EVALUACIÓN DE AMENAZA POR INUNDACIÓN EN … · 2018-06-22 · 2 Facultad de Ingeniería...

EVALUACIÓN DE AMENAZA POR INUNDACIÓN EN EL SECTOR BETANIA DEL

MUNICIPIO DE GACHANCIPÁ, PERTENECIENTE A LA CUENCA ALTA DEL RÍO

BOGOTÁ

NÉSTOR JAVIER CÁRDENAS CASAS

JORGE ENRIQUE MUÑOZ BARRAGÁN

EDISON CAMILO RIAÑO RINCÓN

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS

BOGOTÁ – 2017

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Facultad de Ingeniería

Ingeniería Civil

Proyecto de Grado

23 de junio de 2017

Evaluación de amenaza por inundación en el sector Betania del Municipio de

Gachancipá, perteneciente a la Cuenca Alta del Rio Bogotá

Javier Cárdenas _500339; Jorge Muñoz_500348;

Camilo Riaño_500343

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EVALUACIÓN DE AMENAZA POR INUNDACIÓN EN EL SECTOR BETANIA DEL

MUNICIPIO DE GACHANCIPÁ, PERTENECIENTE A LA CUENCA ALTA DEL RÍO

BOGOTÁ

NÉSTOR JAVIER CÁRDENAS CASAS

JORGE ENRIQUE MUÑOZ BARRAGÁN

EDISON CAMILO RIAÑO RINCÓN

Trabajo de grado para optar al título de Especialista en Recursos Hídricos

Asesor

CARLOS DANIEL MONTES RODRÍGUEZ

Magíster en Ingeniería Civil.

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS

BOGOTÁ – 2017

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PAGINA DE ACEPTACIÓN

Nota de aceptación

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Firma del presidente del jurado

______________________________________

Firma del jurado

16 de Junio 2017

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN 8

INTRODUCCIÓN 10

1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO 11

1.1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 11

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 11

1.3. JUSTIFICACIÓN 12

1.4. OBJETIVOS 13

2. MARCO DE REFERENCIA 14

2.1. MARCO GEOGRÁFICO 14

2.2. MARCO CONCEPTUAL 20

3. DESARROLLO METODOLÓGICO 41

3.1. ESTUDIO HIDROLÓGICO 41

3.2. MODELACIÓN 52

4. RESULTADOS 64

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS 66

6. CONCLUSIONES 74

7. BIBLIOGRAFÍA 75

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1. Ubicación Geográfica. 14

Figura 2-2. Cuenca Alta del Río Bogotá. 17

Figura 2-3. Cuenca media del río Bogotá. 18

Figura 2-4. Cuenca baja del río Bogotá. 19

Figura 2-5. Localización de la zona de estudio. 20

Figura 3-1. Localización área de estudio y estaciones de referencia. 41

Figura 3-2. Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia – Estación El Colombiano 48

Figura 3-3. Delimitación de la cuenca. 49

Figura 3-4. Digitalización curvas de nivel del terreno. 53

Figura 3-5. Modelo tridimiensional del terreno. 53

Figura 3-6. Barrido de superficie. 54

Figura 3-7. Modelo digital 3D del terreno. 54

Figura 3-8. Definición límites laterales. 55

Figura 3-9. Ingreso de valor de caudales a la plataforma. 56

Figura 3-10. Ingreso valor de pendiente del tramo. 56

Figura 3-11. Zona de inundación Km 3 + 360. 61





Figura 4-1. Áreas de inundación para Tr = 100 años. 64

Figura 4-2. Áreas de inundación en planta Real. 64

Figura 4-3. Vista tridimensional del sector de inundación. 65

Figura 5-1. Alternativa de solución 1. 67




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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2-1. Clasificación de las cuencas. 22

Tabla 2-2. Densidad de drenaje. 23

Tabla 2-3. Factor de forma. 23

Tabla 2-4. Coeficiente de compacidad. 24

Tabla 2-5. Índice de alargamiento. 24

Tabla 2-6. Factor de rugosidad. 28

Tabla 2-7. Número de curva. 31

Tabla 2-8. Relación t/tp y q/qp 35

Tabla 2-9. Coeficiente de Manning. 38

Tabla 3-1. Estaciones de monitoreo ambiental de referencia. 42

Tabla 3-2. Factores de lluvia en 24 horas. 44

Tabla 3-3. Resultados Precipitación (mm) máxima 24 horas multianual. 44

Tabla 3-4. Cálculo de Intensidades máximas 24 horas (mm/h). 45

Tabla 3-5. Resultados función de distribución de probabilidad Gumbel. 46

Tabla 3-6. Relaciones Intensidad-Duración-Frecuencia. 47

Tabla 3-7. Resumen de parámetros. 47

Tabla 3-8. Resumen de características de la cuenca. 50

Tabla 3-9.Tiempos de concentración calculados. 50

Tabla 3-10. Precipitaciones máximas horarias. 51

Tabla 3-11. Precipitación efectiva. 52

Tabla 3-12. Caudales máximos esperados a periodos de retorno. 52

Tabla 3-13. Definición de bordes libres por tramo. 57

Tabla 3-14. Bordes libres definidos. 59

Tabla 5-1. Modelación de alternativas de solución. 68

Tabla 5-2. Altura mínima del Jarillón para Tr = 100 años. 69

Tabla 5-3. Altura mínima del Jarillón para Tr = 50 años. 71

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RESUMEN

En las zonas aledañas al Río Bogotá se tienen registros de crecientes,

principalmente sobre los municipios de Chía, Sopó, Gachancipá, y Nemocón,

correspondientes a la sabana de Bogotá. Dichos registros se ven reflejados

principalmente en eventos de inundación, los cuales afectan directamente a las

regiones y poblaciones más cercanas al río.

Dado lo anterior se realiza el análisis del riesgo por inundación a la que está

propensa la cuenca del Río Bogotá; Se estudia un tramo de río de 3.46 km en la

zona de Betania, perteneciente al Municipio de Gachancipá, ubicado en la cuenca

alta del Río Bogotá.

Para este análisis se adquiere la información del sitio antes mencionado,

apoyándose del Instituto de Hidrología, Meteorología y Asuntos Ambientales,

IDEAM y el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, IGAC, de esta manera se

obtuvo la planimetría del río en el lugar de estudio, datos de caudal que genera la

estación ubicada en el río cerca al lugar evaluado y por último se obtienen

registros máximos de intensidad de lluvia.

Luego de agrupar y organizar la información se procede a realizar el estudio

hidrológico de la zona, el cual consiste en obtener los caudales máximos

esperados a distintos periodos de retorno, siendo esta la variable de entrada más

importante dentro de la modelación. Este proceso se desarrolla en torno a la

evaluación de un modelo lluvia-escorrentía, siendo en este caso el Método del

Hidrograma Unitario S.C.S. el seleccionado, este requiere un análisis descriptivo

de la cuenca hidrográfica estudiada, para determinar su interacción y respuesta

frente a la interceptación de las precipitaciones, también debidamente analizadas.

Los resultados finales de este proceso se reflejan en los caudales transportados,

en el periodo analizado.

Luego de realizar el estudio se procede a efectuar la modelación del rio en el

tramo evaluado; se inicia digitalizando el plano suministrado por el IGAC en dos

dimensiones, luego de esto, la información es puesta en Autocad 3D Civil para

crear una superficie en 3D; ya con la superficie generada, se crea un eje de

alineamiento con respecto al río y de la longitud requerida, estableciendo

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estaciones a intervalos definidos (en este caso cada 20 metros), acto seguido se

establece la longitud a lado y lado de cada una de las estaciones, buscando que

las mismas no se corten; Una vez terminado este paso, se procede a dibujar el

borde de río, con poli líneas y en contra del sentido de flujo de río; Para finalizar

este primer paso de la modelación se exporta toda la superficie generada en

Autocad 3D Civil al programa HEC-RAS 4.1.

Con la topobatimetría levantada en el tramo de intervención y anteriormente

descrita, se determinan las secciones transversales actuales cada 20 metros en

una longitud de 3.46 km; Con dichas secciones se crea un modelo hidráulico del

río en HEC-RAS 4.1. Con la topobatimetria incorporada al modelo se eligieron las

secciones más determinantes y representativas del tramo de estudio.

Luego se ingresan los caudales obtenidos del estudio hidrológico al programa

HEC RAS; igualmente se proporciona a dicho programa los datos de condiciones

de contorno para obtener la pendiente media del tramo estudiado; por último se

procede a correr el modelo considerando un flujo permanente ya que se simula un

evento puntual de creciente en el rio bajo condiciones de flujo subcrítico. Luego

del anterior procedimiento el programa muestra las zonas inundables a lo largo

del tramo de río evaluado, proporcionando vistas de perfil, de planta y en tres

dimensiones, con lo cual se tiene un mejor entendimiento de los resultados.

Al analizar los datos obtenidos en la modelación de la sección del río objeto de

estudio se concluye la alta potencialidad de inundación en la zona. Con el fin de

generar una sugerencia que disminuyera la probabilidad de inundación, se realiza

una simulación de dragado del río, con lo cual se busca bajar los niveles del

mismo; sin embargo, los resultados arrojan una disminución mínima de dichos

niveles que no garantiza la disminución de la amenaza de inundación; Dado lo

anterior se sugiere la construcción de gaviones en los puntos más propensos de

inundación con el fin de aumentar el borde libre del Rio, mitigando el riesgo de

inundación en la zona evaluada.

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INTRODUCCIÓN

El objetivo de esta evaluación está enfocado en el análisis del riesgo por

inundación al que está propenso la cuenca alta del Río Bogotá, en el Sector de

Betania, municipio de Gachancipá.

Uno de los principales propósitos de la hidrología es la evaluación de la

interacción del recurso hídrico, las obras civiles y el entorno del hábitat humano.

Ya que en esta interacción, se encuentran latentes ciertas amenazas,

generalmente por inundación, fenómeno mediante el cual el agua precipitada no

puede ser drenada siguiendo el curso natural del agua demarcado por la histórica

interceptación del agua por el terreno. En estos estudios son evaluados dos

principales aspectos del ciclo hidrológico, la precipitación y la escorrentía.

Este proyecto tiene por objeto realizar los análisis y estudios requeridos para la

evaluación de la amenaza por inundación en el sector Betania localizado en el

municipio de Gachancipá, dada la histórica ocurrencia y reporte de problemáticas

de inundación en el sector delimitado. Dentro de estos análisis y estudios se

pueden destacar, como aspectos principales, en primer lugar el desarrollo de un

detallado estudio hidrológico del sector mediante el cual se obtengan modelos

probabilísticos para la estimación de intensidades máximas de precipitación; a

partir de lo cual se puede adelantar el segundo proceso fundamental dentro de

este proyecto, el cual busca la determinación de los caudales máximos de

escorrentía esperados a distintos periodos de retorno; esto se logra

correlacionando los resultados del análisis hidrológico con la caracterización

geomorfológica de la cuenca, ya que el comportamiento del agua precipitada

depende principalmente, del medio con cual discurra. Finalmente, todo lo anterior

es alimento para un modelo computacional, el cual detalla las áreas de inundación

y alturas de la lámina de agua esperadas, tras la ocurrencia de un evento de

inundación en el sector analizado y su probabilidad de ocurrencia determinada por

los periodos de retorno seleccionados para la estimación de caudales máximos y

la realización del estudio en general.

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1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO

1.1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

Gestión y Tecnologías para la Sustentabilidad de las Comunidades.

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1. Problema a Resolver

Formular evaluación de amenaza por inundación, del Río Bogotá en el sector de

Betania del municipio de Gachancipá.

1.2.2. Antecedentes del Problema a Resolver

Las zonas aledañas a la ronda del Río Bogotá, principalmente, las

correspondientes al sector de la sabana de Bogotá, han sufrido afectación de

moderada a severa frente a la ocurrencia de fenómenos de precipitación extremos

y las consecuentes inundaciones derivadas de estas. Esta problemática es el

resultado del conjugado de un río con un cause extenso, con transporte de altos

caudales de agua, alimentados por descargas de aguas residuales industriales y

una extensa cuenca, con un sector con pendientes demasiado atenuadas, lo cual

tiende a facilitar el desbordamiento del mismo y por consiguiente la inundación de

los sectores aledaños.

Por este motivo, el Río Bogotá, ha sido uno de los más estudiados en el país,

contando con una amplia instrumentación y una gran variedad de estudios. Así

mismo, pueden enumerarse distintas obras de protección del cauce que han sido

desarrollados sobre la ronda de este río con el fin de mitigar esta problemática con

numerosos antecedentes. Dentro de los municipios más afectados pueden

identificarse Chía, Gachancipá, Sopó y Nemocón entre otros. Por este motivo,

Gachancipá será utilizado como base de estudio, al ser unos de los sectores más

críticos y con un mayor impacto frente a la presencia de esta problemática.

Igualmente, considerando la similitud entre estos municipios y su cercanía entre sí,

los resultados de este estudio pueden ser transportados y aplicados a las demás

zonas indicadas, previa realización de los ajuste pertinentes según las cualidades

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propias del sector, logrando los mismos resultados, impactos y alcance obtenidos

mediante este proyecto.

1.2.3. Pregunta de Investigación

¿Cuál es la amenaza por inundación, del Río Bogotá en el sector de Betania del

municipio de Gachancipá?

1.3. JUSTIFICACIÓN

Se tienen antecedentes de la ocurrencia de crecientes en las zonas aledañas al

Río Bogotá, principalmente sobre los municipios de Chía, Sopó, Gachancipá, y

Nemocón, correspondientes a la sabana de Bogotá. Este se ve reflejado

principalmente en fenómenos de inundación afectando directamente a las

regiones y poblaciones más cercanas al río.

Tradicionalmente estos fenómenos han sido estudiados, desde los origines de la

hidrología, mediante la aplicación de métodos empíricos que estiman y

dimensionan la generación de caudales a través del contraste del análisis de la

topografía y la pluviometría de los sectores.

Dado lo anterior, mediante este proyecto, puede realizarse un estudio detallado,

basado en las cualidades reales del sector; como topográficas,

hidrometeorológicas, orográficas, entre otras asociadas al transporte de agua.

A partir de lo anterior, es posible determinar, cualificar y cuantificar las causas,

consecuencias y mecanismos de mitigación, con el fin de resolver, o mitigar al

menos, la problemática de inundación y consecuente afectación sobre la

población.

Finalmente, considerando la variedad de tipos de estudios que pueden ser

desarrollados, el impacto social y técnico que representan, se formula este

proyecto como una importante aplicación de los estudios de especialidad

adelantados.

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1.4. OBJETIVOS

1.4.1. OBJETIVO GENERAL

Realizar la evaluación de amenaza por inundación en el sector Betania del

municipio de Gachancipá, perteneciente a la cuenca alta del Río Bogotá.

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar estudio meteorológico del sector correspondiente a la cuenca

objeto de estudio.

Realizar estudio hidrológico con énfasis en estimación de caudales, para

distintos periodos de retorno.

Determinar mediante modelación computacional, las áreas de inundación y

alturas de lámina de agua en el sector evaluado.

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2. MARCO DE REFERENCIA

2.1. MARCO GEOGRÁFICO

2.1.1. Ubicación geográfica

La cuenca del Río Bogotá está ubicada en el centro del país y del Departamento

de Cundinamarca, sobre la cordillera Oriental. El Río Bogotá, nace en la región

nororiental de Cundinamarca, en un sitio conocido como el Páramo de

Guacheneque, de la Laguna del Valle, en el Municipio de VillaPinzón, de la

cordillera Oriental de Colombia,.3000 m.s.n.m., desde allí recorre 380 kms, hasta

el barrio la Boca en Girardot a 280 m.s.n.m, donde entrega todo su caudal al Río

Magdalena (Secretaria de Hacienda. Descripción Río Bogotá. 26-10-2016, de

Instituto de Estudios Urbanos sitio web:

https://institutodeestudiosurbanos.info/endatos/0100/0110/0112-hidro/011211.htm)

Figura 2-1. Ubicación Geográfica.

Fuente: Google Earth

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2.1.2. Formación geológica

Hace 100 millones de años La Sabana de Bogotá y sus alrededores se

encontraban bajo un mar colmado de depósitos marinos, arcillas, arenas y

areniscas. Al inicio de la época conocida como cretácica, se produjeron grandes

depósitos de sal, donde hoy quedan las salinas de Nemocón y Zipaquirá. Por ese

entonces la parte sur del continente americano se encontraba unida con África,

hasta que se produjo el desplazamiento de Sudamérica hacia el occidente,

separándose y formando de esta manera el Océano Atlántico. Al culminar el

cretácico, hace 70 millones de años, el mar se hace menos profundo y los

sedimentos de arenas depositados, dan origen a la formación Guadalupe, ósea los

Cerros Orientales de la Sabana; posteriormente se producirían los depósitos de

arcillas que dieron origen a la formación Guaduas.

La formación de Bogotá y la formación de La Regadera datan de la época del

Terciario (hace 65 millones de años). Los levantamientos que darían origen a la

cordillera Oriental iniciaron hace unos 10 millones de años y culminaron hace 3

millones de años; estos levantamientos provocaron la desconexión entre el río

Magdalena y los ríos de los Llanos Orientales ocasionando el hundimiento de la

Sabana de Bogotá, allí donde desemboca el Río Bogotá y varios de sus afluentes

generando una gran laguna cuyas aguas se desbordaron por el Salto de

Tequendama, para dar origen a la parte baja del río desde Mesitas del Colegio

hasta Girardot.

Al inicio del cuaternario, hace 2 millones de años, aparece la época de grandes

cambios climáticos provocados por los glaciales e interglaciares. La última

glaciación se inició hace 75.000 años y terminó hace 10.000 años, es decir, en el

holoceno. Desde el punto histórico precolombino, conocemos la Leyenda del

Parque de Iguaque, origen de los Muiscas, con la Leyenda de Xue y Chía y por

otra parte la Leyenda de Bochica y Bachué, leyenda muy parecida al diluvio

universal, que daría origen al río Bogotá, al Salto de Tequendama y demás ríos y

lagunas (Secretaria de Hacienda. Descripción Río Bogotá. 26-10-2016, de

Instituto de Estudios Urbanos Sitio web:


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2.1.3. Longitud

Desde su nacimiento en el municipio de Villapinzón, hasta su desembocadura en

Girardot, el Río Bogotá alcanza una longitud de 380 km., divididos en tres tramos:

Cuenca Alta 170 Km., Cuenca Media 90 Km., y Cuenca Baja 120 Km. (Secretaria

de Hacienda. Descripción Río Bogotá. 08-10-2017, de Instituto de Estudios

Urbanos Sitio web:


2.1.4. Descripción de los tramos del Rio Bogotá

A través del Acuerdo 58 de 1987 la CAR ha distinguido tres zonas que generan

tres cuencas a lo largo de la trayectoria del río Bogotá, a saber: Cuenca Alta,

Cuenca Media, y Cuenca Baja. (Ver Figura 2-2)

2.1.4.1. Cuenca Alta

Desde el nacimiento del Río Bogotá, en Villapinzón hasta Puente de la Virgen, con

una longitud del río de 170 km

En este tramo pasa por 18 Municipios: Villapinzón, Chocontá, Suesca, Sesquilé,

Gachancipá, Tocancipá, Zipaquirá, Cajicá, Sopó, Chía, Cota, Nemocón, Cogua,

Guatavita, Guasca, Tabio, y Tenjo

El caudal del río es regulado por la presencia de dos embalses: El Embalse de

Tominé y el Embalse de Sisga; tiene un caudal medio en la estación de La Virgen

de 13.5 m3/s. (Secretaria de Hacienda. Descripción de los Tramos del Río Bogotá.

26-10-2016, de Instituto de Estudios Urbanos Sitio web:


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Figura 2-2. Cuenca Alta del Río Bogotá.


2.1.4.2. Cuenca Media

Va desde Puente la Virgen, en el municipio de Cota, hasta antes del embalse del

Muña en Alicachín; con una longitud del río en el tramo 90 Km.

En este tramo el río pasa por 8 Municipios: Bogotá, Funza, Mosquera, Soacha,

Sibaté, Subachoque, El Rosal, Madrid, Bojacá, y Facatativa

Recibe las aguas residuales del sistema de drenaje urbano de Bogotá y sus áreas

periféricas; El aporte medio de aguas, principalmente de aguas residuales

domésticas, en esta cuenca es el más importante con caudales medios de 37

m3/s. (Secretaria de Hacienda. Descripción de los Tramos del Río Bogotá. 26-10-

2016, de Instituto de Estudios Urbanos Sitio web:


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Figura 2-3. Cuenca media del Río Bogotá.

Fuente: Fuente: Google Earth

2.1.4.3. Cuenca Baja

Va desde el embalse del Muña hasta la desembocadura en el Río Magdalena; con

una longitud del río en el tramo de 120 Km

En este tramo el río pasa por 14 Municipios: San Antonio del Tequendama, Tena,

La Mesa, El Colegio, Anapoima, Apulo, Tocaima, Agua de Dios, Ricaurte, Girardot,

Zipacón, Anolaima, Cahipay, y Viotá.

A la altura de la estación La Guaca, km 247, el Río Bogotá recibe la descarga de

la cadena de generación hidroeléctrica Paraíso Guaca que anteriormente había

embalsado las aguas en el Muña. La cuenca baja tiene pendientes moderadas y

mayores temperaturas que aceleran los procesos metabólicos en el río; El Río

Bogotá en su desembocadura tiene caudales del orden de los 50 m3/s, el Río

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Magdalena tiene caudales tales que generan una dilución superior a 1 a 10

cuando el Río Bogotá le vierte sus aguas. (Secretaria de Hacienda. Descripción de

los Tramos del Río Bogotá. 26-10-2016, de Instituto de Estudios Urbanos Sitio

web: https://institutodeestudiosurbanos.info/endatos/0100/0110/0112-

hidro/011211.htm)

Figura 2-4. Cuenca baja del Río Bogotá.

Fuente: Fuente: Google Earth

2.1.5. Ubicación Geográfica Zona de estudio cuenca Río Bogotá

El lugar a evaluar se encuentra en la zona alta de la cuenca del Río Bogotá, en el

sector de Betania, longitud de estudio 3.46 km, altura de 2600 metros,

coordenadas cabecera del tramo 5° 0'48.52"N - 73°52'47.17"W. Coordenadas

Salida Tramo 4°59'46.10"N - 73°52'51.02"W

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Figura 2-5. Localización de la zona de estudio.


2.2. MARCO CONCEPTUAL

A continuación se hace una descripción de la fundamentación teórica de cada uno

de los aspectos utilizados la evaluación de amenaza por inundación en el sector

Betania del municipio de Gachancipa, perteneciente a la cuenca alta del Río

Bogotá.

2.2.1. Amenaza, vulnerabilidad y riesgo.

De acuerdo al instructivo del ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial

(Ministerio del Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. (09-10-2015). Guía de

integración de la gestión del riesgo de desastres y el ordenamiento territorial

municipal. 10-10-2017, de Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de

Desastres Sitio web: http://portal.gestiondelriesgo.gov.co/Documents/Guia-

Integracion-Gestion-Riesgo-Ordenamiento-Territorioal-Octubre2015.pdf) acerca de

la Gestión de Riesgos, se define el riesgo y sus componentes como:

Riesgo: Se concibe como una condición potencial de sufrir afectación económica,

social o ambiental para una comunidad.

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Amenaza: Se considera como un componente del riesgo el cual se relaciona con

el peligro latente que representa la posible manifestación de un fenómeno de

origen natural, socio-natural o antropogénico (generado por el hombre), que puede

producir efectos dañinos a las personas, la producción, la infraestructura, los

bienes y servicios y/o el ambiente.

Vulnerabilidad: De igual manera se considera un componente del riesgo en el cual

corresponde a las condiciones físicas, económicas, sociales y políticas que

pueden afectarse o sufrir daños en caso que se presente un fenómeno peligroso

(inundación, sismo) y tener dificultades para su recuperación posterior.

2.2.2. Criterios Hidrológicos

Los criterios hidrológicos permiten determinar de antemano y basándose en la

experiencia, las metodologías adecuadas con la información disponible de la zona

de estudio.

2.2.3. Cuenca Hidrográfica

De acuerdo al manual de drenaje para carretera realizado por el Instituto Nacional

de Vías en el Capítulo 2. “Hidrología de drenaje superficial vial”, la cuenca

hidrográfica como un área limitada topográficamente, drenada por un curso de

agua o un sistema de cursos de agua, tal que todo el caudal efluente es

descargado a través de una salida simple, localizada en el punto más bajo de la

misma. . (Instituto Nacional de Vías. (2013). Manual de drenaje para carreteras.

Colombia)

Otro concepto lo brinda la Secretaria Distrital de Ambiente de la Alcaldía Mayor de

Bogotá que de acuerdo al decreto ley 2811 de 1974, indica que la cuenca

hidrográfica es el área de aguas superficiales o subterráneas, que vierten a una

red natural con uno o varios cauces naturales, de caudal continuo o intermitente,

que confluyen en un curso mayor, que a su vez, puede desembocar en un río

principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o directamente en el

mar. (Secretaria Dsitrital de Ambiente.(02-11-2016). Planes de Ordenación y

Manejo de Cuencas – POMCA. web: http://ambientebogota.gov.co/385)

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Como se observa la cuenca hidrográfica es fundamental y la base para todo el

estudio hidráulico de cualquier sector. Por este motivo a continuación se presentan

sus características más importantes.

2.2.3.1. Área de drenaje:

Probablemente la característica geomorfológica más importante para el diseño y

se define como la proyección horizontal de toda el área de drenaje de un sistema

de escorrentía. Se estima a través de la sumatoria de las áreas comprendidas

entre las curvas de nivel y los límites de la cuenca. (Jiménez, Henry. (1986).

Hidrología Básica. Universidad del Valle)

A continuación se muestra cómo se puede clasificar la cuenca de acuerdo a su

extensión.

Tabla 2-1. Clasificación de las cuencas.

Clasificación de las

cuencas Área en Km2

Unidad hidrológica < 5

Sector hidrológico 5 <= A < 20

Microcuenca 20 <= A < 100

Subcuenca 100 <= A < 300

Cuenca A > 300

Fuente: Jiménez, Henry. Hidrología Básica. Universidad del Valle. 1986.

2.2.3.2. Drenaje de la Cuenca

Se entiende como drenaje de la cuenca al que constituyen el cauce principal y sus

afluentes, la forma en que estos dos interactúen con su respectiva cuenca influye

en la respuesta ante eventos hidrológicos.

Como parámetros característicos del drenaje se encuentran los siguientes.

Orden de Drenaje: Esta característica fue desarrollada a principios de la

década de 1940 por el ingeniero hidráulico e hidrólogo americano Robert E.

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Horton, el cual indica el grado de ramificación del sistema de drenaje, en

donde los cauces iniciales son de orden uno (1), la unión de dos cauces de

nivel uno (1) forman un cauce de nivel dos (2), la unión de dos cauces de

nivel dos (2) forman un cauce de nivel tres (3) y así sucesivamente hasta la

salida de la cuenca de estudio.

Densidad de Corrientes: Es la relación entre el número de corrientes y el

área de la cuenca. Entre mayor sea la densidad de corrientes la cuenca

responde de manera más rápida a un evento hidrológico.

Densidad de Drenaje: Es la longitud total de los cauces en la cuenca sobre

el área de la misma.

Tabla 2-2. Densidad de drenaje.

Dd (km/km2) Interpretación

Cercano a 0.5 Cuenca pobremente drenada

>= 3.5 Red de drenaje eficiente


2.2.3.3. Factor de Forma (Kf)

Es la relación entre el ancho medio de la cuenca y la longitud de su cauce

principal.

Tabla 2-3. Factor de forma.

Kf (Adimensional) Interpretación

< 1.0 Cuenca Alargada

= 1 Cuenca Cuadrada

> 1.0 Cuenca Achatada


2.2.3.4. Coeficiente de Compacidad (Kc)

Es la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de área

igual a la cuenca.

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Tabla 2-4. Coeficiente de compacidad.

Kc (Adimensional) Interpretación

< 1.0 Imposible

= 1 Cuenca Circular

1 < Kc <= 1.25 Redonda – Oval Redonda

1.25 < Kc <= 1.5 Oval Redonda – Oval oblonga

1.5 < Kc <= 1.75 Oval oblonga – Rectangular oblonga


2.2.3.5. Índice de Alargamiento (Ia)

Es la relación entre la longitud máxima de la cuenca con su ancho máximo medido

perpendicularmente a la longitud.

Tabla 2-5. Índice de alargamiento.

Ia (Adimensional) Interpretación

< 1.0 Cuenca Achatada

= 1 Cuenca cuadrada o circular

> 1.0 Cuenca Alargada


2.2.3.6. Pendiente de la cuenca (Sc)

El método más utilizado es el determinado por Robert E. Horton en el cual se traza

una malla cuadrada sobre el área de la cuenca en el sentido del cauce principal,

se traza una línea recta entre el nacimiento y la salida del cauce, posteriormente

se mide la longitud de la cuenca en cada línea de la malla y se cuentan las

intersecciones de las curvas de nivel con cada línea de la malla. Las sumatorias

de las longitudes y de las intersecciones se introducen en las siguientes formulas:

𝑆𝑥 =100 ∗ 𝐷 ∗ 𝑁𝑥

∑𝐿𝑥

𝑆𝑦 =100 ∗ 𝐷 ∗ 𝑁𝑦

∑𝐿𝑦

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𝑆 =𝑆𝑥 + 𝑆𝑦

2

Donde;

S: Pendiente media de la cuenca (en porcentaje).

Sx y Sy: Pendiente en las direcciones “x” y “y” (en porcentaje).

D: Separación vertical entre curvas de nivel.

Nx: Número de cortes entre las paralelas al eje “x” y las curvas de nivel.

Ny: Número de cortes entre las paralelas al eje “y” y las curvas de nivel.

Lx: Longitud de las paralelas al eje “x” dentro de la cuenca.

Ly: Longitud de las paralelas al eje “y” dentro de la cuenca.

2.2.3.7. Tiempo de Concentración (Tc)

De acuerdo al manual de drenaje para carretera realizado por el Instituto Nacional

de Vías, se define el tiempo de concentración como el tiempo que toma el agua

desde los límites más extremos de la cuenca hasta llegar a la salida. (Instituto

Nacional de Vías. (2013). Manual de drenaje para carreteras. Colombia)

En general, el tiempo de concentración se calcula por medio de ecuaciones

empíricas, dentro de las cuales se cuentan las siguientes:

Ecuación de Kirpich:

𝑇𝑐 = 0,06628 ∗ (𝐿

𝑆0.5)

0.77

Donde;

Tc= Tiempo de Concentración en horas (h)

L= Longitud del cauce principal en kilómetros (Km)

S= Pendiente entre las elevaciones máxima y mínima (pendiente total)

del cauce principal, en metros por metro (m/m).

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Ecuación de Temez:

𝑇𝑐 = 0,30 ∗ (𝐿

𝑆0.25)

0.76

Donde;



S= Pendiente total del cauce principal, en porcentaje (%).

Ecuación de Williams:

𝑇𝑐 = 0,683 ∗ (𝐿 ∗ 𝐴0.40

𝐷 ∗ 𝑆0.25)

Donde;



A= Área de la cuenca en kilómetros cuadrados (Km2)

D= Diámetro de una cuenca circular con área “A” en kilómetros (Km)


Ecuación de Jhonstone y Cross:

𝑇𝑐 = 2.6 ∗ (𝐿

𝑆0.5)

0.5

Donde;



S= Pendiente total del cauce principal, en metros por Kilometro (m/Km).

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Ecuación de Giandotti

𝑇𝑐 =4 ∗ 𝐴0.5 + 1.5 ∗ 𝐿

25.3 ∗ (𝐿 ∗ 𝑆)0.5

Donde;


A= Área de la cuenca en Kilómetros cuadrados (Km2)


S= Pendiente del cauce principal, en metros por metro (m/m).

Ecuación de SCS-Ranser

𝑇𝑐 = 0.947 ∗ (𝐿3

𝐻)

0.385

Donde;



S= Diferencia de cotas entre puntos extremos de la corriente principal en

metros (m)

Ecuación de Ventura - Heras

𝑇𝑐 = 0.30 ∗ (𝐿

𝑆0.25)

0.75

Donde;




Ecuación de V.T. Chow

𝑇𝑐 = 0.273 ∗ (𝐿

𝑆0.5)

0.64

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Donde;




Ecuación del cuerpo de ingenieros del ejército de los Estados Unidos

𝑇𝑐 = 0.28 ∗ (𝐿

𝑆0.25)

0.76

Donde;




Ecuación de Hathaway

𝑇𝑐 =36.36 ∗ (𝐿 ∗ 𝑛)0.467

𝑆0.234

Donde;




n= Factor de rugosidad adimensional

Tabla 2-6. Factor de rugosidad.

TIPO DE SUPERFICIE n

Uniforme con suelo impermeable. 0.02

Uniforme con suelo desnudo suelto. 0.1

Suelo pobre en hierba, con cosecha en hileras o

moderadamente rugoso y desnudo. 0.2

Pastos. 0.4

Bosques maderables desarrollados. 0.6

Bosques maderables de coníferas, o bosques 0.8

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TIPO DE SUPERFICIE n

maderables desarrollados con una capa profunda de

humus vegetal o pastos.


Ecuación de Izzard

𝑇𝑐 =134.5964 ∗ (0.0007 ∗ 𝑖 + 𝐶) ∗ 𝐿0.33

𝑆0.333 ∗ 𝑖0.667

Donde;

Tc= Tiempo de Concentración en minutos (min)

I= Intensidad de la lluvia en milímetros por hora (mm/h)

C= Coeficiente de retardo, adimensional igual a 0.0070 para lisos,

o.012 para pavimentos rugosos o de concreto y 0.06 para

superficies densas de pastos.

L= Longitud del cauce principal en metros (m)

S= Pendiente total del cauce principal, en metros por metro (m/m).

Ecuación de Federal Aviation Administration

𝑇𝑐 =3.261 ∗ (1.1 − 𝐶) ∗ 𝐿0.50

𝑆0.333

Donde;

Tc= Tiempo de Concentración en minutos (min)

C= Coeficiente de escorrentía del método racional, adimensional.

L= Longitud del cauce principal en metros (m)

S= Pendiente del cauce principal, en porcentaje (%).

2.2.4. Modelo Lluvia – Escorrentía

Uno de los objetivos de la hidrología superficial es calcular la escorrentía que se

genera cuando se produce una precipitación determinada sobre la cuenca.

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2.2.4.1. Precipitación

Se denomina precipitación al agua que proviene de la humedad atmosférica y cae

a la superficie terrestre. La precipitación es uno de los procesos meteorológicos

más importantes para la hidrología y junto a la evaporación constituyen la forma

mediante la cual la atmósfera interactúa con el agua superficial en el ciclo

hidrológico del agua. (Jiménez, Henry. (1986). Hidrología Básica. Universidad del

Valle)

2.2.4.2. Escorrentía

Es el agua que viene de la precipitación que circula sobre o bajo la superficie

terrestre y que llega a una corriente para luego ser drenada hasta la salida de la

cuenca. (Jiménez, Henry. (1986). Hidrología Básica. Universidad del Valle)

2.2.4.3. Intensidad de la Lluvia

La intensidad de la lluvia máxima se puede calcular con base en las curvas

Intensidad -Duración - Frecuencia (IDF) disponibles de estaciones ubicadas en la

zona de estudio. La hipótesis para la estimación de las lluvias máximas supone

que la duración de la precipitación máxima es equivalente al tiempo de

concentración de la cuenca, con un valor mínimo de 5 minutos, siendo además

función del período de retorno. (Vélez, Jorge y Botero, Blanca. 2012. Manual de

hidrología para obras viales basado en el uso de sistemas de información

geográfica ).

2.2.4.4. Calculo de Caudales Máximos

Para la determinación de caudales máximos existen diversas metodologías, en las

cuales se emplean registros hidrométricos históricos o parten de la información de

precipitaciones para la obtención de caudales máximos; estos métodos son

denominados lluvia-escorrentía.

Para la estimación de los caudales máximos para los diferentes períodos de

retorno se emplearon diversas metodologías las cuales se describen a

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continuación (Segura y Reyes, 1992; Chow et al., 1994; Suárez, 2001; Linsley et

al., 1990; Viessman y Lewis, 2003).

Coeficiente de escorrentía (C): Es la relación entre el volumen de la

escorrentía superficial total, y el volumen de agua precipitado para un

mismo período de tiempo

El parámetro C es estimado por muchos autores mediante tablas que

dependen del tipo y usos del suelo, asignando un valor de C a cada unidad.

Obtención del número de curva CN: El número de curva es uno de los

parámetros requeridos para realizar modelación hidrológica de cuencas

tendiente a estimar los caudales máximos por la metodología del Servicio

de Conservación de Suelos de los Estados Unidos de América (SCS)

(Chow et al., 1994).

Como se puede observar en la siguiente tabla, las variables que intervienen

en el cálculo del número de curva de una zona en estudio son la pendiente

del terreno en porcentaje, el grupo del suelo según SCS, la humedad

antecedente y el tipo de uso y cobertura del suelo.

Tabla 2-7. Número de curva.

Tipo de vegetación Tratamiento Condición

Hidrológica

Tipo de suelo

A B C D

Barbecho

Desnudo - 77 86 91 94

CR Pobre 76 85 90 93

CR Buena 74 83 88 90

Cultivos alineados

R Pobre 72 81 88 91

R Buena 67 78 85 89

R + CR Pobre 71 80 87 90

R + CR Buena 64 75 82 85

C Pobre 70 79 84 88

C Buena 65 75 82 86

C + CR Pobre 69 78 83 87

C + CR Buena 64 74 81 85

C + T Pobre 66 74 80 82

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Hidrológica

Tipo de suelo

A B C D

C + T Buena 62 71 78 81

C + T + CR Pobre 65 73 79 81

C + T + CR Buena 61 70 77 80

Cultivos no

alineados, o con

surcos pequeños o

mal definidos

R Pobre 65 76 84 88

R Buena 63 75 83 87

R + CR Pobre 64 75 83 86

R + CR Buena 60 72 80 84

C Pobre 63 74 82 85

C Buena 61 73 81 84

C + CR Pobre 62 73 81 84

C + CR Buena 60 72 80 83

C + T Pobre 61 72 79 82

C + T Buena 59 70 78 81

C + T + CR Pobre 60 71 78 81

C + T + CR Buena 58 69 77 80

Cultivos densos de

leguminosas o

prados en

alternancia

R Pobre 66 77 85 89

R Buena 58 72 81 85

C Pobre 64 75 83 85

C Buena 55 69 78 83

C + T Pobre 63 73 80 83

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Hidrológica

Tipo de suelo

A B C D

C + T Buena 51 67 76 80

Pastizales o pastos

naturales

- Pobres 68 79 86 89

- Regulares 49 69 79 84

- Buenas 39 61 74 80

Pastizales

C Pobres 47 67 81 88

C Regulares 25 59 75 83

C Buenas 6 35 70 79

Prados

permanentes - - 30 58 71 78

Matorral-herbazal,

siendo el - Pobres 48 67 77 83

matorral

preponderante - Regulares 35 56 70 77

- Buenas ≤30 48 65 73

Combinación de

arbolado y - Pobres 57 73 82 86

herbazal, cultivos

agrícolas leñosos - Regulares 43 65 76 82

- Buenas 32 58 72 79

Montes con pastos - Pobres 45 66 77 83

(aprovechamientos

silvo pastorales) - Regulares 36 60 73 79

- Buenas 25 55 70 77

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Hidrológica

Tipo de suelo

A B C D

Bosques

- I Muy pobre 56 75 86 91

- II Pobre 46 68 78 84

- III Regular 36 60 70 76

- IV Buena 26 52 63 69

- V Muy buena 15 44 54 61

Caseríos - - 59 74 82 86

Caminos en tierra - - 72 82 87 89

Caminos con firme - - 74 84 90 92

Fuente: Diez Hernández, J. M. (2012). Módulo 4 Generación de hidrogramas. Valladolid, España.

Hidrograma Unitario Triangular: Hidrograma de escurrimiento directo que se

produce por una lluvia efectiva o en exceso de lámina unitaria duración “de”

y repartida uniformemente en la cuenca” (Aparicio, 2010).

Conociendo el hidrograma unitario de una cuenca es posible calcular el

hidrograma producido por cualquier precipitación suponiendo linealidad en

la relación lluvia-escorrentía.

Hidrograma Unitario de Clark: Se trata de un método de Hidrograma unitario

sintético utilizado cuando no se dispone de información o con información

escasa.

Los parámetros que utiliza el modelo Hidrograma unitario de Clark son el

tiempo de concentración de la cuenca Tc y el coeficiente de

almacenamiento R, el cual según USDA & NRCS (2010) puede ser

estimado mediante la expresión:

𝑅 = 0.7 ∗ 𝑇𝑐

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Hidrograma Adimensional del S.C.S: El hidrograma unitario sintético de

forma triangular es el más utilizado, sin embargo en ocasiones la extensión

de la curva de recesión es determinante para ciertos productos por lo cual

se usa el hidrograma curvilíneo adimensional

Este hidrograma expresa la relación entre caudal con caudal pico (Q/Qp) y la

relación de tiempo con tiempo de escorrentía del pico (t/tp).

Para la obtención de estas expresiones se utilizan las siguientes ecuaciones

𝑑𝑒 = 2 ∗ √𝑇𝑐

𝑇𝑟 = 0.6 ∗ 𝑇𝑐

Donde;

De= Duración Efectiva (Hr)

Tr= Tiempo de Rezago (Hr)

Tc= Tiempo de concentración (Hr)

𝑇𝑝 = 0.5 ∗ 𝑑𝑒 + 𝑇𝑟

𝑇𝑏 = 2.67 ∗ 𝑇𝑝

𝑞𝑝 =0.208 ∗ 𝐴

𝑇𝑝

Donde;

qp= Caudal Pico para el hidrograma unitario (m3/s/mm)

Tp= Tiempo al pico (Hr)

Tb= Tiempo base (Hr)

A= Área de la cuenca (Km2)

Tc= Tiempo de concentración (Hr)

Tabla 2-8. Relación t/tp y q/qp

t/tp q/qp t/tp q/qp

0 0,000 1,7 0,460

0,1 0,030 1,8 0,390

0,2 0,100 1,9 0,330

0,3 0,190 2 0,280

0,4 0,310 2,2 0,207

0,5 0,470 2,4 0,147

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0,6 0,660 2,6 0,107

0,7 0,820 2,8 0,077

0,8 0,930 3 0,055

0,9 0,990 3,2 0,040

1 1,000 3,4 0,029

1,1 0,990 3,6 0,021

1,2 0,930 3,8 0,015

1,3 0,860 4 0,011

1,4 0,780 4,5 0,005

1,5 0,680 5 0,000 Fuente: Diez Hernández, J. M. (2012). Módulo 4 Generación de hidrogramas. Valladolid, España.

2.2.5. Modelación Hidráulica

Para la determinación de un apropiado modelo como primera medida se debe

conocer cuál es el objetivo de la modelación y la información de entrada que se

requiere.

En la actualidad existen diversos modelos con los cuales se puede estudiar el

comportamiento de cauces fluviales mediante aproximaciones unidimensionales,

aunque existen modelos bidimensionales y tridimensionales, se describirá el

modelo comercial más utilizado por su variabilidad y sencillez como es el modelo

HEC-RAS del Hydraulic Engineering Center (HEC) del U.S. Army Corps of

Engineers.

2.2.5.1. Modelo Hec-Ras

El Hydrologic Engineering Centers River Analysis System (HEC - RAS) es un

modelo de dominio público desarrollado del Centro de Ingeniería Hidrológica

(Hydrologic Engineering Center) del cuerpo de ingenieros de la armada de los

EE.UU. El modelo unidimensional en energías permite el cálculo en dominios

con escalas muy grandes, de modo que la simulación del río se realiza con una

velocidad de cálculo enorme (orden de segundos). Por tanto, la capacidad de

Repetición y corrección de un cálculo es muy alta. El uso de la ecuación de la

energía para el balance entre secciones, dada la incertidumbre existente en la

estimación de las pérdidas de carga (resistencia al lujo), es un método bastante

aproximado en problemas de gran escala (fluviales). La simplificación del flujo

turbulento tridimensional a un flujo unidimensional es relativamente aceptable

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para grandes escalas (ríos y barrancos) con precisiones poco exigentes. Esta

herramienta permite el análisis con secciones naturales no regulares (secciones

fluviales: cauce principal y llanuras de inundación). Es una gran ventaja sobre otro

tipo de modelos hidráulicos existentes (y mucho más rígidos). (Agrimensores

Cordoba. (2006). Manual HEC RAS. 11-10-2016, Sitio web:

http://agrimensorescordoba.org.ar/documentos/manual-hec-ras-2.pdf )

La aplicación del modelo Hec-Ras, constituye los siguientes pasos

fundamentales:

1. Crear por medio de herramientas de SIG como ArcGIS - ArcView y la

extensión HEC-GeoRAS, los Modelos Digitales de Elevación – DEM con un

archivo de importación para HEC-RAS, que contenga información

geométrica de las secciones transversales, del cauce y las llanuras de

inundación del sistema hídrico.

2. Aplicar la modelización del flujo permanente con el modelo HEC-RAS 4.1.0,

el cual genera un archivo de exportación para ArcGIS - ArcView

Parámetros requeridos en la modelación

Geometría: A partir de la topografía se realizara la modelacion del cauce en las

condiciones actuales.

Coeficiente de Manning: El coeficiente de rugosidad es un parámetro primordial en

el cálculo hidráulico en lámina libre. No en vano tiene una influencia directa en la

velocidad de circulación del fluido. A mayor rugosidad, menor velocidad y

viceversa.

Y si influye en la velocidad, influye en el cálculo hidráulico en global, ya que la

velocidad está presente en la determinación del número de Froude y en el trinomio

de Bernoulli para hacer el balance de energías. (Oliveras, Jordi. (2016).

Modelacion de Cauces. 10-10-2016, Sitio web: http://www.hidrojing.com/servicios-

de-consultoria/modelizacion-de-cauces)

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El coeficiente de rugosidad de Manning es una trascripción de la morfología del

terreno al modelo el cual representa el grado de intervención del terreno con el

paso del rio. (Oliveras, Jordi. (2016). Modelacion de Cauces. 10-10-2016, Sitio

web: http://www.hidrojing.com/servicios-de-consultoria/modelizacion-de-cauces)

Tabla 2-9. Coeficiente de Manning.

Tipo de cauce y descripción Valor de n

Mínimo Normal Máximo

Cauces naturales menores (ancho superior a nivel de crecida menor que 30 m)

Cauces en planicie

1) Limpio, recto, nivel lleno, sin fallas o pozos

profundos 0.025 0.030 0.033

2) Igual que arriba pero más piedras y pastos 0.030 0.035 0.040

3) Limpio, curvado, algunos pozos y bancos 0.033 0.040 0.045

4) Igual que arriba pero algunos pastos y

piedras 0.035 0.045 0.050

5) Igual que arriba, niveles más bajos,

pendiente y secciones más inefectivas 0.040 0.048 0.055

6) Igual que 4, pero más piedras 0.045 0.050 0.060

7) Tramos sucios, con pastos y pozos

profundos 0.050 0.070 0.080

8) Tramos con muchos pastos, pozos

profundos o recorridos de la crecida con

mucha madera o arbustos bajos

0.075 0.100 0.150

Cauces de montaña, sin vegetación en el canal, laderas con pendientes

usualmente pronunciadas, árboles y arbustos a lo largo de las laderas y

sumergidos para niveles altos

1) Fondo: grava, canto rodado y algunas

rocas 0.030 0.040 0.050

2) Fondo: canto rodado y algunas rocas 0.040 0.050 0.070

Cauces con planicie crecida

1) Pastos, sin arbustos

∙ Pastos cortos 0.025 0.030 0.035

∙ Pastos altos 0.030 0.035 0.050

2) Áreas cultivadas

∙ Sin cultivo 0.020 0.030 0.040

∙ Cultivos maduros alineados 0.025 0.035 0.045

∙ Campo de cultivos maduros 0.030 0.040 0.050

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Tipo de cauce y descripción Valor de n

Mínimo Normal Máximo

3) Arbustos

∙ Arbustos escasos, muchos pastos 0.035 0.050 0.070

∙ Pequeños arbustos y árboles, en invierno 0.035 0.050 0.060

∙ Pequeños arbustos y árboles, en verano 0.040 0.060 0.080

∙ Arbustos medianos a densos, en invierno 0.045 0.070 0.110

∙ Arbustos medianos a densos, en verano 0.070 0.100 0.160

4) Arboles

∙ Sauces densos, en verano, y rectos 0.110 0.150 0.200

∙ Tierra clara con ramas, sin brotes 0.030 0.040 0.050

∙ Igual que arriba pero con gran crecimiento

de brotes 0.050 0.060 0.080

∙ Grupos grandes de madera, algunos

árboles caídos, poco crecimiento inferior y

nivel de la inundación por debajo de las

ramas

0.080 0.100 0.120

∙ Igual que arriba, pero con el nivel de

inundación alcanzando las ramas 0.100 0.120 0.160

Fuente : Oliveras, Jordi. (2016). Modelacion de Cauces. 10-10-2016, Sitio web:

http://www.hidrojing.com/servicios-de-consultoria/modelizacion-de-cauces

Condición de Borde: Los parámetros a definir en una simulación en régimen

permanente mediante HEC-RAS son las condiciones de borde. Las condiciones

de borde son aquellas que definen el comportamiento de un modelo en sus límites

(Aguas Arriba y Aguas Abajo).

Existen cuatro tipos distintos de condición de contorno:

Nivel de agua: Para este caso es necesario tener los datos de la altura en la

sección dada por un limnímetro.

Altura crítica lamina de agua: Se define cuando en la sección existe un elemento

de control de altura lamian de agua/caudal basado en el calado crítico (vertedero,

aforador, presa). La característica de esta opción es que no hay que entrar datos,

ya que el programa toma como dato el cálculo del calado crítico en la sección.

Curva de caudal: Se usa cuando se posee la curva de caudal de la sección.

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Altura normal lamina de agua: Es el caso en el que el flujo se aproxima al

uniforme. El dato a entrar es la pendiente del tramo de influencia. La pendiente es

del tramo entre las dos secciones consecutivas más cercanas.

Las condiciones de contorno se definen en función del régimen de flujo, si el

régimen en todo el tramo a modelar es régimen supercrítico: La condición de

borde se debe colocar aguas arriba; por otra parte si el régimen es régimen sub

crítico: La condición de borde se debe colocar aguas abajo y si el régimen va a ir

variando a lo largo del tramo: La condición de borde debe ser en ambos límites.

Borde Libre: Respecto al borde libre, se adopta la metodología y recomendaciones

dadas por el Bureau of Reclamation de los Estados Unidos, que recomienda que el

borde libre sea del orden de:

CyF

Donde F es el borde libre en pies, C es un coeficiente que varía entre 1.5 y 2.5

dependiendo del caudal. “y” la profundidad del canal en pies.

Este parámetro de borde libre será el utilizado para determinar de manera

preliminar los sectores del tramo en estudio que requieren una mayor

recuperación de la sección hidráulica transversal y de esta manera proceder a su

mejor ajuste en el modelo modificado. (CHOW VEN TE, Open Channel Hydraulics,

McGraw-Hill.1959. 700 p)

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3. DESARROLLO METODOLÓGICO

3.1. ESTUDIO HIDROLÓGICO

En este campo fueron consideradas las variables ambientales, características de

los suelos y morfometría de la cuenca para la estimación de los caudales para

cargar el modelo HEC-RAS.

3.1.1. Área de estudio

En primer lugar, es fundamental determinar el área de estudio, y junto a esta las

estaciones de monitoreo ambiental con cobertura del sector, de esta manera

determinar cuál información resulta útil para el estudio. En la Figura 3-1 se

presenta la relación del área de estudio con las estaciones meteorológicas.

Figura 3-1. Localización área de estudio y estaciones de referencia.


Dado lo anterior, se encuentran disponibles las siguientes estaciones de monitoreo

ambiental, descritas en la Tabla 3-1 pertenecientes a la red Hidrometeorológica

del IDEAM, como estación de referencia para la realización de los cálculos.

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Tabla 3-1. Estaciones de monitoreo ambiental de referencia.

NOMBRE Y CÓDIGO CATEG MUNICIPIO CORRIENTE FECHA

INSTALACIÓN ENTIDAD

LOURDES [21201050] PM GACHANCIPÁ BOGOTÁ 15/03/1985 IDEAM

EL COLOMBIANO [21205850] ME SESQUILÉ BOGOTÁ 15/09/1976 IDEAM

TERMOZIPA [21206450] CP TOCANCIPÁ BOGOTÁ 15/05/1992 IDEAM

PUENTE FLORENCIA [21207670] LG GACHANCIPÁ BOGOTÁ 15/07/1961 IDEAM Fuente: Consulta de base de datos Ideam.

De las anteriores estaciones, se decide trabajar con la información meteorológica

Lourdes al ser la estación más cercana al área del proyecto y cuya información se

encuentra más consistente.

Por otra parte, utilizando las coordenadas del sector de estudio, (4°59'46.10"N;

73°52'51.02"O) se realiza la identificación, de la plancha topográfica del sector en

concordancia con el archivo técnico documental del IGAC. Mediante el uso de

aplicación MAGNA-PRO BETA 3, se logró determinar que la plancha 209-III-D

(1978) corresponde al área de estudio.

3.1.2. Análisis de precipitación.

En el análisis de la precipitación se contempla la evaluación y ajuste de las

precipitaciones máximas registradas en la estación de estudio y la generación de

las correspondientes Curvas IDF, aplicables al área de estudio.

Para este análisis se tomaron los registros de lluvias máximas en 24 horas de la

estación pluviométrica (ME) EL COLOMBIANO. Con estos datos se generan las

curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia haciendo uso de la ecuaciones de

intensidad máxima en milímetros/hora, para diferentes periodos de retorno y

tiempos de concentración, como se describe más adelante.

Con el fin de estimar los valores de precipitación esperada para varios periodos de

retorno, es necesario verificar el ajuste de los datos de la serie de precipitaciones

máximas en 24 horas a una distribución de probabilidades conocida. Algunas de

las distribuciones más aceptadas en la proyección de datos hidrológicos son la

distribución Normal, Log-Normal, de Gumbel o valores extremos y la distribución

Pearson Tipo III.

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.

En este sentido, las curvas IDF son representaciones de las características de un

evento máximo para un sitio o localidad. Para la construcción de las curvas IDF,

se utilizó la aplicación de la función de ajuste de probabilidad más adecuada para

la serie de datos, mediante la cual se extrapola la misma a los periodos de retorno

deseados con una alta fidelidad de aproximación, por este motivo se descarta la

utilización del modelo sintético típicamente utilizado en Colombia, el cual puede

presentar alta discrepancia frente los valores reales. Dado lo anterior, la ecuación

general para obtener las intensidades está dada por:

𝑖 =𝐾 ∗ 𝑇𝑟

𝑚

(𝑑 + 𝑡𝑜)𝑛

Donde:

i = Intensidad en mm/h

Tr = Periodo de retorno en años.

d = Tiempo de la lluvia en minutos.

to = Parámetro de ajuste en min.

K,m,n = Parámetros de ajuste adimensionales.

Dado que la estación EL COLOMBIANO no cuenta con registro pluviográfico

horario, se hace necesario utilizar una estación cercana al área estudio que cuente

con curvas IDF ya calculadas (GUANQUICA) la cual además de encontrarse

relativamente cerca al área de estudio, cuenta con pluviógrafo y presenta un

periodo de registro similar y comparable a la estación EL COLOMBIANO, por lo

que sería la más adecuada para realizar un análisis comparativo entre el

comportamiento de su precipitación horaria (𝑃𝑑) y la máxima en 24 horas (𝑃𝑚á𝑥 24ℎ)

que permita estimar el comportamiento horario de las precipitaciones en la zona

de estudio mediante un factor (𝐹), partiendo de las precipitaciones máximas en 24

horas de las estación objetivo (EL COLOMBIANO), con el fin de calcular las

correspondientes curvas IDF, según la siguiente relación.

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐹 =𝑃𝑑 (𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)

𝑃𝑚á𝑥 24ℎ(𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)

𝑃𝑑 (𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑖𝑣𝑜) = 𝐹 ∙ 𝑃𝑚á𝑥 24ℎ(𝐸𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑖𝑣𝑜)

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El resultado de dicha comparación se presenta en la Tabla 3-2 como factores (𝐹)

para calcular un evento horario respecto al valor máximo 24 horas del año

considerado, tomando como referencia la estación GUANQUICA.

Para el cálculo de los valores máximos horarios, se parte de los valores máximos

de precipitación multianual 24 horas, los años considerados en el estudio son

desde 1989 a 2013, posteriormente, se aplican los correspondientes factores

calculados, para estimar la fracción de lluvia correspondiente a cada intervalo

horario.

Tabla 3-2. Factores de lluvia en 24 horas.

INTERVALOS HORARIOS (𝑑)

Minutos 10 20 30 60 120 240 360 1440 (1 Día)

FACTOR (𝐹) 0,161 0,234 0,288 0,382 0,495 0,639 0,711 1,000

Obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 3-3. Resultados Precipitación (mm) máxima 24 horas multianual.

Fuente: Elaboración propia.

10 20 30 60 120 240 360 1440

1989 6,3 9,1 11,2 14,9 19,3 24,9 27,7 39,0

1990 4,0 5,8 7,2 9,5 12,4 16,0 17,8 25,0

1991 4,5 6,5 8,0 10,6 13,8 17,8 19,8 27,8

1992 3,5 5,1 6,3 8,4 10,9 14,1 15,7 22,0

1993 8,1 11,7 14,4 19,1 24,7 31,9 35,6 50,0

1994 5,0 7,2 8,9 11,8 15,3 19,8 22,1 31,0

1995 4,6 6,6 8,1 10,8 14,0 18,1 20,1 28,3

1996 3,1 4,4 5,5 7,3 9,4 12,1 13,5 19,0

1997 9,6 13,9 17,1 22,7 29,4 38,0 42,3 59,4

1998 5,8 8,4 10,4 13,7 17,8 23,0 25,6 36,0

1999 8,8 12,7 15,7 20,8 26,9 34,8 38,7 54,4

2000 7,8 11,3 13,9 18,4 23,9 30,9 34,4 48,3

2001 4,6 6,7 8,2 10,9 14,1 18,2 20,3 28,5

2002 11,0 15,9 19,6 26,0 33,6 43,4 48,4 68,0

2003 6,7 9,7 12,0 15,9 20,6 26,6 29,6 41,6

2004 6,2 9,0 11,1 14,7 19,0 24,6 27,4 38,5

2005 4,2 6,1 7,5 9,9 12,9 16,6 18,5 26,0

2006 6,0 8,7 10,8 14,3 18,5 23,9 26,6 37,4

2007 6,9 10,0 12,4 16,4 21,3 27,5 30,6 43,0

2008 7,7 11,1 13,7 18,2 23,6 30,4 33,9 47,6

2009 10,9 15,8 19,4 25,8 33,4 43,1 48,0 67,5

2010 8,7 12,6 15,5 20,6 26,7 34,5 38,4 54,0

2011 8,3 12,0 14,7 19,6 25,3 32,7 36,4 51,2

2012 6,0 8,7 10,7 14,2 18,4 23,8 26,5 37,2

2013 6,5 9,3 11,5 15,3 19,8 25,6 28,5 40,0

Precipitación (mm) por Intervalos Duración (min)

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.

Con los datos de precipitación horaria correspondiente a cada intervalo de

duración, se procede a realizar los cálculos de las correspondientes curvas IDF

para la estación analizada. Inicialmente, los datos de precipitación, en mm, se

convierten a intensidad, en mm/h, relacionándolos con su correspondiente

intervalo de duración, de acuerdo a la siguiente ecuación:

𝑖 =𝑃 (𝑚𝑚)

𝑑 (min)

60 𝑚𝑖𝑛

1 ℎ𝑟= 𝑖(𝑚𝑚/ℎ)

Aplicando la ecuación anterior para cada dato de precipitación, se obtiene la

siguiente relación:

Tabla 3-4. Cálculo de Intensidades máximas 24 horas (mm/h).


10 20 30 60 120 240 360 1440

1989 37,8 27,3 22,4 14,9 9,6 6,2 4,6 1,6

1990 24,2 17,5 14,4 9,5 6,2 4,0 3,0 1,0

1991 26,9 19,5 16,0 10,6 6,9 4,4 3,3 1,2

1992 21,3 15,4 12,7 8,4 5,4 3,5 2,6 0,9

1993 48,4 35,0 28,8 19,1 12,4 8,0 5,9 2,1

1994 30,0 21,7 17,8 11,8 7,7 5,0 3,7 1,3

1995 27,4 19,8 16,3 10,8 7,0 4,5 3,4 1,2

1996 18,4 13,3 10,9 7,3 4,7 3,0 2,3 0,8

1997 57,5 41,6 34,2 22,7 14,7 9,5 7,0 2,5

1998 34,9 25,2 20,7 13,7 8,9 5,8 4,3 1,5

1999 52,7 38,1 31,3 20,8 13,5 8,7 6,5 2,3

2000 46,8 33,8 27,8 18,4 11,9 7,7 5,7 2,0

2001 27,6 20,0 16,4 10,9 7,1 4,6 3,4 1,2

2002 65,8 47,7 39,1 26,0 16,8 10,9 8,1 2,8

2003 40,3 29,2 23,9 15,9 10,3 6,6 4,9 1,7

2004 37,3 27,0 22,2 14,7 9,5 6,1 4,6 1,6

2005 25,2 18,2 15,0 9,9 6,4 4,2 3,1 1,1

2006 36,2 26,2 21,5 14,3 9,3 6,0 4,4 1,6

2007 41,6 30,1 24,7 16,4 10,6 6,9 5,1 1,8

2008 46,1 33,4 27,4 18,2 11,8 7,6 5,6 2,0

2009 65,3 47,3 38,8 25,8 16,7 10,8 8,0 2,8

2010 52,3 37,8 31,1 20,6 13,4 8,6 6,4 2,3

2011 49,6 35,9 29,5 19,6 12,7 8,2 6,1 2,1

2012 36,0 26,1 21,4 14,2 9,2 5,9 4,4 1,6

2013 38,7 28,0 23,0 15,3 9,9 6,4 4,7 1,7

Intensidad (mm/h) por Intervalos Duración (min)

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.

Teniendo la información de intensidades máximas horaria, se procede a realizar el

análisis estadístico y probabilístico para obtener las curvas IDF, con su

correspondiente ecuación. Para dicho análisis se aplican las funciones de

distribución de probabilidad típicas usadas en hidrología: Normal, Log-Normal,

Person III y Gumbel.

A partir de pruebas de bondad de ajuste gráficas, la prueba Chi-Cuadrado, la

prueba del Error Cuadrático Mínimo y la prueba Kolmogorov-Smirnov, se logra

determinar la función de distribución de probabilidad Gumbel como la ideal para

ajustar los datos.

A continuación, se observa la aplicación de la función de distribución de

probabilidad Gumbel:

Tabla 3-5. Resultados función de distribución de probabilidad Gumbel.


No. Orden 10 20 30 60 120 240 360

1 37,8 27,3 22,4 14,9 9,6 6,2 4,6

2 65,8 47,7 39,1 26,0 16,8 10,9 8,1

3 65,3 47,3 38,8 25,8 16,7 10,8 8,0

4 57,5 41,6 34,2 22,7 14,7 9,5 7,0

5 52,7 38,1 31,3 20,8 13,5 8,7 6,5

6 52,3 37,8 31,1 20,6 13,4 8,6 6,4

7 49,6 35,9 29,5 19,6 12,7 8,2 6,1

8 48,4 35,0 28,8 19,1 12,4 8,0 5,9

9 46,8 33,8 27,8 18,4 11,9 7,7 5,7

10 46,1 33,4 27,4 18,2 11,8 7,6 5,6

11 41,6 30,1 24,7 16,4 10,6 6,9 5,1

12 40,3 29,2 23,9 15,9 10,3 6,6 4,9

13 38,7 28,0 23,0 15,3 9,9 6,4 4,7

14 37,3 27,0 22,2 14,7 9,5 6,1 4,6

15 36,2 26,2 21,5 14,3 9,3 6,0 4,4

16 36,0 26,1 21,4 14,2 9,2 5,9 4,4

17 34,9 25,2 20,7 13,7 8,9 5,8 4,3

18 30,0 21,7 17,8 11,8 7,7 5,0 3,7

19 27,6 20,0 16,4 10,9 7,1 4,6 3,4

20 27,4 19,8 16,3 10,8 7,0 4,5 3,4

21 26,9 19,5 16,0 10,6 6,9 4,4 3,3

22 25,2 18,2 15,0 9,9 6,4 4,2 3,1

23 24,2 17,5 14,4 9,5 6,2 4,0 3,0

24 21,3 15,4 12,7 8,4 5,4 3,5 2,6

25 18,4 13,3 10,9 7,3 4,7 3,0 2,3

S 13,09 9,47 7,78 5,16 3,34 2,16 1,60

Media 39,53 28,61 23,50 15,59 10,10 6,52 4,84

α 0,08 0,12 0,14 0,21 0,33 0,51 0,69

β 33,21 24,04 19,74 13,10 8,49 5,48 4,07

my sy

0,5353 1,1086

PRECIPITACIÓN (mm) / INTERVALO (min)

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.

Con los parámetros calculados para cada serie de datos, bajo esta función, se

calculan las intensidades para las series de duración trabajadas, y para los

periodos de retorno de 5,10, 20, 50 y 100 años. Se obtiene la siguiente relación, a

partir de la cual se construyen las correspondientes curvas IDF:

Tabla 3-6. Relaciones Intensidad-Duración-Frecuencia.


Realizando diversas regresiones potenciales, se calculan los parámetros para la

ecuación que relaciona las variables I.D.F., con la información previamente

ajustada según las funciones de distribución de probabilidad y mediante el empleo

de la ecuación anteriormente descrita.

Tabla 3-7. Resumen de parámetros.

PARÁMETROS

n 1.00

To 43,29

K 1797.72

m 0.1781

Con los datos calculados y mediante el empleo de la ecuación descrita se

construye la curva I.D.F- para diferentes periodos de retorno y según los datos de

precipitación máxima registrados en la estación EL COLOMBIANO.

T (años) 10 20 30 60 120 240 360

5 50,9 36,9 30,3 20,1 13,0 8,4 6,2

10 59,8 43,3 35,5 23,6 15,3 9,9 7,3

20 68,3 49,4 40,6 26,9 17,4 11,3 8,4

50 79,3 57,4 47,1 31,3 20,3 13,1 9,7

100 87,5 63,3 52,0 34,5 22,4 14,4 10,7

DURACIÓN DEL EVENTO DE PRECIPITACIÓN (min)

𝑖 =1650.08 𝑇0,1545

𝑑 + 43,29

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.

Figura 3-2. Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia – Estación El Colombiano


0,0

10

,0

20

,0

30

,0

40

,0

50

,0

60

,0

70

,0

80

,0

90

,0

10

0,0

03

06

09

01

20

15

01

80

21

02

40

27

03

00

33

03

60

Intensidad (mm/h)

Du

raci

ón

(m

in)

Cu

rvas

IDF

est

ació

n E

l Co

lom

bia

no

T =

5 a

ño

s

T=1

0 a

ño

s

T=2

0 a

ño

s

T=5

0 a

ño

s

T=1

00

añ

os

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.

3.1.3. Caracterización de la cuenca.

3.1.3.1. Delimitación.

La delimitación de la cuenca se realiza utilizando el software Autocad para facilitar

los cálculos. La topografía del sector es obtenida mediante un Modelo Digital de

Elevación generado con el Software Global Mapper el cual brinda una alta

fidelidad de resultados a partir de las bases de datos AsterGDEM 2.

Figura 3-3. Delimitación de la cuenca.


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.

3.1.3.2. Características de la cuenca.

Realizando los cálculos correspondientes se obtienen los resultados presentados

en la Tabla 3-8. Se tienen en consideración, únicamente aquellas características

requeridas para la alimentación del modelo, o para otros cálculos dependientes.

Tabla 3-8. Resumen de características de la cuenca.


3.1.3.3. Tiempos de concentración.

Empleados los resultados del numeral anterior, se calculan los tiempos de

concentración, mediante distintos métodos para los puntos de interés cuyos

resultados se presentan en la Tabla 3-9. El valor final, corresponde al ponderado

de todos los métodos.

Tabla 3-9.Tiempos de concentración calculados.


3.1.4. Cálculo de caudales.

Empleando el método para la estimación de caudales, presentado en el marco

metodológico, del hidrograma sintético unitario, y número de curva, se realiza la

RESÚMEN DE CARATERÍSTICASPUNTO DE

ENTRADA

PUNTO DE

SALIDA

Área de Drenaje (km2 ) 348,854 368,400

Índice de Gravelius 1,62 1,68

Factor de Forma 0,084 0,080

Pendiente de la corriente principal (m/m) 0,00136 0,00125

Longitud axial cuenca (m) 64509,07 68048,08

Método Entrada Salida

Kirpich 1247,4 1345,6

Témez 623,7 660,7

Johnstone y Cross 1159,4 1217,8

Ventura - Heras 595,3 630,1

V.T. Chow 1946,8 2073,2

USACE 1396,4 1479,2

Ponderado 1161,5 1234,4

PUNTO DE ANÁLISIS

51


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.

estimación de los caudales máximos presentados en el tramo del río Bogotá

evaluado.

3.1.4.1. Precipitaciones máximas a periodos de retorno considerados.

En primer lugar, aprovechando las curvas IDF generadas, mediante la evaluación

de los tiempos de concentración calculados, se procede a realizar el cálculo de las

precipitaciones máximas horarios a los periodos de retorno contemplados para el

estudio 5, 10, 20, 50 y 100 años. Estos resultados se presentan en la Tabla 3-10.

Tabla 3-10. Precipitaciones máximas horarias.


3.1.4.2. Precipitación efectiva.

Considerando que se trata de un modelo de lluvia escorrentía, en primer lugar es

calculada la precipitación efectiva, la cual depende básicamente del número de

curva, general, para el área aferente al tramo del río evaluado.

Número de curva: De la evaluación de los suelos de la cuenca, con

respaldo de las imágenes satelitales de Google Earth, y bases de datos del

IGAC, se determina el valor para el número de curva, aplicable a la cuenca

analizada. Según el estado de los suelos de la cuenta, se clasifican como,

suelos con alto contenido de arcilla o grupo C. Por otra parte, se supone

una condición de humedad antecedente tipo II, considerando las cualidades

climáticas regionales. Según esto, realizando la ponderación según tipos de

Punto Tc (min) 5 10 20 50 100

Entrada 1161,48 2,0 2,2 2,5 3,0 3,4

Salida 1234,44 1,9 2,1 2,4 2,8 3,2

Punto Tc (min) 5 10 20 50 100

Entrada 1161,48 38,5 43,5 49,2 58,0 65,6

Salida 1234,44 38,6 43,6 49,3 58,1 65,7

Tr (años)

INTENSIDAD (mm/h)

PRECIPITACIÓN TOTAL (mm)

Tr (años)

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.

suelos, (Bosques, 50%, CN 70; Cultivos, 40%, CN 78; Pasturas, 10%, CN

74) se define que el valor de la Curva Número para la cuenca es igual a 73.

Una vez, empleados los cálculos, con aplicación de la Curva Número se obtienen

los siguientes valores de precipitación efectiva:

Tabla 3-11. Precipitación efectiva.


3.1.4.3. Caudales para modelación.

Aplicando los cálculos correspondientes, según el método del Hidrograma

Sintético Triangular, y empleando la precipitación efectiva, se determinan los

caudales máximos esperados, para los periodos de retorno seleccionados.

Tabla 3-12. Caudales máximos esperados a periodos de retorno.


3.2. MODELACIÓN

3.2.1. Datos de Entrada al Modelo

3.2.1.1. Topografía

Se toma el plano del IGAC y se ubica con respecto a coordenadas espaciales

especificas (coordinadas originales), luego de esto se realiza una digitalización

inicial en 2D, la cual se encarga de tomar al mayor detalle y profundidad de vertex

la topografía de la iconografía, cubriendo los diagramas eje x y el eje y.

Punto Tc (min) 5 10 20 50 100

Entrada 1161,48 3,41 5,16 7,46 11,53 15,56

Salida 1234,44 3,44 5,19 7,50 11,59 15,64

PRECIPITACIÓN EFECTIVA (mm)

Tr (años)

Punto Tc (min) 5 10 20 50 100

Entrada 1161,48 36,71 44,76 52,48 62,48 69,97

Salida 1234,44 41,62 50,75 59,51 70,85 79,34

CAUDAL (m3/s)

Tr (años)

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.

Figura 3-4. Digitalización curvas de nivel del terreno.


Al terminar la digitalización en dos dimensiones se procede a dar elevación a cada

una de las poli líneas según indica el plano para así tener la proyección en el eje z.

Figura 3-5. Modelo tridimiensional del terreno.


Luego de esto la información ya levantada y compilada es puesta en la división

civil de AutoCAD, donde se genera un barrido por toda la superficie con el fin de

generar las triangulaciones necesarias para la creación de una superficie en 3D

tal como se ve en la anterior figura, donde las líneas de color blanco son la

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.

triangulación generada por las curvas de nivel que provienen de la digitalización

de la topografía, y el “Shape” de color amarillo es la extrusión de las

triangulaciones generando la superficie en modelo 3D; ya con la superficie

generada, se crea un eje de alineamiento con respecto al rio y de la longitud

requerida, estableciendo secciones, a intervalos definidos (en este caso 20

metros).

Figura 3-6. Barrido de superficie.


Figura 3-7. Modelo digital 3D del terreno.


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.

Acto seguido se establece la longitud a lado y lado de cada una de las estaciones,

buscando que las mismas no se corten para correr el modelo sin problemas en la

segunda etapa; terminando este paso se procede a dibujar el borde de rio, con poli

líneas y en contra del sentido de flujo de rio, se debe usar una poli línea para cada

borde, borde izquierdo y derecho.

Figura 3-8. Definición límites laterales.


Para finalizar se utiliza el módulo de exportación de Autocad Civil 3D a HEC-RAS

especificando los bordes de río, el alineamiento a usar y la superficie 3D con

respecto a la cual se va a correr la exportación, de la misma manera al ser

exportado se revisa en HEC-RAS la concordancia de las secciones entregadas

para la modelación.

3.2.1.2. Caudales:

De acuerdo a los caudales obtenidos en el estudio hidrológico se ingresan al

modelo como se muestra a continuación:

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.

Figura 3-9. Ingreso de valor de caudales a la plataforma.


3.2.1.3. Condiciones de Contorno

De acuerdo a la baja pendiente del tramo de estudio las condiciones de contorno

se ingresaron aguas abajo del tramo, en donde se obtuvo la pendiente media del

tramo como se muestra a continuación.

Figura 3-10. Ingreso valor de pendiente del tramo.


3.2.2. Características del Rio en el tramo Estudiado

Las secciones transversales muestran un río altamente intervenido en su cauce,

mostrando secciones con una geometría similar en la mayor parte del tramo de

estudio.

Con respecto a la geometría del río, se observa en la abscisa K3+460 y hasta la

abscisa K 3+080 se presenta un tramo recto con una sección transversal uniforme

con jarillones a ambos costados en algunos tramos y con terrenos adyacentes que

presentan evidencias de haber sido inundados en épocas recientes. A partir de la

abscisa K3+080 y hasta la abscisa K2+120, el río muestra un bajo grado de

sinuosidad aunque predominan los tramos rectos, conservando esos una sección

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.

transversal similar a la del sector anterior. A partir de la abscisa K 2+120 el cauce

cuenta con una sección transversal similar al sector anterior pero con un

comportamiento meándrico; esto continua hasta el final del tramo en estudio, en la

Abscisa K0+000.

Con la topobatimetría levantada en el tramo de intervención y anteriormente

descrita, se determinaron las secciones transversales actuales cada 50 metros en

una longitud de 2.24 km con dichas secciones se creó un modelo hidráulico del río

en HEC-RAS 4.1.

La modelación se realizó con los caudales obtenidos en el análisis hidrológico del

capítulo anterior considerando un flujo permanente pues se simula un evento

puntual de creciente en el río bajo condiciones de flujo subcritico, dada la baja

pendiente longitudinal del río.

En la Tabla 3-13, se presenta el borde libre mínimo recomendado para el tramo 1,

para un valor de “C” correspondiente a 2.5 y un Tr de 100 años.

Tabla 3-13. Definición de bordes libres por tramo.

km Cota Lámina de

Agua TR:100

Cota Terreno

Base h

Borde Libre

(ft)

Borde Libre mínimo

recomendado (m)

3+460.00 2564.90 2561.10 3.80 3.08 0.94

3+440.00 2564.91 2561.43 3.48 2.95 0.90

3+400.00 2564.87 2560.50 4.37 3.31 1.01

3+360.00 2564.88 2560.50 4.38 3.31 1.01

3+320.00 2564.87 2560.50 4.37 3.31 1.01

3+300.00 2564.86 2560.99 3.87 3.11 0.95

3+260.00 2564.83 2560.50 4.33 3.29 1.00

3+240.00 2564.84 2560.50 4.34 3.29 1.00

3+200.00 2564.83 2560.50 4.33 3.29 1.00

3+160.00 2564.83 2560.50 4.33 3.29 1.00

3+080.00 2564.82 2560.50 4.32 3.29 1.00

3+000.00 2564.81 2560.50 4.31 3.28 1.00

2+960.00 2564.81 2560.50 4.31 3.28 1.00

2+800.00 2564.81 2560.98 3.83 3.09 0.94

2+740.00 2564.77 2560.50 4.27 3.27 1.00

2+700.00 2564.76 2560.50 4.26 3.26 0.99

2+660.00 2564.74 2560.50 4.24 3.26 0.99

2+600.00 2564.72 2560.47 4.25 3.26 0.99

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km Cota Lámina de

Agua TR:100

Cota Terreno

Base h

Borde Libre

(ft)

Borde Libre mínimo

recomendado (m)

2+520.00 2564.70 2560.50 4.20 3.24 0.99

2+460.00 2564.69 2560.50 4.19 3.24 0.99

2+360.00 2564.65 2560.50 4.15 3.22 0.98

2+280.00 2564.63 2560.50 4.13 3.21 0.98

2+220.00 2564.64 2560.41 4.23 3.25 0.99

2+120.00 2564.59 2559.50 5.09 3.57 1.09

1+980.00 2564.52 2560.78 3.74 3.06 0.93

1+880.00 2564.50 2560.50 4.00 3.16 0.96

1+760.00 2564.44 2560.50 3.94 3.14 0.96

1+600.00 2564.38 2560.50 3.88 3.11 0.95

1+540.00 2564.34 2561.00 3.34 2.89 0.88

1+400.00 2564.26 2560.50 3.76 3.07 0.93

1+320.00 2564.22 2560.50 3.72 3.05 0.93

1+200.00 2564.17 2561.07 3.10 2.78 0.85

1+020.00 2564.05 2560.50 3.55 2.98 0.91

0+940.00 2564.01 2560.50 3.51 2.96 0.90

0+840.00 2563.95 2560.99 2.96 2.72 0.83

0+740.00 2563.93 2560.50 3.43 2.93 0.89

0+660.00 2563.88 2560.50 3.38 2.91 0.89

0+500.00 2563.82 2560.46 3.36 2.90 0.88

0+360.00 2563.71 2560.49 3.22 2.84 0.86

0+180.00 2563.61 2560.50 3.11 2.79 0.85

0+120.00 2563.57 2560.50 3.07 2.77 0.84

0+80.00 2563.54 2560.50 3.04 2.76 0.84

0+60.00 2563.48 2560.50 2.98 2.73 0.83

0+20.00 2563.50 2560.50 3.00 2.74 0.83 Fuente: Elaboración propia.

3.2.3. Secciones inundables Tramo Estudiado

De acuerdo a los datos obtenidos, para el proyecto, se adopta un borde libre de

1.0 m. A continuación, se muestran los tramos que presentan zona de inundación

o borde libre insuficiente de acuerdo con lo anterior y la modelación del terreno

natural efectuada.

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Tabla 3-14. Bordes libres definidos.

km

Cota

Lámina

de Agua

TR:100

Cota

Terreno

Borde

Derecha

Cota

Terreno

Borde

Izquierda

Borde

Libre

Natural

Margen

Derecha

Borde

Libre

Natural

Margen

Izquierda

OBSERVACIONES

3+460.00 2564.90 2565.65 2565.00 0.75 0.10

Borde Libre

Insuficiente en ambas

Márgenes

3+440.00 2564.91 2565.53 2566.32 0.62 1.41

Borde Libre

Insuficiente Margen

Derecha

3+400.00 2564.87 2565.08 2565.50 0.20 0.63

Borde Libre

Insuficiente en ambas

Márgenes

3+360.00 2564.88 2564.50 2565.04 -0.38 0.16

Zona Inundable

Margen Derecha,

Borde Libre

Insuficiente Margen

Izquierda

3+320.00 2564.87 2565.01 2564.50 0.14 -0.37

Zona Inundable

Margen Izquierda,

Borde Libre

Insuficiente Margen

Derecha

3+300.00 2564.86 2565.03 2564.52 0.17 -0.34

3+260.00 2564.83 2565.06 2564.50 0.23 -0.33

3+240.00 2564.84 2565.08 2564.50 0.24 -0.34

3+200.00 2564.83 2565.12 2564.50 0.29 -0.33

3+160.00 2564.83 2565.07 2564.50 0.24 -0.34

3+080.00 2564.82 2564.94 2564.46 0.12 -0.36

3+000.00 2564.81 2565.50 2563.50 0.69 -1.31

2+960.00 2564.81 2565.23 2563.00 0.42 -1.81

2+800.00 2564.81 2563.33

-1.48

Zona Inundable

Margen Derecha

2+740.00 2564.77 2565.50 2563.50 0.73 -1.27

Zona Inundable

Margen Izquierda,

Borde Libre

Insuficiente Margen

Derecha

2+700.00 2564.76 2565.04

0.28

Borde Libre

Insuficiente Margen

Derecha

2+660.00 2564.74 2565.02 2564.50 0.28 -0.24 Zona Inundable

Margen Izquierda, 2+600.00 2564.72 2565.00 2564.54 0.28 -0.18

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km

Cota

Lámina

de Agua

TR:100

Cota

Terreno

Borde

Derecha

Cota

Terreno

Borde

Izquierda

Borde

Libre

Natural

Margen

Derecha

Borde

Libre

Natural

Margen

Izquierda

OBSERVACIONES

2+520.00 2564.70 2565.50 2563.75 0.80 -0.95 Borde Libre

Insuficiente Margen

Derecha

2+460.00 2564.69 2565.00 2563.50 0.31 -1.19

2+360.00 2564.65 2565.50 2563.50 0.85 -1.15

2+280.00 2564.63 2565.50 2563.77 0.87 -0.86

2+220.00 2564.64 2564.55 2564.50 -0.09 -0.14 Zona Inundable

Ambas Margenes

2+120.00 2564.59 2565.50 2568.81 0.91 4.22

1+980.00 2564.52 2565.50 2565.10 0.98 0.58

1+880.00 2564.50 2565.50 2565.00 1.00 0.50

1+760.00 2564.44 2565.47 2565.67 1.03 1.23

1+600.00 2564.38 2565.00 2565.50 0.62 1.12

1+540.00 2564.34 2565.13 2565.05 0.79 0.71

1+400.00 2564.26 2565.00 2565.50 0.74 1.24

1+320.00 2564.22 2565.00 2565.50 0.78 1.28

1+200.00 2564.17 2565.50 2566.50 1.33 2.33

1+020.00 2564.05 2564.87 2566.50 0.82 2.45

0+940.00 2564.01 2565.03 2565.56 1.02 1.55

0+840.00 2563.95 2566.50 2565.52 2.55 1.57

0+740.00 2563.93 2565.00 2567.00 1.07 3.07

0+660.00 2563.88 2565.53 2565.51 1.65 1.63

0+500.00 2563.82 2567.00 2564.93 3.18 1.11

0+360.00 2563.71 2565.50 2564.53 1.79 0.82

0+180.00 2563.61 2565.65 2565.55 2.04 1.94

0+120.00 2563.57 2566.02 2565.60 2.44 2.03

0+80.00 2563.54 2565.11 2566.28 1.57 2.74

0+60.00 2563.48 2565.20 2565.50 1.72 2.02

0+20.00 2563.50 2561.50 2565.50 -2.00 2.00

Zona Inundable

Margen Derecha


En la anterior tabla se puede observar en color rojo las áreas de inundación

actuales y los tramos en los cuales el borde libre se encuentra por debajo del

requerido. Lo cual constituye la casi totalidad del tramo en análisis, motivo por el

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.

cual se requiere a corto plazo de la recuperación de la sección hidráulica del río

mediante el retiro de los sedimentos acumulados en este tramo.

A continuación, se muestra la localización y las secciones en donde se encuentran

las mayores zonas de inundación.

Km 3 + 360

Figura 3-11. Zona de inundación Km 3 + 360.


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Km 3+240



Km 3+160



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Km 2+960



Km 2+220



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.

4. RESULTADOS

4.1.1. Vista en Planta Zona de Inundación Tramo Estudiado

A continuación, se muestran las zonas de inundación en planta para un Tr=100

años.

Figura 4-1. Áreas de inundación para Tr = 100 años.


Figura 4-2. Áreas de inundación en planta Real.


65


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4.1.2. Vista en 3D Zona de Inundación Tramo Estudiado

A continuación, se muestran las zonas de inundación en 3D para un TR: 100

Figura 4-3. Vista tridimensional del sector de inundación. Fuente: Elaboración propia.

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.

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1.1. ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

5.1.2. Dragado del rio

De acuerdo con los resultados obtenidos en la modelación del cauce natural se

hace necesario la recuperación de la sección hidráulica del río en algunos tramos,

por ello, se procede a modelar dicho tramo considerando una sección hidráulica

modificada donde se ha ampliado el vaso del río. A continuación se enuncian las

principales características de esta modelación:

Longitud de cauce modelado: 3.46 Km

Pendiente Longitudinal: Variable

Configuración del vaso: Para la modelación modificada se aumenta la geometría

transversal del rio.

Condiciones de borde: Debido a su baja pendiente se determinó para la

modelación que el tipo de fujo es subcrítico.

Tipo de flujo: Subcrítico.

Caudal de diseño: Caudal máximo probable para un periodo de retorno de 100

años, correspondiente a 69.97 m3/s.

Coeficiente de rugosidad de Manning: En este aspecto, se consideraron dos

valores, el primero, para el área del canal de 0.035 correspondiente a causes en

planicie y el segundo, para las planicies de inundación próximas al área del canal

de 0.04 correspondientes cauces con planicie crecida con cultivos

Condiciones de flujo: Dada la poca pendiente del río, este presenta un tipo de

flujo subcrítico, lo cual implica que las condiciones hidráulicas del mismo están

sujetas a las condiciones de borde aguas abajo de los tramos en análisis.

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.

Para el tramo de estudio se definieron los siguientes anchos de fondo.

Alternativa 1 Alternativa 2

Figura 5-1. Alternativa de solución 1.




Alternativa 3 Alternativa 4





Al realizar la modelación modificando las secciones en las cuales se genera una

zona de inundación se presentan los siguientes resultados.

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.

Tabla 5-1. Modelación de alternativas de solución.

km Cota Lámina

de Agua TR:100

Cota Terreno Borde

Derecha

Cota Terreno Borde

Izquierda

Borde Libre Natural Margen

Derecha


Izquierda

3+460.00 2564.77 2565.65 2565.00 0.88 0.23

3+440.00 2564.77 2565.53 2566.32 0.76 1.55

3+400.00 2564.75 2565.08 2565.50 0.32 0.75

3+360.00 2564.75 2564.50 2565.04 -0.25 0.29

3+320.00 2564.74 2565.01 2564.50 0.27 -0.24

3+300.00 2564.74 2565.03 2564.52 0.29 -0.22

3+260.00 2564.72 2565.06 2564.50 0.34 -0.22

3+240.00 2564.73 2565.08 2564.50 0.35 -0.23

3+200.00 2564.72 2565.12 2564.50 0.40 -0.22

3+160.00 2564.72 2565.07 2564.50 0.35 -0.22

3+080.00 2564.72 2564.94 2564.46 0.22 -0.26

3+000.00 2564.71 2565.50 2563.50 0.79 -1.21

2+960.00 2564.71 2565.23 2563.00 0.52 -1.71

2+800.00 2564.70 2563.33 0.00 -1.37

2+740.00 2564.67 2565.50 2563.50 0.83 -1.17

2+700.00 2564.67 2565.04 0.00 0.37

2+660.00 2564.65 2565.02 2564.50 0.36 -0.15

2+600.00 2564.64 2565.00 2564.54 0.36 -0.11

2+520.00 2564.64 2565.50 2563.75 0.86 -0.89

2+460.00 2564.62 2565.00 2563.50 0.38 -1.12

2+360.00 2564.60 2565.50 2563.50 0.90 -1.10

2+280.00 2564.59 2565.50 2563.77 0.91 -0.82

2+220.00 2564.60 2564.55 2564.50 -0.05 -0.11

2+120.00 2564.55 2565.50 2568.81 0.95 4.26

1+980.00 2564.48 2565.50 2565.10 1.02 0.62

1+880.00 2564.45 2565.50 2565.00 1.05 0.55

1+760.00 2564.40 2565.47 2565.67 1.07 1.27

1+600.00 2564.33 2565.00 2565.50 0.67 1.17

1+540.00 2564.29 2565.13 2565.05 0.84 0.76

1+400.00 2564.20 2565.00 2565.50 0.80 1.30

1+320.00 2564.16 2565.00 2565.50 0.84 1.34

69


Ingeniería Civil

Proyecto de Grado

23 de junio de 2017





.

km Cota Lámina

de Agua TR:100

Cota Terreno Borde

Derecha

Cota Terreno Borde

Izquierda


Derecha


Izquierda

1+200.00 2564.10 2565.50 2566.50 1.40 2.40

1+020.00 2563.98 2564.87 2566.50 0.89 2.52

0+940.00 2563.93 2565.03 2565.56 1.10 1.63

0+840.00 2563.87 2566.50 2565.52 2.63 1.65

0+740.00 2563.84 2565.00 2567.00 1.16 3.16

0+660.00 2563.79 2565.53 2565.51 1.74 1.72

0+500.00 2563.71 2567.00 2564.93 3.29 1.22

0+360.00 2563.59 2565.50 2564.53 1.91 0.94

0+180.00 2563.47 2565.65 2565.55 2.18 2.08

0+120.00 2563.43 2566.02 2565.60 2.59 2.17

0+80.00 2563.39 2565.11 2566.28 1.72 2.89

0+60.00 2563.32 2565.20 2565.50 1.88 2.18

0+20.00 2563.35 2561.50 2565.50 -1.85 2.15


En la anterior tabla se puede observar que no se presentan grandes

mejoramientos en las zonas de inundación del tramo de estudio, una nueva

alternativa incluiría la profundización del fondo del rio, lo cual modificaría

altamente el comportamiento hidráulico en esta zona.

5.1.3. Construcción de Gaviones o Jarillones en las márgenes del rio.

En la siguiente tabla se muestra la altura mínima que debe tener el gavión o

jarillon para prevenir inundaciones para un TR: 100 y un TR: 50 años.

Tabla 5-2. Altura mínima del Jarillón para Tr = 100 años.

km

Cota

Lámina

de Agua

TR:100

Cota

Terreno

Borde

Derecha

Cota

Terreno

Borde

Izquierda

Borde

Libre

Natural

Margen

Derecha

Borde

Libre

Natural

Margen

Izquierda

Cota

Altura

Gavión o

Jarillon

Margen

Derecha

Cota

Altura

Gavión o

Jarillon

Margen

Izquierda

3+460.00 2564.90 2565.65 2565.00 0.75 0.10

3+440.00 2564.91 2565.53 2566.32 0.62 1.41

70


Ingeniería Civil

Proyecto de Grado

23 de junio de 2017





.

km

Cota

Lámina

de Agua

TR:100

Cota

Terreno

Borde

Derecha

Cota

Terreno

Borde

Izquierda

Borde

Libre

Natural

Margen

Derecha

Borde

Libre

Natural

Margen

Izquierda

Cota

Altura

Gavión o

Jarillon

Margen

Derecha

Cota

Altura

Gavión o

Jarillon

Margen

Izquierda

3+400.00 2564.87 2565.08 2565.50 0.20 0.63

3+360.00 2564.88 2564.50 2565.04 -0.38 0.16 2564.88

3+320.00 2564.87 2565.01 2564.50 0.14 -0.37

2564.87

3+300.00 2564.86 2565.03 2564.52 0.17 -0.34

2564.86

3+260.00 2564.83 2565.06 2564.50 0.23 -0.33

2564.83

3+240.00 2564.84 2565.08 2564.50 0.24 -0.34

2564.84

3+200.00 2564.83 2565.12 2564.50 0.29 -0.33

2564.83

3+160.00 2564.83 2565.07 2564.50 0.24 -0.34

2564.83

3+080.00 2564.82 2564.94 2564.46 0.12 -0.36

2564.82

3+000.00 2564.81 2565.50 2563.50 0.69 -1.31

2564.81

2+960.00 2564.81 2565.23 2563.00 0.42 -1.81

2564.81

2+800.00 2564.81 2563.33 0.00 -1.48

2564.81

2+740.00 2564.77 2565.50 2563.50 0.73 -1.27

2564.77

2+700.00 2564.76 2565.04 0.00 0.28

2+660.00 2564.74 2565.02 2564.50 0.28 -0.24

2564.74

2+600.00 2564.72 2565.00 2564.54 0.28 -0.18

2564.72

2+520.00 2564.70 2565.50 2563.75 0.80 -0.95

2564.70

2+460.00 2564.69 2565.00 2563.50 0.31 -1.19

2564.69

2+360.00 2564.65 2565.50 2563.50 0.85 -1.15

2564.65

2+280.00 2564.63 2565.50 2563.77 0.87 -0.86

2564.63

2+220.00 2564.64 2564.55 2564.50 -0.09 -0.14 2564.64 2564.64

2+120.00 2564.59 2565.50 2568.81 0.91 4.22

1+980.00 2564.52 2565.50 2565.10 0.98 0.58

1+880.00 2564.50 2565.50 2565.00 1.00 0.50

1+760.00 2564.44 2565.47 2565.67 1.03 1.23

1+600.00 2564.38 2565.00 2565.50 0.62 1.12

1+540.00 2564.34 2565.13 2565.05 0.79 0.71

1+400.00 2564.26 2565.00 2565.50 0.74 1.24

1+320.00 2564.22 2565.00 2565.50 0.78 1.28

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Ingeniería Civil

Proyecto de Grado

23 de junio de 2017





.

km

Cota

Lámina

de Agua

TR:100

Cota

Terreno

Borde

Derecha

Cota

Terreno

Borde

Izquierda

Borde

Libre

Natural

Margen

Derecha

Borde

Libre

Natural

Margen

Izquierda

Cota

Altura

Gavión o

Jarillon

Margen

Derecha

Cota

Altura

Gavión o

Jarillon

Margen

Izquierda

1+200.00 2564.17 2565.50 2566.50 1.33 2.33

1+020.00 2564.05 2564.87 2566.50 0.82 2.45

0+940.00 2564.01 2565.03 2565.56 1.02 1.55

0+840.00 2563.95 2566.50 2565.52 2.55 1.57

0+740.00 2563.93 2565.00 2567.00 1.07 3.07

0+660.00 2563.88 2565.53 2565.51 1.65 1.63

0+500.00 2563.82 2567.00 2564.93 3.18 1.11

0+360.00 2563.71 2565.50 2564.53 1.79 0.82

0+180.00 2563.61 2565.65 2565.55 2.04 1.94

0+120.00 2563.57 2566.02 2565.60 2.44 2.03

0+80.00 2563.54 2565.11 2566.28 1.57 2.74

0+60.00 2563.48 2565.20 2565.50 1.72 2.02

0+20.00 2563.50 2561.50 2565.50

2.00


Tabla 5-3. Altura mínima del Jarillón para Tr = 50 años.

km

Cota

Lámina

de Agua

TR:100

Cota

Terreno

Borde

Derecha

Cota

Terreno

Borde

Izquierda

Borde

Libre

Natural

Margen

Derecha

Borde

Libre

Natural

Margen

Izquierda

Cota

Altura

Gavion o

Jarillon

Margen

Derecha

Cota

Altura

Gavion o

Jarillon

Margen

Izquierda

3+460.00 2564.90 2565.65 2565.00 0.91 0.26

3+440.00 2564.91 2565.53 2566.32 0.79 1.58

3+400.00 2564.87 2565.08 2565.50 0.36 0.79

3+360.00 2564.88 2564.50 2565.04 -0.21 0.33 2564.71

3+320.00 2564.87 2565.01 2564.50 0.30 -0.21

2564.71

3+300.00 2564.86 2565.03 2564.52 0.33 -0.18

2564.70

3+260.00 2564.83 2565.06 2564.50 0.39 -0.17

2564.67

3+240.00 2564.84 2565.08 2564.50 0.40 -0.18

2564.68

72


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23 de junio de 2017





.

km

Cota

Lámina

de Agua

TR:100

Cota

Terreno

Borde

Derecha

Cota

Terreno

Borde

Izquierda

Borde

Libre

Natural

Margen

Derecha

Borde

Libre

Natural

Margen

Izquierda

Cota

Altura

Gavion o

Jarillon

Margen

Derecha

Cota

Altura

Gavion o

Jarillon

Margen

Izquierda

3+200.00 2564.83 2565.12 2564.50 0.46 -0.16

2564.66

3+160.00 2564.83 2565.07 2564.50 0.41 -0.16

2564.66

3+080.00 2564.82 2564.94 2564.46 0.28 -0.20

2564.66

3+000.00 2564.81 2565.50 2563.50 0.86 -1.14

2564.64

2+960.00 2564.81 2565.23 2563.00 0.59 -1.64

2564.64

2+800.00 2564.81 2563.33 0.00 -1.31

2564.64

2+740.00 2564.77 2565.50 2563.50 0.90 -1.10

2564.60

2+700.00 2564.76 2565.04 0.00 0.45

2+660.00 2564.74 2565.02 2564.50 0.44 -0.07

2564.57

2+600.00 2564.72 2565.00 2564.54 0.45 -0.02

2564.55

2+520.00 2564.70 2565.50 2563.75 0.97 -0.78

2564.53

2+460.00 2564.69 2565.00 2563.50 0.48 -1.02

2564.52

2+360.00 2564.65 2565.50 2563.50 1.01 -0.99

2564.49

2+280.00 2564.63 2565.50 2563.77 1.03 -0.70

2564.47

2+220.00 2564.64 2564.55 2564.50 0.11 0.05

2+120.00 2564.59 2565.50 2568.81 1.08 4.39

1+980.00 2564.52 2565.50 2565.10 1.15 0.75

1+880.00 2564.50 2565.50 2565.00 1.17 0.67

1+760.00 2564.44 2565.47 2565.67 1.20 1.40

1+600.00 2564.38 2565.00 2565.50 0.79 1.29

1+540.00 2564.34 2565.13 2565.05 0.95 0.87

1+400.00 2564.26 2565.00 2565.50 0.90 1.40

1+320.00 2564.22 2565.00 2565.50 0.93 1.43

1+200.00 2564.17 2565.50 2566.50 1.49 2.49

1+020.00 2564.05 2564.87 2566.50 0.97 2.60

0+940.00 2564.01 2565.03 2565.56 1.17 1.70

0+840.00 2563.95 2566.50 2565.52 2.69 1.71

0+740.00 2563.93 2565.00 2567.00 1.22 3.22

0+660.00 2563.88 2565.53 2565.51 1.79 1.77

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.

km

Cota

Lámina

de Agua

TR:100

Cota

Terreno

Borde

Derecha

Cota

Terreno

Borde

Izquierda

Borde

Libre

Natural

Margen

Derecha

Borde

Libre

Natural

Margen

Izquierda

Cota

Altura

Gavion o

Jarillon

Margen

Derecha

Cota

Altura

Gavion o

Jarillon

Margen

Izquierda

0+500.00 2563.82 2567.00 2564.93 3.32 1.25

0+360.00 2563.71 2565.50 2564.53 1.92 0.95

0+180.00 2563.61 2565.65 2565.55 2.16 2.06

0+120.00 2563.57 2566.02 2565.60 2.57 2.15

0+80.00 2563.54 2565.11 2566.28 1.69 2.86

0+60.00 2563.48 2565.20 2565.50 1.83 2.13

0+20.00 2563.50 2561.50 2565.50

2.11


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Ingeniería Civil

Proyecto de Grado

23 de junio de 2017





.

6. CONCLUSIONES

Al analizar los datos obtenidos en la modelación de la sección de Rio objeto

de estudio, se concluye que existe una alta potencialidad de inundación en

la zona; ya que se observan en varios secciones que constituyen la casi

totalidad del tramo en análisis, que el borde libre se encuentra por debajo

del requerido, haciendo necesario una respuesta de mitigación a corto

plazo que contribuya a la recuperación de la sección hidráulica del rio,

mediante el retiro de sedimentos acumulados a lo largo del tramo,

aumentando el borde libre y de esta manera disminuir la amenaza por

inundación que presenta el sector evaluado

Se realiza un análisis para generar una sugerencia que disminuya la

probabilidad de inundación, realizando una simulación de dragado del río,

modelando el tramo evaluado considerando una sección hidráulica

modificada donde se aumenta la geometría transversal del río, llevando a

una ampliación del vaso del mismo, con lo cual se espera bajar los niveles

del río para que de esta forma disminuya la probabilidad de inundación en

la zona. Sin embargo los resultados muestran una disminución mínima del

nivel del espejo de agua y para alcanzar los niveles deseados es necesario

la profundización del fondo del rio, trayendo como consecuencia una gran

alteración del comportamiento hidráulico en toda la zona; lo cual nos lleva a

concluir que el dragado del río no mitiga la amenaza por inundación en el

tramo estudiado

Finalmente se sugiere la construcción de gaviones en los puntos más

propensos de inundación con el fin de aumentar el borde libre del Rio; para

esto se lleva a cabo un análisis donde se muestra la altura mínima que

debe tener el gavión para prevenir inundaciones teniendo en cuenta

periodos de retorno de 50 y 100 años; de esta manera se logra mitigar la

amenaza por inundación en el Rio Bogotá en el sector de Betania municipio

de Gachancipa. Sin embargo, esta alternativa deberá ser cuidadosamente

evaluada, en conjunto con los sectores aguas abajo, ya que aunque se

garantiza la solución para el sector analizado, puede esperarse que la

inundación se traslade aguas abajo, al no tener control sobre la lámina de

agua.

75


Ingeniería Civil

Proyecto de Grado

23 de junio de 2017





.

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