s.

R: Radio hidráulico, en m, igual al área hidráulica A, en m2, dividida entre el perímetro mojado P, en m.

Como se mencionó anteriormente, de acuerdo con las caracterizaciones de campo, y a partir de la metodología de Cowan, se han definido los coeficientes de rugosidad de Manning para los diferentes tramos definidos en partes anteriores de este mismo informe. Los coeficientes de Manning definidos se presentan en el Cuadro No. 3.

Por otro lado, las pérdidas localizadas en un punto del canal se expresan mediante la ecuación:



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Hoja No. 1214


hl = K ABS ((V12 /2g)- (V2

2/2g))

En donde:

K: Coeficiente de pérdidas localizadas, adimensional.

V: Velocidad promedio aguas arriba (1) y aguas abajo (2) del punto o tramo en donde se produce la pérdida localizada, en m/s.

ABS: Valor absoluto del término.

El coeficiente de pérdidas localizadas de contracción y expansión de la corriente de agua se definió igual a 0.10 y 0.30.

Las entradas de caudal en el modelo se definieron de acuerdo al informe presentado en la referencia bibliográfica (2). En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se resenta el esquema de las entradas de caudal al modelo HEC-RAS.

Con el fin de poder realizar las manchas de inundación, el modelo se dividió en dos tramos; el primer tramo va desde el K227+856 hasta el K177+655 con un total de 897 secciones; el segundo tramo va desde la abscisa K177+655 hasta la abscisa K69+657, y se tiene un total de 2127 secciones.

El modelo en el Tramo 1 se generó con condición de flujo mixto debido a las fuertes pendientes que se presentan en el mismo. La condición aguas arriba definida fue la condición de flujo crítico, mientras que la condición en la sección aguas abajo (K177+655) fue el nivel de agua calculado para esta sección obtenido en el Tramo 2.

El modelo en el Tramo 2 se generó a partir de una condición de flujo subcrítico debido a las bajas pendientes que se presentan en el río Bogotá en este tramo, lo cual claramente indican esta condición. a. La condición empleada fue el nivel producido en Puente La Virgen para el periodo de retorno de estudio obtenido a partir de la referencia bibliográfica (3).

3.2.8.2 Resultados de la Modelación para la Condición Actual sin Obras (Alternativa No. 1)

La Alternativa No. 1 analizada fue dejar el río Bogotá en las condiciones actuales, sin obras.

Para esta alternativa, los análisis se llevaron a cabo con base en tres mil veinticuatro (3024) secciones transversales del río Bogotá, que van desde la abscisa K227+856 (cerca de su nacimiento) hasta puente La Virgen (K69+657) en el sitio de proyecto, las cuales se presentan en el Anexo No. 1-5, levantadas topográfica y batimétricamente en una longitud aproximada de 158 km.

Con el coeficiente de rugosidad de Manning definido, se calculó el nivel de la lámina de agua y las demás características hidráulicas de la corriente para las crecientes asociadas a



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diferentes periodos de retorno. Los resultados de este trabajo se presentan en el Cuadro No. 4, en la Figura No. 1 y el Plano No. 1.

Los resultados de la modelación mediante el modelo HEC-RAS se presentan en medio magnético en el Anexo No. 11-2, en el Plan llamado como Alternativa No. 1.

Los resultados de la modelación incluyen los siguientes aspectos para cada sección transversal considerada:

Identificación de la Sección Transversal.

Caudal total.

Cota de fondo mínima de la sección transversal.

Nivel de la lámina de agua.

Lámina de agua máxima en la sección transversal.

Nivel de la profundidad crítica.

Nivel de la línea de energía.

Pendiente de la línea de energía.

Velocidad promedio del agua.

Área hidráulica.

Ancho de la superficie libre de agua de la sección transversal.

Número de Froude.

3.2.9 Manchas de Inundación para la Condición Actual sin Obras (Alternativa No. 1)

Debido a que en la actualidad se encuentran varios programas que generan las manchas de inundación, siendo el más común el Arc-GIS; también se encuentran otras opciones como el Ras Mapper, el cual es un módulo propio del HEC-RAS para este tipo de labores. Teniendo en cuenta lo anterior se decidió comparar los resultados de ambos programas en cuanto a la generación de las manchas de inundación, esto se muestra en el Anexo 11-3. El resultado del análisis presentó que el Ras Mapper genera resultado más aproximados a la realidad y con un menor gasto computacional y de tiempo.

A partir del modelo hidráulico realizado para el río Bogotá en su tramo de estudio y los resultados obtenidos, se generaron las manchas de inundación a partir del mismo modelo hidráulico HEC-RAS, en el módulo de RASMapper, el cual explica con detalle su operabilidad en la referencia bibliográfica (4).



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El RASMapper genera las manchas de inundación a partir de modelo digital del terreno MDT, y los resultados hidráulicos obtenidos generando las manchas de inundación en cada uno de los puntos, por medio de restas aritméticas entre el nivel del terreno y los niveles de la lámina de agua.

Los resultados de esto se presentan en el Plano No. 2 para toda la longitud del tramo de estudio del río Bogotá.

En los resultados se logra observar todas las zonas inundadas por el río Bogotá para el caudal de periodo de retorno de 100 años, lo cual genera una situación muy similar a lo sucedido durante el periodo invernal de La Niña de los años 2010-2011. Por ejemplo, en el municipio de Chía se observa como en la situación actual, vías de comunicación y vastas extensiones de terreno se ven inundadas, entre las cuales se encuentra la Universidad de La Sabana, la variante de Chía en el sector de La Caro, entre otras; todo esto concuerda con la realidad para el mencionado periodo de La Niña ocurrido.

Cabe anotar que no solo se produjeron inundaciones debido al río Bogotá en el sector de Chía; también se inundaron zona hacia aguas arriba las cuales se detallan mejor en el Plano No. 1.

La situación obtenida en las manchas de inundación para un periodo de retorno de 100 años pone en evidencia la necesidad de realizar obras que permitan controlar estas inundaciones, en especial en los centros poblados o zonas de obras civiles importantes, tales como vías. Debido a lo anterior se van a proponer dos alternativas para el control de crecientes las cuales serán explicadas y evaluadas posteriormente en este informe.

3.3 ALTERNATIVA No. 2

3.3.1 Descripción de la Alternativa

Como se ha mencionado con anterioridad, el periodo invernal de La Niña 2010-2011 evidenció la necesidad de generar un control de crecientes debido a las inundaciones que generó el río Bogotá en diversos sectores. Como se mencionó previamente, a partir del modelo hidráulico generado en la Alternativa No. 1 para la condición actual sin obras y una creciente con un periodo de retorno de 100 años, se generaron las manchas de inundación, simulándose una condición muy similar a la ocurrida en el año 2011.

Para evitar este tipo de situación, se plantea una primera alternativa de diseño (Alternativa No. 2) que consta de tres intervenciones al cauce: la primera es el dragado del cauce para la obtención de una sección más homogénea, la segunda dragar el fondo del cauce para regularizarlo a una pendiente más continua, y por último la construcción de diques en para el



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control de inundaciones. A continuación se describe en detalle cada una las intervenciones mencionadas.

La adecuación hidráulica que se plantea desde Suesca (K177+655) hasta Puente La Virgen (K69+657), zona en la cual de acuerdo a lo establecido en las visitas de campo y la información secundaria, el río Bogotá discurre por una zona plana y con poca pendiente, teniendo comportamiento de río de planicie, con velocidades bajas y zonas inundables. Aguas arriba de Suesca no se ha considerado la adecuación hidráulica debido a que el río se torna de montaña y no existen propiamente inundaciones con desbordes del cauce sobre planicies, en este momento se está evaluando la zona de Villapinzón para ser intervenida debido a las inundaciones que se han presentado en esta población y se está definiendo que tipo de intervención se realizaría.

3.3.2 Dragado de la Sección Transversal del Cauce

En primera instancia se propone un dragado de la sección transversal del cauce con el fin de regularizar las secciones, aumentar la sección transversal y mejorar en general las condiciones hidráulicas de la corriente.

Con el fin de obtener el ancho típico del fondo del cauce y la profundidad típica de la corriente, se tomaron secciones transversales desde la abscisa K177+655 hasta la K69+657 y se montaron todas juntas para definir las variaciones geométricas de estas variables. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se presenta la manera omo se realizó esta labor. A partir de este análisis se definieron dos tipos de secciones transversales típicas con las que se regularizaría el cauce: el primer tipo de sección va desde la abscisa K116+644 hasta la abscisa K69+657 (inicio del tramo considerado), mientras que el segundo tipo de sección va desde la abscisa K177+655 hasta la K116+693.

Figura 3-4. Selección de la Sección Transversal para Dragar

El tipo de Sección 1 sección tiene un ancho de fondo de 20.0 m, una altura de 4.0 m y taludes 2H:1V y como se mencionó anteriormente va desde la abscisa K116+644 hasta el inicio del tramo K69+657. La Sección 2 tiene un ancho de fondo de 15.0 m, una altura de 3.5 m y taludes 2H:1V y se encuentra comprendida entre las abscisas K177+655 y K116+693. En la figura 3.5.1.2. se presentan las secciones y sus dimensiones.



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Figura 3-5. Secciones de Diseño para el Dragado

3.3.3 Regularización del Fondo del Cauce

Para regularizar el fondo del cauce se propone generar varias pendientes de fondo, de tal manera que se produzca la menor excavación posible y además se adecue a las pendientes generales actuales del cauce por tramo. La obtención de esto se realizó gráficamente y se muestra en la Figura 3.5.1.3.

Figura 3-6. Selección Pendientes de Fondo

Al generar las pendientes y tener en cuenta los parámetros establecidos, se obtuvieron cinco (5) pendientes diferentes. Las pendientes obtenidas y las abscisas entre las que se encuentran se presentan en el Cuadro No. 5.



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3.3.4 Diques a lo Largo del Cauce en el Tramo a Intervenir

Debido a que las dos acciones propuestas anteriormente (dragado de la sección y regularización del fondo del cauce) aunque mejoran la situación hidráulica del cauce en el río (aumentando su capacidad y disminuyendo los niveles de agua) no son suficientes para evitar las inundaciones, se propone la construcción de diques a lo largo del tramo que se desea intervenir.

Los diques que se proponen para el tramo a intervenir se encuentran a 10 m de distancia del cauce, con el fin de dar una mayor capacidad hidráulica y poder disminuir la altura de los referidos diques. Los diques se proponen por ambas márgenes en todo el tramo en estudio. Para los diques propuestos se determinó la altura de acuerdo al modelo hidráulico para estas condiciones.

Figura 3-7. Definición de Jarillones Alternativa No. 2

3.3.5 Modelo HEC-RAS Alternativa No. 2

3.3.5.1 Definición Coeficiente de Manning

Debido al dragado de la sección y la implantación de diques se cambian las condiciones hidráulicas, del fondo del cauce y las márgenes, por lo cual el coeficiente de rugosidad de Manning se ve afectado y se debe cambiar su valor.

Las obras de intervención planteadas mejoran las condiciones hidráulicas del río Bogotá, teniendo en cuenta la referencia bibliográfica (2) se define un coeficiente de rugosidad de Manning igual a 0.035 para el cauce que corresponde a un canal excavado en tierra lento y serpenteante, tal como se presenta el río Bogotá en esta zona; mientras que se definió un coeficiente de 0.050 para las bancas que corresponde a pasto alto en planicies de inundación.

3.3.5.2 Descripción del Modelo en General

Una vez definidas las características del diseño hidráulico para la Alternativa No. 2, se procedió a transcribir esto a las secciones del modelo, realizando el dragado de la sección



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transversal y la regularización del fondo del cauce, y colocando los diques en cada una de las secciones transversales.

Al igual que en el modelo natural, se dividió el modelo en dos tramos. El primer tramo corresponde a la parte alta del río Bogotá, en el cual no hay no hay intervención. El segundo tramo va desde la abscisa K177+655 hasta Puente La Virgen, en el cual se plantea toda la intervención mencionada anteriormente.

Al igual que en el modelo con la condición actual (Alternativa No. 1) el Tramo 1 se generó con condición de flujo mixto debido a las fuertes pendientes que se presentan en el mismo. La condición aguas arriba se tomó como una condición de flujo crítico, mientras que la condición en la sección aguas abajo (K177+655) se tomó igual el nivel de agua calculado para esta sección obtenido en el Tramo 2. El modelo en el Tramo 2 se generó a partir de una condición de flujo subcrítico debido a es que se presentan en el río Bogotá en este tramo. La condición empleada fue el nivel producido en Puente La Virgen para el periodo de retorno deseado obtenido a partir de la referencia bibliográfica (3).

3.3.5.3 Resultados de la Modelación

Una vez generada la geometría para este nuevo modelo, se procedió a correrlo. . Los resultados de este trabajo se presentan en el Cuadro No. 6 y en la Figura No. 2.

Los resultados de la modelación mediante el modelo HEC-RAS se presentan en medio magnético en el Anexo No. 11-2, en el Plan Alternativa No. 2.mencionado.

3.3.6 Manchas de Inundación para la Alternativa No. 2

A partir del modelo hidráulico realizado para el río Bogotá para la Alternativa No. 2 en su tramo de estudio y los resultados obtenidos se generaron las manchas de inundación, como se mencionó anteriormente, a partir del mismo HEC-RAS, en el módulo de RASMapper, el cual se explica con detalle su funcionamiento en la referencia bibliográfica (4).

En el Tramo 1, como era de esperarse, el cambio en las manchas de inundación no es significativo, ya que el efecto de la adecuación solo se presenta en los últimos 5 km de este tramo (aguas abajo). Las pocas inundaciones que se presentaban fueron suprimidas debido al cambio de la condición aguas abajo que se tiene en la cual se disminuyó la lámina de agua inicial por la adecuación planteada.

Los resultados obtenidos en el Tramo 2 muestran una disminución en los niveles del río de hasta 1.8 m. Debido a los diques planteados los desbordes a lo largo del tramo intervenido ya no se presentan.

Los resultados de las manchas de inundación para la Alternativa No. 21 se presentan en el Plano No. 2.



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3.4 ALTERNATIVA No. 3

3.4.1 Descripción de la Alternativa

Para evitar los sucesos del periodo invernal de La Niña mencionados anteriormente en este informe, se plantea una segunda alternativa de diseño (Alternativa No. 3) que al igual de la primera alternativa de diseño (Alternativa No. 2) consta de tres intervenciones al cauce: la primera es el dragado del cauce para la obtención de una sección más homogénea, la segunda dragar el fondo del cauce para regularizarlo a una pendiente más continua, y por último la construcción de diques en para el control de inundaciones. A continuación se describe en detalle cada una las intervenciones mencionadas. Los tramos a intervenir para la Alternativa No. 3 serán los mismos que los planteados para la Alternativa No. 2.

3.4.2 Dragado de la Sección Transversal del Cauce

Para determinar el ancho típico del fondo del cauce y la profundidad típica de la corriente, se llevó a cabo bajo los mismos parámetros de la Alternativa No. 2, por lo cual las secciones a emplear y los tramos de influencia de estas secciones para la Alternativa No. 3 serán los mismos que los de la Alternativa No. 2.

El tipo de Sección 1 sección tiene un ancho de fondo de 20.0 m, una altura de 4.0 m y taludes 2H:1V y como se mencionó anteriormente va desde la abscisa K116+644 hasta el inicio del tramo K69+657. La Sección 2 tiene un ancho de fondo de 15.0 m, una altura de 3.5 m y taludes 2H:1V y se encuentra comprendida entre las abscisas K177+655 y K116+693. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se presentan las ecciones y sus dimensiones.

3.4.3 Regularización del Fondo del Cauce

Al igual que para la Alternativa No. 2, para regularizar el fondo del cauce se propone generar varias pendientes de fondo, de tal manera que se produzca la menor excavación posible y además se adecue a las pendientes generales actuales del cauce por tramo. Debido a que



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los parámetros de diseño tomados en cuenta para determinar las pendientes de fondo finales son iguales a la Alternativa No. 2, las pendientes a aplicar en la Alternativa No. 3 serán las mismas que en la Alternativa No. 2.

3.4.4 Diques a lo Largo del Cauce en el Tramo a Intervenir

Al igual que sucede en la Alternativa No. 2, las dos acciones propuestas anteriormente (dragado de la sección y regularización del fondo del cauce) aunque mejoran la situación hidráulica del cauce en el río (aumentando su capacidad y disminuyendo los niveles de agua) no son suficientes para evitar las inundaciones, por lo cual se propone la construcción de diques a lo largo del tramo que se desea intervenir.

Los diques propuestos para la Alternativa No. 3 tienen un trazado que se generó de manera acorde al terreno en el cual los diques no están a una distancia homogénea del cauce. En esta alternativa los diques tienen una separación mínima del cauce de 10 m, pero en algunas zonas se están alejando más del cauce con el fin de generar mayores zonas inundables que disminuyan el volumen de agua hacia aguas abajo. Un ejemplo de lo mencionado anteriormente se presenta en la Firugra 3.8.1.1.

Figura 3-8. Definición de Jarillones Alternativa No. 3

Con la manera en que se definen los diques en esta alternativa se permiten mayores zonas de amortiguación y se están protegiendo las zonas pobladas o en las que se tienen obras de infraestructura.



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3.4.5 Modelo HEC-RAS Alternativa No. 3

3.4.5.1 Definición Coeficiente de Manning

Al igual que en la Alternativa No. 2, debido al dragado de la sección y la implantación de diques se cambian las condiciones hidráulicas, del fondo del cauce y las márgenes, por lo cual el coeficiente de rugosidad de Manning se ve afectado y se debe cambiar su valor.

Las obras de intervención planteadas mejoran las condiciones hidráulicas del río Bogotá, teniendo en cuenta la referencia bibliográfica (2) se define un coeficiente de rugosidad de Manning igual a 0.035 para el cauce que corresponde a un canal excavado en tierra lento y serpenteante, tal como se presenta el río Bogotá en esta zona; mientras que se definió un coeficiente de 0.050 para las bancas que corresponde a pasto alto en planicies de inundación.

3.4.5.2 Descripción del Modelo en General

Una vez definidas las características del diseño hidráulico para la Alternativa No. 3, se procedió a transcribir esto a las secciones del modelo, realizando el dragado de la sección transversal y la regularización del fondo del cauce, y colocando los diques en cada una de las secciones transversales a las distancias correspondientes.

Al igual que en el modelo de la Alternativa No. 1 y 2, se dividió el modelo en dos tramos. El primer tramo corresponde a la parte alta del río Bogotá, en el cual no hay no hay intervención. El segundo tramo va desde la abscisa K177+655 hasta Puente La Virgen, en el cual se plantea toda la intervención mencionada anteriormente.

Al igual que en el modelo con la condición actual (Alternativa No. 1) y el diseño presentado en la Alternativa No. 2, el Tramo 1 se generó con condición de flujo mixto debido a las fuertes pendientes que se presentan en el mismo. La condición aguas arriba se tomó como una condición de flujo crítico, mientras que la condición en la sección aguas abajo (K177+655) se tomó igual el nivel de agua calculado para esta sección obtenido en el Tramo 2. El modelo en el Tramo 2 se generó a partir de una condición de flujo subcrítico debido a es que se presentan en el río Bogotá en este tramo. La condición empleada fue el nivel producido en Puente La Virgen para el periodo de retorno deseado obtenido a partir de la referencia bibliográfica (3).

3.4.5.3 Resultados de la Modelación

Una vez generada la geometría para este nuevo modelo, se procedió a correrlo. Los resultados de este trabajo se presentan en el Cuadro No. 7 y en la Figura No. 3.

Los resultados de la modelación mediante el modelo HEC-RAS se presentan en medio magnético en el Anexo No. 11-2, en el Plan Alternativa No. 3 mencionado.



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3.4.6 Manchas de Inundación para la Alternativa No. 3


En el Tramo 1, como era de esperarse, el cambio en las manchas de inundación no es significativo, ya que el efecto de la adecuación solo se presenta en los últimos 5 km de este tramo (aguas abajo). Las pocas inundaciones que se presentaban fueron suprimidas debido al cambio de la condición aguas abajo que se tiene en la cual se disminuyó la lámina de agua inicial por la adecuación planteada.

Los resultados obtenidos en el Tramo 2 muestran una disminución en los niveles del río de hasta 0.90 m. En estas manchas de inundación se observa como en la mayoría de las zonas que se dejaron para amortiguar inundaciones se está cumpliendo su propósito de diseño, mientras que en las zonas habitadas o que se deseaban proteger se eliminaron las inundaciones.

Los resultados de las manchas de inundación para la Alternativa No. 3 se presentan en el Plano No. 3.

3.5 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA

La selección la alternativa final se realizó tomando en cuenta el principal objetivo de este estudio el cual es evitar las inundaciones en las poblaciones aledañas al río Bogotá, esto con el fin de evitar sucesos como los ocurridos durante el periodo invernal de La Niña 2010-2011.

La Alternativa No. 1 (actual) no refleja lo deseado por el proyecto, ya que esta alternativa permite inundaciones en zonas pobladas y en infraestructura, lo cual demuestra la necesidad de generar obras que eviten este tipo de hechos.

La Alternativa No. 2 no permite inundaciones a lo largo del tramo intervenido, pero el volumen de agua que transporta el río no se disminuye en su recorrido debido a que las zonas inundables se ven disminuidas por el propio control generado por los diques. Esta situación aumentaría los caudales hacia aguas abajo y podía generar inconvenientes en la adecuación hidráulica que se ha ido realizando en el río Bogotá desde Puente La Virgen a Alicachín. Por lo anterior está alternativa no se considera adecuada.

La Alternativa No. 3 se considera la más adecuada debido a que está cumpliendo el objetivo de no permitir las inundaciones en zonas pobladas o con obras de infraestructura. Por otro lado gracias a que los diques en muchas zonas están más alejados de la corriente y además en zonas de meandros y determinadas zonas se permiten inundaciones que sirven para



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disminuir los volúmenes de agua hacia agua abajo, los caudales en la zona posterior a puente la Virgen no debería sufrir aumentos tan drásticos como los que se generan en la Alternativa No. 2.

3.6 DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA DE LOS DIQUES

De acuerdo al objetivo del proyecto de mitigar los procesos de inundación del río Bogotá, se escogió la Alternativa No. 3, donde los diques proyectados se adecuan a la morfología del río y la topografía de la zona, dejando zonas de amortiguación y algunas zonas inundables. El diseño en Planta de los jarillones se presenta en el Plano No. 1.

Los jarillones sobre el río Bogotá presentan una variedad de incertidumbres debido a las zonas por donde transcurre este. Existen ciertas variables que pueden cambiar las condiciones que se modelaron en la Alternativa No. 3, las cuales serán mencionadas a continuación:

Los caudales del río Bogotá se calcularon bajo las condiciones actuales de la hoya hidrográfica del río Bogotá. Esto no quiere decir que las condiciones permanezcan iguales en un futuro, de hecho es posible que se urbanicen o cambien los tipos de uso de suelo lo cual puede aumentar los caudales a lo largo del río.

Las secciones transversales modeladas bajo las cuales se proyectaran los diques presentan secciones dragadas y prismáticas, lo cual no necesariamente permanecerá así, tomando en cuenta que es un río natural y su transporte de sedimentos generará a futuro procesos de sedimentación en algunas zonas, haciendo que el río llegue a perder capacidad.

El mantenimiento de las secciones en condiciones óptimas de diseño, sin vegetación ni elementos que puedan aumentar los efectos de la fricción en la sección, serán determinantes en los niveles de agua. Es muy posible que este mantenimiento no se realice, o no sea el adecuado por lo cual los niveles de agua podrían aumentar.

Debido a los rellenos propios con los que se generarán los diques, es de esperarse que se presenten asentamientos a corto y largo plazo debido a consolidación de los suelos del terraplén y del suelo de fundación.

Es posible encontrar en la literatura diferentes criterios para la definición del borde libre, pero la decisión final será del diseñador y del dueño del proyecto. El Bureau of Reclamation de los Estados Unidos, de acuerdo con la referencia bibliográfica (2) recomienda que el borde libre sea del orden de:

CyF



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Donde F es el borde libre en pies, C es un coeficiente que varía entre 1.5 y 2.5 dependiendo del caudal, y “y” la profundidad del canal en pies. La aplicación de esta recomendación para el caso del río Bogotá, produce resultados para el río Bogotá de 1.82 m y 2.36 m dependiendo de la zona considerada y del valor del factor adoptado.

Por otro lado, la Figura No. 7.1 de la referencia bibliográfica (2) calcula el borde libre en relación con el caudal; así, para un caudal cercano a 90 m³/s el borde libre que se calcula es igual a 1.10 m siendo el máximo caudal trasportado en el tramo de intervención; mientras que para el caudal mínimo transportado en este tramo (60 m³/s) el valor es de borde libre obtenido sería de 1.03 m.

Tomando como referencia los valores obtenidos en las metodologías propuestas anteriormente se encuentra adecuado un borde libre mínimo de 1.50 m. Los jarillones propuestos se realizaran de manera escalonada cumpliendo con el borde libre mínimo de 1.50 m. Los diques proyectados se presentan en el Plano No. 1 y sus cotas y tramos de diseño se especifican de mejor manera en el Cuadro No. 9 para la margen izquierda y el Cuadro No. 10 para la margen derecha.

Finalmente, a partir del modelo hidráulico de la Alternativa 3 se corrió el caudal de 500 años de periodo de retorno comprobando que la altura de diques es la necesaria para contener esta creciente.

3.7 MODELACIÓN 2D

En este numeral y para los análisis aquí presentados se debe tener en cuenta que ante la imposibilidad de construir y correr un modelo 2D de todo el río, los análisis se hacen por tramos y para las condiciones de frontera requeridas por la modelación se utilizan los resultados arrojados por la modelación en 1D mediante el software HEC-RAS.

3.7.1 MODELACIÓN 2D TRAMO VILLAPINZON

Por ser una prioridad el tramo del paso del río a través del casco urbano de Villapinzon con el fin de llevar a cabo una comparación y la pertinencia de usar el modelamiento hidráulico en dos (2) dimensiones se llevó a cabo el siguiente e ejercicio: Se decidió utilizar el programa River2D de la Universidad de Alberta en Canadá debido a su sencillez, fácil instalación y que es gratuito. El programa se encuentra dentro de una suite donde se presentan cuatro subprogramas que permiten la adecuación de una malla donde se realiza el cálculo bidimensional. Los cuatro programas son:

R2D Bed

R2D Mesh



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Hoja No. 1227


R2D Ice

River 2D Para este ejercicio no se tuvo en cuenta R2D Ice, ya que no se presenta la necesidad de modelar bloques de hielo. Preparación de la malla Inicialmente se deben tener los puntos de la topografía en formato xyz y guardarlos en un archivo de texto. En el programa R2D Bed se cargan los puntos y se crea una superficie utilizando el método de triangulación. Adicionalmente se determina la frontera computacional donde se realizarán los cálculos. Se muestra el tramo del casco urbano de Villapinzón entre las secciones K221+431 y K219+760.

También se define la rugosidad del terreno, la cual debe ser expresada en una unidad de distancia. El programa facilita una conversión de la rugosidad teniendo en cuenta el radio hidráulico de las secciones y el n de Manning. Al realizar un análisis de los radios hidráulicos presentados en el modelo de HEC-RAS se estimó un radio hidráulico promedio de un metro



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para las secciones de Villapinzón y un n de Manning de 0.04. De acuerdo a la herramienta del programa esto equivale a tener una rugosidad ks de 0.49 metros.

Luego, en el programa R2D Mesh se colocan las condiciones de frontera. El programa pide como condición de frontera de entrada un caudal, y de salida un nivel de agua. Para el caso de la simulación, se utilizó un caudal con un periodo de retorno de 100 años para el tramo de Villapinzón, así como un nivel de agua resultado de ese caudal para la abscisa correspondiente, obtenida en el programa HEC-RAS. Se muestra la superficie creada, junto con las condiciones de frontera, en color verde para la frontera de entrada, y en color azul para la frontera de salida.



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Hoja No. 1229


A continuación se genera la malla computacional. Para esto, el programa pide un espaciamiento promedio entre nodos. Entre más detallada sea la malla se tiene un mejor resultado, sin embargo se consumen muchos más recursos computacionales en su ejecución. Para el ejemplo del casco urbano de Villapinzón se utilizó un espaciamiento de cuatro metros entre nodos, lo que generó 7,782 puntos en total. Este espaciamiento permite una buena descripción de la malla, sin consumir demasiados recursos computacionales. Se muestra un detalle de la malla generada para este caso.



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Hoja No. 1230


Una vez se tiene una malla, se deben corregir los con el fin de mejorar los tiempos de ejecución. Esto se realiza utilizando el índice QI, que varía entre 0 y1 e indica la calidad de la malla. Esta calidad se define a partir del grado de irregularidad que presentan los triángulos: entre más equiláteros sean los triángulos, mejor es la calidad de la malla y el valor de QI es más cercano a 1.Debido a la dificultad de tener una totalidad de triángulos equiláteros, se considera aceptable para las mallas un QI mayor a 0.15. Se muestra una imagen de la malla con triángulos irregulares que deben ser corregidos.



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- Ejecución del modelo El modelo se ejecuta en el programa River2D donde se definen las condiciones de simulación, así como el tamaño de los pasos en el tiempo y el error aceptable en la convergencia. El tiempo de ejecución para el modelo fue de 20 horas aproximadamente y el resultado muestra la extensión de la mancha de agua sobre la superficie. Al exportar los resultados a ArcGIS y compararla con la mancha generada por HEC-RAS para un periodo de 100 años, se obtuvo el siguiente resultado (en el Anexo 12 se presenta el respectivo modelo)



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Hoja No. 1232


Resultados

• River2D permite observar, además de la extensión de la mancha de agua, la altura de la lámina de agua en cualquier punto de la grilla.

• Se comparó en varios puntos y se observó una altura muy parecida (± 5cm) a la reportada por HEC-RAS.

• Lo anterior respalda aún más que para los objetivos del estudio de adecuación una modelación den 2D no aporta valor agregado a la definición en la alturas de los diques de control.



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IMAGEN RIVER2D IMAGEN HEC-RAS



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3.7.2 MODELACIÓN 2D TRAMOS SELECCIONADOS RIO BOGOTÁ

Con el mismo objetivo de llevar a cabo una comparación y la pertinencia de usar el modelamiento hidráulico en dos (2) dimensiones se seleccionaron otros 21 tramos del cauce principal del río Bogotá y se modelaron en el programa IBER 2.2, el cual es un modelo computacional libre.

Iber consta de un módulo hidrodinámico que permite la simulación bidimensional de cauces (y en consecuencia posibilita la definición de zonas inundables, la delimitación de vías de intenso desagüe o en general la zonificación del Dominio Público Hidráulico), un módulo de turbulencia y un módulo de transporte sólido por arrastre de fondo y en suspensión para la cuantificación de procesos de erosión y sedimentación

Los campos de aplicación de la versión actual de Iber son:

Simulación del flujo en lámina libre en cauces naturales

Evaluación de zonas inundables y cálculo de las zonas de flujo preferente

Cálculos de rotura de presa

Cálculo hidráulico de encauzamientos

Cálculo hidráulico de redes de canales en lámina libre

Cálculo de corrientes de marea en estuarios

Estabilidad de los sedimentos del lecho

Procesos de erosión y sedimentación por transporte de material granular Montaje del Modelo 2D Para el montaje del modelo se realizaron las siguientes precisiones:

- Consideraciones iniciales

Se definieron unas condiciones de frontera iniciales que fueron tomadas del modelo Hec-Ras 1D, entre estas se encuentran los caudales asociados a los diferentes periodos de retorno establecidos (t=2,t=100,t=500). El modelo Iber 2D se construyó a partir de los niveles de la lámina de agua asociados a los caudales del periodo de retorno t=100 (periodo de diseño).

Se establecieron 21 secciones o tramos de la parte baja de la cuenca alta que fueron definidas como sitios críticos y por ende objetivo de análisis, además se tuvo en cuenta que el tiempo en que se realiza una estimación de flujos o niveles de agua es muy es lento en estos modelos 2D.



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Hoja No. 1235


- Geometría

Se definió una geometría para el área seleccionada para modelar con base en la topografía existente y disponible.

Figura 3-9. Geometría Modelo Iber 2D, tramo K118 a K121.

Se cargó una imagen de fondo como se observa en la figura anterior para poder verificar la geometría elaborada.

- Condiciones de frontera

Las condiciones de frontera de las secciones modeladas se establecieron utilizando los valores del modelo Hec-Ras, la sección más aguas arriba define el caudal de entrada y la sección más aguas abajo se define con una curva de gasto.

- Usos del suelo

Se definieron los diferentes usos del suelo y se estableció un coeficiente n de Manning, para la sección del río se utilizó el n de Manning utilizado en el modelo Hec-Ras y para las demás áreas se les asignó el valor correspondiente a sus características.



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Hoja No. 1236


Figura 3-10. Usos del suelo Modelo Iber 2D, tramo K118 a K121.

- Definición de la malla

Se definieron dos tipos de malla, una para el río y diques y otra para las planicies de inundación, estas mallas abarcan la geometría previamente elaborada y paralelamente a este proceso se cargan las alturas del modelo de terreno.

- Modelo de terreno

Se generan y se cargan los modelos de terreno con las características de la alternativa 3 para los 21 tramos seleccionados y se realiza una verificación de los mismos.

Figura 3-11. Modelos de terreno de Iber 2D, tramo K118 a K121.



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Hoja No. 1237


- Datos del problema

Se definen los datos del problema, principalmente el tiempo de simulación del modelo que debe garantizar que se realice la corrida completa y esto se verifica evaluando que el caudal de entrada en la sección analizada sea igual al caudal de salida.

- Corrida del modelo

Se realiza la corrida del modelo, como se dijo anteriormente estas corridas pueden tardar entre 10 y 16 horas de análisis.

- Postproceso

En el postproceso se analizaron los resultados obtenidos en cuanto a las manchas de inundación entre Hec-Ras e Iber, así como los resultados obtenidos para la lámina de agua y que se describen a continuación:

- Resultados

Manchas de Inundación:

De la comparación y análisis de los siguientes 21 tramos seleccionados se obtuvieron resultados presentados en las imágenes a continuación.

Listado de Tramos seleccionados:

1. K172+964 a K172+434 2. K148+265 a K147+624 3. K146+381 a K143+557 4. K142+762 a K140+400 5. K139+402 a K138+890 6. K136+369 a K135+728 7. K132+235 a K131+135 8. K127+550 a K126+765 9. K125+741 a K124+098 10. K121+830 a K118+920 11. K118+294 a K115+776 12. K113+832 a K113+225 13. K110+167 a K108+670 14. K106+117 a K105+467 15. K104+539 a K104+004 16. K102+781 a K98+341 17. K97+246 a K93+651 18. K91+869 a K89+603 19. K86+165 a K82+654



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Hoja No. 1238


20. K77+613 a K75+176 21. K72+071 a K70+930

Figura 3-12. Comparación resultados de inundación Modelo Hec-Ras vs Modelo Iber 2D,

tramo K172+964 a K172+434.


tramo K148+265 a K147+624.



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Hoja No. 1239


Figura 3-14. Comparación resultados de inundación Modelo Hec-Ras vs Modelo Iber

2D, tramo K146+381 a K143+557.


tramo K142+762 a K140+400.



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Hoja No. 1240


Figura 3-16. Comparación resultados de inundación Modelo Hec-Ras vs Modelo Iber 2D, tramo K139+402 a K138+890.




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Hoja No. 1241



tramo K132+235 a K131+135.


tramo K127+550 a K126+765.



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Hoja No. 1242



tramo K125+741 a K124+098.




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Hoja No. 1243






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Hoja No. 1244






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Hoja No. 1245






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Hoja No. 1246






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Hoja No. 1247






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Hoja No. 1248



Lámina de agua

Se realizó una comparación de los resultados de inundación y de la lámina de agua de la cuenca

alta del Río Bogotá entre el modelo computacional HEC-RAS que representa un modelo en una

dimensión (1D) y el modelo IBER que representa los datos mediante un modelo en dos

dimensiones (2D) en los 21 tramos seleccionados y descritos anteriormente.

Esta comparación se realiza con el objetivo principal de verificar la similitud entre los datos

obtenidos para la lámina de agua entre el modelo Hec-Ras y el amarre realizado entre el modelo

1D y el modelo 2D Iber.

A continuación se presentan los perfiles analizados:



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Hoja No. 1249


Figura 3-33. Comparación resultados lámina de agua entre Modelo Hec-Ras vs Modelo Iber

2D.

Como se puede observar a en la gráfica anterior no se presentan diferencias significativas entre ambos perfiles, por lo que se puede decir que hay una gran similitud entre los resultados obtenidos para la lámina de agua en ambos modelos utilizados.



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Hoja No. 1250


3.8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La obtención de los caudales máximos instantáneos se realizó a partir de las estaciones limnigráficas y limnimétricas ubicadas sobre el río Bogotá desde su nacimiento hasta Puente La Virgen. Del análisis de la información existente se obtuvo finalmente que las estaciones que poseían la mejor información (y las que al mismo tiempo fueron empleadas para la obtención de caudales para el modelo hidráulico del río Bogotá) fueron Villapinzón, Saucio, Santa Rosita, Puente Florencia, Tocancipá, Puente Vargas y Puente La Virgen, todas estaciones operadas por la CAR. A continuación se presentan los caudales empleados:

Inicio Fin Abscisa Periodo de Retorno (Años)

Inicio Fin 2 2.33 2.5 5 10 20 50 100 200 500

K227+856 K222+758 K227+856 Q. Piedra Gorda 2.55 3.08 3.35 6.74 11.36 17.08 26.19 34.17 43.05 56.09 K222+758 Q. Piedra Gorda 2.62 3.16 3.44 6.92 11.67 17.54 26.89 35.09 44.20 57.59

K222+758 K218+545 Q. Piedra Gorda Villapinzón 5.17 6.24 6.79 13.67 23.03 34.63 53.09 69.27 87.25 113.68 K218+545 K202+140 Villapinzón Río Tejar 20.16 23.11 26.63 31.28 38.54 45.23 53.49 59.40 65.07 72.28

K202+140 Río Tejar 4.38 5.03 5.79 6.80 8.38 9.84 11.63 12.92 14.15 15.72 K202+140 K192+268 Río Tejar Saucio 24.54 28.13 32.43 38.08 46.92 55.07 65.12 72.31 79.22 88.00 K192+268 K183+559 Saucio Santa Rosita 26.02 29.43 33.83 40.08 50.80 61.56 75.82 86.64 97.49 111.85 K183+559 K172+435 Santa Rosita Compuerta El Espino 26.02 29.43 33.83 40.08 50.80 61.56 75.82 86.64 97.49 111.85

K172+435 Compuerta El Espino -4.41 -5.24 -6.46 -8.43 -12.24 -16.43 -22.40 -27.17 -32.11 -38.87 K172+435 K162+797 Compuerta El Espino Puente Florencia 21.61 24.19 27.36 31.65 38.56 45.13 53.42 59.47 65.37 72.98 K162+797 K147+242 Puente Florencia Tocancipá 22.68 25.25 28.45 32.83 40.02 46.96 55.85 62.41 68.86 77.23 K147+242 K132+842 Tocancipá Río Neusa 23.80 26.58 29.98 34.58 42.02 49.09 58.03 64.56 70.93 79.14

K132+842 Río Neusa 4.74 5.29 5.97 6.88 8.36 9.77 11.55 12.85 14.12 15.75 K132+842 K115+490 Río Neusa Río Teusacá 28.54 31.87 35.95 41.47 50.38 58.86 69.58 77.41 85.05 94.90

K115+490 Río Teusacá 3.00 3.35 3.78 4.37 5.30 6.20 7.33 8.15 8.95 9.99 K115+490 K110+794 Río Teusacá Puente Vargas 31.54 35.22 39.73 45.83 55.69 65.06 76.91 85.56 94.00 104.89 K110+794 K080+607 Puente Vargas Río Frío 31.89 35.23 39.73 45.83 55.69 65.06 76.91 85.56 94.00 104.89

K080+607 Río Frío 1.69 1.87 1.77 1.76 2.00 2.47 3.31 4.09 4.95 6.21 K080+607 K069+122 Río Frío Puente La Virgen 33.59 37.10 41.50 47.60 57.69 67.52 80.22 89.65 98.95 111.09

En este informe se realizó la modelación hidráulica del río Bogotá desde el K227+856, cerca de su nacimiento en la laguna El Mapa, hasta el sector conocido como Puente La Virgen, en el municipio de Cota. De esta manera, este modelo específico del río Bogotá atravesará parte de la sabana de Bogotá incluyendo los municipios de Chía, Tocancipá, Suesca, entre otros. Este modelo consta de 3024 secciones transversales de la corriente, y va desde el K69+657 hasta el K227+856 (es decir, 158 km aproximadamente). Las secciones en general tienen una separación media de 50 m entre ellas. El tramo entre las abscisas K183+456 y 179+738 se encuentra en una zona encañonada por lo cual entre estas abscisas las secciones tienen una mayor separación, alrededor de 400 m.

La definición del coeficiente de rugosidad se realizó mediante la metodología de Cowan para la cual se explican todas las consideraciones tomadas en cuenta en el río Bogotá en el capítulo 3.3. El resultado para el coeficiente de rugosidad empleado se presenta en el cuadro a continuación.



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Hoja No. 1251


Tramo

Rugosidad de Manning

Fondo del cauce y paredes

Bancas y planicie de inundación

Tramo No. 1 0.053 0.070

Tramo No. 2 0.051 0.070

Tramo No. 3 0.046 0.070

Se plantean tres alternativas para la intervención del río Bogotá. La primera es mantener la situación actual y fue nombrada en este informe como Alternativa No. 1. La Alternativa No. 2 contempla 3 intervenciones sobre el río Bogotá, la primera intervención consiste en el dragado de la sección transversal del río, la segunda intervención es regularizar la pendiente del cauce y la tercera y última consiste en la implantación de diques ubicados a 10 m de la banca del cauce, dejando esta distancia como berma y zona de almacenamiento.

El primer modelo en realizarse fue el de la situación actual. Con el fin de poder realizar las manchas de inundación, el modelo se dividió en dos tramos; el primer tramo va desde el K227+856 hasta el K177+655 con un total de 897 secciones; el segundo tramo va desde la abscisa K177+655 hasta la abscisa K69+657, y se tiene un total de 2127 secciones.

El modelo en el Tramo 1 se generó con condición de flujo mixto debido a las fuertes pendientes que se presentan en el mismo. La condición aguas arriba definida fue la condición de flujo crítico, mientras que la condición en la sección aguas abajo (K177+655) fue el nivel de agua calculado para esta sección obtenido en el Tramo 2. El modelo en el Tramo 2 se generó a partir de una condición de flujo subcrítico debido a las bajas pendientes que se presentan en el río Bogotá en este tramo, lo cual claramente indican esta condición. a. La condición empleada fue el nivel producido en Puente La Virgen para el periodo de retorno de estudio obtenido a partir de la referencia bibliográfica (3).

Con el coeficiente de rugosidad de Manning definido, se calculó el nivel de la lámina de agua y las demás características hidráulicas de la corriente para las crecientes asociadas a diferentes periodos de retorno en la situación actual (Alternativa No. 1). Los resultados de este trabajo se presentan en el Cuadro No. 4 y en la Figura No. 1.

Se realizó la comparación entre el programa Arc-GIS y el Ras Mapper para la obtención de las manchas de inundación esto se muestra en el Anexo No. 11-3. El resultado del análisis presentó que el Ras Mapper genera resultados más aproximados a la realidad y con un menor gasto computacional y de tiempo.

A partir del modelo hidráulico realizado para el río Bogotá en su tramo de estudio y los resultados obtenidos, se generaron las manchas de inundación a partir del mismo modelo hidráulico HEC-RAS, en el módulo de RASMapper, el cual explica con detalle su operabilidad en la referencia bibliográfica (4). Los resultados de esto se presentan en el Plano No. 1 para toda la longitud del tramo de estudio del río Bogotá.



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Hoja No. 1252


La situación obtenida en las manchas de inundación para un periodo de retorno de 100 años pone en evidencia la necesidad de realizar obras que permitan controlar estas inundaciones, en especial en los centros poblados o zonas de obras civiles importantes, tales como vías. Debido a lo anterior se van a proponer dos alternativas para el control de crecientes las cuales serán explicadas y evaluadas posteriormente en este informe.

En la Alternativa No. 2 para evitar inundaciones, se plantean tres intervenciones al cauce como se ha mencionado con anterioridad: la primera es el dragado del cauce para la obtención de una sección más homogénea, la segunda dragar el fondo del cauce para regularizarlo a una pendiente más continua, y por último la construcción de diques en para el control de inundaciones. A continuación se describe en detalle cada una las intervenciones mencionadas.

La adecuación hidráulica que se plantea desde Suesca (K177+655) hasta Puente La Virgen (K69+657), zona en la cual de acuerdo a lo establecido en las visitas de campo y la información secundaria, el río Bogotá discurre por una zona plana y con poca pendiente, teniendo comportamiento de río de planicie, con velocidades bajas y zonas inundables. Aguas arriba de Suesca no se ha considerado la adecuación hidráulica debido a que el río se torna de montaña y no existen propiamente inundaciones con desbordes del cauce sobre planicies, en este momento se está evaluando la zona de Villapinzón para ser intervenida debido a las inundaciones que se han presentado en esta población y se está definiendo que tipo de intervención se realizaría.

Se plantearon dos tipos de secciones para el dragado del sección transversal del río que van ubicadas en distintos tramos del río. El tipo de Sección 1 sección tiene un ancho de fondo de 20.0 m, una altura de 4.0 m y taludes 2H:1V y como se mencionó anteriormente va desde la abscisa K116+644 hasta el inicio del tramo K69+657. La Sección 2 tiene un ancho de fondo de 15.0 m, una altura de 3.5 m y taludes 2H:1V y se encuentra comprendida entre las abscisas K177+655 y K116+693. A continuación se presentan las secciones y sus dimensiones.

Para regularizar el fondo del cauce se propone generar varias pendientes de fondo, de tal manera que se produzca la menor excavación posible y además se adecue a las pendientes generales actuales del cauce por tramo. La obtención de esto se realizó gráficamente y se muestra en la imagen a continuación.



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Hoja No. 1253


Al generar las pendientes y tener en cuenta los parámetros establecidos, se obtuvieron cinco (5) pendientes diferentes. Las pendientes obtenidas y las abscisas entre las que se encuentran se presentan en el siguiente cuadro.

ABSCISA PENDIENTE (m/m) INICIO FIN

K69+122 K83+177 0.00007 K83+177 K140+400 0.00014

K140+400 K159+441 0.00021 K159+441 K170+043 0.00019 K170+043 K177+655 0.00055

Los diques que se proponen para el tramo a intervenir en la Alternativa No. 1 se encuentran a 10 m de distancia del cauce, con el fin de dar una mayor capacidad hidráulica y poder disminuir la altura de los referidos diques. Los diques se proponen por ambas márgenes en todo el tramo en estudio. Para los diques propuestos se determinó la altura de acuerdo al modelo hidráulico para estas condiciones.



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Hoja No. 1254


Debido al dragado de la sección y la implantación de diques se cambian las condiciones hidráulicas, del fondo del cauce y las márgenes, por lo cual el coeficiente de rugosidad de Manning se ve afectado y se debe cambiar su valor. Las obras de intervención planteadas mejoran las condiciones hidráulicas del río Bogotá, teniendo en cuenta la referencia bibliográfica (2) se define un coeficiente de rugosidad de Manning igual a 0.035 para el cauce que corresponde a un canal excavado en tierra lento y serpenteante, tal como se presenta el río Bogotá en esta zona; mientras que se definió un coeficiente de 0.050 para las bancas que corresponde a pasto alto en planicies de inundación.

Una vez generada la geometría para La Alternativa No. 2, se procedió a correrlo. Los resultados de este trabajo se presentan en el Cuadro No. 6 y en la Figura No. 2.


En el Tramo 1, como era de esperarse, el cambio en las manchas de inundación no es significativo, ya que el efecto de la adecuación solo se presenta en los últimos 5 km de este tramo (aguas abajo). Las pocas inundaciones que se presentaban fueron suprimidas debido al cambio de la condición aguas abajo que se tiene en la cual se disminuyó la lámina de agua inicial por la adecuación planteada. Los resultados obtenidos en el Tramo 2 muestran una disminución en los niveles del río de hasta 1.8 m. Debido a los diques planteados los desbordes a lo largo del tramo intervenido ya no se presentan.

Para evitar los sucesos del periodo invernal de La Niña mencionados anteriormente en este informe, se plantea una segunda alternativa de diseño (Alternativa No. 3) que al igual de la primera alternativa de diseño (Alternativa No. 2) consta de tres intervenciones al cauce: la primera es el dragado del cauce para la obtención de una sección más homogénea, la segunda dragar el fondo del cauce para regularizarlo a una pendiente más continua, y por último la construcción de diques en para el control de inundaciones.

En la Alternativa No. 3 el dragado de la sección transversal y la regularización del fondo son iguales a la Alternativa No. 2 debido a que se considera adecuado para esta alternativa también ya que se busca el mismo propósito en ambas intervenciones. .

Los diques propuestos para la Alternativa No. 3 tienen un trazado que se generó de manera acorde al terreno en el cual los diques no están a una distancia homogénea del cauce. En esta alternativa los diques tienen una separación mínima del cauce de 10 m, pero en algunas zonas se están alejando más del cauce con el fin de generar mayores zonas inundables que disminuyan el volumen de agua hacia aguas abajo. Un ejemplo de lo mencionado anteriormente se presenta en la imagen a continuación.



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Hoja No. 1255


Al igual que en la Alternativa 2 se propuso un coeficiente de rugosidad de Manning de 0.050 para las bancas y 0.035 para el cauce, tomando en cuenta la referencia bibliográfica (2).

Una vez generada la geometría para la Alternativa No. 3, se procedió a correrlo. Los resultados de este trabajo se presentan en el Cuadro No. 7 y en la Figura No. 3.


En el Tramo 1, como era de esperarse, el cambio en las manchas de inundación no es significativo, ya que el efecto de la adecuación solo se presenta en los últimos 5 km de este tramo (aguas abajo). Las pocas inundaciones que se presentaban fueron suprimidas debido al cambio de la condición aguas abajo que se tiene en la cual se disminuyó la lámina de agua inicial por la adecuación planteada. Los resultados obtenidos en el Tramo 2 muestran una disminución en los niveles del río de hasta 0.90 m. En estas manchas de inundación se observa como en la mayoría de las zonas que se dejaron para amortiguar inundaciones se está cumpliendo su propósito de diseño, mientras que en las zonas habitadas o que se deseaban proteger se eliminaron las inundaciones.

La selección la alternativa final se realizó tomando en cuenta el principal objetivo de este estudio el cual es evitar las inundaciones en las poblaciones aledañas al río Bogotá, esto



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Hoja No. 1256


con el fin de evitar sucesos como los ocurridos durante el periodo invernal de La Niña 2010-2011.

La Alternativa No. 1 (actual) no refleja lo deseado por el proyecto, ya que esta alternativa permite inundaciones en zonas pobladas y en infraestructura, lo cual demuestra la necesidad de generar obras que eviten este tipo de hechos.

La Alternativa No. 2 no permite inundaciones a lo largo del tramo intervenido, pero el volumen de agua que transporta el río no se disminuye en su recorrido debido a que las zonas inundables se ven disminuidas por el propio control generado por los diques. Esta situación aumentaría los caudales hacia aguas abajo y podía generar inconvenientes en la adecuación hidráulica que se ha ido realizando en el río Bogotá desde Puente La Virgen a Alicachín. Por lo anterior está alternativa no se considera adecuada.

La Alternativa No. 3 se considera la más adecuada debido a que está cumpliendo el objetivo de no permitir las inundaciones en zonas pobladas o con obras de infraestructura. Por otro lado gracias a que los diques en muchas zonas están más alejados de la corriente y además en zonas de meandros y determinadas zonas se permiten inundaciones que sirven para disminuir los volúmenes de agua hacia agua abajo, los caudales en la zona posterior a puente la Virgen no debería sufrir aumentos tan drásticos como los que se generan en la Alternativa No. 2.

Los jarillones sobre el río Bogotá presentan una variedad de incertidumbres debido a las zonas por donde transcurre este. Existen ciertas variables que pueden cambiar las condiciones que se modelaron en la Alternativa No. 3, las cuales serán mencionadas a continuación:

Los caudales del río Bogotá se calcularon bajo las condiciones actuales de la hoya hidrográfica del río Bogotá. Esto no quiere decir que las condiciones permanezcan iguales en un futuro, de hecho es posible que se urbanicen o cambien los tipos de uso de suelo lo cual puede aumentar los caudales a lo largo del río.

Las secciones transversales modeladas bajo las cuales se proyectaran los diques presentan secciones dragadas y prismáticas, lo cual no necesariamente permanecerá así, tomando en cuenta que es un río natural y su transporte de sedimentos generará a futuro procesos de sedimentación en algunas zonas, haciendo que el río llegue a perder capacidad.

El mantenimiento de las secciones en condiciones óptimas de diseño, sin vegetación ni elementos que puedan aumentar los efectos de la fricción en la sección, serán determinantes en los niveles de agua. Es muy posible que este mantenimiento no se realice, o no sea el adecuado por lo cual los niveles de agua podrían aumentar.



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Hoja No. 1257


Debido a los rellenos propios con los que se generarán los diques, es de esperarse que se presenten asentamientos a corto y largo plazo debido a consolidación de los suelos del terraplén y del suelo de fundación.

Tomando en cuenta los factores mencionados anteriormente se propone un borde libre mínimo de 1.50 m. Los jarillones propuestos se realizaran de manera escalonada cumpliendo con el borde libre mínimo de 1.50 m. Los diques proyectados se presentan en el Plano No. 1 y sus cotas y tramos de diseño se especifican de mejor manera en el Cuadro No. 9 para la margen izquierda y el Cuadro No. 10 para la margen derecha.

Finalmente, a partir del modelo hidráulico de la Alternativa 3 se corrió el caudal de 500 años de periodo de retorno comprobando que la altura de diques es la necesaria para contener esta creciente.

3.9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Chow, Ven Te. Open - Channel Hydraulics. Tokyo : Mc Graw - Hill, 1959.

2. CONSORCIO IEH GRUCON - HIDROVIAS. Consultoría para Elaborar los Estudios Técnicos Necesarios para Adelantar las Obras de Adecuación Hidráulica de la Cuenca Alta del Río Bogotá en el Cauce Principal, el Análisis Geomorfológico y de Dinámica Fluvial de la Cuenca Baja del Río Bogotá. Informe Estudio Hidrológico de Crecientes Máximas Anuales. Bogotá : s.n., 2014. Vols. CONTRATO 930-2012.

3. Monsalve Sáenz, Germán. Estudio Hidráulico para el Diseño de las Obras para la Protección Contra las Inundaciones del Río Bogotá en el Sector Puente La Virgen – Alicachín. Proyecto de Saneamiento y Adecuación del Río Bogotá Dentro del Megaproyecto del Río Bogotá. Bogotá : CAR, 2008.

4. U. S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center,Generalized Computer Program, Haestad Methods. HEC – RAS for Windows River Analysis System. 2010. Vol. Hydraulic Reference Manual.

Figura 1. TABLA DE CONTENIDO

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