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DISEÑO DE REDES REGIONALES DE DISTRIBUCIÓN DE

AGUA POTABLE IMPLEMENTANDO SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)

GUSTAVO ANDRÉS BERNAL ANZOLA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

INGENIERÍA AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C, COLOMBIA

2019

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DISEÑO DE REDES REGIONALES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE IMPLEMENTANDO SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG) Gustavo Andrés Bernal Anzola

RESUMEN

La regionalización de redes de distribución de servicios públicos, entre ellos, el de agua potable, ha sido planteada como una ruta de desarrollo de la infraestructura nacional con el objetivo último de mejorar los índices de oferta y cobertura de estos servicios esenciales. Sin embargo, esta regionalización de las redes de distribución implica un nuevo reto para la ingeniería, haciendo necesario el uso e implementación de metodologías de diseño innovadoras que simplifiquen e involucren nuevas tecnologías disponibles tales como lo son los sistemas de información geográfica (SIG). En este documento, se presenta una solución a este reto, sugiriendo una metodología para el diseño en específico de redes regionales de distribución de agua potable, la cual involucra en primer lugar, la definición de un trazado preliminar y potencial de ubicación de la red mediante consideraciones de variables y restricciones de diseño fundamentales, establecidas en las normativas de diseño de acueductos vigentes y, ahora contenidas en datos geográficamente referenciados. Por otro lado, esta metodología plantea de manera complementaria, el análisis y comprobación de las características hidráulicas de la red previamente obtenida, con el objetivo de verificar su potencial funcionalidad y condiciones de operatividad. Finalmente, a partir de los resultados obtenidos para un caso de estudio definido, fue posible aplicar una evaluación técnico-financiera, buscando comparar los diseños obtenidos con la implementación de la metodología propuesta frente a los actuales sistemas de distribución de agua potable con los que cuenta la región analizada, obteniendo como resultado, la viabilidad técnica y económica de implementar redes de distribución regional de agua potable en casos donde se cumplen y evidencian algunas condiciones específicas tales como alta densidad poblacional, disponibilidad del recurso hídrico y condiciones topográficas optimas.

1. INTRODUCCIÓN.

Las altas tasas de crecimiento poblacional observadas en las últimas dos décadas y un aumento poblacional previsto en mil millones de personas para el año 2030 (ONU, 2017) son apenas algunas de las amenazas que se suman en un futuro cercano, sobre los ya cerca de 7.600 millones de personas que habitan en el planeta tierra. Esto sin contar, que la población mundial se enfrenta actualmente a un inminente fenómeno de cambio climático, un desarrollo económico insostenible y un considerable desabastecimiento de recursos naturales, entre ellos, algunos tan fundamentales para su subsistencia como lo es el agua potable. (ONU, 2019).

De acuerdo con informes de agencias internacionales, se estima que, en la actualidad, 2,1 billones de personas carecen de acceso a servicios de agua potable de forma segura (OMS & UNICEF, 2017). De igual manera, este informe expone que, a nivel mundial, cuatro de cada diez personas se enfrentan a un acceso insuficiente a este recurso (OMS & UNICEF, 2017). Por tal razón, la solución a esta realidad, se ha convertido en una de las prioridades de atención por parte de organismos de cooperación internacionales como la Organización de Naciones Unidas (ONU) y los países miembros de esta, adoptado medidas como la definición de uno de los 30 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) entorno a este tema, y sobre el cual se plantea la necesidad de “garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento básico para todos” (ONU, 2019). De esta manera, se da también un importante respaldo a la decisión tomada por parte de la Asamblea General de Naciones Unidas celebrada el 10 de julio de 2010, mediante la cual se reconoció como un derecho humano el acceso al agua y al saneamiento básico (ONU, 2019). Con el reconocimiento de este principio, se busca que los gobiernos de los países miembros, prioricen y garanticen a todos su ciudadanos y sobre todo, a aquellas comunidades más vulnerables, el acceso como menos, a un mínimo vital de agua entre 50 y 100 litros por persona al día, dado a que consigo, se ofrece

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consecución a un derecho fundamental como lo es el derecho a la vida, sin contar que, se brinda a la población condiciones de desarrollo social óptimo para actividades y labores indispensables en su diario vivir como la salud, la educación, el crecimiento económico y otras ocupaciones (ONU, 2019).

Por otro lado, el contexto global presentado en los informes la ONU, no difiere del contexto

colombiano. A corte del año 2017, tan solo 33,7 millones de los 48 millones que conforman la población colombiana, tenían el beneficio de acceder a agua catalogada como apta para el consumo humano (SUPERSERVICIOS, 2018). Adicionalmente, se identificó en el informe Estudio Sectorial de los servicios públicos domiciliarios de Acueducto y Alcantarillado 2014 – 2017 de la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios, que las personas que no presentaban acceso a la prestación de este servicio correspondían en su mayoría a comunidades vulnerables y marginadas ubicadas principalmente en áreas rurales o zonas con condiciones hidrológicas y geográficas no favorables (SUPERSERVICIOS, 2018). Año tras año, el gobierno nacional y las administraciones locales invierten cantidades de recursos económicos considerables en la construcción de redes de distribución de agua potable locales, sin embargo, dichas inversiones priorizan maximizar la cobertura y suelen efectuarse y concentrarse sobre los cascos urbanos principales aumentando la vulnerabilidad de las poblaciones más pequeñas y distantes (CONLATAM SANEAMIENTO, 2007).

Por tal razón, se viene discutiendo como posible solución y medida de mitigación, la política

nacional de desarrollo de infraestructura regional para la prestación de servicios públicos, haciendo especial énfasis, en aquellas redes que ofrecen acceso al agua potable, dado a que con su implementación, se puede maximizar la cobertura y oferta del servicio a una mayor cantidad de ciudadanos (Decreto 398, 2002). De acuerdo con informes técnicos, la regionalización de las redes de distribución de servicios públicos permite a las compañías prestadoras del servicio, sin importar su condición como entidad pública o privada, la captación de un mayor potencial número de usuarios, los cuales, finalmente se traducen en mayores recaudos económicos por prestación del servicio de acueducto, permitiendo de esta manera, un fortalecimiento de las finanzas de dichas entidades, y ofreciendo a futuro la oportunidad de disponer y asignar recursos propios para construcción de redes de distribución complementarias y mantenimiento de las redes regionales construidas. De esta manera, el gobierno puede focalizar las inversiones públicas en la construcción de redes que ofrezcan cobertura en zonas de mayor extensión y, por lo tanto, ofrecer cobertura en puntos que tradicionalmente no han contado con la prestación del servicio (MINVIVIENDA, 2018). Como resultado adicional, las redes regionales tienen la capacidad de enfrentar una problemática diferente a la falta de cobertura y prestación del servicio que se presenta en el contexto actual, dado a que se presenta una mejorar del comportamiento financiero de la compañía prestadora como un efecto indirecto, logrando a su vez , que muchos de los recursos públicos destinados para la construcción de infraestructura y que actualmente son mal utilizados y empleados para el rescate y cobertura de compromisos financieros de las actuales empresas prestadoras, sean realmente invertidos en la finalidad con la que fueron asignados, el mejoramiento continuo del servicio de acueducto (Olarte Osorio & Bayer Villegas, 2017)

Ahora bien, en cuanto al desarrollo de redes regionales de distribución de agua potable

respecta, solo ha sido posible su implementación en uno de los 32 departamentos del país, Atlántico (MINVIVIENDA, 2018). Sin embargo, a pesar de que en este caso pudo ser comprobado que la asignación de un mayor número de usuarios a una misma empresa prestadora fortalece las finanzas corporativas de la misma y por tanto, permite la inversión y asignación de recursos en otros rubros referentes a la prestación del servicio, pudo identificarse también, que las redes regionales involucran retos de diseños mayores al contemplar áreas de intervención de tamaños considerablemente superiores a lo que respecta el diseño de redes locales y por lo tanto, las metodologías de diseño tradicionales, aunque pueden ser implementadas, no son las óptimas para el diseño de redes que requieren una mayor rigurosidad en su diseño y el contemplar restricciones y variables a una mayor escala (SUPERSERVICIOS, 2018). Por tal razón, las herramientas SIG, capaces de representar y procesar estas variables y restricciones a una mayor escala, se postulan como una solución viable a implementar en una nueva metodología que logre vincular esta tecnología con los conceptos técnicos y teóricos desarrollados en el estudio de la hidráulica de tuberías y en el diseño tradicional de redes de abastecimiento de agua potable. (CONAGUA, 2016)

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Por tanto, ante la necesidad de estructuración de dicha metodología de diseño, este proyecto de investigación propone el desarrollo y construcción de una metodología innovadora para el diseño de redes regionales de distribución de agua potable implementando herramientas SIG. Tal metodología implica un estudio riguroso de diseño, el cual incluye analizar desde donde se va a realizar el punto de captación del agua potable y la potencial capacidad de abastecimiento de este, así como donde serán ubicadas las redes de transporte para movilizar el recurso desde este punto hasta el punto de distribución final, buscando minimizar la longitud entre nodos de las redes y la necesidad de estructuras complementarias de distribución como estaciones de bombeo y válvulas. De esta manera, se espera reducir los costos constructivos y operativos de la red obtenida de implementarse este modelo de red de distribución a escala regional. En segundo lugar, la metodología debe poder comprobar que los diseños realizados sean óptimos, evaluando la capacidad y comportamiento hidráulico de la red, por lo cual, se sugiere la verificación de las líneas de energía de la tubería una vez hayan sido definidos los diámetros de estas para cumplir con las demandas requeridas en cada uno de los nodos de distribución final. Por último, ante la necesidad de evaluar la viabilidad de este tipo de redes en contraposición con las redes de distribución local que se implementan en la actualidad, se realizó un análisis financiero de costos constructivos y operativos que puede conllevar la implementación y construcción de redes regionales como modelo de distribución para un recurso de vital importancia como lo es el agua potable, analizando un caso de estudio.

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo General. Diseñar redes regionales de distribución de agua potable implementando herramientas de información geográfica (SIG) y evaluar la viabilidad técnico-económica de la implementación de este modelo de distribución.

2.2 Objetivos Específicos.

o Construir y desarrollar una metodología de trabajo replicable para el diseño de redes

regionales de distribución de agua potable. o Realizar la comprobación del comportamiento y capacidad hidráulica de las tuberías

diseñadas, teniendo en consideración los trazados y ubicación optima de las redes, determinados y definidos con la implementación de la metodología propuesta y el uso de herramientas SIG.

o Evaluar la viabilidad financiera del desarrollo e implementación de redes regionales como modelo de distribución de agua potable.

3. MARCO TEÓRICO

3.1 Regionalización de redes de distribución de servicios públicos.

La regionalización de redes de distribución de servicios públicos es una solución planteada y adoptada por el gobierno nacional de Colombia, en base a las características administrativas, geográficas y poblacionales del país (MINVIVIENDA, 2018). Esta medida contemplada desde el año 2002 en el decreto 398 y ajustada mediante los decretos 1248 de 2004 y 4251 de 2004, la regionalización y promoción de las empresas prestadoras de servicios públicos con el objetivo de garantizar para las distintas partes involucradas (Usuarios, Prestadores del servicio y Entidades Gubernamentales), condiciones óptimas como acceso y calidad al servicio público de interés, rentabilidad y sostenibilidad financiera a largo plazo, e implementación de planes de desarrollo regional en base a las nuevas redes de distribución propuestas, respectivamente. (Decreto 398, 2002).

Tras la aprobación del decreto, en los siguientes años (2004-2010), se realizaría un diagnóstico y balance de la infraestructura nacional existente. En esta evaluación se verificarían las condiciones,

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calidad y capacidad de cobertura de los servicios prestados, así como la disponibilidad de recursos económicos y ambientales para la priorización de las respectivas obras de infraestructura necesarias a desarrollar en un futuro y las respectivas inversiones que estas involucrarían (CONLATAM SANEAMIENTO, 2007). Tal información y estudios se encuentra contenida en los informes publicados por el Departamento Nacional de Planeación (DNP) y la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliaros (SUPERSERVICIOS) en colaboración con las oficinas departamentales. (SUPERSERVICIOS, 2018).

Una vez elaborado este diagnóstico por las entidades públicas anteriormente mencionadas, en el año 2010 y el año 2014, se dio lugar a la implementación de redes regionales de distribución de servicios públicos a través de la consideracion de estos modelos de distribución como prioridad para el gobierno nacional en turno. Estos modelos de distribución fueron incluidos dentro de los planes nacionales de desarrollo regentes para la época mejor conocidos como Prosperidad para todos y Todos por un nuevo país. (MINVIVIENDA, 2018) En estos planes de desarrollo, se hizo una fuerte apuesta por la construcción de infraestructura pública nacional y se enfatizó la misma, en la necesidad de maximizar la cobertura y acceso a servicios públicos básicos como energía y agua potable en aquellos espacios del territorio nacional que nunca habían contado con cobertura de estos servicios, o bien, donde el servicio prestado y la infraestructura existente era precaria e insuficiente (MINVIVIENDA, 2018). Tal medida buscaba no solo ofrecer ampliación del acceso al servicio, sino plantear los lineamientos de trabajo y los objetivos propuestos por el gobierno de turno para dar cumplimiento a los acuerdos, pactos y compromisos firmados internacionalmente por el país y a los objetivos de desarrollo sostenible propuestos por la ONU, invirtiendo una cifra de 7,4 billones de pesos colombianos en el desarrollo de infraestructura para garantizar el acceso a agua potable (MINVIVIENDA, 2017). Adicionalmente, teniendo en consideración los diagnósticos de la infraestructura y necesidades existentes expuestos en el informe de 2010 de la DNP, se decidió dar continuidad a los lineamientos del decreto 398 de 2002 y desarrollar un plan de atención que definiera y priorizara aquellas inversiones que involucren desarrollo de infraestructura de distribución regional. (MINVIVIENDA, 2018).

A corte del año 2014, el primer y único departamento de Colombia que contaba con una red de distribución de servicios de agua potable completamente regional era el departamento del Atlántico (GOBERNACIÓN DEL ATLÁNTICO, 2014). Esta red sirvió como plan de estudio piloto para evaluar la viabilidad técnica y financiera de un proyecto de tal magnitud, así como para identificar posibles normas o parámetros a definir aún pendientes en la legislación nacional para la correcta implementación de este tipo de modelo de distribución (MINVIVIENDA, 2018). De acuerdo con el informe técnico sobre este proyecto, fue posible identificar algunos beneficios y vulnerabilidades en la implementación de este tipo de sistemas de distribución.

Entre las principales conclusiones de este informe se destaca, por ejemplo, el mejoramiento en indicadores de la calidad del agua y acceso a este recurso por parte de los usuarios, donde de una cobertura del 90% en espacios urbanos y 63% en espacios rurales a corte del año 2006, se pasó a ofrecer una cobertura del 98,3% en espacios urbanos y 90% en espacios rurales a corte del año 2014 (SUPERSERVICIOS, 2018). Por otro lado, se destaca el mejoramiento y fortalecimiento de las finanzas de la compañía prestadora del servicio Aguas del Atlántico S.A E.S.P., situación que ha permitido la ampliación y mantenimiento de la red piloto hacia municipios ubicados al sur del departamento y se estaca la inversión de 15,840 millones de pesos en la construcción de una nueva planta de potabilización para atender esta nueva cobertura que se desea brindar. (DNP, 2018).

Por otro lado, en cuanto a debilidades de la red regional del departamento del Atlántico, el informe destaca la limitación de los diseños y modelos de distribución al considerar que los municipios tienen un único punto de conexión entre la red de distribución local y la red de distribución regional, por lo cual, el modelo excluye la distribución y la infraestructura requerida para garantizar el acceso al servicio de agua potable al interior de los cascos urbanos con el fin de simplificar las redes de diseño (GOBERNACIÓN DEL ATLÁNTICO, 2014). Por tal razón, el modelo considera que los diseños y redes de distribución locales son independientes de las redes de distribución regionales de agua potable, es decir, que la red regional no considera la distribución por predios locales del recurso en un determinado municipio, sino que realiza una globalización general de los mismos y se limita a

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garantizar que el municipio tenga un punto o red de acceso al recurso mas no considera la distribución y posibles pérdidas que puedan darse en las redes locales. De manera similar, se advierte que el diseño de redes regionales requiere la consideración de limitaciones espaciales en una mayor escala, teniendo en consideración la zona de influencia que alcanza el desarrollo de un proyecto de infraestructura de esta magnitud, por lo cual, las metodologías de diseño tradicionales, aunque garantizan la funcionalidad de las redes de distribución, no promueven el desarrollo de procesos de diseño optimizados y pueden involucrar mayores costos constructivos y operativos en la implementación de la red regional (GOBERNACIÓN DEL ATLÁNTICO, 2014) . Por último, se menciona como desventaja la fragilidad de la red de distribución dada la falta de estructuras complementarias que garanticen continuidad en la operación ante eventos de emergencia y la vulnerabilidad de esta ante conexiones ilegales dado su montaje sobre superficie (GOBERNACIÓN DEL ATLÁNTICO, 2014).

Cabe mencionar que, a nivel nacional, se han implementado redes regionales de menor

tamaño como por ejemplo la red de distribución de la sabana de Bogotá por parte de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá E.S.P y la red de distribución de agua potable del área metropolitana del Valle de Aburra por parte de la Empresa de Servicios Públicos de Medellín (EPM). (MINVIVIENDA, 2018). A escala internacional, solo Israel ha realizado la implementación oficial de redes distribución de agua potable a nivel regional dada sus condiciones geográficas y déficit en aspectos hidrológicos que hacen indispensable el uso de este modelo de distribución para el control del recurso en este país (Buckley, 2002). Finalmente, desde el año 2016, Estados Unidos consolido un acto legislativo para la aprobación y puesta en marcha del plan WATER INFRAESTUCTURE IMPROVEMENTS FOR THE NATION (WIIN), el cual considera que las redes de distribución de agua potable deben ser contempladas a escala regional con el objetivo de disminuir los costos económicos que ha conllevado en el pasado el desarrollo de infraestructura local e independiente a escala de condados. (United States Congress, 2016).

3.2 Metodologías de diseño tradicionales para redes de distribución de agua

potable.

Para el desarrollo del proceso de diseño de redes de distribución de agua se plantean una gran cantidad de metodologías, las cuales varían significativamente unas de otras dependiendo de las variables de diseño definidas, la complejidad de la red requerida y la presencia o no de estructuras complementarias. (Chung, Lansey, & Bayraksan, 2009). Dentro de las metodologías más comunes e implementadas para casos de diseño similares (redes de distribución conformadas por tuberías con múltiples nodos de destino), se encuentra el método de gradiente de programación lineal (GLP), desarrollado por E. Alperovits, U. Shamir (1977). A través de esta metodología, se busca obtener como resultado un diseño óptimo de una red de distribución de tuberías de agua potable teniendo en consideración que se conocen la cantidad de agua captada desde un punto de origen y las demandas para cada uno de los consumidores en un punto de destino (Alperovits & Shamir, 1977). La metodología involucra definir parámetros de diseño como diámetros de la tubería, velocidad máxima de operación, presiones máximas, elevación del yacimiento y parámetros operacionales alternativos como presencia de bombas, válvulas y depósitos (Alperovits & Shamir, 1977). El desarrollo de esta metodología implica el diseño tramo a tramo de manera gradual, pasando de secciones de distribución principales a secciones de distribución secundarios de acuerdo con el comportamiento hidráulico observado del sistema en diseño y las restricciones espaciales que se tengan dentro del área de estudio (Alperovits & Shamir, 1977). Esta metodología, involucra como proceso de optimización el minimizar la función de costos definida, la cual consta de un gradiente que relaciona el costo por metro lineal de construcción de la tubería y la distancia del tramo de tubería requerido (Alperovits & Shamir, 1977). Como restricciones, se plantea dentro de esta metodología que las demandas o solicitaciones deben cumplirse a cabalidad y que las presiones en los nodos no deben superar los límites sugeridos por las normas de diseño o la literatura relacionada. (Alperovits & Shamir, 1977).

Por otro lado, se sugiere considerar alternativamente para este caso la metodología de diseño

de tuberías paralélelas propuesta por Saldarriaga, J. (1998), a través de la cual se implementan las fórmulas de Hazen-Williams y Darcy-Weisbach. La primera de estas tiene como función la determinación de la velocidad de flujo de la masa de agua dentro de tuberías circulares cerradas que

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trabajan a presión, teniendo como parámetro el coeficiente de rugosidad que varía de acuerdo con el material con el cual ha sido realizada la tubería (Saldarriaga, 1998). Por otro lado, la fórmula de Darcy-Weisbach, es una ecuación empírica que permite relacionar la perdida de energía hidráulica como consecuencia de las fuerzas de fricción que se presentan al interior de una tubería (Saldarriaga, 1998). Esta ecuación involucra la definición de variables como un factor de fricción, la longitud de la tubería, el diámetro de la tubería, la velocidad de flujo y la gravedad. Por lo tanto, a partir de un proceso iterativo entre ambas ecuaciones es posible determinar una velocidad de diseño, comprobar la capacidad hidráulica de una tubería y definir la longitud máxima de la misma involucrando posteriormente la necesidad de implementar estructuras de bombeo complementarias (Saldarriaga, 1998). Cabe mencionar que esta metodología no considera ningún factor topográfico dentro del desarrollo del diseño, por lo cual se idealiza y asume que las pendientes son constantes o nulas y, por lo tanto, el movimiento del fluido depende únicamente de las fuerzas de presión y la masa de agua contenidas dentro de la tubería. (Saldarriaga, 1998).

3.3 Diseño de redes de distribución implementando SIG

A la fecha, han sido múltiples los estudios de viabilidad técnica y potencial de implementación

de herramientas SIG en el diseño de redes de distribución de agua (CONAGUA, 2016). Sin embargo, estas publicaciones se limitan a analizar las herramientas tecnológicas disponibles o en desarrollo para el levantamiento y manejo de información georreferenciada, a la vez que evalúan características y capacidades técnicas de los softwares existentes para el procesamiento de tal información.

En cuanto al levantamiento de datos georreferenciados, de acuerdo con los informes

analizados, se establece que los tiempos de recolección y procesamiento de estos involucran periodos de tiempo considerables, en caso de que no exista ningún tipo de información recolectada de manera previa. Teniendo en consideracion este factor, los tiempos de diseño podrían prolongarse de manera significativa en vez de reducirse mediante el uso de esta tecnología. Esto sin contar la necesidad de contratar servicios y equipos especializados para el desarrollo de estas labores de georreferenciación de cuencas y áreas geográficas de gran magnitud. (CONAGUA, 2016). Por otro lado, en caso de contarse con la información previamente georreferenciada, los tiempos de consecución y comprobación final de los diseños podrían reducirse de en promedio 2 meses a tan solo 20 días laborales. (CONAGUA, 2016).

No obstante, en los informes se evalúan y establecen dos categorías de programas

computacionales para el procesamiento de datos de información geográfica. La primera categoría corresponde a aquellos programas computacionales que tienen la capacidad de evaluar y modelar

específicamente el comportamiento hidráulico de una red como EPANET y Altercad , pero cuya interacción con otros softwares de SIG es nula o requiere de complementos adicionales, por lo cual, se tienen ciertos inconvenientes al momento de requerir interactuar con otras herramientas de procesamiento geográfico no disponibles de primera mano en estos softwares. (CONAGUA, 2016). La segunda categoría corresponde a aquellos softwares concebidos desde un inicio para el procesamiento

de datos de información geográfica SIG, como, por ejemplo, ArcGIS y QGIS, motivo por el cual, estos programas no solo tienen la capacidad de trabajar con datos de distintas características a los de categoría I, como lo son los datos SIG, sino que eventualmente, pueden cumplir o suplir las funciones y herramientas que efectúan los softwares de la categoría I, referentes a modelación hidráulica, con herramientas complementarias que permiten la integración de la información georreferenciada con el modelo de comportamiento hidráulico mediante otros métodos de análisis de flujo, los cuales, aunque presentan resultados similares a los obtenidos con los programa computacional de la categoría I, difieren levemente de estos al implementar otras variables como la elevación y las deformaciones geográficas cercanas al punto de análisis. (CONAGUA, 2016).

De igual manera, los informes de factibilidad concluyen que aunque en un escenario ideal

debería poderse utilizar y relacionar las herramientas disponibles en cada una de las dos categorías identificadas, sin necesidad de que los resultados diferían dado el modelo de análisis implementado, por el momento, es necesario y preferible utilizar un software de la categoría II, los cuales permiten

desarrollar el análisis geográfico de la zona e integrar este a modelación del comportamiento hidráulico

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mediante otros métodos que ofrecen resultados con baja variabilidad entre sí (Walski, Chase, Savic, Grayman, & Beckwith, 2003). A pesar de esta conclusión, se sugiere emplear los programas computacionales de la categoría I e inclusive métodos tradicionales, como por ejemplo , el levantamiento de una memoria de cálculos que permita la comprobación y evaluación de los diseños obtenidos, mientras los desarrolladores trabajan en la vinculación de los softwares propuestos y sus herramientas particulares. (CONAGUA, 2016)

Por otra parte, de manera previa, solo ha sido desarrollado un proyecto de investigación que

involucre netamente el diseño de una red de distribución de agua potable con herramientas SIG para un caso de estudio propuesto. El articulo Automatic generation of water distribution systems based on GIS data de Robert Sitzenfrei, Michael Möderl y Wolfgang Rauch (2013) , presenta una metodología para la generación automática de redes de distribución de agua potable en contextos urbanos a partir de datos de información geográfica empleados como variables de entrada tales como: ubicación de los puntos de demanda, perfil de elevaciones de la zona en estudio y índice de densidad poblacional. Como resultado se obtiene un trazado de red que, al ser comparado con el sistema de distribución existente del caso de estudio, presenta diferencia de presiones mínimas respecto al sistema actual en un 75% del área estudiada, en cuanto a capacidad hidráulica respecta (Sitzenfrei, Moderl, & Rauch, 2013). Por otro lado, en términos económicos se establece que la implementación de herramientas SIG optimizó los trazados de la red e involucró el no uso de estructuras complementarias de bombeo, razón por lo cual, tras hacer la respectiva estimación de costos y análisis financiero de la red diseñada en SIG, se estimó un ahorro del 26,05% frente a lo que ha costado el diseño e implementación de la red actual con métodos tradicionales de diseño para sistemas de distribución de agua (US$ 28,8 millones). (Sitzenfrei, Moderl, & Rauch, 2013). Aunque, aunque el procedimiento llevado a cabo solo involucro la determinación de trazados óptimos, las herramientas SIG, han sido implementadas en la última década de manera reiterativa para el diseño y ubicación de las rutas de oleoductos en países andinos como Perú, Ecuador. De manera similar, este método ha sido empleado en países de oriente medio como Emiratos Árabes Unidos y Qatar, lugares donde adicionalmente han sido instaladas tecnologías complementarias GIS, las cuales permiten el monitoreo continuo y en tiempo real de la infraestructura y de variables de importancia como caudal, velocidad de flujo, tasa de llenado, entre otros, mismos elementos de control que podrían ser implementados en una red de agua potable como la que se desea desarrollar. (Consejo Supremo del Petróleo, 2012).

3.4 Metodologías de comprobación y determinación de confiabilidad de diseños

Para la comprobación de los diseños planteados de un sistema de distribución de agua potable, es indispensable la implementación de una metodología de análisis que evalué la confiabilidad de dicha red (Ostfeld, 2001). Tal proceso es indispensable, teniendo en consideración que en la actualidad no se cuenta con ningún tipo de alternativa, definición o medida universalmente aceptable para cuantificar la funcionalidad y confiabilidad de un sistema de distribución de agua potable. (Walski, Chase, Savic, Grayman, & Beckwith, 2003).

Ante esta situación, Ostfeld (2001), propone una metodología de evaluación de dos pasos

interconectados, específicamente diseñada para redes de distribución de agua regional. Esta metodología involucra en primer lugar realizar un análisis de trazado de red buscando posibles interferencias o consideraciones especiales hasta ahora omitidas en el trazado (Ostfeld, 2001). Por otro lado, en segundo lugar, se deberá analizar las propiedades de transporte del sistema por medio de una simulación estocástica o comprobación de líneas de energía de la red, este último, teniendo en cuenta que siempre y cuando estas registren un valor positivo y diferente a cero podrá garantizarse la circulación de un fluido dentro de la tubería a pesar de la presencia de fuerzas de presión y fricción al interior de la tubería. (Ostfeld, 2001).

3.5 Normatividad

Para el diseño de redes de distribución de agua potable, se sugiere tener en consideración

como normativa base el titulo B del reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento

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básico - RAS, el cual reglamenta y corresponde a los sistemas de acueducto. Este título exige y define aspectos generales de los sistemas de acueducto tales como la determinación de la demanda de agua y el tiempo de diseño, la definición de las fuentes de abastecimiento y puntos de captación, consideraciones de aducciones y conducciones, y, por último, los diseños de las redes de distribución. (MINVIVIENDA, 2010). Sin embargo, a pesar de la existencia de esta normativa base, las empresas prestadoras de servicios públicos están facultadas para estructurar y diseñar sus propias normativas de diseño. Estas serán válidas para los organismos de control territorial, siempre y cuando, estas cumplan como mínimo con las sugerencias y requerimientos de diseño propuestos en el RAS. A través de esta práctica, las entidades de control buscan fomentar la aplicación de más y mejores prácticas de diseño, metodologías de evaluación y procesos constructivos de manera más rigurosa e independiente y no truncar su implementación en el desarrollo especifico de un proyecto . (MINVIVIENDA, 2018).

En el caso en particular de esta investigación, se decidió consultar y aplicar la normativa de

diseño de acueductos propuesta por EPM, teniendo consideración que dicha empresa actualmente tiene la mayor participación en la prestación del servicio de acueducto en la región seleccionada como caso de estudio para el presente proyecto. Esta norma al igual que el RAS exige y define aspectos generales de los sistemas de acueducto tales como la determinación de la demanda de agua y el tiempo de diseño, la definición de las fuentes de abastecimiento y puntos de captación, consideraciones de aducciones y conducciones, y los diseños de las redes de distribución (EPM, 2009). A diferencia del RAS, la norma de la empresa EPM contempla una metodología para la selección del material a implementar a partir de consideraciones técnicas e hidráulicas específicas y la vida útil deseada de la red. Adicionalmente, esta norma es más específica y rigurosa al implementar la definición de límites en algunos parámetros de diseño de acuerdo con normativas más estrictas como la normativa técnica de diseño AWWA de los Estados Unidos, la cual incluye también algunas restricciones geográficas de diseño. (EPM, 2009). Los parámetros de diseño tenidos en consideración para el diseño de las redes por medio de SIG se presentan a continuación:

Tabla 1. Criterios y consideraciones de diseño para los trazados de red. (EPM, 2009)

Restricciones Consideradas para el Diseño de la Tubería

Velocidad de Diseño (m3/s) 1 - 3

Pendiente Máxima Permitida 1% - 6%

Contrapendiente Máxima Permitida 1% - 3%

Línea de Energía > 1

Restricciones Consideradas para el Trazado de la Tubería

Distancia a Redes electicas y Oleoductos y redes de transporte de gas (m) > 100

Distancia a Carreteras y Vías Principales (m) > 100

*Distancia a Ríos, Quebradas o Cuerpos de Agua Superficial (m) > 30

Distancia a Cascos Urbanos (m) – Trazado Superficial > 500

Distancia a Zonas de Protección o Interés Ambiental (m) > 500

*Nota: Se permite el cruce de redes por cuerpos de agua superficial siempre y cuando se implementen estructuras de elevación que garanticen la seguridad de la

red y la no afectación por crecientes súbitas del nivel del agua

3.6 Evaluación financiera del proyecto

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Para realizar la evaluación financiera del proyecto, se sugiere implementar la metodología de estimación de costos por precios unitarios de acuerdo con la cartilla de la DNP para la estructuración de proyectos regionales. Los costos unitarios deberán encontrarse relacionados por una medida o cantidad cuantificable dentro de la obra, por lo cual, para el caso de sistemas de acueducto y alcantarillado, se sugiere la estimación del precio unitario por metro lineal construido (DNP, 2010). Este precio unitario lineal deberá incluir el costo total de los suministros, fabricación, transporte y almacenamiento de los materiales requeridos para la construcción, así como los equipos y la mano de obra requerida para ejecutar el proceso constructivo y cualquier otro costo relacionado con la completa ejecución del trabajo especificado, el cual, en este caso específico correspondería a la instalación de la red de distribución de agua potable. (DNP, 2010).

Dado a que la implementación de las redes regionales implica un mayor costo cuando el

trazado no puede ser superficial por características específicas o condiciones y limitaciones de la zona de impacto, se sugiere desarrollar y categorizar dos precios unitarios teniendo en consideracion las siguientes condiciones de obra: construcción de redes superficiales y construcción de redes subterráneas. De esta manera, se logra considerar ambas posibles secciones dentro del presupuesto del proyecto previendo costos adicionales asociados a la diferenciación del proceso constructivo y que más adelante puedan dificultar el desarrollo y cierre financiero del proyecto. (GOBERNACIÓN DEL ATLÁNTICO, 2014). Desarrollados y compilados los precios unitarios para cada uno de los dos tipos de sección, deberá multiplicarse el precio unitario preestablecido, por la totalidad de la distancia final identificada de cada sección de tubería (subterránea o superficial), respectivamente. Finalmente, de esta manera, se procederá a determinar el precio total de la obra, que corresponderá a la sumatoria final de ambos registros (Costo tubería superficial y costo tubería subterránea). De manera complementaria, se deberá , proceder a comparar el valor obtenido, con el valor actual plan de inversiones para la construcción de redes de distribución de agua potable en el departamento en estudio, con el objetivo de poder realizar un análisis final de dicho cotejo . (ROMERO GOMEZ & VANEGAS RICO, 2007).

4. METODOLOGÍA

La metodología propuesta para alcanzar los objetivos trazados en el presente estudio se presenta a continuación: En primer lugar, será necesario evaluar la disponibilidad de bases de datos de información geográfica con las que se cuente para el desarrollo de los diseños y identificar aquella información con la cual no se cuenta para proceder a su levantamiento en campo. Dentro de los datos que como mínimo deberán contenerse en las bases de datos se especifican: redes de agua potable actuales o antiguas, reservorios o fuentes de agua superficial (ríos), caracterización geográfica de la región, altimetría y finalmente, cascos urbanos y zonas veredales. Cualquier información adicional de interés que se pueda encontrarse, podrá ser relacionada al proyecto siempre y cuando se encuentre en primer lugar georreferenciada dentro de la zona de estudio, y en segundo, aporte información o detalle al estudio realizado. Un ejemplo de información adicional, es el detalle de puntos de descarga de aguas contaminadas o bien, información relacionada a zonas de protección o de interés cultural, donde no pueda efectuarse la captación de agua. Se sugiere en este punto, comprobar bases de geo data desarrolladas por parte de entidades gubernamentales, la academia, o bien empresas privadas vinculadas al sector, en este caso en específico, el de prestación de servicios públicos. En segundo lugar, se desarrollarán los procesos de estimación de demanda de agua para cada uno de los nodos destino o municipios considerados dentro de la red. Este proceso se llevará a cabo a través del uso de una hoja de cálculo programada, que implementa las metodologías de estimación poblacional sugeridas por el RAS. Dichas metodologías consisten en el uso de registro históricos de población de los últimos quince años del municipio a través de los cuales se desarrollan métodos de proyección y ajuste lineal, potencial, exponencial y geométrico, buscando la curva que mejor correlación presente entre la data histórica y la proyectada a un tiempo no mayor de 20 años, tiempo o vida útil que suele considerarse para este tipo de proyectos antes de una repotenciación.

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En tercer lugar, se implementará la metodología de peso poblacional para ubicar un potencial punto de captación que pueda abastecer a la red. El método de peso poblacional consiste en trazar un punto central inicial optimo cercano a la totalidad de las poblaciones consideradas para el análisis. Posteriormente se procede a asignar un factor porcentual a cada municipio o casco urbano considerado, dividiendo el valor de la población local sobre el número total de habitantes beneficiados por la red. De esta manera, se logra que el punto inicialmente trazado mediante la herramienta near, del programa computacional, se aproxime más a aquellos puntos o municipios que presentan mayor demanda de consumo. De manera similar, sobre este punto identificado y ajustado mediante la metodología de peso poblacional, será indispensable desarrollar un análisis hidrológico de la cuenca, la cual permita determinar si esta cumple o no con la oferta hídrica requerida para abastecer a los nodos demanda. El análisis hídrico incluye un estudio climático y topográfico de la zona de estudio, evaluación de la precipitación y infiltración de agua sobre la capa de suelo allí presente y balances hídricos zonales que permitan analizar y evaluar correctamente la capacidad de la cuenca Una vez, determinado el punto óptimo con la implementación de este método, se procedió a seleccionar un punto de captación potencial para cada una de las 10 subregiones (fue necesario realizar una división adicional en la región de Urabá, debido a la separación interna presente en dicha región como consecuencia de la cercanía a la frontera con el departamento del choco), de manera tal que, que el punto óptimo anteriormente mencionado, coincidiera con algún tramo de la red hidrográfica más próxima en el área de estudio. De esta manera, más adelante, podría ser posible realizar la definición de la cuenca y un análisis hidrológico de la misma con ayuda de herramientas SIG, asumiendo que el punto de captación potencial corresponde al punto de salida de la cuenca. Este análisis, se hace indispensable, teniendo en consideración que se requiere validar la capacidad del punto de captación para dar abastecimiento a la demanda regional requerida, sin afectar en gran medida, otros aspectos ambientales presentes a lo largo y ancho de la ronda hidráulica de un cuerpo de agua. La validación y verificación de la capacidad de abastecimiento, implica que sea necesario chequear que los caudales de demanda correspondan tan solo a un 25% como máximo del caudal medio del afluente sobre el que se posiciona el punto de captación (CORANTIOQUIA, 2016). Este análisis, puede ser realizado teniendo en consideración los registros históricos de las estaciones de medición de caudal con las que cuenta el IDEAM dentro de la cuenca anteriormente determinada y ahora en estudio de factibilidad técnica. En caso de no cumplirse con los requerimientos exigidos por la corporación regional encargada de la protección del medio ambiente, se ve la necesidad de implementar un punto de captación adicional, en una cuenca diferenciada, pero cercana al punto óptimo determinado inicialmente. A continuación, se identificarán las restricciones de diseño generales que deben ser consideradas dentro de un proceso de diseño y que puedan generar interferencia al libre trazado de la red o bien significar la necesidad de implementar estructuras complementarias de bombeo dentro de la misma. En quinto lugar, se procederá a realizar un trazado preliminar de la red teniendo en cuenta las consideraciones anteriormente identificadas y que permitan la conexión entre los distintos nodos demanda identificados previamente al interior de la región en estudio. Para dicho proceso se utilizarán herramientas SIG que analicen las rutas optimas entre separaciones de los nodos indicados de manera similar a como lo hace hoy en día el GPS de un vehículo, el cual a partir de información de un punto inicial y un punto destino, proyecta un camino o ruta a seguir. Sin embargo, en el caso de esta metodología, aunque el principio es el mismo, al no contar con rutas o caminos prestablecidos, las herramientas SIG presentaran mayor libertad para determinar un trazado optimo, teniendo solo en consideracion las restricciones anteriormente mencionadas y contenidas en normas de diseño, las cuales restringe el desplazamiento no a rutas especificas delimitadas sino a áreas optimas. En sexto lugar, será necesario verificar el trazado preliminar obtenido anteriormente y discretizar e intervenir aquellos “Crashes” o conflictos que el programa en uso pueda identificar como consecuencia de las restricciones consideradas, de tal manera que pueda establecerse y continuarse con un trazado optimo definitivo de la red. Los Crashes o conflictos corresponderán a aquellas áreas donde el trazado preliminar no encuentra o puede continuar una ruta entre el punto de inicio y el

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punto destino. Esta situacion se presenta cuando el programa computacional y sus herramientas de análisis se encuentra alguna limitación de diseño o de capacidad de ejecución del programa, como por ejemplo, el cruce perpendicular de un cuerpo de agua, en donde se podría implementar una estructura metálica que facilite el cruce de la red. En estos casos, el encargado del desarrollo de la metodología deberá realizar un análisis ingenieril de posibles soluciones a implementar en el trazado entre las cuales se sugiere considerar instalación de estructuras complementarias que mitiguen altas o bajas pendientes en la zona, instalación de equipos de bombeo o bordear la zona que presenta la restricción. Como se puede evidenciar, el trazado en estos casos dependerá 100% del ingeniero y de su criterio, pero podrá emplear elementos de análisis SIG, para facilitar su decisión, como por ejemplo, trazado optimo sin consideracion de restricciones para evaluar ruta más eficiente, modelación 3D para visualización de las condiciones geográficas de la zona, entre otros. Obtenido el trazado definitivo, se procederá a realizar el dimensionamiento y diseño de las tuberías a partir de las metodologías de diseño tradicionales propuestas, de la cual fue seleccionada la ecuación de comprobación de Darcy- Weisbach dado a que permite la verificación de las líneas de energía de la red considerando las alturas de la misma y, en base a los resultados obtenidos previamente y normas de diseño puede realizar un correcto predimensionamiento y estimación de los diámetros requeridos. En este proceso, se puede comprobar de igual manera la hidráulica de la tubería y la circulación de fluido dentro de la misma, siempre y cuando la línea de energía obtenida para todo el trazado evaluada no a nodo muestre valores y pendiente positiva. Por último, una vez obtenidos y comprobados los diseños, es posible realizar el análisis financiero de la red de distribución, realizando una presupuestación de los costos de construcción de esta, implementando la metodología sugerida por el DPN y mencionada anteriormente, la cual consiste en determinar el costo total constructivo mediante la implementación de precios unitarios y comparando las cifras obtenidas, con los valores invertidos hasta la fecha en el desarrollo de redes de distribución de agua potable sobre la zona o lugar de estudio. Finalmente, se realiza análisis de resultados y se construyen conclusiones a partir de los resultados obtenidos durante cada proceso propuesto en la presente metodología de trabajo.

5. CASO DE ESTUDIO

El departamento de Antioquia es uno de los 32 departamentos que conforman la República de Colombia. Se encuentra ubicado al noroeste del país y su extensión abarca un área total de 62.603 Km2, siendo el sexto departamento más grande del país en este término. (SECRETARÍA DE AMBIENTE, 2014)Dentro de sus características geográficas se destaca el paso de las cordilleras central y occidental por gran parte de la región, dando lugar a la formación de múltiples cañones y valles a lo largo del departamento. De igual manera, se destaca la presencia de múltiples ríos y cuerpos de agua de alta importancia como el Río Cauca, el Magdalena y el Atrato, tres de los ríos más caudalosos del país. Dentro de las regiones naturales se identifican como parte del territorio la región andina antioqueña, la magdalena medio, el bajo cauca, la región pacífica y finalmente, el Urabá antioqueño. (SECRETARÍA DE AMBIENTE, 2014)

En cuanto a aspectos administrativos, es importante mencionar que Antioquia, suele ser subdividido en 9 subregiones administrativas y se encuentra conformado por un total de 125 municipios. Por otro lado, en cuanto a aspectos demográficos, se estima una cantidad total de habitantes en la región es de 6.691.030 de acuerdo con los últimos registros del Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), siendo, por lo tanto, el segundo departamento con mayor población de Colombia. Los pobladores del departamento suelen concentrarse en una mayor medida sobre las subregiones del Valle de Aburrá (58,43%), el Urabá antioqueño (10,64%) y el oriente antioqueño (8,99%), principales centros económicos de la región. (DANE, 2018)

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Figura 1. Mapa del Departamento de Antioquia e identificación de sus subregiones administrativas.

(Gobernación de Antioquia, 2019)

Registros de extensión de área y población para cada una de las 9 subregiones que conforman el departamento de Antioquia:

Tabla 2. Información Poblacional y Demográfica de las Subregiones del Departamento de Antioquia (DANE, 2018)

Superficie Población

Área (Km2) % Área Total N.º Habitantes % habitantes

Bajo Cauca 8.508 13,59% 318 860 4,77%

Magdalena Medio 4.777 7,63% 120.805 1,81%

Nordeste 8.545 13,65% 191.389 2,86%

Norte 7.422 11,86% 254.222 3,80%

Occidente 7.275 11,62% 211.647 3,16%

Oriente 7.032 11,23% 595.030 8,89%

Suroeste 6.533 10,44% 377.661 5,64%

Urabá 11.383 18,18% 711.687 10,64%

Valle de Aburra 1.129 1,80% 3.909.729 58,43%

Total 62.603,64 100% 6.691.030 100%

Sobre la prestación del servicio de agua potable, actualmente, el departamento ofrece una tasa de

cobertura en zonas urbanas del 96,90%, mientras que esta cifra en zonas rurales alcanza tan solo un desempeño del 25,84% para un promedio total estadístico de cobertura del 77,82% sobre la totalidad de las viviendas con registro catastral en el departamento (1.845.387. viviendas) (Gobernación de Antioquia, 2018). Por otro lado, la empresa con mayor participación en el mercado de la región y encargada de distribuir este recurso en los principales centros urbanos es EPM y algunas de sus filiales, a partir de las cuales se atienden las necesidades de las tres subregiones más grandes del departamento en términos poblacionales (VELEZ, 2013). A través de esta estrategia, que involucra la

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compra de empresas prestadoras del servicio locales por parte de EPM, la gran compañía regional, el departamento ha buscado construir una estrategia de regionalización de redes de distribución, que a la fecha, no ha tenido éxito como consecuencia de la gran necesidad de inversión en infraestructura, pues debe tenerse en consideración que de los 125 municipios que conforman el departamento, 23 aún no cuentan aun con la prestación del servicio de agua potable y sólo las redes de abastecimiento de 65 de los municipios de la región, se consideran óptimas de acuerdo con el Plan Departamental de Agua. (VELEZ, 2013)Por tal motivo, el departamento de Antioquia es considerado en la actualidad uno de los departamentos más vulnerables y con peor desempeño de cobertura en cuanto a la prestación del servicio público de agua potable se refiere. (SUPERSERVICIOS, 2018).

Respecto a las inversiones realizadas, la Gobernación de Antioquia destina anualmente a su plan anual estratégico de inversiones (PAEI) el valor de COP$109 mil millones, destinados netamente al desarrollo de infraestructura para el desarrollo de redes de abastecimiento de agua potable y saneamiento básico (Gobernación de Antioquia, 2019). De manera similar, el gobierno nacional a través del DNP, ha destinado COP$141 mil millones anuales el departamento de Antioquia desde el año 2015 para el desarrollo de infraestructura que permita la prestación del servicio de agua potable en regiones sin zonas sin cobertura (Caracol Radio, 2019), con el fin de aumentar y mejorar los indicadores de acceso a este recurso de vital importancia. En total, anualmente desde el año 2015 se invierten en total COP$250 mil millones de pesos, para un total de inversión a corte de 2019 de COP$ 1 billón de pesos, sin contar aun las inversiones realizadas en este rubro por las empresas prestadoras del servicio en región. En el caso por ejemplo de EPM, se tiene que la empresa realizo inversiones en este sector por valor de COP$54 mil millones adicionales. (EPM, 2019).

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para el diseño de las redes regionales de distribución de agua potable del departamento de Antioquia, caso de estudio seleccionado por la presente investigación, se decidió definir como áreas de intervención o regiones de implementación, la división administrativa del departamento en subregiones. Esto, teniendo en consideración la similitud en las características geográficas de las zonas y el contexto departamental, en el cual se reconoce con facilidad tal categorización interna. Cabe mencionar y destacar a este punto, que los diseños realizados asumen algunos parámetros como estáticos y no variables para las diferentes subregiones. Entre estos parámetros estáticos, se encuentra, por ejemplo, el consumo per cápita de agua potable, el cual para esta región es en promedio de 3,4 m3/mensuales. Por otro lado, las demandas de consumo estimadas fueron calculadas en base a la población actual de la región y no considera proyecciones de esta dentro de un tiempo diseño, esto teniendo en consideración que el enfoque del presente estudio es principalmente comparar las inversiones realizadas e infraestructura desarrollada a la fecha frente a una alternativa de modelo de distribución. No está de más, volver a mencionar que, a la fecha, solo la red de distribución del área metropolitana del valle de aburra es de tipo regional mientras que las demás, son gestionadas a título local (MINVIVIENDA, 2018). Dicha red, actuara como muestra control dentro de esta investigación, de manera tal, que permite comparar directamente los resultados previstos con la propuesta de implementación de un modelo de distribución regional frente a los resultados y datos observados en la realidad. De esta manera, fue posible alcanzar los resultados presentados a continuación sobre el caso de estudio planteado, a través del cual, se analiza la metodología implementada y expuesta anteriormente. 6.1 Determinación del punto de captación y análisis hidrológico de la cuenca:

En primer lugar, se implementó la metodología de selección de ubicación por peso poblacional, la cual, como se mencionó anteriormente, garantiza que el punto de captación de agua se encuentre más próximo a los cascos urbanos de los municipios con mayor demanda de abastecimiento de agua. Este proceso permitió, optimizar la red de distribución teniendo en consideracion que será menor la energía necesaria para transportar una mayor masa de agua desde un punto a hasta un punto b en el origen, zona donde se considera mayor necesidad del recurso dada la presencia de poblaciones de mayor tamaño.

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Tras la determinación del punto de origen o captación, en el paso anterior, se procede a Una

verificar y delimitar que el punto de captación se encuentre dentro de un rango de alturas que comprenda el 10% de los registros de elevación más altos. Esto restricción, se considera con el fin de garantizar que el punto de captación se ubique por encima de las elevaciones promedio de los cascos urbanos, dado a que por cuestiones de hidráulica, se busca que el agua se transporte utilizando mayoritariamente fuerza gravitacional desde un punto de inicio hasta un punto destino. (Sitzenfrei, Moderl, & Rauch, 2013). Dicha consideracion permite evitar la necesidad de equipos y costos complementarios como estaciones o puntos de bombeo para elevación de las masas de agua en zonas con pendiente invertida, es decir donde se presenta una pendiente decreciente y tras pasar por un punto de inflexión, se presenta una pendiente creciente.

Ahora bien, una vez son delimitados los puntos de origen, se procede a establecer los caudales de demanda estimados para cada una de las subregiones teniendo en cuenta las aclaraciones realizadas inicialmente. Cabe destacar, que estos caudales deben ser evaluados en este punto con el objetivo de verificar que el caudal de flujo del cuerpo de agua que servirá de abastecimiento cumpla con el flujo requerido para este objetivo. Los resultados se presentan a continuación:

Tabla 3. Caudales de Abastecimiento requerido para cada una de las subregiones.

Caudal de

Abastecimiento Requerido (m3/s)

Bajo Cauca 0,418

Magdalena Medio 0,158

Nordeste 0,251

Norte 0,333

Occidente 0,278

Oriente 0,781

Suroeste 0,495

Urabá 0,934

Valle de Aburra 5,129

En cuanto a los resultados obtenidos, es importante mencionar que, gracias a las excelentes

condiciones hidrográficas de la región, en 9 de las 10 subregiones se pudo implementar la red de distribución regional empleando un único punto de captación. Sin embargo, en el caso de la subregión del Valle de Aburra, dada la alta demanda del recurso y las condiciones y capacidades hidrográficas de la zona, fue necesario implementar tres puntos de captación que alimentaran la red de distribución regional. En la actualidad, la red de distribución de EPM dispuesta para esta zona involucra cuatro puntos de captación, motivo por el cual, el posible concluir que el resultado obtenido con la metodología implementada no difiere significativamente de la realidad y comprueba la necesidad de la zona de abastecerse desde dos o más puntos captación para cumplir con las normativas ambientales establecidas. (EPM, 2019). No obstante, con los resultados obtenidos, se logra realizar una optimización frente a la red actual al reducir la necesidad de un punto adicional de captación.

Por otro lado, la limitación de elevaciones considerada para la determinación del punto óptimo de captación, es un proceso indispensable dentro del desarrollo del diseño, en la medida en que evita que se tome un punto potencial de abastecimiento a menor altura de los cascos urbanos por atender, lo cual, podría involucrar la necesidad de implementar estructuras complementarias, como estaciones de bombeo o válvulas para el transporte del agua desde un punto de un punto de origen hacia un punto destino, e incrementando de manera directa los costos operativos de la red.

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En el caso de Colombia en general, y más en específico, en el caso de esta región, la alta riqueza de cuencas y cuerpos hídricos permite una correcta implementación de esta metodología de distribución y una simplificación de esta, al solo requerir uno o pocos puntos adicionales de captación. Sin embargo, este comportamiento podría variar significativamente en regiones o zonas de estudio con una composición hidrográfica diferente y con escazas fuentes hídricas, por lo cual, en espacios con estas características se podría requerir un alto número de puntos de captación que harían más compleja la red y dificultarían la conexión del punto de captación con la tubería de distribución o bien, podría generarse el caso de no cumplir con la totalidad del caudal de abastecimiento requerido y determinado para la región en estudio requerir de otras fuentes de abastecimiento complementarias como pozos de extracción de agua.

No obstante, se debe resaltar que el modelo de distribución en estudio solo considera el peso

poblacional asociado a los nodos de los cascos urbanos, pero no tiene en cuenta nodos de conexión a zonas rurales, lugares donde se presenta en el contexto colombiano las menores coberturas de prestación del servicio de agua potable, por lo cual, podría no darse atención a esta necesidad con la presente metodología, pero no se descarta el potencial de una red regional para dicho fin, dado a que puede ser considerada la conexión de redes de abastecimiento complementarias o ramificaciones, tal como acueductos veredales. Debe tenerse en cuenta que la consideración de zonas veredales no imposibilita la aplicación del método de peso población, pero si puede generar cambios de ubicación sobre el punto de captación óptimo de la red.

Finalmente, es importante mencionar que la actual metodología no considera la calidad de

los recursos hídricos, sino exclusivamente su cantidad, motivo por el cual, en caso de considerar parámetros de calidad de agua dentro del proceso de selección del punto de captación podrían incluirse restricciones adicionales y no consideras en el presente estudio, que podrían hacer variar los resultados actualmente obtenidos. 6.2 Determinación de trazado óptimo de las redes de distribución regional:

Seleccionado y determinado el punto de captación para cada una de las redes de distribución consideradas y, empleando la ubicación de los nodos que representan los cascos urbanos al interior de la región de estudio, junto con su respectiva demanda de agua, fue posible desarrollar la metodología propuesta para la determinación de los trazados óptimos de la red mediante análisis SIG y vinculación de las restricciones.

En primer lugar, se generaron los buffers o zonas de influencia sobre los elementos lineales y no lineales que debían descartarse inmediatamente por que podían representar una interferencia para el normal desarrollo de la red de distribución de agua potable. Entre estos elementos, se encuentra por ejemplo la presencia de vías para circulación de automóviles, las redes de distribución de otros servicios públicos como energía, los oleoductos y redes de transporte de gas presentes en el departamento, así como zonas de protección ambiental y sus respectivas distancias o rondas de separación recomendables (> 500 m) buscando no alterar el normal comportamiento y desarrollo de procesos biológicos que se da en estos lugares.

De manera similar, en segundo lugar, se definieron los buffers de restricción para los cascos urbanos (> 500 m) y a ríos y cuerpos de agua presentes en la región (> 30 m). Sin embargo, estas últimas dos restricciones o zonas de influencia definidas solo son empleadas para la determinación de un trazado preliminar, buscando evitar que un segmento considerable de la red tenga un paso significativo y contínuo por alguno de estos dos ítems (Cascos urbanos y cuerpos de agua superficial). No obstante, obtenido un primer trazado potencial, se procede a verificar en la labor de definición del trazado definitivo la posibilidad de levantar o no dichas restricciones considerando el uso de infraestructura complementaria como redes subterráneas o pasos elevados de tubería que permitan el cruce de un extremo al otro en las orillas del rio.

En tercer lugar, se procedió a determinar las pendientes porcentuales a lo largo y ancho del territorio para cada una de las subregiones, procesando la capa georreferenciada que contiene el perfil de elevaciones de la zona de estudio a través de herramientas SIG. Posteriormente, se procedió a

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extraer de esta capa aquellas zonas con pendientes que oscilaban entre el 1 – 6% y contrapendientes que oscilaban entre el 1 - 3% de manera tal que se cumpliera con las normativas de diseño de redes de EPM y se garantizara la circulación continua del flujo por efectos de fuerza de presión interna de la tubería y aprovechamiento de fuerza gravitatoria que actúa sobre el fluido. En el caso de las 10 subregiones, se obtuvieron zonas continuas que cumplían con los rangos de pendientes anteriormente mencionados, situación que facilito el diseño preliminar de los trazados, pues de lo contrario, se hubiera requerido instalar puntos de bombeo para poder conectar las mismas y optimizar trazados no solo por criterio de cumplimiento de pendientes máximas, sino también de trazado más corto.

El proceso general de diseño de la red es iterativo para cada tramo, una vez son generadas y consideradas las restricciones de diseño definidas en las normas. Cada tramo debe ser procesado de manera única e independiente y debe buscar conectar por medio de la ruta más corta, dentro de la zona de pendientes optimas, un nodo con su par más cercano. Esta condición implica, que se requiera continuamente que se realice un reajuste de la ubicación del nodo de demanda hacia uno de los extremos del área de protección o buffer del casco urbano, o de lo contrario, se pueden generar “crashes” o choques en la operación dentro del programa, que si bien no interrumpen el proceso de diseño dado a que se sigue generando un trazado ideal. Este trazado resultante no ofrece un recorrido total desde el punto de origen hasta el punto final, sino que lo limita hasta las áreas de protección fijados para el casco urbano. Por otro lado, el movimiento del nodo hasta este punto de interferencia entre el área de protección y la red trazada tampoco tiene en consideración las implicaciones de diseño que puede traer la reubicación del nodo de demanda y su conexión con el siguiente tramo de la red, en caso de que sea un nodo intermedio dentro del trazado. A continuación, se presentan las longitudes totales de red determinadas para cada una de las subregiones de estudio:

Tabla 4. Longitud total estimada de red regional categorizada por subregión

Longitud de la red regional estimada (Km)

Bajo Cauca 197

Magdalena Medio 218

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Nordeste 211

Norte 259

Occidente 265

Oriente 298

Suroeste 208

Urabá Norte 265

Urabá Sur 362

Valle de Aburra 286

Total 2569

No obstante, se presenta en el siguiente mapa los trazados potenciales obtenidos para la implementación de redes regionales de distribución en cada una de las subregiones analizadas:

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Figura 2. Mapa de Redes de Distribución Regional Obtenido para cabeceras municipales.

Con base a los resultados obtenidos, es posible en primer lugar realizar la comparación entre

los diseños de trazado alcanzados con esta metodología y los existentes en la subregión de control. En dicho caso, se tiene que los diseños existentes de la empresa EPM tienen una longitud total de 358

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km (EPM, 2019), mientras que los diseños de trazado obtenidos con el método propuesto involucran una longitud total de 286 km. Los resultados son de ordenes de magnitud similares, pero muestran una optimización significativa del 20,12% por ámbito netamente de extensión de la red, en una subregión de tamaño reducido y altamente densificada en términos poblacionales, situación que da muestra del potencial de optimización alcanzado implementando herramientas SIG al proceso de diseño de las redes de distribución.

Por otro lado, de acuerdo con el procedimiento ejecutado y los resultados obtenidos, es posible observar también que, aunque la metodología implementada permitió la obtención del trazado de las redes y la consideración de restricciones de diseño en zonas de gran extensión, esta no es del todo optima aun dados los conflictos y limitaciones que aún existen y se presentan en la interacción usuario – programa. Se hace indispensable recordar a este punto, que el software utilizado, aunque tiene la capacidad de procesar la información georreferenciada y requerida para el desarrollo del presente caso de estudio, no fue concebido con el fin último de generar diseños de redes de distribución de aguas y por lo tanto, aun presenta ciertas limitaciones de capacidad de procesamiento ante condiciones especiales de diseño, como por ejemplo, el cruce de redes por cuerpos hídricos o la posibilidad de paso subterráneo de la red en cascos urbanos. Estas limitaciones de capacidad ante circunstancias especiales se traducen por el momento en la necesidad de conocimientos más profundos en herramientas SIG por parte del usuario, el cual deberá lograr, mediante el uso de herramientas de procesamiento similares o la implementación de varias de estas, la generación de los resultados esperados.

Sin embargo, no se descarta que una posible intervención a la metodología, como por ejemplo, retirar las dos restricciones identificadas como conflictivas, e implementar estas mediante el procesamiento manual de la información, podrían dar una salida más sencilla y simplificada al problema observado durante la implementación de la metodología de diseño planteada y, representar el ahorro de costos computacionales y procesamiento de información adicional innecesarios, dada la tecnología disponible a la fecha. Por el momento, se ve como un escenario más viable la implementación conjunta de metodologías de diseño tradicional, con el uso de herramientas SIG de manera gradual o para el cumplimiento de funciones específicas, dada la falta aun de un software de procesamiento SIG especializado netamente en el desarrollo de redes de distribución, un mercado pendiente por explotar por parte de los desarrolladores y creadores de programas de cómputo.

No obstante, no se puede desmeritar la capacidad de procesamiento y análisis de múltiple información que permite el uso de herramientas SIG en el presente caso de estudio. Esta capacidad de procesamiento permitió desde un inicio, optimizar en la medida de lo posible los trazados obtenidos en diferentes ámbitos técnicos, como ubicación sobre pendientes optimas, entre otros criterios, siendo el más destacado de todos, el correspondiente a longitud del trazado potencial de la red, variable que se quiso minimizar en todo momento, dada a relación existente entre costos constructivos y las dimensiones de la red a ejecutar. 6.3 Diseño de la red de distribución regional:

Teniendo en consideración los caudales de abastecimiento requeridos para cada uno de los nodos de demanda y contando ya con el trazado potencial de la red de distribución, se pudo establecer el caudal a gestionar en cada segmento de la tubería regional para cada una de las subregiones.

Conociendo el caudal a transportar y teniendo en consideración una velocidad de operación promedio de diseño de acuerdo a lo planteado en la Tabla 1, es decir una velocidad media de operación de 1,5 m/s , se procedió a establecer los diámetros de la tubería a utilizar empleando la ecuación de Darcy Weisbach. Las perdidas por fricción, requeridas en esta ecuación, fueron determinadas tramo a tramo, considerando el cambio de altura entre el nodo de arranque del segmento y el nodo final de destino.

Es importante mencionar en este punto, que cada segmento de tubería cuenta con un diámetro diferente de diseño, ajustado a la medida comercial más cercana y que cumple con la

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relación de llenado de 85%, solicitada por el RAS (MINVIVIENDA, 2010). Esto con motivo, de mejorar las fuerzas de presión al interior de la tubería para cada tramo y poder garantizar la circulación del fluido.

La tubería mayor diámetro, la presenta el Valle de aburra, teniendo en cuenta que en dos segmentos debe transportar un caudal acumulado de 5,129 m3/s, Esta red utiliza un diámetro de tubería de 10 pulgadas en acero galvanizado, material similar al utilizado para la construcción de oleoductos. En cuanto al diámetro obtenido, se tiene que mencionar que respecto al diámetro empleado actualmente por la red de EPM (6 pulgadas (EPM, 2009)), presenta un valor considerablemente mayor dado a que se tienen menos puntos de captación y de mayor caudal, motivo por el cual, se justifica y considera viable los diámetros obtenidos. 6.4 Comprobación del comportamiento hidráulico de la red de distribución

regional

Para la comprobación del comportamiento hidráulico de la red, se tomó como parámetro la altura inicial del nodo inicial y la altura final del nodo destino, con el objetivo de poder calcular la línea de energía dada la diferencia de altura y la comparación de las fuerzas de presión dentro de la tubería frente a la distancia recorrida por la masa de agua. Por otro lado, se realizaron consideraciones especiales en cálculo de la línea de energía, como por ejemplo la inclusión de segmentos de contrapendiente dentro del cálculo de esta y los ajustes por cambio de caudal en cada nodo, dado a que se idealiza en cada uno de estos, que se presenta un caudal de descarga. De esta manera, de acuerdo con la norma de diseño de EPM y a la literatura analizada, se puede garantizar la circulación del flujo de agua dentro de la red regional diseñada gracias a que fue ya considerada la instalación del trazado en zonas que cumplen con la pendiente sugerida y a que la línea de pendiente presenta un valor positivo y distante de cero

Para las 10 subregiones se realizó el trazado de la línea obtenida, garantizando en todos los casos pendientes con valor positivo y distante de cero. Sin embargo, este análisis pudo haber sido realizado con mayor detalle, de haber sido menos complejo el traslado de los datos de diseño desde el software empleado (ArcGIS) hacia un software complementario como EPANET, en el cual, se pudieran modelar y observar con mayor detenimiento variables de consideración hidráulica como un perfil de elevación de la columna de agua, una relación de llenado y un cálculo de las fuerzas de presión para cada tramo, a mayor detalle y sin asumir condiciones continuas en largos segmentos. Sin embargo, la metodología aplicada no deja de ser válida y sugerida para implementación a pesar de este hecho, para la comprobación hidráulica, motivo por el cual, no se compromete el actual diseño de trazado y se valida el mismo. 6.5 Presupuestación

Continuando con la metodología, e ingresando a la fase de evaluación económica del mismo. Se procedió a realizar la presupuestación inicial del proyecto y la determinación del costo por metro lineal de implementación de la red. Para esto, fue necesario en primer lugar, reconocer y generar una lista de materiales y actividades a emplear y desarrollar, respectivamente de acuerdo con lo sugerido por las normas de determinación y presupuestación de costos sugerida por la compañía EPM. No obstante, es necesario recordar que el precio unitario lineal deberá incluir el costo total de los suministros, fabricación, transporte y almacenamiento de los materiales requeridos para la construcción, así como los equipos y la mano de obra requerida para ejecutar el proceso constructivo y cualquier otro costo relacionado con la completa ejecución del trabajo especificado, el cual, en este caso específico correspondería a la instalación de la red de distribución de agua potable. (DNP, 2010)

La determinación de los precios para cada uno de los materiales y actividades involucradas en el proceso se realizó a través de la consulta del generador de precios unitarios de la página Construdata, el cual ofrece un precio sugerido en el mercado para un producto o desarrollo de una actividad específica, de acuerdo con el comportamiento observado en el comercio nacional de manera reciente.

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Los precios promedio estimados para la red subterránea y la red superficial se presentan más adelante, sin embargo, es importante mencionar y aclarar que este precio vario para cada segmento de tubería teniendo en cuenta el diámetro empleado en cada uno de estos.

Tabla 5. Costos Promedio estimados de segmento de acuerdo con características especificas

Costo Promedio de Segmento de Tubería Superficial (COP$/m. L) $ 1 082 663

Costo Promedio de Segmento de Tubería Subterránea (COP$/m. L) $ 1 543 604

6.6 Determinación de los costos totales de implementación del proyecto

Para la determinación de los costos totales de implementación de la red de distribución regional, fue necesario multiplicar el valor presupuestado para cada segmento por la extensión de este y acumular el valor al costo estimado por segmento para determinar el costo total de la red en una región. Los costos estimados para cada subregión se encuentran a continuación:

Tabla 6. Costo Total Estimado de Red Regional para cada Subregión.

Costo Total estimado de la red regional estimada

(COP$)

Bajo Cauca $180.038.568.769

Magdalena Medio $224.684.970.924

Nordeste $215.592.412.757

Norte $282.425.254.122

Occidente $277.869.119.681

Oriente $301.040.627.456

Suroeste $244.019.580.962

Urabá Norte $283.454.403.091

Urabá Sur $323.920.754.140

Valle de Aburra $526.755.130.836

Total $2.859.800.822.740

Como se puede observar, la sumatoria total de los costos de implementación en las 10 regiones supera la inversión realizada a la fecha en el departamento por valor total de 1 billón de pesos colombianos. Sin embargo, es importante destacar, que dicho billón invertido considera el costo desarrollo de nuevas estructuras de infraestructura y no considera el valor de los activos, o redes con las cuales se cuenta actualmente en el departamento y cuyo valor se estima en $3.594.820.810.430

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(EPM, 2019). Por otro lado, los $2.859.800.822.740 que costaría la implementación de la red regional en el departamento consideria solamente el desarrollo de infraestructura completamente nueva, sin considerar o utilizar algún tipo de estructura previamente desarrollada y corresponde tan solo a un 79,55% del valor de los activos o a un 62,24% del valor total invertido a la fecha (1 billón de pesos más el valor de los activos). Esto da lugar a que financieramente, si exista una viabilidad, ahorro y optimización en comparación con la red actual si llegase a ser implementado este modelo de distribución, dado a que se estaría brindando cobertura a los 125 cascos urbanos presentes en el departamento en comparación con los 96 a que la fecha, cuentan con el recurso y se estaría dejando un margen de $1.735.019.987.690 para invertir en el desarrollo de redes locales que permitan la distribución del recurso desde la conexión con la red regional hacia los predios de los municipios.

No obstante, el resultado también muestra que en el pasado, hizo falta un estudio mas detallado sobre las posibles opciones y modelos de distribución que podía acoger el departamento para la prestación optima del servicio de agua potable a sus habitantes. Esta hipótesis se logra demostrar, observando que con una inversión considerablemente inferior a la planteada actualmente por la gobernación local , pudo haberse atendió las necesidades de abastecimiento de la totalidad del territorio departamental. De igual manera, fue posible también demostrar que a través de esta metodología, se puede obtener una optimización de las redes y trazados actuales significativa de implementarse herramientas información geográfica en los procesos de diseño de estas, puesto que incluyen análisis geográfico que disminuye distancias, paso por zonas que afectan la libre circulación del flujo, entre otras limitantes para este tipo de infraestructura.

En general, se observa que, en zonas de alta concentración poblacional, como, por ejemplo, la región del Valle de Aburrá existe un alto potencial de implementación de redes regionales dado a que los costos son mitigados de manera significativa por un 58,43% de la población total del departamento. Por otro lado, existen regiones con baja concentración poblacional y la necesidad de altas inversiones como la región de Urabá Sur, en donde puede ser mas viable la implementación de otros modelos de distribución como, por ejemplo, redes locales con bocatomas a cuerpos de agua cercanos a cada a cada uno de los municipios, los cuales pueden tener un costo significativamente inferior al no requerir grandes longitudes de tubería.

Probablemente, no sea posible realizar la inversión total de los recursos para la implementación de una red regional en el departamento de Antioquia de primera mano, pero si es posible evaluar y considerar que futuras inversiones se adapten paulatinamente al modelo de distribución regional que se sugiere en la presente investigación, de manera que el cambio observado sea gradual y permita en verdad garantizar la cobertura y acceso a agua potable al 100% de la población antioqueña.

7. CONCLUSIONES

En primer lugar, es posible concluir que existe un alto potencial de implementación de herramientas SIG en el proceso de desarrollo y diseño de redes de distribución de agua, bien sea para el desarrollo de redes a escala local o regional, dadas las altas capacidades de procesamiento de múltiple información que estas herramientas permiten realizar de manera simultánea. Sin embargo, a la fecha hacen falta el desarrollo aun de metodologías complementarias, herramientas SIG adicionales y software especializado, para el desarrollo especifico de la labor de diseño redes de distribución de agua potable. Por esta razón, se recomienda en la actualidad hacer uso de una combinación entre metodologías tradicionales y metodologías SIG, dado a que, por ejemplo, el estudio del comportamiento de la red hidráulica solo puede ser evaluada en el momento por las primeras, mientras que otras labores como la definición de los trazados óptimos pueden ser desarrollados con las segundas, respectivamente. De ser implementadas dichas mejoras, a futuro podría llegar a considerarse el desarrollo automatizado de redes de distribución de agua potable mediante el uso de estas herramientas, tal como lo sugieren Sitzenfrei, R, Moderl, M y Rauch W en su publicación.

De igual manera, es posible concluir que la implementación de herramientas SIG en los procesos de diseño de redes de distribución de servicios públicos, permite optimizar significativamente el

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proceso de definición de trazados de las redes, motivo por el cual, se reducen las longitudes de red o tuberías requeridas para la prestación de un servicio en promedio un 11,45% en comparación con los trazados actuales obtenidos mediante la implementación de metodologías de diseño tradicional y pudo ser verificada esta información, a través de la implementación de un caso control. Tal optimización, permite ver directamente una reducción en los costos constructivos, por lo cual, se puede hacer un mejor aprovechamiento de los recursos financieros con los que se disponen para estos sectores y liberar recursos para el desarrollo de infraestructura complementaria, que permita por ejemplo, la atención y prestación del servicio de agua potable no solo a los cascos urbanos, sino también a las comunidades veredales, zonas donde se suele encontrar las comunidades con mayores necesidades y mas vulnerables, en el caso del contexto colombiano.

De igual manera, es importante resaltar a este punto que la calidad de los diseños obtenidos depende directamente de la calidad de la información georreferenciada con la que se cuente. Entre mayor sea la disponibilidad de información georreferenciada mejor puede ser el nivel detalle de los diseños obtenidos y mayor la cantidad de restricciones que se puedan considerar. La actual base de datos SIG del departamento de Antioquia es apenas más que suficiente para la correcta implementación de la metodología propuesta, pero pudiesen ser mejores los resultados, por ejemplo, si las celdas que contienen la información del perfil de elevaciones fueran de un tamaño más pequeño. En caso de no contar con una base de datos SIG suficientes, se recomienda descartar esta metodología dado a que el desarrollo y construcción de esta requiere de importantes inversiones económicas, equipos especializados y capital humano que pudiesen retrasar o requerir mayor tiempo para el desarrollo de los diseños.

Por último, en cuanto a la implementación de redes regionales como modelo de distribución del servicio de agua potable, se ve una potencial capacidad de implementación en aquellas regiones que presentan una alta concentración poblacional, dado a que las inversiones requeridas pueden ser solventadas por la alta demanda del servicio y a que se garantiza una cobertura cercaba al 100% en el acceso a este recurso. Sin embargo, en casos donde se presentan concentraciones poblacionales muy pequeñas, se sugiere implementar otros mecanismos de distribución que puedan hacer un mejor aprovechamiento de los recursos financieros con los que se dispone, para garantizar de esta manera el acceso a agua potable a aquellas comunidades mas distantes. Aunque en el presente estudio, no se desarrolló esta posibilidad de implementar en algunas regiones modelos de distribución regional y en otros a distribución a escala local y, se consideró solo la posibilidad de implementar redes regionales, se pudo observar que este modelo de distribución involucra inversiones menores a las ya realizadas a la fecha, y que no consideran la distribución del recurso a gran escala sino de manera local. Por otro lado, una de las principales desventajas identificadas de este modelo es que idealiza la distribución del recurso hasta un punto de conexión con una red local por cuestiones de simplificación del modelo y no considera la distribución a nivel local del recurso de agua potable en los predios que conforman el municipio atendido. De igual manera, fue posible observar y analizar que existe una dependencia del modelo de distribución regional sobre las condiciones geográficas y demográficas de la zona en estudio, pues no todas las características topográficas ni hidrográficas se prestan para la implementación de estos modelos de cobertura a gran escala y pueden ser obsoletos en dichos casos.

Finalmente, se logro el objetivo de desarrollar y comprobar una nueva metodología de distribución que permitiese garantizar el acceso a agua potable a 100% de la población ubicada en cascos urbanos y que puede ser modificada o rediseñada potencialmente para permitir la conexión de sistemas de distribución complementarios, como acueductos veredales que puedan brindar acceso a las comunidades mas vulnerables y sin acceso a este recurso, ubicadas usualmente en espacios rurales, donde también la cobertura no es la mas optima hoy en día y con quienes realmente hay una deuda hoy en la prestación de los servicios públicos indispensables. De igual manera, existe un alto potencial en implementar esta metodología de distribución u oferta en otros servicios públicos indispensables y sobre los cuales actualmente han sido identificados déficits en la prestación de estos como, por ejemplo, el desarrollo de redes regionales de saneamiento y tratamiento de agua residual o bien, de servicios que involucren infraestructura distinta como, por ejemplo, el de energía.

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Anexos

Se presenta a continuación resultados intermedios del desarrollo de la metodología para la subregión de Urabá norte.

1. Determinación del punto de captación y análisis hidrológico de la cuenca

• Anexo 1: Trazado de Polígonos centralizados antes de ajuste por método poblacional.

Anexo 1. Determinación de punto de captación mediante método de peso poblacional. (Trazado de

Polígonos entre puntos de interes) – Caso de estudio : Región Urabá Norte.

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• Anexo 2: Trazado de Polígonos centralizados tras ajuste por método poblacional.

Anexo 2. Determinación de punto de captación mediante método de peso poblacional.

(Determinación de punto de captación optimo) – Caso de estudio : Región Urabá Norte.

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• Anexo 3: Análisis hidrológico de la cuenca en estudio – subregión del Urabá Norte

Anexo 3. Análisis de cuerpos de agua presentes en caso de estudio: Región Urabá Norte.

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2. Diseño de la red de distribución regional:

• Anexo 3: Análisis hidrológico de la cuenca en estudio – subregión del Urabá Norte

Anexo 4. Red de distribución regional obtenida para caso de estudio: Región Urabá Norte.

(Nota: Se Resalta Punto de captación de la red en zona inferior del mapa)

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Adicionalmente, alguna de las consideraciones ingenieriles que debió realizarse durante la fase de diseño corresponden a :

Anexo 5. Consideracion de bordeamiento dentro y conexión única dentro del proceso de diseño.

Dado a que por condiciones geográficas no era posible realizar un trayecto lineal, fue necesario dentro del diseño considerar el bordeamiento del municipio de Necoclí para evitar la zona de alta montaña correspondiente al cerro la maría. Tal proceso, involucro aumentar la extensión del trazado considerablemente al tener que bordear este limite geográfico.

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3. Comprobación del comportamiento hidráulico de la red de distribución

regional

• Anexo 3: Implementación EPANET

Anexo 6. Diagrama Epanet de comprobación hidráulica de red de distribución de agua elaborada en

software ArcGIS.

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• Resultados obtenidos tras modelación :

Tabla 7. Datos de Referencia

Tabla 8. Resultados Nudos

Tabla 9. Resultados Segmentos