4 metodologÍas para la estimaciÓn de … rio fas… · figura 4.3 esquema del balance...

DISEÑO Y PUESTA EN MARCHA DE LA RED DE MONITOREO AMBIENTAL EN LA CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RÍO MEDELLÍN EN JURISDICCION DEL AREA METROPOLITANA

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA - UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA – UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN – UNIVERSIDAD NACIONAL

ÁREA METROPOLITANA DEL VALLE DE ABURRA CONVENIO 366 / 2003 4-1

4 METODOLOGÍAS PARA LA ESTIMACIÓN DE CAUDALES MEDIOS Para la aplicación de las metodologías de estimación de caudales con información escasa, se requiere determinar algunos parámetros morfométricos de las cuencas o subcuencas de interés, como son: el Área de la cuenca (A), longitud del cauce principal (L) y pendiente del cauce principal (S). Los parámetros morfométricos para la cuenca del río Medellín en las estaciones de caudal utilizadas en el estudio y para los sitios de aforo, se obtienen a partir del Modelo Digital de Terreno (MDT). Luego de que el MDT ha sido revisado cuidadosamente, se puede tener certeza de que los parámetros morfométricos de las cuencas principales ha sido bien determinados. Estos parámetros (extraídos manualmente) son comparados con los extraídos automáticamente mediante el software HidroSig Java, ya que es finalmente mediante esta herramienta que se realizan los balances hidrológicos en cada una de las mismas. Para esto se requiere la aplicación de dos operaciones: La estimación de direcciones de drenaje y el trazado automático de cuencas. Con base en esta información y a partir de los registros históricos, pueden obtenerse mapas de características medias que permitan la determinación de estos caudales en los sitios de interés (Estaciones de monitoreo). El estado de antropización de la cuenca del río Medellín afecta el resultado de la estimación de los caudales medios, por está razón se propone una metodología para la inclusión de los caudales importados a la cuenca, que son retornados principalmente vía alcantarillado. Los caudales medios serán entonces corregidos por el efecto de la descarga continua en puntos específicos de la cuenca.

4.1 ESTIMACIÓN DE DIRECCIONES DE DRENAJE SOBRE MDT. HidroSIG Java usa el modelo de direccionamiento D8 propuesto por Jenson y Domingue (1988). Según este modelo, la dirección de drenaje de un píxel coincide con la dirección de máxima pendiente hacia abajo, tomada entre las ocho direcciones posibles determinadas por los ocho pixeles adyacentes (Figura 4.1 a). Para aquellas situaciones en las cuales no es posible realizar unívocamente la asignación de una dirección de drenaje (Figura 4.1 b), se deben hacer algunas consideraciones especiales y modificaciones en el MDT. Este procedimiento es automáticamente realizado por el módulo de análisis de MDT de HidroSIG Java; más información sobre las metodologías que allí se usan, puede ser encontrada en UNAL (2003).




Figura 4.1 a) Asignación de direcciones de drenaje según el modelo D8. Al pixel rojo

se le asigna la dirección correspondiente al pixel azul. b) Pixel sin dirección de drenaje.

Para ajustar mejor las direcciones de drenaje a la realidad, HidroSIG Java permite la incorporación de la información de la red de drenaje real a la estimación. Para esto se utilizará el mapa en formato raster generado por el grupo SIG, con los ríos principales de la cuenca del Río Medellín; a un mapa como éste se le conoce como mapa de líneas azules. La Figura 4.2 muestra el mapa de líneas azules para la cuenca del Río Medellín.

Figura 4.2 Mapa para generación de líneas azules cuenca Río Medellín.




A partir de las direcciones de drenaje, HidroSIG Java calcula mapas de variables geomorfológicas asociadas a la red de drenaje, los cuales quedan automáticamente asociados al MDT después de su procesamiento; los mapas son: direcciones de drenaje, pendiente máxima, área de drenaje, longitud del canal principal, longitud total de canales, diámetro topológico, magnitud y orden de Horton.

4.2 TRAZADO AUTOMÁTICO DE CUENCAS A PARTIR DE MODELOS DIGITALES DE TERRENO.

Para que la metodología pueda usarse repetidas veces, sobre cuencas arbitrarias y con resultados reproducibles, se utiliza la estrategia de extracción automática de cuencas a partir de modelos digitales de terreno que se encuentra implementada en HidroSIG Java.

Un modelo digital de terreno (o MDT) es una representación digital del terreno para su almacenamiento y procesamiento en sistemas de información geográfica. En particular, los modelos digitales de terreno que HidroSIG Java maneja tienen la estructura que se conoce como ráster. Según esta estructura el área que se desea representar se discretiza en regiones elementales rectangulares llamadas pixeles, y a cada uno de ellos se les asigna un valor de altura sobre el nivel del mar; este valor representa el valor medio de la altura tomado sobre todos los puntos al interior del píxel.

El trazado automático de cuencas consiste en georeferenciar sobre el cauce de una corriente principal el punto de salida de la cuenca deseada, HidroSIG mediante procesos iterativos calculará la divisoria de aguas de la cuenca.

4.3 EL MÉTODO DEL BALANCE HIDROLÓGICO DE LARGO PLAZO Para la estimación de caudales medios se usa la metodología del Balance Hidrológico a largo plazo, la cual se encuentra automatizada en el sistema de información geográfica HidroSIG Java. Se describen los pasos que se siguen para realizar el balance hidrológico en la cuenca, señalando las hipótesis asumidas, las fuentes de error y resultados previos; igualmente, se presentan las metodologías usadas para evaluar las variables involucradas en el balance hídrico. El Balance hidrológico, tiene como principio físico el balance de las variables involucradas en las ecuaciones de conservación de masa de agua del sistema o volumen de control. En este caso, el volumen de control considerado está conformado por las columnas de agua y suelo, donde la frontera horizontal está definida por la divisoria de la cuenca; el borde inferior de la columna de suelo es un estrato impermeable y el borde superior de la columna atmosférica es su tapa. La Figura 4.3 muestra un esquema del volumen de control donde se indican las variables del sistema. Las variables P, E, F y R tienen dimensiones de longitud por unidad de tiempo, o caudal por unidad de área; mientras que W y S tienen dimensiones de longitud, o sea, volumen por unidad de área.




Figura 4.3 Esquema del balance hidrológico sobre una cuenca.

El balance de agua para la columna atmosférica está dado por la ecuación (4-1)

dtdWPEF =−+ (4-1)

y el balance de agua para la columna de suelo es

dtdSREP =−− (4-2)

combinando (4-1) y (4-2) se obtiene la ecuación para el balance en todo el volumen de control

( )dtSWdRF +

=− (4-3)

Considerando la integración sobre un intervalo de tiempo largo (varios años), de tal manera que los cambios en las cantidades almacenadas E y S sean despreciables, se cumple que F = R, o sea, que el influjo atmosférico debe ser igual al promedio de largo plazo de la escorrentía neta R. De esta manera, R será también igual a la diferencia de los correspondientes promedios de P y E. Así, el balance de agua a largo plazo se puede expresar como:

EPR −= (4-4)




Una suposición adicional que se puede hacer es identificar a R con el promedio de escorrentía superficial, la cual es justificada por la imposibilidad de observar, medir o estimar la componente subterránea. En algunas zonas, esta suposición puede llevar a errores considerables. Se debe recordar que las variables en la ecuación (4-3) son promedios tomados sobre un tiempo largo y por unidad de área; así, R, P y F tienen unidades de longitud sobre una unidad de tiempo cualquiera. Por ejemplo, se puede tomar un promedio de P y E sobre un período de varias décadas y expresarlo en mm/año (precipitación y evaporación promedio anual) así, la escorrentía estará expresada en mm/año, o caudal por unidad de área. Para una cuenca dada, el cálculo del balance hidrológico se hace realizando la operación (4-4) en cada punto interior (x,y). La ecuación entonces se puede escribir como:

R(x,y)= P(x,y) - E(x,y) (4-5) donde R(x,y) representa la columna de agua que el punto (x,y) le aporta a la escorrentía de la cuenca en el período considerado; P(x,y) la precipitación que recibe el mismo punto, en el mismo período y E(x,y), la lámina de agua que se pierde por evaporación en el punto (x,y) en el mismo período. Integrando (4-5) sobre toda la cuenca queda:

( ) ( )[ ]∫ −=Área

dAyxEyxPMedioCaudal ,, (4-6)

Finalmente el caudal medio se obtiene aplicando (4-6) mediante diferenciales de área del tamaño de los pixeles del MDT (92.172m x 92.172m). Así, para cada píxel en el interior de la cuenca, se estima E y P de los mapas descritos en secciones posteriores, se evalúa la ecuación (4-6) y su resultado se multiplica por el área del píxel, obteniendo así el volumen de agua que el píxel aporta durante el intervalo de tiempo dado (un año en este caso). La integración sobre toda la cuenca estima el volumen total de agua que sale de la cuenca durante el mismo período de tiempo, este valor se convierte finalmente a m³/s para obtener el caudal medio.

4.4 DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA PRECIPITACIÓN Para elaborar el mapa de precipitación media anual, se utilizaron las estaciones de precipitación adquiridas al IDEAM y a EPM (46) y estaciones de precipitación consultadas del anuario hidrológico de Antioquia de 1991 (26), así como estaciones de apoyo en la periferia de la zona de trabajo definida por el MDT, pertenecientes a entidades como IDEAM y CENICAFE (86), adquiridas con anterioridad por el Posgrado de Recursos Hidráulicos de la Universidad Nacional de Colombia, y algunas estaciones de precipitación sumidas (21), que se utilizan como puntos de control para realizar una interpolación consecuente con los fenómenos físicos y climáticos que ocurren en el valle del Río Medellín y sus alrededores.




La Tabla 4.1, presenta el reporte de las estaciones de precipitación adquiridas para el proyecto “Diseño y puesta en marcha de la red de monitoreo ambiental en la cuenca hidrográfica del Río Medellín en jurisdicción del Área Metropolitana”, en ella se observa la georeferenciación de las estaciones en coordenadas planas con origen en Bogotá y el valor medio de la precipitación en cada una de las estaciones. Estas estaciones fueron sometidas a las diferentes pruebas de homogeneidad de la series y sus datos faltantes fueron completados.

Tabla 4.1 Estaciones de precipitación con información diaria y mensual.

CODIGO TIPO NOMBRE MUNICIPIO NORTE (m) ESTE (m) PRECIPITACIONMEDIA (mm/año)

2308021 PG FE_LA RETIRO 1166060 843500 1941.6 2308022 PG SEVERA_LA GUARNE 1184120 847700 1780.8 2308023 PG PALMAS_LAS RETIRO 1172290 838550 1956.2 2308024 PG VASCONIA RIONEGRO 1178000 844895 2180.4 2308026 PG MOSCA_LA GUARNE 1189300 847000 1863.9 2308027 PG RIONEGRO_LA_MACARENA RIONEGRO 1172820 859040 1891.5 2308034 PG RIOABAJO SAN_VICENTE 1181920 863540 2048.6 2618009 PG BUEY_EL ABEJORRAL 1145820 848000 1927.2 2701034 PG MAZO MEDELLÍN 1184200 841940 1854.1 2701035 PG CHORRILLOS MEDELLÍN 1188220 842280 1713.2 2701036 PG CALDAS CALDAS 1160510 828568 2530.7 2701037 PG FABRICATO BELLO 1195470 831500 1752.9 2701038 PG SAN_ANTONIO_DE_PRADO MEDELLÍN 1175253 824640 2029.5 2701045 PG VILLAHERMOSA_PLANTA MEDELLÍN 1183990 837340 1546.5 2701046 PG SAN_CRISTOBAL MEDELLÍN 1186530 827560 1661.9 2701047 PG MEDELLIN_MIGUEL_AGUINAGA MEDELLÍN 1184470 834980 1434.6 2701051 PG BOTON_EL SANTA_ROSA_OSOS 1228850 835308 1868.2 2701056 PM GIRARDOTA GIRARDOTA 1197760 847680 1674.6 2701057 PM BARBOSA BARBOSA 1204180 861540 2350.0 2701062 PM BOQUERON MEDELLÍN 1191950 826270 2121.3 2701065 PM DON_MATIAS DON_MATÍAS 1208480 854680 2344.9 2701066 PG GABINO SANTO_DOMINGO 1216360 875150 3104.6 2701076 PG NIQUIA BELLO 1196780 838960 1623.6 2701078 PM BOQUERON MEDELLÍN 1193905 822677 2489.8 2701080 PM MESETA_LA_SN_PEDRO BELLO 1199414 830073 1813.4 2701081 PM STA_HELENA MEDELLÍN 1179096 842929 2405.0 2701082 PM CUCHILLA_LA GIRARDOTA 1195679 846663 1864.2 2701093 PG AYURA ENVIGADO 1173830 835380 1814.7 2701106 PG PLANTA_MANANTIALES BELLO 1190290 838360 1472.1 2701111 PG ASTILLEROS MEDELLIN 1184669 828184 1992.5 2701112 PG IGUANA_LA MEDELLIN 1192050 826361 1921.2 2701114 PG CUCARACHO MEDELLIN 1186920 830566 1558.6 2701115 PG ASTILLERO MEDELLIN 1183962 823149 2116.1





2701122 PG CONVENTO_EL COPACABANA 1192002 842964 1518.4 2701507 SP APTO_OLAYA_HERRERA MEDELLIN 1179127 831858 1639.1 2701509 CP TULIO_OSPINA BELLO 1190941 836529 1426.4 2701512 CO PIEDRAS_BLANCAS MEDELLIN 1188314 842954 1795.2 2701515 CO PROGRESO_HDA_EL BARBOSA 1201841 858570 1863.3 2701526 AM SALADA_LA CALDAS 1160694 829960 2415.1 2620012 PM OTRAMINA TITIRIBI 1164443 809667 2162.8 2620507 CP PLATA_LA VENECIA 1153385 807786 1884.2 2623018 PM LLANOS_DE_SAN_JUAN SAN_JERONIMO 1203142 817172 1628.2 2623502 CO VEGA_LA.TAB_RUBIOS SOPETRAN 1214230 809832 1075.2 2701083 PM SAN_ISIDRO ENTRERRIOS 1217819 841192 2115.0 2620014 PM ARMENIA ARMENIA 1173657 811542 2092.2 2701053 PG ALTO_SAN_ANDRES GIRARDOTA 1203540 849230 1922.6 2308025 PG RETIRO_EL RETIRO 1160790 840610 2147.7 2308028 PG CHUSCAL RETIRO 1161540 847420 2025.8 2308029 PM MONTIJO RIONEGRO 1170210 849950 1933.0 2308030 PM CARMEN_EL CARMEN_ VIBORAL 1162920 861900 2784.3 2308035 PM SANTUARIO SANTUARIO 1169300 870900 2796.7 2308036 PM CONCEPCION CONCEPCION 1198900 869550 3098.7 2308038 PM SAN_VICENTE SAN_VICENTE 1186130 861490 2171.2 2308044 PG CORRIENTES SAN_VICENTE 1189270 868970 2604.6 2308045 PG REMANGO CONCEPCION 1197900 878560 3999.8 2308052 PM COCORNA COCORNA 1162120 877410 5072.3 2308054 PM GRANADA GRANADA 1170040 878220 3392.0 2308517 CP PENOL_EL PE#OL 1181185 874885 2528.4 2618010 PM UNION_LA LA_UNION 1153060 858280 2427.5 2623009 PG AURRA SAN_PEDRO 1201490 830300 1500.1 2701040 PM RIOGRANDE_ALMACEN DON_MATIAS 1215200 854500 3097.3 2701042 PG RIOGRANDE_BOCACERO SANTA_ROSA_OSOS 1212820 853619 2552.6 2701043 PM RIOGRANDE_BOCATOMA SANTA_ROSA_OSOS 1211400 852860 2298.6 2701044 PM RIOGRANDE_MOCORONG DON_MATIAS 1215590 857730 3420.6 2701048 PG TASAJERA BARBOSA 1200800 851160 1723.8 2701052 PG RIOCHICO SAN_PEDRO 1211540 844850 1800.1 2701073 PG MEDINA SAN_PEDRO 1202230 839070 1840.3 2701095 PG PRESA_RIOGRANDE_2 DON_MATIAS 1210560 849210 1919.2 2701101 PG ALTO_DE_LA_SIERRA BELMIRA 1217950 831150 1968.3 2701104 PG CAPTAC_RIOGRANDE_2 SAN_PEDRO 1206741 846693 1830.0 2701522 CP SAN_PEDRO SAN_PEDRO 1210460 835639 1768.3 2701524 CP RIOGRANDE DON_MATIAS 1212253 854084 2308.2 La Tabla 4.2, muestra las estaciones de precipitación utilizadas como apoyo para la elaboración del mapa de precipitación, de ellas solo se conoce el valor de la precipitación media anual, por lo tanto no fueron sometidas a ningún análisis estadístico. Estos puntos




de control se aceptaron para la elaboración final del mapa, pues las medias de precipitación que de ellas se reportan son consecuentes con los valores esperados para la precipitación en cada una de las zonas donde están localizadas.

Tabla 4.2 Estaciones de precipitación con información de precipitación media anual.


1107009 PG STA_BARBARA URRAO 1199584 780264 2019.3 1107012 PG PABON URRAO 1171949 772775 1960.2 1107013 PG BRECHON_EL URRAO 1170063 783844 3084.3 1107017 PG SAN_JOSE URRAO 1183022 770973 2085.3 1107501 PG HONDA_LA URRAO 1194088 771017 2580.0 1111001 PG NORMAL_STA_TERESA FRONTINO 1240196 771207 2667.4 1111002 PG ABRIAQUI ABRIAQUI 1225404 780366 2133.3 2308014 PG CONCEPCION CONCEPCION 1199311 868806 3199.7 2308033 PG STO_DOMINGO SANTO_DOMINGO 1206661 879887 2667.4 2308037 PG GUATAPE GUATAPE 1180852 879833 3812.2 2308039 PG STO_DOMINGO SANTO_DOMINGO 1206661 879887 2667.3 2308047 PG COMBO_EL ALEJANDRIA 1199268 889092 4102.2 2308048 PG COL_LA_PRESENTACION SAN_ROQUE 1206635 892795 4817.2 2308050 PG SAN_ROQUE SAN_ROQUE 1210314 896489 3529.7 2308055 PG SAN_LUIS SAN_LUIS 1160540 898246 5041.2 2308061 PG BIZCOCHO_EL SAN_RAFAEL 1190051 889075 4544.2 2308067 PG ARANA_LA SAN_RAFAEL 1186368 887223 5724.2 2308070 PG CALDERAS GRANADA 1173464 887198 4316.2 2308071 PG BELLALINA CISNEROS 1215863 887281 3566.7 2308083 PG RAPIDA_LA SAN_RAFAEL 1180827 892746 4620.2 2308084 PG TOCAIMA ALEJANDRIA 1193745 885393 4878.2 2308085 PG CASCADA_LA SAN_RAFAEL 1182677 889060 5532.2 2308086 PG SAMARIA SAN_RAFAEL 1184528 885375 6341.2 2308090 PG HONDA_LA SAN_FRANCISCO 1142106 898215 4383.5 2308096 PG PLAYA_LA_PANTANILLO LA_CEJA 1151426 848394 2056.3 2308505 PG STA_RITA ALEJANDRIA 1190069 879852 5623.2 2308511 PG PENOL_EL PE#OL 1179024 872449 2506.8 2617005 PG JERICO JERICO 1133090 811417 2404.4 2618008 PG MESOPOTAMIA LA_UNION 1132956 863121 3150.7 2618011 PG ABEJORRAL ABEJORRAL 1132986 850196 2039.3 2618012 PG STA_BARBARA SANTA_BARBARA 1140398 835443 2254.4 2618017 PG UNION_LA LA_UNION 1151404 857624 2391.9 2619001 PG SALGAR SALGAR 1151602 789317 2559.0 2619002 PG BOLIVAR BOLIVAR 1138706 785579 1843.2 2619014 PG PORVENIR_EL BOLIVAR 1140550 785586 2198.4 2619016 PG REGADA_LA SALGAR 1153479 780092 2647.4 2619018 PG SALENTO SALGAR 1147889 796690 1958.2





2619019 PG MERCEDES_LAS BOLIVAR 1144245 783752 2394.4 2620002 PG EBEJICO EBEJICO 1192084 815292 1971.0 2620004 PG HELICONIA HELICONIA 1177333 815245 1864.9 2620009 PG JONAS_HDA FREDONIA 1153345 820709 2198.4 2620015 PG FREDONIA FREDONIA 1147808 822539 2456.1 2620019 PG BARILOCHE FREDONIA 1147788 829924 2469.4 2620501 PG ESTEBAN_JARAMILLO VENECIA 1145975 818841 2442.2 2621002 PG BETULIA BETULIA 1171894 787542 2436.1 2621004 PG ANZA ANZA 1188439 802364 1572.2 2621007 PG CAICEDO CAICEDO 1201394 789496 1828.3 2621008 PG HERRADURA_LA CONCORDIA 1162623 802278 1888.0 2621009 PG ANZA ANZA 1188433 804210 1771.2 2621015 PG CONCORDIA CONCORDIA 1160791 798580 2076.9 2622003 PG BURITICA BURITICA 1232703 800677 1578.1 2622009 PG GIRALDO GIRALDO 1230886 793295 1853.8 2623001 PG OLAYA OLAYA 1225294 809870 1127.7 2623002 PG SABANALARGA SABANALARGA 1249272 808111 1267.2 2623003 PG LIBORINA LIBORINA 1230832 808045 1218.9 2623014 PG PLACITA_LA LIBORINA 1234501 813589 1963.8 2623020 PG SABANALARGA SABANALARGA 1249272 808111 1267.4 2701020 PG SELVA MEDELLIN 1188281 855868 1901.3 2701030 PG OSSA GUARNE 1188309 844799 1614.9 2701039 PG OVEJAS MEDELLIN 1184658 831874 1971.0 2701050 PG CAROLINA CAROLINA 1236187 867050 3264.9 2701054 PG STA_ROSA SANTA_ROSA_OSOS 1227022 846749 2044.9 2701055 PG ARAGON SANTA_ROSA_OSOS 1241804 835733 1893.2 2701058 PG RIONEGRITO SANTA_ROSA_OSOS 1226987 859654 2765.3 2701059 PG CHAQUIRO_EL SANTA_ROSA_OSOS 1238095 843094 1770.1 2701060 PG GOMEZ_PLATA GOMEZ_PLATA 1232486 872570 3318.9 2701063 PG BOQUERON_TELEV_NAL MEDELLIN 1190211 824511 2100.1 2701070 PG HAITON SANTA_ROSA_OSOS 1223277 868862 3277.7 2701071 PG TRINIDAD_LA BELMIRA 1232632 820957 1875.2 2701072 PG GOMEZ_EL BELMIRA 1236302 826499 2023.3 2701074 PG BELMIRA BELMIRA 1221557 824608 1795.9 2701077 PG CHUSCAL_EL HELICONIA 1177316 820781 2008.9 2701088 PG MONTANITAS SANTA_ROSA_OSOS 1232533 854138 2823.3 2701090 PG GOMEZ_PLATA GOMEZ_PLATA 1230639 874409 3213.1 2701094 PG SAN_BERNARDO SAN_JOSE_DE_LA_M 1249185 833912 2004.2 2701097 PG MANGO_EL AMALFI 1241683 881806 1939.4 2701100 PG CAJAMARCA AMALFI 1247201 887346 2255.4 2701107 PG GUANACAS CAROLINA 1236196 863364 3147.7 2701108 PG SIRENA_LA CAROLINA 1236191 865207 2923.3





2701508 PG CAROLINA CAROLINA 1232500 867041 2871.0 2701518 PG TRONERAS CAROLINA 1241708 870749 3222.0 2701523 PG CUCURUCHO SANTA_ROSA_OSOS 1227032 843062 1750.8 2702007 PG SALADO_EL_TC.2 CAROLINA 1243566 865225 3030.1 2702009 PG TABOR_EL ANGOSTURA 1243590 856011 3382.9 2702014 PG MIRAFLORES CAROLINA 1241727 863378 3182.9 2702030 PG YARUMAL_SEMISIONES YARUMAL 1232504 865198 2304.4

La Tabla 4.3, muestra la localización en coordenadas planas con origen en Bogotá, de los puntos de control asumidos y el valor de la precipitación supuesta en cada sitio. Todos estos puntos están localizados al interior de la zona de trabajo definida por el MDT y son localizados en aquellas regiones donde la falta de información impide una correcta interpolación entre las estaciones, generando situaciones climáticas inexistentes en la realidad, lo que es corregido con estos puntos de control.

Tabla 4.3 Puntos de control asumidos requeridos para crear el mapa de precipitación.

TIPO NORTE (m) ESTE (m) PRECIPITACIÓN MEDIA (mm/año)

ESTACION DE CONTROL 1168720 827781 2030.0 ESTACION DE CONTROL 1174940 832380 1970.0 ESTACION DE CONTROL 1192890 839142 1420.0 ESTACION DE CONTROL 1207395 866270 2450.0 ESTACION DE CONTROL 1212252 870287 2600.0 ESTACION DE CONTROL 1170580 823129 2040.0 ESTACION DE CONTROL 1167370 837185 1950.0 ESTACION DE CONTROL 1178692 853920 1800.0 ESTACION DE CONTROL 1212000 831643 1800.0 ESTACION DE CONTROL 1174105 804685 1900.0 ESTACION DE CONTROL 1186815 838212 1500.0 ESTACION DE CONTROL 1208580 825048 1700.0 ESTACION DE CONTROL 1206700 828530 1700.0 ESTACION DE CONTROL 1203800 823730 1700.0 ESTACION DE CONTROL 1203220 826460 1700.0 ESTACION DE CONTROL 1182870 803790 1700.0 ESTACION DE CONTROL 1162354 815470 2100.0 ESTACION DE CONTROL 1166467 818018 2100.0 ESTACION DE CONTROL 1162230 833800 2000.0 ESTACION DE CONTROL 1157737 834679 2000.0 ESTACION DE CONTROL 1155002 828867 2000.0 ESTACION DE CONTROL 1168720 827781 2030.0

La distribución de los puntos de precipitación presentados en las Tablas 4.1, 4.2 y 4.3, en la región de trabajo, se presentan en la Figura 4.4.




Figura 4.4 Distribución de los puntos utilizados para la elaboración del mapa de

Isoyetas.

Como puede verse en la Figura 4.4, varios puntos que contienen información anual, están por fuera de la zona de estudio, referenciada al inicio del capítulo, pero para generar un mapa de isoyetas con base en la mayor cantidad de información recolectada, se utilizó esta información; pero en la Tabla 3.2 que contiene la información de precipitación disponible en el área de estudio solo se referencia las estaciones que están dentro de esta área. Una vez definida la nube de puntos se utilizó el software Surfer 7, para realizar la interpolación de los datos. El procedimiento inicial consistió en realizar un análisis espacial de los datos identificando las características espaciales de los mismos, tales como localización de los valores extremos, la tendencia general, el grado de continuidad, etc. Luego de esto se elaboran diagramas de dispersión tipo h (Cassiraga, 2004) , utilizados para mostrar todos los pares de valores cuyas localizaciones están separadas por una cierta distancia estadística en una dirección en particular, en el caso del río Medellín ésta dirección corresponde a la inclinación del valle con respecto al Norte (45°). Finalmente conocido el modelo espacial de deben generar las respectivas medidas de continuidad espacial para cada uno de los pares de puntos, para esto se construyó el variograma omnidireccional (Cassiraga, 2004), que permite obtener parámetros relativos a




la distancia de separación máxima entre puntos que garantice que la variabilidad no cambia. El variograma construido se presenta a continuación (Figura 4.5)

Figura 4.5 Variograma construido para la zona de estudio y las estaciones de Pmedia.

Una vez calculado el variograma experimental, se le ajusta un modelo de variograma (línea azul) el cual es una función matemática expresada en función de la separación (lag distance), la dirección de anisotropía y parámetros asociados al tipo de función (lineal, exponencial gausiano, etc). Esta función matemática es la que se utiliza en krigeado ordinario para generar las líneas de igual precipitación o isoyetas. Se realizó entonces la interpolación de los datos de precipitación presentados, con base en el método de interpolación de Kriging aplicándole el variograma antes descrito y al interior de la región definida por el MDT. De esta forma se creó un mapa de precipitación del tipo ráster de 900 filas por 900 columnas, con píxeles cuadrados de 92.172 m de resolución. La Figura 4.6 muestra la distribución espacial de la precipitación media anual en la región de estudio.




Figura 4.6 Mapa de precipitación media (mm/año).

La Figura 4.6, permite observar que las zonas mas lluviosas al interior de la cuenca del Río Medellín se encuentran localizadas en: el nacimiento del río Medellín en el municipio de Caldas, en la parte alta de las laderas oriental y occidental del Valle de Aburrá en el municipio de Medellín, y en la parte baja de la cuenca, en la confluencia con río Grande (óptimo pluviográfico al interior de la cuenca del río Medellín). Se observa además, que la zonas menos lluviosa se encuentra localizada en el fondo del Valle del río Medellín en el municipio de Bello. También se calcularon los mapas de precipitación mensual al interior de la región de estudio. Estos mapas se elaboraron con base en las estaciones de precipitación adquiridas al IDEAM y a EPM (46) y a estaciones de precipitación consultadas del anuario hidrológico de Antioquia de 1991 (26). De ellas se calcula la precipitación promedio mensual en cada punto y su porcentaje con respecto a la precipitación media anual; se elabora un mapa de porcentajes de precipitación para cada mes basados en el método de Kriging y finalmente por álgebra de mapas se multiplica este mapa de porcentajes por el mapa de precipitación media anual, para obtener el mapa de precipitación media mensual en la zona. Esta metodología puede ser aplicada, dado que la distribución espacial de la precipitación no varía considerablemente en la región, a lo largo del año hidrológico. La Figura 4.7 presenta un reporte de los mapas de precipitación mensual al interior de la zona de estudio.




Figura 4.7 Distribución anual de la precipitación en la zona de estudio




El régimen bimodal de la precipitación en la región, está caracterizado por dos máximos en los meses de Mayo y Octubre, y por dos mínimos en los meses de Enero y Julio, siendo en general el mes de Octubre el mas lluvioso y el mes de Enero el menos lluvioso en el año.

4.5 DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA TEMPERATURA Por la escasez de información en la cuenca, para conocer la variabilidad espacial de la temperatura se recurrió a la estimación indirecta mediante la ecuación propuesta por Cenicafé (Chavez y Jaramillo, 1996). En esta metodología se regionaliza está variable a partir de registros de temperatura media mensual en superficie para diferentes regiones geográficas en el país. La ecuación utilizada, pertenece a la región andina y es de la forma:

HTmedia 0055.072.27 −= (4-7) Donde, Tmedia es la temperatura media anual en (°C) y H es la altura sobre el nivel del mar en (m). La Figura 4.8 muestra la distribución espacial de la temperatura en la región de estudio.

Figura 4.8 Mapa de temperatura media (°C)




La Figura 4.8 permite observar que la temperatura en la cuenca del Río Medellín es mayor en el fondo del valle, y disminuye conforme se asciende en la laderas. La zona mas cálida está localizada en la zona norte de la cuenca del río Medellín, cerca de la confluencia con Río Grande.

4.6 DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN La evapotranspiración es uno de los componentes más importantes del balance hídrico. Representa la cantidad de agua saliente del sistema hacia la atmósfera en forma de vapor de agua, por una combinación de la evaporación física y de la transpiración de la vegetación. La evapotranspiración depende fundamentalmente de condiciones climáticas que a su vez son función de las características físicas de la atmósfera que se encuentra cerca al suelo y a la vegetación, además depende de la calidad del agua y área de la superficie del agua. Para el cálculo de esta variable existen varios métodos empíricos, la mayoría de ellos basados en fórmulas que han sido obtenidas en condiciones climáticas diferentes a las tropicales, por lo que es necesario hacer el cálculo con diferentes expresiones y poder compararlas para ver cual de ellas representa de mejor manera la variación de la evapotranspiración en la cuenca del río Medellín. Los diferentes métodos por los cuales se calculó la evaporación real en la cuenca se describen a continuación.

• Cenicafé Esta metodología permite calcular la evapotranspiración potencial de forma sencilla, pues solo depende de la elevación sobre el nivel del mar. La ecuación (4-8) fue obtenida realizando una regresión a los valores obtenidos de aplicar el método de Penman a los datos de sus estaciones climáticas en Colombia

( )hTPE 0002.0exp17.1700 −= (4-8) Donde, ETP es la evapotranspiración potencial (mm/año) y h es la elevación (m). La evapotranspiración potencial se transforma a evapotranspiración real mediante la expresiones de Budyko, la cual se presenta en la ecuación (4-9).

5.0

cosh1tanh

+

−⋅

⋅⋅=

PETPsenh

PETP

ETPPPETPTRE (4-9)

Donde, ETR es la evapotranspiración real [mm/año], ETP es la evapotranspiración potencial (mm/año) P es la precipitación media en la cuenca (mm/año). La Figura 4.9 muestra el mapa de evaporación real en la región de estudio calculado por el método de Cenicafé.




Figura 4.9 Mapa de evapotranspiración real media por el método de Cenicafé

(mm/año).

• Turc Su formulación (ecuación 4-10) está basada en un balance de masas, en función de elementos meteorológicos simples como la temperatura y la precipitación de la cuenca, aplicadas a medidas de largo plazo

2

2

9.0LP

PTRE+

= (4-10)

Para P/L > 0.316, donde L se expresa como:

305.025300 TTL ++= (4-11) Donde, ETR es la evapotranspiración real (mm/año), P es la precipitación media en la cuenca (mm/año), T la temperatura promedio anual en °C. Si P/L < 0.316:




ETR = P (4-12)

• Factor Regional

Estima la evapotranspiración real mediante la siguiente ecuación empírica.

αα /1

1

+

=

RnP

PETR (4-13)

Donde, ETR es la evapotranspiración real (mm/año), P es la precipitación media en la cuenca (mm/año), Rn es el equivalente de agua de la radiación neta con Rn = 1172.69 en (mm/año) y α es un parámetro que depende de la escala de estimación de la variable. El método asume que la evaporación anual no excede los valores correspondientes a P ó nR y dispone de la relación

nRP=µ en el intervalo 97.123.0 << µ . Esta metodología

propone para cálculo del factor α en la región de trabajo, el valor que minimiza el error medio entre las evaporaciones estimadas y las obtenidas al realizar balance de largo plazo. En 52 cuencas con áreas entre 25 y 5300 km2 con condiciones climáticas diferentes, se encontró un valor de 91.1=α con muy buenos resultados, pero aplicable para zonas con 37.685.0 << µ , limites entre los cuales se encuentra la región de estudio (Barco y Cuartas, 1996).

4.7 BALANCE HÍDRICO EN LAS ESTACIONES DE MEDICIÓN DE CAUDAL Para verificar que los mapas de precipitación y de evaporación calculados representen correctamente la distribución espacial de estas variables en la cuenca del río Medellín, es necesario recurrir a un balance hídrico en las estaciones de medición de caudales al interior de la cuenca, este balance consiste en calcular los caudales medios por el método del balance hidrológico a largo plazo y compararlos con los caudales medios históricos en cada una de las estaciones. Esta metodología resulta ser efectiva para la corrección del mapa de precipitación, pues si se considera que es correcto realizar un balance hídrico a largo plazo (con todas las simplificaciones inherentes al método), puede inferirse en que regiones se tienen precipitaciones mayores o menores que las reales, así que puede ser necesario agregar algunos puntos de control ficticios o verificar la georeferenciación de las estaciones de precipitación en esa zona y calcular un nuevo mapa de precipitación. Esta operación solo puede efectuarse en las cuencas rurales, donde los efectos antrópicos no son tan notorios, pues todos los municipios que se encuentran en el área metropolitana del Valle de Aburrá, vierten sus aguas al Río Medellín, originando así que los caudales reales sean mucho mayores a los caudales estimados en el balance, los cuales serian aproximadamente iguales a los caudales naturales de la cuenca.




La Tabla 4.4 presenta el reporte geomorfológico de las estaciones de medición de caudal operadas por EPM en la cuenca del Río Medellín.

Tabla 4.4 Reporte geomorfológico de las estaciones LG y LM al interior de la cuenca del río Medellín.

PARÁMETRO GEOMORFOLÓGICO

CÓDIGO NOMBRE

ÁR

EA (k

m2 )

OR

DEN

DE

HO

RTO

N

MA

GN

ITU

D

LON

GIT

UD

TO

TAL

(km

)

LON

GIT

UD

DEL

CA

NA

L PR

INC

IPA

L (k

m)

CO

TA M

ÁXI

MA

EN

LA

CU

ENC

A

(m)

CO

TA E

N L

A S

ALI

DA

(m)

DIS

TAN

CIA

AL

CEN

TRO

IDE

(km

)

PER

ÍMET

RO

(km

)

PEN

DIE

NTE

MED

IA (%

)

2701733 SALADA_LA_RMS_11 43.77 3 17 20.86 4.52 3066 1816 4.87 22.31 43.122701716 CALDAS_RM_16 100.60 3 47 53.16 7.01 3101 1748 7.71 53.18 38.732701727 ANCON_SUR_RMS_17 121.93 3 63 69.22 8.86 3101 1650 12.28 58.34 37.902701704 AGUACATALA_LA_RMS1 273.95 5 149 153.52 11.35 3101 1510 12.70 118.44 34.572701734 MACHADO_RMS.12 639.24 5 326 372.02 19.75 3134 1421 20.19 179.28 29.662701781 ANCON_NORTE_RMS_20 738.49 5 372 423.62 22.25 3134 1403 24.52 196.98 29.742701803 GIRARDOTA 783.42 5 384 444.39 25.11 3134 1347 27.78 211.91 29.992701738 HATILLO_EL_RMS.13 862.79 5 413 480.4 27.88 3134 1331 35.15 240.67 30.042701735 YARUMITO_RMS_14 1099.10 5 467 564.51 32.87 3134 1238 46.84 322.70 29.812701736 GABINO__RMS.15 1996.95 5 510 624.24 37.86 3134 1063 49.50 420.57 28.192701710 CHORRILLOS_RM_8 3.10 1 1 1.56 1.56 2580 2387 2.18 6.08 14.242701731 HATO_RM_9 20.06 3 9 12.18 5.62 3134 1432 7.11 13.64 27.742701765 EMBALSE_LA_GARCIA 32.67 3 9 12.37 4.43 3116 1720 7.76 24.70 21.472701709 PIEDRAS_BLANC_RM.7 22.47 3 17 14.49 3.04 2606 2375 3.97 16.96 12.74 La Tabla 4.5 muestra un cuadro comparativo entre los caudales estimados por el método del balance a largo plazo utilizando los métodos de evaporación antes descritos, y los caudales reales medidos en cada una de las estaciones, en estos los caudales medios de las estaciones Hatillo y Yarumito se consideraron solo con los registros hasta antes de 1993 y evitar así la influencia de la descarga de la central “La Tasajera”.

Tabla 4.5 Caudales reales y estimados en las estaciones LG y LM al interior de la cuenca del río Medellín.

CAUDAL MEDIO (m3/s) CODIGO NOMBRE CORRIENTE P MEDIA

(mm/año) REAL CENICAFE REGIONAL TURC

2701733 SALADA_LA_RMS_11 MEDELLÍN 2186.89 1.632 1.72 1.62 1.9 2701716 CALDAS_RM_16 MEDELLÍN 2183.71 5.591 3.91 3.71 4.3 2701727 ANCON_SUR_RMS_17 MEDELLÍN 2159.5 4.917 4.63 4.42 5.09 2701704 AGUACATALA_LA_RMS1 MEDELLÍN 2062.72 12.380 9.6 9.19 10.55




CAUDAL MEDIO (m3/s) CODIGO NOMBRE CORRIENTE P MEDIA

(mm/año) REAL CENICAFE REGIONAL TURC 2701734 MACHADO_RMS.12 MEDELLÍN 1905.58 24.637 19.56 18.73 21.56 2701781 ANCON_NORTE_RMS_20 MEDELLÍN 1872.67 28.699 21.93 20.99 24.21 2701803 GIRARDOTA MEDELLÍN 1863.86 31.147 23.04 22.08 25.41 2701738 HATILLO_EL_RMS.13 MEDELLÍN 1858.55 42.045 25.17 24.18 27.72 2701735 YARUMITO_RMS_14 MEDELLÍN 1928.95 52.169 34.22 32.95 37.53 2701736 GABINO_RMS.15 * PORCE 2084.30 92.260 91.60 87.7 100.3 2701710 CHORRILLOS_RM_8 CHORRILLOS 1629.88 0.115 0.08 0.07 0.09 2701731 HATO_RM_9 EL HATO 1741.26 1.064 0.55 0.5 0.63 2701765 EMBALSE_LA_GARCIA LA GARCÍA 1917.21 0.737 1.09 0.97 1.26

2701709 PIEDRAS_BLANC_RM.7 PIEDRAS BLANCAS 1872.41 1.034 0.7 0.64 0.81

El caudal medio en la estación Gabino_RMS.15 fue estimado a partir de rendimiento hidrológico, pues el modelo de elevación del terreno (MDT) que se tiene, no contiene las cuencas de drenaje hasta el sitio, necesarias para definir el área tributaria a ésta estación localizada sobre el río Porce (cuenca del río Grande, etc). El rendimiento hidrológico consiste en dividir el caudal medio en la estación Gabino_RMS.15 por el área de la cuenca tributaria, luego se multiplica por el área real de la cuenca, que en este caso es de 2541.4 km2, el cual fue leído del anuario hidrológico de Antioquia de 1991, este caudal se considera como una aproximación al caudal medio en la estación.

Desviaciones Porcentuales del Caudal Medio Estimado vs Caudal Medio Real

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

SALA

DA_

LA

CA

LDA

S

AN

CO

N_S

UR

AGU

AC

ATA

LA_L

A

MA

CH

AD

O

AN

CO

N_N

OR

TE

GIR

AR

DO

TA

HA

TILL

O_E

L

YA

RU

MIT

O

GA

BIN

O

Estación

Des

viac

ión

(%)

Cenicafe Regional Turc Figura 4.10 Desviación porcentual de los caudales medios estimados respecto a los

caudales reales en las estaciones sobre el río Medellín.

La Figura 4.10 y la Figura 4.11 muestran la desviación porcentual de los caudales medios estimados respecto a los caudales medios reales, donde, las desviaciones positivas




implican que el balance por el método del largo plazo sobreestima el valor real del caudal medio, y las desviaciones negativas implican que el balance subestima el valor real del caudal medio. En la Figura 4.10 se observa que a medida que se avanza hacia aguas abajo, el error porcentual en la estimación del caudal medio aumenta, salvo en la estación Gabino donde disminuye notablemente. Esto puede deberse a la influencia del aporte de caudal debido a las descargas de agua residuales de los municipios del área metropolitana. Entre las estaciones Aguacatala_La y Yarumito el desfase es negativo, indicando que el balance subestima los caudales, debido entre otros al producto de transvases de cuencas vecinas, pues por las estaciones transita el caudal de aguas residuales de los diferentes municipios, el cual es captado de otras cuencas diferentes a la del río Medellín. En la zona rural de la cuenca (cuenca la Salada), los caudales estimados son menores que los reales, aquí, la extracción de caudales para uso doméstico puede ser uno de los factores que causan dicha disminución.

Desviaciones Porcentuales del Caudal Medio Estimado vs Caudal Medio Real en las Quebradas

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

CHORRILLOS HATO EMBALSE_LA_GARCIA PIEDRAS_BLANCAS

Estación

Des

viac

ión

(%)

Cenicafe Regional Turc Figura 4.11 Desviación porcentual de los caudales medios estimados respecto a los

caudales reales en las estaciones localizadas sobre las quebradas.

Algunas de las inconsistencias entre el comparativo de los caudales medios estimados y los reales, puede verse en las estaciones HATO_RM_9 y Embalse_La_Garcia, pues estas cuencas son contiguas entre si, se encuentran bajo condiciones climáticas similares, y poseen información suficiente para describir correctamente la distribución espacial de la precipitación, y sin embargo, las desviaciones porcentuales de los caudales en estas estaciones son las mas altas en toda la cuenca del río Medellín, además, en la quebrada el Hato la desviación es negativa y en el Embalse La García es positiva, haciendo pensar que el problema radica en las series reales, pues la estación Embalse_La_Garcia es una estación regulada en la cual no pueden verse los caudales máximos, mientras la estación el Hato presenta problemas de medición de caudales medios en días de eventos extremos máximos sucesivos, debido tal vez, a que la estación es limnimétrica.




4.8 BALANCE HÍDRICO EN LAS ESTACIONES DE MEDICIÓN Y CONTROL DE CALIDAD

Se estimaron los caudales medios en las estaciones de medición y control de calidad de agua, bajo el método del balance hidrológico a largo plazo. Los caudales se calculan para los tres métodos de evapotranspiración propuestos en este trabajo, y como no pudo concluirse en la sección anterior cual de los tres métodos representa mejor la distribución espacial de esta variable en la cuenca del río Medellín, se considera adecuado la utilización del mapa de evaporación calculado por el método de Cenicafé, pues este presenta las condiciones medias de las tres metodologías propuestas. La Tabla 4.6 presenta el reporte geomorfológico de las estaciones de medición y control de calidad.

Tabla 4.6 Parámetros morfométricos estaciones de medición.

PARÁMETRO GEOMORFOLÓGICO

NOMBRE CORRIENTE

AR

EA (k

m2 )

OR

DEN

DE

HO

RTO

N

MA

GN

ITU

D

LON

GIT

UD

TO

TAL

(km

)

LON

GIT

UD

DEL

CA

NA

L PR

INC

IPA

L (k

m)

CO

TA M

ÁXI

MA

EN

LA

CU

ENC

A

(m)

CO

TA E

N L

A S

ALI

DA

(m)

DIS

TAN

CIA

AL

CEN

TRO

IDE

(km

)

PER

ÍMET

RO

(km

)

PEN

DIE

NTE

MED

IA (%

)

Alto San Miguel MEDELLIN 14.91 3 11 8.67 2.49 3052 1944 3.02 14.56 53.04La Primavera MEDELLIN 49.88 3 21 24.37 4.79 3066 1790 5.45 28.57 43.10

Ancón Sur MEDELLIN 133.20 4 72 78.64 9.23 3101 1619 11.3 61.85 37.76Antes de San Fernando MEDELLIN 237.08 5 137 139.12 11.08 3101 1514 11.08 109.04 34.53

Después de San Fernando MEDELLIN 273.94 5 149 153.43 11.26 3101 1510 12.57 118.26 34.58Puente Guayaquil MEDELLIN 333.54 5 182 197.08 13.75 3101 1479 13.47 124.89 32.68

Aula Ambiental MEDELLIN 474.38 5 256 282.38 15.23 3134 1458 13.8 152.18 30.83Puente Acevedo MEDELLIN 510.91 5 282 307.96 17.72 3134 1442 19.06 151.44 29.98Puente Machado MEDELLIN 639.35 5 326 372.11 19.84 3134 1421 20.41 179.09 29.66

Copacabana MEDELLIN 710.85 5 363 414.57 21.05 3134 1407 21.51 189.23 29.57Metromezclas MEDELLIN 738.43 5 372 423.53 22.15 3134 1403 24.39 196.98 29.74

Puente Girardota MEDELLIN 782.96 5 384 444.02 24.74 3134 1347 27.19 211.91 30.00Parque de Las Aguas MEDELLIN 840.77 5 401 468.03 26.95 3134 1332 31.86 234.03 29.97

Hatillo MEDELLIN 862.79 5 413 480.4 27.88 3134 1331 35.15 240.67 30.04Papelsa MEDELLIN 1030.37 5 446 530.54 30.56 3134 1283 46.26 291.73 29.66Popalito MEDELLIN 1110.18 5 472 571.06 33.24 3134 1238 47.32 322.70 29.85Pradera MEDELLIN 1167.36 5 496 602.72 34.99 3134 1110 51.38 333.02 30.23

Eade MEDELLIN 1208.27 5 508 620.08 37.58 3134 1063 56.86 346.29 30.22Puente Gabino MEDELLIN 1996.95 5 510 624.24 37.86 3134 1063 49.5 420.57 28.19

Quebrada Doña Maria Q. DOÑA MARIA 75.17 4 57 50.22 7.38 3092 1524 11.95 35.76 33.95Quebrada La García Q. LA GARCIA 82.47 4 25 35.45 5.72 3116 1421 8.61 31.71 29.67




La Tabla 4.7 presenta los caudales calculados por el método del balance a largo plazo utilizando los métodos de evaporación descritos.

Tabla 4.7 Balance hídrico para las estaciones de medición.

COORDENADAS CAUDAL MEDIO (m3/s) ESTACIÓN X Y

AREA (km2)

P MEDIA (mm/año) CENICAFE REGIONAL TURC

Alto San Miguel 829897 1159050 14.91 2083.26 0.55 0.51 0.62 La Primavera 827957 1162647 49.88 2201.56 1.98 1.87 2.19

Ancón Sur 828254 1172303 133.20 2147.20 5.01 4.78 5.51 Antes de San Fernando 833046 1176082 237.08 2080.67 8.42 8.07 9.25

Después de San Fernando 833417 1176722 273.94 2062.73 9.6 9.19 10.55Puente Guayaquil 834154 1180877 333.54 2025.91 11.27 10.85 12.36

Aula Ambiental 834523 1184488 474.38 1982.39 15.45 14.87 16.95Puente Acevedo 836275 1189456 510.91 1952.24 16.18 15.61 17.73Puente Machado 838671 1192672 639.35 1905.50 19.56 18.73 21.56

Copacabana 841717 1194120 710.85 1881.57 21.31 20.37 23.53Metromezclas 843739 1196183 738.43 1872.69 21.93 20.99 24.21

Puente Girardota 847954 1197441 782.96 1863.95 23.03 22.07 25.4 Parque de Las Aguas 851685 1200315 840.77 1858.73 24.56 23.57 27.06

Hatillo 854350 1200980 862.79 1858.55 25.17 24.18 27.72Papelsa 861550 1204587 1030.37 1889.81 30.98 29.75 34.1 Popalito 867245 1208162 1110.18 1934.67 34.72 33.46 38.04Pradera 869916 1212679 1167.36 1970.43 37.6 36.38 41.04

Eade 874151 1215990 1208.27 1999.68 39.82 38.67 43.31Puente Gabino * 875309 1217330 1996.95 2084.30 91.60 87.7 100.3

Quebrada Doña Maria 832382 1175530 75.17 2007.05 2.53 2.40 2.8 Quebrada La Garcia 837189 1192128 82.47 1775.95 2.33 2.13 2.66

* El caudal medio en la estación Gabino_RMS.15 fue estimado a partir de rendimiento hidrológico. Los resultados de la Tabla 4.7 no están por el momento influenciados por las descargas producto de los caudales de retorno al río. Con respecto a este punto se presenta a continuación un reseña de cuales son los factores que alteran estos caudales a lo largo del río y como pueden ser modelados a partir de la información disponible.

4.9 ANÁLISIS DE LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTIMACIÓN DE CAUDALES NATURALES.

Para prestar el servicio de acueducto, el sistema se surte de tres grandes fuentes o embalses:




4.9.1. Embalses

4.9.1.1 Embalse de Riogrande Ubicado al noroccidente de Medellín, cerca al municipio de Don Matías. Entró en operación en 1991. El embalse de Riogrande es carácter multipropósito, utilizado para: generación de energía eléctrica, acueducto y saneamiento. Tiene una capacidad útil de 152 millones de metros cúbicos y recibe por gravedad las aguas de los ríos Grande y Chico.

Foto 4.1 Fotografía Embalse Río Grande II

4.9.1.2 Embalse La Fe Al oriente de Medellín, a unos cinco kilómetros del municipio de El Retiro, se encuentra el embalse La Fe, el cual se incorporó al sistema en 1974. Tiene una capacidad útil de 12 millones de metros cúbicos. Recibe por gravedad las aguas de las quebradas Las Palmas, Potreros, La Miel y Espíritu Santo, y por bombeo la de los ríos Buey, Piedras y Pantanillo.

4.9.1.3 Embalse Piedras Blancas En el oriente de Medellín, a seis kilómetros del municipio de Guarne. Entró en operación en 1952. Su capacidad útil de almacenamiento es de un millón 200 mil metros cúbicos. Recibe por bombeo las aguas de las quebradas La Mosca y La Honda, y por gravedad la de Piedras Blancas y Chorrillos.




Foto 4.2 Embalse Piedras Blancas

4.9.2. Plantas de tratamiento de agua Empresas Públicas de Medellín dispone de las fuentes necesarias para atender la futura población del Valle de Aburrá. Incluso las plantas de potabilización son suficientes para satisfacer la demanda del sistema hasta el año 2020, aproximadamente. El sistema cuenta con once plantas de tratamiento enumeradas así:

4.9.2.1 Manantiales Ubicada al suroriente de Medellín, entró en operación desde 1992. Tiene una capacidad de 520 mil metros cúbicos-día y recibe las aguas del embalse Riogrande II con sus fuentes propias.

4.9.2.2 San Antonio de Prado En el corregimiento del mismo nombre, opera desde 1987 con una capacidad de 8 mil 600 metros cúbicos por día. Recibe directamente las aguas de las quebradas La Manguala, Las Despensas, La Larga, Afluentes y La Chata.

4.9.2.3 Envigado Esta planta, localizada en Envigado, fue recibida por Empresas Públicas de Medellín en 1985, en calidad de comodato. Tiene una capacidad de 24 mil 200 metros cúbicos por día. Se abastece directamente de la quebrada La Ayurá. La cantidad de agua tratada en la planta varía entre un mínimo de 208 l/s y un máximo de 278 l/s

4.9.2.4 La Ayurá También en Envigado. Opera desde agosto de 1968. Tiene una capacidad de 780 mil metros cúbicos por día. Se abastece del embalse La Fe. La capacidad nominal es de 9.2 m³/s.




4.9.2.5 San Cristóbal En el corregimiento del mismo nombre, opera desde 1964. Tiene una capacidad de 20 mil metros cúbicos por día. Se abastece directamente de las quebradas La Iguaná, La Puerta y Tenche.

4.9.2.6 Villa Hermosa Al nororiente de Medellín, opera desde 1943. Fue la primera planta de tratamiento de la ciudad. Tiene una capacidad de 150 mil metros cúbicos por día o 1.74 m3/s. Se abastece del embalse Piedras Blancas. Debido a la decisión de no operar la represa de Piedras Blancas como reguladora de caudal, existe una gran diferencia entre la cantidad de agua tratada en invierno, del orden de 1.74 m3/s y en verano de 0.63 m3/s.

4.9.2.7 Aguas Frías Tiene una capacidad de 25 litros por segundo. Atiende 3 mil 600 habitantes de la vereda del mismo nombre y de los barrios San Pablo y Las Violetas, parte alta. Opera desde octubre de 1994.

4.9.2.8 La Montaña Con una capacidad de 380 litros por segundo, surte siete barrios de la comuna nororiental de la ciudad. Fue inaugurada en 1994.

4.9.2.9 La Cascada Abastecida por la quebrada Santa Elena, cubre en una primera fase a 1.967 viviendas con el servicio de acueducto y a 1.040 con el de saneamiento.

4.9.2.10 Caldas Ingresó al sistema EE.PP.M. en 1997. Tiene una capacidad de 200 litros por segundo y atiende 9300usuarios.

4.9.2.11 Barbosa También forma parte del sistema EE.PP.M. desde 1997. Con una capacidad de 60 litros por segundo, abastece 3800 usuarios de la zona urbana de ese municipio.




4.9.3. Colectores e interceptores

4.9.3.1 Municipio de Caldas Este municipio cuenta con colectores diseñados pero aún no construidos paralelos a la margen izquierda del Río Medellín y de algunas Quebradas afluentes como son: Q. La Mandalay, Q. La Rápida, Q. La Corralita, Q. La Valeria, Q. El Pombal. En general estos colectores funcionarían para toda la parte urbana del municipio y algunos barrios de la parte rural como son: El Pinal, El Pevendero, La Corrala, La Corralita, Villa Capri, Bellavista, El Cano, entre otros. En general todos los vertimientos de aguas negras de la parte urbana y de los barrios rurales antes mencionados actualemente van a dar a las quebradas más cercanas y que son afluentes directas al río Medellín.

Figura 4.12 Municipio de Caldas.




Los colectores diseñados son las líneas rojas punteadas mientras que las líneas del mismo color continuas son colectores ya construidos.

4.9.3.2 Municipio de La Estrella: En este municipio al igual que en el de Caldas se tienen presupuestados varios colectores paralelos a la Quebrada Grande en la parte urbana y paralelos a las quebradas La Tablaza y Portugal, además de la continuación del colector principal paralelo al río Medellín y que se uniría en los límites del municipio de la Estrella con Itaguí al colector que ya esta construido y que desemboca en San Fernando. La única zona que en estos momentos pertenecientes a La Estrella que posee colectores es la limítrofe con el municipio de Itagüí en el sector de Ferrería hasta Jardines Montesacro paralelo a la quebrada Aguas Negras.

Figura 4.13 Municipio de La Estrella.




4.9.3.3 Municipio de Sabaneta: Aquí nace el colector paralelo a la margen derecha del Río Medellín y que desemboca en la planta San Fernando. Este colector baja inicialmente paralelo a la Q. La doctora y toma la mayoría de las aguas del municipio. El otro colector presente en el municipio construido es uno que descarga en Quintex al colector principal del río. Este colector se tiene presupuestado ampliarlo hasta aguas arriba de la Q. La Escuela llegando al límite de la parte urbana.

Figura 4.14 Municipio de Sabaneta.

4.9.3.4 Municipio de Itaguí: El sistema de colectores del municipio va hacía un colector principal que es va paralelo a la Q. Doña María y el cual vierte las aguas al interceptor principal del la margen izquierda del Río Medellín.




El otro colector independiente de la Quebrada Doña María es el que está en el límite del municipio con La Estrella y que desemboca sobre el interceptor principal paralelo a la calle 34.

Figura 4.15 Municipio de Itaguí.

Se tiene planeado un colector paralelo a toda la avenida Pilsen y que desemboca sobre el interceptor Principal.




4.9.3.5 Municipio de Envigado: La parte urbana del municipio está prácticamente cubierta por los colectores que bajan paralelos a las principales quebradas de Envigado y que desembocan al interceptor oriental paralelo al Río Medellín. En la parte alta de algunas quebradas se tienen los diseños de colectores que empalmarían con los actuales y entre ellos tenemos: Q. La Mina, Q. La Ayurá, Q. La Sebastiana y Q. La Honda. Por su parte la única quebrada que tiene hasta su parte alta colector actualmente construido es la Q. La Peña o Q. La Heliodora. Todas las aguas negras transportadas por los colectores del municipio están diseñados de tal forma que transporten los fluidos hacía la Planta de Tratamiento de San Fernando, incluso los colectores de la Q. Zúñiga y Q. Paulita que quedan en los limites entre Medellín y Envigado son desviados hacía los colectores de la Q. La Ayurá.

Figura 4.16 Municipio de Envigado.




4.9.3.6 Municipio de Medellín: Por el tamaño del municipio y por su densidad habitacional es conveniente dividirlo en dos sectores: Sector Oriental: Esta zona comprende los barrios orientales de la ciudad desde el sector de la Aguacatala hasta la comuna nororiental (Q. Seca o Cañada Negra). Desde La Aguacatala hasta la Quebrada La Bermejala aledaña a los barrios Brasilia, Las Esmeraldas y Aranjuez los colectores están construidos paralelos a las principales quebradas del sector y desembocan al interceptor oriental del Río Medellín. Los colectores de los barrios faltantes (Q. La Bermejala hasta Q. Seca) se encuentran diseñados al igual que los construidos, paralelos a las principales quebradas y además se tiene presupuestado que verterían sus aguas al interceptor oriental. Este interceptor oriental vierte sus aguas directamente al Río Medellín a la altura del barrio Acevedo donde se convierte en un punto donde el aumento de caudal del río es inminente. Sector Occidental: Esta zona está comprendida entre la Q. La Llorona limítrofe con el municipio de Itaguí hasta Q. La Madera limítrofe con el municipio de Bello. En general todos los colectores de la zona están construidos paralelos a las principales quebradas que bañan los barrios del occidente de la ciudad. Todos ellos descargan sus aguas en el interceptor occidental paralelo al Río Medellín. Además se cuentan con colectores que van por las principales vías del sector como son los ubicados paralelos a las calles 33, 30, 30 A, 44, 50 y Av. Bolivariana. Se tiene presupuestado ampliar los colectores de las Q. La Gómez, Q. La Moñonga, Q. La Corcovada, Q. La cascada, hacía su parte alta saliéndose del perímetro urbano, pero principalmente se tiene en planes la construcción de dos colectores paralelos a las márgenes de la Q. La Iguana que descargarían sus aguas en el interceptor occidental del Río Medellín. Este interceptor está construido hasta la Terminal de Transportes Norte de la ciudad donde descarga las aguas directamente sobre el río, lo que convierte el punto en estratégico para efectos de comparación de caudales. Este interceptor se tiene presupuestado continuarlo paralelo al río hasta la Planta de Tratamiento que estará ubicada en Bello.

4.9.3.7 Municipio de Bello: El municipio en su parte oriental no cuenta con colectores mientras que en su parte occidental solo tiene algunos pocos entre los que se encuentran los paralelos a la Q. El Hato, Q. La García y Q. La Señorita los cuales vierten sus aguas a las quebradas anteriores.




Debido a lo anterior, los aportes de caudal de aguas negras no son considerables aún en cada una de las desembocaduras de las quebradas anteriormente mencionadas sobre el río por la dispersión en los puntos, posiblemente estos aportes de caudal de aguas negras sea más importante en el sector de Niquía donde ya se unen todas las aguas negras del municipio. El interceptor occidental del río se encuentra en planes de construcción y el cual llegaría directamente a la Planta de Tratamiento de Bello.

Figura 4.17 Municipio de Bello.

4.9.3.8 Municipios de Copacabana, Girardota y Barbosa: Estos municipios no tienen colectores ni interceptores construidos ni diseñados aún. Todas sus aguas negras son descargadas sobre las fuentes de agua corriente más cercanas, con lo cual el aporte de caudal es insignificante debido a la dispersión de las depositaciones, además de generar una buena dilución de desechos orgánicos.




Figura 4.18 Municipio de Barbosa.

Figura 4.19 Municipio de Girardota.




Figura 4.20 Municipio de Copacabana.

4.10 ESTIMACIÓN DEL CAUDAL DE AGUAS NEGRAS VERTIDAS AL RÍO MEDELLÍN Diariamente al río Medellín se le está haciendo un aporte de caudal proveniente del alcantarillado de la ciudad. El agua necesaria para garantizar el abastecimiento del acueducto del Vallé de Aburrá en general se está extrayendo de cuencas aledañas a la del río, incrementándose el caudal considerablemente en ciertos puntos de descarga directa y en otros en los cuales se pueden considerar puntos de confluencia. Los puntos considerados como importantes para la descarga de aguas negras sobre el río Medellín son:




Tabla 4.8 Puntos estratégicos de descarga de aguas negras.

Puntos Estratégicos

Ancón Sur Planta San Fernando Terminal Transporte

Acevedo Barbosa

Para estimar el caudal que se aporta al río por parte de las descargas de alcantarillado, se ha tomado el porcentaje de la población que tributa a estos puntos basándose en el censo del año 2002, disponible en la página web de la Alcaldía de Medellín, el cual discretiza la población por comunas en la ciudad de Medellín y en los restantes municipios del Vallé de Aburrá, lo que se convierte en una gran herramienta para los fines de este análisis. La población en los municipios del Valle de Aburrá estimada según el censo del 2002 es:

Tabla 4.9 Población estimada para el 2002 en el Vallé de Aburrá.

Municipio Población Estimada Observaciones Envigado 165612 Estimado para el 2002

Itagüí 260406 Estimado para el 2002 Sabaneta 38022 Estimado para el 2002 La Estrella 52765 Estimado para el 2002

Caldas 69191 Estimado para el 2002 Girardota 31314 Estimado para el 2002 Barbosa 38014 Estimado para el 2002

Copacabana 51923 Estimado para el 2002 Bello 369854 Estimado para el 2002

Medellín 2015293 Estimado para el 2002 La población en las comunas de Medellín censada en el 2002 es:

Tabla 4.10 Población en Comunas y Corregimientos de Medellín en el 2002.

Comunas y Corregimientos Población Ubicación Estrato 1 (Popular) 114314 Sector Oriental Bajo-Bajo

2 (Santa Cruz) 88264 Sector Oriental Bajo 3 (Manrique) 144565 Sector Oriental Bajo 4 (Aranjuez) 133267 Sector Oriental Medio-Bajo5 (Castilla) 133387 Sector Occidental Medio-Bajo

6 (Doce de Octubre) 180088 Sector Occidental Bajo 7 (Robledo) 154078 Sector Occidental Medio-Bajo




Comunas y Corregimientos Población Ubicación Estrato 8 (Villa Hermosa) 103306 Sector Oriental Medio-Bajo9 (Buenos Aires) 123510 Sector Oriental Medio-Bajo

10 (La Candelaria) 73812 Sector Oriental Medio 11 (Laureles-Estadio) 116048 Sector Occidental Medio-Alto

12 (La America) 93500 Sector Occidental Medio 13 (San Javier) 130804 Sector Occidental Bajo 14 (El Poblado) 85880 Sector Oriental Alto 15 (Guayabal) 74260 Sector Occidental Medio

16 (Belén) 155200 Sector Occidental Medio Altavista 15828 Sector Occidental Bajo

Santa Elena 10070 Sector Oriental Bajo Palmitas 7071 Sector Occidental Bajo

San Antonio de Prado 45089 Sector Occidental Bajo San Cristóbal 32952 Sector Occidental Bajo

Con la ayuda de la información recolectada anteriormente para interceptores y colectores puede estimarse el caudal aportado en cada punto estratégico por cada una de los municipios, comunas y corregimientos.

Figura 4.21 División Política del municipio de Medellín.




4.10.1. Puntos estratégicos para descargas Sur: En este sector las poblaciones que descargan sobre el río son: parte del municipio de Caldas y parte del municipio de La Estrella. El punto de confluencia y en el cual ya se obtienen aportes representativos de todas esas aguas negras es Ancón Sur. Para calcular el aporte doméstico es necesario considerar que no toda el área del municipio queda sobre la cuenca del río Medellín por lo que un porcentaje de esa población no será tenida en cuenta. Por lo anterior y además aclarando que la mayoría de esa población se reúne en la parte urbana se considerará que el 90% de la población aporta aguas negras a la cuenca. Planta San Fernando: Hoy en día las poblaciones de Sabaneta, Envigado, Itaguí y el corregimiento de San Antonio de Prado (Medellín) descargan sus aguas negras en los colectores paralelos al río que descargan en la Planta de Tratamiento de aguas San Fernando. Como no toda el área de los municipios está dentro de la cuenca del río se considerará que un 90% de la población se concentra dentro de los límites físicos de la cuenca. Terminal de Transportes: Sobre este sector descarga el interceptor occidental paralelo al río que se alimenta por las comunas de Medellín de la zona occidental y los corregimientos de Altavista y San Cristóbal, exceptuándose las comunas 5 y 6 las cuales descargan a quebradas aledañas adelante del punto y el corregimiento de Palmitas el cual descarga sobre cuencas en el Municipio de Ebéjico que no pertenecen a la del río Medellín. Las comunas se considerarán en un 100% de aporte de población en aguas negras mientras que para los corregimientos de San Cristóbal y Altavista se considerarán solo un 90% de población aportante. Acevedo: En este punto descarga el interceptor oriental que está alimentado por las comunas orientales y el corregimiento de Santa Elena todas pertenecientes al municipio de Medellín. Las comunas 1 y 2 (sector oriental), y la 5 y 6 (sector occidental) no descargan directamente al interceptor por no tener colectores aún construídos pero lo hacen sobre las quebradas cercanas que desembocan antes de Acevedo y después de la Terminal de Transportes Norte. Se considerará que Santa Elena solo descargan en un 90% sobre la cuenca del río mientras que todas las comunas se consideraran en un 100%.




Norte: Sobre esta zona descargan los municipios de Bello, Copacabana, Girardota y Barbosa de una forma indirecta. Debido a que no están sobre la cuenca la totalidad del área, se tomará un 90% de la población aportante de caudal de aguas negras al río. En la siguiente tabla se resume lo anteriormente comentado, donde la población descargando indica toda la población aferente a la zona sin tener en cuenta si descarga a colectores o no, mientras que la población actualmente descargando indica solo la población que vierte sobre los colectores para cada punto.

Tabla 4.11 Población estimada para el 2002 descargando al río. Punto de Descarga

Tipo de Descarga

Población Descargando (hab)

Población Descargando Actualmente (hab)

Ancón Sur Directa al río 121956 121956 San Fernando Planta Tratamiento 509129 509129

Terminal Transporte Colectores al río 772670 772670 Acevedo Colectores al río 1190463 674410

Norte Directa al río 491105 491105

Total 3085323 2569270 Si le aplicamos los coeficientes de participación de esa población al aporte de caudal al río en aguas negras obtenemos:

Tabla 4.12 Población estimada para el 2002 descargando al río aplicando coeficientes de aportes.

Punto de Descarga

Tipo de Descarga

Población Descargando (hab)

Población Descargando Actualmente (hab)

Ancón Sur Directa al río 109760 109760 San Fernando Planta tratamiento 458216 458216

Terminal Transporte Colectores al río 767084 767084 Acevedo Colectores al río 1189456 673403

Norte Directa al río 441994 441994

Total 2966510 2450457 Para calcular el caudal medio diario aportado en alcantarillado de parte doméstica es necesario calcular los siguientes parámetros:

86400000CdP

Q brutamd =

(4-14) Qmd: Caudal medio diario (m3/s) Dbruta: Dotación bruta asignada (l/hab*día)




P: Población (hab)

C: Coeficiente de retorno Es necesario definir una dotación neta adecuada, la cual en promedio es de 175 [l/hab*día] y asumir unas pérdidas técnicas (fraude, submediciones y fugas) del 25% para el Área Metropolitana. Se calcula con la dotación bruta y no la neta porque esa agua que se pierde de todas maneras queda dentro de la cuenca y aporta al caudal del río. La dotación bruta se calcula así:

TécnicasPérdidasajustadanetaDotacióndbruta %1−

= (4-15)

Se obtiene con los datos anteriores una dotación bruta de 233 [l/hab*día], pero como no se tuvo en cuenta la dotación industrial ni comercial por falta de información, se puede aumentar esta dotación a 250 [l/hab*día] para considerar un poco este error. Y asumiendo un coeficiente de retorno de 0.85, que indica que el 15% del caudal aportado queda almacenado en el suelo o se pierde en evapotranspiración y no retorna al río En la siguiente tabla obtenemos el caudal medio diario para cada uno de los puntos señalados:

Tabla 4.13 Caudales estimados de aguas negras aportados al río. Punto de Descarga

Caudal (Población Descargando) (m3/s)

Caudal (Descargando Actualmente) (m3/s)

Caudal total en el Punto (m3/s)

Ancón Sur 0.270 0.270 0.270 San Fernando 1.127 1.127 1.397

Terminal Transporte 1.887 1.887 3.284 Acevedo 2.925 1.656 6.209 Barbosa 1.087 1.087 7.296

Total 7.296 6.027 7.296

Aspectos finales En los municipios de la Estrella y Caldas aún no se cuenta con colectores construidos. Se tiene presupuestado la construcción de algunos de ellos que vayan a verter sus aguas en el colector principal paralelo al río el cual vertería las aguas negras en la Planta San Fernando. En la actualidad estos vertimientos se hacen en diferentes puntos del Río Medellín que por la magnitud de cada uno de ellos es insignificante, pero si se mira en el sector de




Ancón Sur donde ya se han unificado con el río ya si se obtiene una magnitud considerable sobre el caudal en el río. En los municipios de Sabaneta, Itaguí y Envigado prácticamente las aguas negras de la zona urbana actualmente descargan a los interceptores paralelos al río y esta agua son conducidas a La Planta San Fernando donde parte de ellas es tratada. Las aguas negras y lluvias en el sector oriental de la ciudad de Medellín se reúnen finalmente en un interceptor ubicado en la margen derecha del Río Medellín y paralelo a este y que vierte su contenido directamente sobre el río a la altura de Acevedo. Por su parte en la zona occidental del municipio de Medellín las aguas negras y lluvias se reúnen en el interceptor de la margen izquierda del río, el cual está construido hasta la terminal de transporte de Medellín, punto donde descargas sus aguas directamente sobre el río. El municipio de Bello solo tienen tres colectores construidos paralelos a las quebradas La García, El Hato y La Señorita. Sobre los otros importantes cauces del municipio en la parte occidental se encuentran los diseños. Las aguas de los interceptores que descargan en Acevedo y la terminal de Transportes se ampliarían y verterían sus contenidos en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Bello. Los Municipios de Copacabana, Girardota y Barbosa no cuentan aún con diseños de colectores.

4.10.2. Balance hídrico en las estaciones de medición de caudal considerando las descargas de aguas residuales

Para estimar el caudal medio real que transita por cada una de las secciones donde están ubicadas las estaciones de medición de caudal sobre el río Medellín, debe sumarse al caudal calculado por el método del balance hídrico a largo plazo, el caudal estimado como aporte de aguas residuales de los diferentes municipios del Valle de Aburrá al río Medellín. Para ello se estimaron los caudales en cada estación, con base en las contribuciones puntuales y distribuidas de aguas residuales de los diferentes municipios calculadas con anterioridad. Se debe considerar además, que el aporte de aguas residuales es el producto de un transvase de cuencas vecinas a la del río Medellín, el cual ha sido cambiante en el tiempo, y que el cálculo de dicho caudal está basado en censos de población efectuados en el año 2002, donde la población estimada es mucho mayor a la existente en los periodos en los cuales operaron las estaciones de medición. Es decir, como no se tiene información de población en los diferentes años de operación de las estaciones, y como no se conoce con exactitud la localización de los puntos de vertimiento de aguas residuales en estas fechas, es necesario inferir el caudal que transitó por el río Medellín en las épocas de funcionamiento de las estaciones con base en datos actuales.




Los caudales calculados como aporte de aguas residuales al río Medellín en el año 2002 se encuentran en la Tabla 4.13, a partir de ésta, puede inferirse el caudal que pasa por cada una de las estaciones de medición de caudal, tomando las siguientes consideraciones:

• Las estaciones que se encuentran aguas arriba del municipio de Caldas son casi rurales, es decir, no hay aporte importante de aguas servidas de cuencas vecinas.

• El municipio de Caldas efectúa descargas directas al río, este caudal puede ser considerado desde la estación de medición Ancón Sur.

• Los municipios de Itagüí, Envigado, Sabaneta, La Estrella y el Sur de Medellín descargan puntualmente a la altura de la planta de tratamiento de San Fernando.

• Dos descargas puntuales se efectúa al interior del municipio de Medellín, la primera de ellas a la altura de la terminal de transporte del norte en el barrio Caribe, y la segunda a la altura del puente Acevedo.

• Los municipios del norte del valle de Aburrá, como son Bello, Copacabana, Girardota y Barbosa, efectúan descargas distribuidas espacialmente.

Se efectúan los cálculos de la contribución al caudal del río por parte del acueducto suponiendo que entre descargas puntuales no hay mas aportes de aguas producto de transvases, además se supone que cuando hay descargas distribuidas espacialmente, es válido suponer una variación lineal del caudal descargado con base al área de cada subcuenca. Los caudales medios reconstruidos (estimados por el método del balance a largo plazo y sumándole el caudal de descargas de aguas servidas) se pueden observar en la Tabla 4.14.

Tabla 4.14 Caudales medios reconstruidos en la estaciones LG y LM en la cuenca del río Medellín

CAUDAL MEDIO RECONSTRUIDO (m3/s) NOMBRE ÁREA (km2)

APORTE DE AGUAS RESIDUALES (m3/s) CENICAFE REGIONAL TURC

SALADA_LA 43.77 0.000 1.720 1.620 1.900 CALDAS 100.6 0.000 3.910 3.710 4.300

ANCON_SUR 121.93 0.270 4.900 4.690 5.360 AGUACATALA_LA 273.95 1.397 10.997 10.587 11.947

MACHADO 639.24 6.605 26.165 25.335 28.165 ANCON_NORTE 738.49 6.912 28.842 27.902 31.122

GIRARDOTA 783.42 7.051 30.091 29.131 32.461 HATILLO_EL 862.79 7.296 32.466 31.476 35.016 YARUMITO 1099.1 7.296 41.516 40.246 44.826

GABINO 1996.95 * 7.296 98.896 94.996 107.596 La Figura 4.22 muestra la desviación porcentual de los caudales medios estimados respecto a los caudales medios reconstruidos.




Desviaciones Porcentuales del Caudal Medio Estimado Reconstruido vs Caudal Medio Real

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

SA

LAD

A_L

A

CA

LDA

S

AN

CO

N_S

UR

AG

UA

CA

TALA

_LA

MA

CH

AD

O

AN

CO

N_N

OR

TE

GIR

AR

DO

TA

HA

TILL

O_E

L

YA

RU

MIT

O

GA

BIN

O

Estación

Des

viac

ión

(%)

Cenicafe Regional Turc Figura 4.22 Desviación porcentual de los caudales medios estimados reconstruidos

respecto a los caudales reales.

Comparativamente con la Figura 4.10, puede observarse que los errores porcentuales disminuyeron considerablemente en las estaciones localizadas sobre el río Medellín, haciendo que los caudales medios estimados reconstruidos tengan desviaciones menores del 10% utilizando los mapas de evaporación de Cenicafé y Regional. El balance en la estación de caudal Caldas RM 16 no pudo cerrarse debido a que la información de esta estación no es muy confiable, muestra de ello es que se pudo cerrar el balance aguas arriba de ésta (en la estación La Salada) y aguas debajo de la misma (estación Ancón Sur). Como pudo cerrarse el balance hidrológico en casi todas las estaciones localizadas sobre el río Medellín (exceptuando Caldas), utilizando diferentes métodos de evaporación en cada caso, no puede concluirse cual de los métodos de cálculo de la evapotranspiración representa de mejor manera el valor de esta variable en toda la zona, pero para efectos de cálculos, puede utilizarse los métodos de Cenicafé y Regional, los cuales presentaron los mejores resultados.

4.10.3. Balance hídrico en las estaciones de medición y control de calidad considerando las descargas de aguas residuales

De igual manera que se calcularon los caudales producto de las aguas residuales de los municipios localizados en el valle de Aburrá, en las estaciones LG y LM ubicadas en el río




Medellín, se calcularon los mismos para las estaciones de medición y control de calidad. Los resultados pueden observarse en la Tabla 4.15.

Tabla 4.15 Aporte de aguas residuales al caudal del río Medellín en las estaciones de medición y control de calidad

NOMBRE ÁREA (km2) APORTE DE AGUAS RESIDUALES (m3/s)

Alto San Miguel 14.91 0.000 La Primavera 49.88 0.000

Ancón Sur 133.20 0.270 Antes de San Fernando 237.08 0.270

Después de San Fernando 273.94 1.397 Puente Guayaquil 333.54 1.397

Aula Ambiental 474.38 0.270 Puente Acevedo 510.91 4.091 Puente Machado 639.35 6.209

Copacabana 710.85 6.827 Metromezclas 738.43 6.912

Puente Girardota 782.96 7.049 Parque de Las Aguas 840.77 7.228

Hatillo 862.79 7.296 Papelsa 1030.37 7.296 Popalito 1110.18 7.296 Pradera 1167.36 7.296

Eade 1208.27 7.296 Puente Gabino 1996.95* 7.296

La Tabla 4.16 muestra los caudales medios reconstruidos en las estaciones de medición y control de calidad sobre el río Medellín, producto de la suma de los caudales medios estimados por el método del balance a largo plazo y el caudal que aporta las descargas de aguas residuales de los municipios del Valle de Aburrá.

Tabla 4.16 Caudales medios reconstruidos en la estaciones de medición y control de calidad

CAUDAL MEDIO RECONSTRUIDOS (m3/s)ESTACIÓN APORTE DE AGUAS RESIDUALES (m3/s) CENICAFE REGIONAL TURC

Alto San Miguel 0.000 0.550 0.510 0.620 La Primavera 0.000 1.980 1.870 2.190

Ancón Sur 0.270 5.280 5.050 5.780 Antes de San Fernando 0.270 8.690 8.340 9.520

Después de San Fernando 1.397 10.997 10.587 11.947 Puente Guayaquil 1.397 12.667 12.247 13.757

Aula Ambiental 0.270 15.720 15.140 17.220 Puente Acevedo 4.091 20.271 19.701 21.821




CAUDAL MEDIO RECONSTRUIDOS (m3/s)ESTACIÓN APORTE DE AGUAS RESIDUALES (m3/s) CENICAFE REGIONAL TURC

Puente Machado 6.209 25.769 24.939 27.769 Copacabana 6.827 28.137 27.197 30.357 Metromezclas 6.912 28.842 27.902 31.122

Puente Girardota 7.049 30.079 29.119 32.449 Parque de Las Aguas 7.228 31.788 30.798 34.288

Hatillo 7.296 32.466 31.476 35.016 Papelsa 7.296 38.276 37.046 41.396 Popalito 7.296 42.016 40.756 45.336 Pradera 7.296 44.896 43.676 48.336

Eade 7.296 47.116 45.966 50.606 Puente Gabino * 7.296 98.896 94.996 107.596

Quebrada Doña Maria 0.000 2.530 2.400 2.800 Quebrada La García 0.000 2.330 2.130 2.660

4 metodologÍas para la estimaciÓn de … rio fas… · figura 4.3 esquema del balance...

Documents