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SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA LA RED DE
ALCANTARILLADO DEL MUNICIPIO DE ARBOLETES ORIENTADO
A LA OPERACIÓN DEL SISTEMA
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN FACULTAD DE INGENIERÍAS
ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA MEDELLIN
2015
SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA UNA RED DE
ALCANTARILLADO DEL MUNICIPIO DE ARBOLETES ORIENTADO
A LA OPERACIÓN DEL SISTEMA
JHON ALEXANDER CASTAÑO ARANGO
Ingeniero Civil
JOHNNY ALEXANDER RAMÍREZ AGUDELO
Ingeniero Electrónico
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE ESPECIALISTA EN
SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICO
HELENA PÉREZ GARCÉS
Asesora
Ingeniera Ambiental
Especialista en Sistemas de Información Geográfica
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN
FACULTAD DE INGENIERÍAS
ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICA
MEDELLIN
2015
CONTENIDO
1. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 5
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 6
3. OBJETIVO GENERAL....................................................................................... 7
4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 8
5. UBICACIÓN Y GENERALIDADES DEL ÁREA DE ESTUDIO .......................... 9
5.1 MARCO REFERENCIA................................................................... 11
5.1.1 HISTORIA DE LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS ................... 11
5.1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE
ALCANTARILLADO, LEGISLACIÓN ACTUAL DEL SECTOR Y LA
CONFIGURACIÓN DEL ACTUAL DEL MUNICIPIO DE ARBOLETES ................. 15
5.1.3 DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO .................. 21
6. DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................ 24
6.1 Desarrollo Metodológico ................................................................. 25
6.1.1 Alcance y objeto del Proyecto ............................................................... 25
6.1.2 Gestión de la Información ...................................................................... 25
6.1.3 Verificación y trabajo de Campo ............................................................ 26
6.1.4 Creación de la base de datos Espacial ................................................. 26
6.1.5 Registro en la base de datos del sistema de alcantarillado ................... 27
6.1.6 Aplicación del Producto ......................................................................... 28
6.1.7 Entrega de resultados y análisis espacial .............................................. 28
7. CRONOGRAMA .............................................................................................. 30
8. DESARROLLO ................................................................................................ 32
8.1 GESTACIÓN, DEPURACIÓN Y VERIFICACIÓN DE
INFORMACIÓN ..................................................................................................... 32
8.2 CREACIÓN DE LA BASE DE DATOS ESPACIAL ......................... 34
8.2.1 Modelo Lógico del diseño de la base de datos espacial ........................ 36
8.2.2 Generación de la Base de datos Espacial ............................................. 36
8.3 REGISTRO DE LA INFRASTRUCTURA DE LA BASE DE DATOS
ESPACIAL 44
8.3.1 Creación del Modelo Digital de Elevación del Terreno y Delimitación de
las subcuencas ...................................................................................................... 49
8.3.2 Diligenciación de los Atributos de los elementos del sistema de
alcantarillado .......................................................................................................... 55
8.4 APLICABILIDAD DEL SISTEMA Y ANALISIS ESPACIAL .............. 57
8.4.1 Consulta 1 Metros de Tubería Por Distrito............................................. 57
8.4.2 Numero de sumideros por Subcuencas ................................................ 59
8.4.3 Número de Daños por Circuito .............................................................. 59
8.4.4 Monitorio Sobre la fuentes de descarga ................................................ 60
8.4.5 Identificación de las Cámaras de Inspección perdidas .......................... 61
8.4.6 Identificación del Tipo de Red de alcantarillado .................................... 61
8.4.7 Análisis espacial Para determinar las zonas susceptibles de inundación
por el fenómeno de reflujo en las redes de alcantarillado ...................................... 62
9. CONCLUSIONES ............................................................................................ 78
10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 79
10. LISTA DE TABLAS .......................................................................................... 81
11. FOTOGRAFÍAS ............................................................................................... 82
12. LISTA DE FIGURAS ....................................................................................... 83
13. LISTA DE GRAFICAS ..................................................................................... 85
LISTA DE ANEXOS ............................................................................................... 86
5
1. JUSTIFICACIÓN
Las condiciones actuales a nivel ambiental nos obliga a tener más control sobre
cada factor que puede afectar nuestro futuro como sociedad, es por esto que las
empresas de servicios públicos de acueducto y alcantarillados deben de estar en
la capacidad de afrontar con todas las herramientas disponibles los desafíos del
mundo de hoy, por esto la gestión de la administración del componente de
alcantarillado nos obliga a enfocar todos los esfuerzos para un mayor control y
prevención en nuestros centros poblados.
Los sistemas de Información Geográficos (SIG) surgen como una gran
herramienta, que combinada con una base de datos espacial, es capaz de tener
eficiente administración y operación de los sistemas de recolección de aguas
lluvias y residuales, pudiendo prever la gestión de activos y a su vez agilizando el
mantenimiento y reduciendo el impacto negativo en la comunidad que pudieran
conllevar la operación del sistema.
Con el desarrollo del proyecto Sistemas de Información Geográfica para la
recolección de aguas Lluvias y Residuales, se busca un análisis según varios
factores del Municipio de Arboletes operado por la empresa de Servicios Públicos
AAS SA, que permitan pronosticar acontecimientos de forma oportuna y eficaz en
aras de mejorar la prestación de los servicios públicos domiciliarios en dicho
Municipio.
6
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La administración de los servicios públicos domiciliarios en general en todo el
Departamento de Antioquia está a cargo de Empresas Estatales y Privadas en
diferentes regiones, donde en algunos casos no se tiene el desarrollo de los
Planes Maestro de Acueducto y Alcantarillado que buscan darle un Diagnostico e
identificar las principales falencias de sus sistemas para la gestación de
soluciones conforme a los recursos económicos disponibles para los Municipios.
Por lo que las Empresas operadoras han tenido que manejar estos sistemas con
la mínima información disponible, en la mayoría de los casos la información se
encuentran desactualizada en medio físicos o formato CAD, los cuales no son los
mejores gestores para las bases de datos.
Según lo explicado anteriormente los principales problemas encontrados en el
desarrollo de este tipo de proyecto es la información primaria de cada sistema,
pues las empresas operadoras debido al mal estado en muchos casos de las
redes de recolección se preocupan más por solucionar daños de momento,
dejando a un lado la inversión a largo plazo, pues de igual forma no hay recursos
para la planificación oportuna de cada sistema. De allí la importancia dentro de la
metodología la gestión de la información de campo que alimentara las Bases de
datos que ayudarían a la solución oportuna de una recolección efectiva de aguas
residuales y aguas lluvias generando el menor impacto ambiental y social posible.
La implementación de un modelo de gestión de la operación de servicios públicos
basados en SIG debe ser integral con todos los aspectos concernientes como lo
técnico, Planeación urbanística que desarrolla el crecimiento de los municipios, el
área comercial que está en continuo contacto con los usuarios beneficiados y el
área financiera pues es quien finalmente realiza el recaudo económico y la
gestación de inversión para todo el sistema.
Con toda la información recolectada durante el proyecto se desarrollara la base de
datos concerniente al sistema de alcantarillado existente en el Municipio, y con la
combinación de esta información y las herramientas de análisis espacial se
determinaran de manera inicial las principales necesidades a término inmediato y
futuro de la administración de este sistema de recolección de aguas Lluvias y
residuales y además la gestión de activos en tiempo real.
7
3. OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un Sistema de Información Geográfico para el operador del servicio de
acueducto y alcantarillado en la zona urbana del Municipio de Arboletes como un
componente de la herramienta de gestión que integre las áreas operativa y
comercial ayudando a la gestión de activos.
8
4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar la infraestructura existente de recolección de todo el Municipio de
Arboletes.
Diseñar la estructura de la base de datos espacial de alcantarillado del municipio
de Arboletes.
Permitir la consulta de información útil para la operación del sistema de
alcantarillado en el Municipio de Arboletes.
Realizar un análisis espacial que permita identificar los sitios críticos del sistema
de alcantarillado que ante una fuerte precipitación ocasionan la inundación de
algunas zonas del municipio por el fenómeno de reflujo.
9
5. UBICACIÓN Y GENERALIDADES DEL ÁREA DE ESTUDIO
Se encuentra ubicado al noroccidente del Departamento, en la región de Urabá.
Está situado a orillas del Mar Caribe y al extremo de la Serranía de Abibe. Sus
coordenadas son 8º,6’,48” y 8º,51’,48” de latitud norte y 76º,34’,48” de longitud
Oeste. Su temperatura media es de 28ºC y la altitud de la cabecera municipal es
de 4 metros sobre el nivel del mar. [5] [6]
El municipio de Arboletes limita al norte con el Mar Caribe, al oriente con el
municipio de Los Córdobas (departamento de Córdoba), al sur con los municipios
de San Pedro de Urabá y Turbo y al occidente con los municipios de San Juan de
Urabá y Necoclí. [6]
Grafico 1. Ubicación del Municipio
10
Desde el punto de vista hidrológico, los ríos San Juan (eje hidrográfico del
Municipio), Río Jobo y Rio Volcán son los recursos de vital importancia en la
localidad.
Tabla 1. Red Hidráulica del Municipio de Arboletes [6]
Caños y Quebradas Área (ha)
Caños y quebradas 716,9
Quebrada Caimán 2337,2
Ciénagas El Calabozo Y La
Estación
2043,7
Quebrada El Coco 1788,2
Quebrada El Guadual 6030,9
Rio Hobo 907.77
Quebrada Iguana 63,2
Quebrada Las Platas 13109,7
Rio Mulaticos 706,3
Quebrada Naranjitas 2417,9
Rio San Juancito 9245,2
N. N 13686,4
Rio San Juan 3187,8
Quebrada Siete hermanas 7355,6
Quebrada Trementina 5729,4
Rio Volcán 2937,9
Quebrada Siete vueltas 79,9
Área Total 74368,7
El clima es seco en una gran parte del territorio debido a la influencia de los
vientos alisios, el periodo lluvioso sucede entre abril y noviembre y los promedios
regionales no pasan de 200mm/mes. [13]
Considerando la zonificación ecológica de Holdridge (1972), en una vasta porción
del territorio de Arboletes predomina la zona de vida Bosque seco tropical, abarca
desde el litoral costero hasta el cerro Las Lajas e incluye las cuencas hidrográficas
de los ríos El Volcán y El Hobo. [6][7]
11
5.1 MARCO REFERENCIA
5.1.1 HISTORIA DE LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADOS
La antigua capital del Imperio de antaño Europeo que lleva de nombre el mismo
de su capital Roma, desarrollo una red de recolección de aguas residuales
asombroso para su época, regulando caudales y aprovechando las precipitaciones
para el anhelado saneamiento que los casi un millón de pobladores de la ciudad
necesitaban, aunque el sistema se construyó con el fin del drenaje de las aguas
subterráneas de los cimientos donde se asentaría la metrópolis imperial hace ya
casi 2500 años, se convirtió años después en lo que hoy se conoce como
colectores o ductos con mayor capacidad para la evacuación de dichas aguas,
convirtiéndose en la columna vertebral de todo el sistema de la ciudad[15], ya que
a este llegarían obras de drenajes realizadas en el transcurrir del tiempo que
conectarían a toda la urbe.[16]
Las redes de estos sistemas de recolección de aguas alcanzaron hasta 900m de
longitud [15], en algunos tramos hay cámaras de 3.3 m de alto por 4.50 m de
ancho a una profundidad actual de 12m [17], cuyo mantenimiento estaba a cargo
de los esclavos o prisioneros de guerra, pues aun en esta época era considerado
interés de la administración pública de la ciudad el tema del saneamiento. [15] Sin
embargo una cantidad de problemas apenaban a la ciudad como las inundaciones
provocadas por la creciente del Tíber que empeoraban al ingresas estas aguas de
creciente a los ductos alrededor de la metrópolis, provocando el fenómeno de
reflujo expulsando la inmundicia que se acumulaba en los ductos por el mal
mantenimiento.[14]
12
Fotografía 1. Red de drenaje en la antigua Roma. [15]
Con todo lo anterior aunque los romanos no fueran los creadores de la red de
alcantarillado fueron los que perfeccionaron las técnicas de recolección de aguas
negras de civilizaciones orientales, griegas y los babilónicos, desarrollando
técnicas como la distribución por distritos, la cual consiste en un conjunto de
alcantarillados pequeños que se encargaban de extraer las aguas residuales de
un área muy grande [16]. En los diseñaros tenían en cuenta aspectos como
geología, pendiente y puntos de descarga, en casos particulares solucionaron el
problema de forma individual con pozos negros, dadas las condiciones del suelo o
topográficas que no cumplían o no tenían alternativas de solución a la recolección
de aguas negras.
Es inevitable hablar del tema de alcantarillado en la antigua Roma, sin tocar el otro
servicio necesario y que van muy relacionados entre sí y es de la distribución del
acueducto, pues las aguas utilizadas en los baños públicos, cocinas, entre otros,
son las productoras de las aguas residuales. El primer sistema de acueducto fue
construido tiempo después del alcantarillado, aprovechando todo recurso de agua
dulce disponible, proveniente de las lluvias o ríos de la zona [16]
13
Fotografía 2. Canales del Acueducto Romano [17]
Después de la caída del imperio Romano, entra la edad media y se descuidó la
prestación de los servicios públicos de acueductos y alcantarillados desarrollados
por los Romanos. Teniendo un grave retroceso en la salubridad de los europeos,
la falta de sistemas de recolección o el mal estado de estos llevo a la generación
de enfermedades, sumando un factor de esta problemática la mala gestión del
tema en todas las comunidades. [16]
En el siglo XVIII se da el desarrollo industrial obligando a ciudades como Londres
a entran a atacar de fondo el problema ambiental que generan la mala gestión de
la salubridad pública, realizando la construcción de colectores al mejor estilo
Romano, utilizando nuevas tecnologías para la época como estaciones de
Bombeo para descargas directas al rio Támesis. En Alemania a finales de este
siglo se incorporó la recolección de sistemas residual a sus ciudades pese a la
oposición de la población, en otras partes de Europa durante el mismo siglo como
en Francia ya se contaba con colectores de recolección pero tenían problemas
con la gestión del mantenimiento y altos niveles de contaminación, por lo que
empezaron a crear planes de control a los ciudadanos que regulaban el consumo
del líquido, en este país se empezaron a dar cuenta que no era suficiente con la
conducción del agua hasta los ríos y se empezó a plantear la posibilidad del
tratamiento o descontaminación de las aguas residuales para después ser vertidas
a los ríos y quebradas y crear el menor impacto ambiental posible, al otro lado del
continente en lo que hoy se conoce como Estados Unidos, configuraron
14
alcantarillados solo con el fin de prevenir inundaciones, ósea de uso exclusivo de
las aguas lluvias, los desechos humanos eran arrojados a la calle hasta que
lloviera y los dejara llevar hasta las alcantarillas de aguas lluvias. [16]
Aunque a principios del siglo XX, se establece la necesidad del tratamiento de las
aguas residuales, no es sino hasta finales de los años cuarenta cuando termina la
segunda guerra mundial, que de las ruinas de Europa surge el desarrollo de este
tema, lastimosamente fueron muchos años donde la contaminación de los
afluentes se dio por culpa de la guerra, pues todos los recursos fueron destinados
a esta. [16]
En la era moderna, los gobiernos nacionales y locales son los responsables, como
lo ha sido siempre, de velar por la planificación urbana [18].Teniendo en cuenta
una serie de factores en 1983 se utiliza de forma efectiva una herramienta de
software que relaciona una cantidad importante de variables con este fin en Brasil
[18], este software se conoció desde entonces como SIG [18], este echo relaciona
un precedente en la historia de esta tecnología no muy conocida para la época.
La gestión de gobierno se apoyó a estudios espaciales que tienen en cuenta
aspectos fiscos del espacio hasta las condiciones sociales de la población, toda
esta información es de carácter genérico al y corresponde a una parte del
problema que se quiere atender o analizar. [18]
Dentro de la planificación del Gobierno existe claramente los servicios
fundamentales como los sistemas de acueducto y alcantarillado, que diversos
estudios han mostrado una complejidad en el modelo de empleo y operación,
gracias a la basta información que representa su infraestructura [1][2] y otros
factores como la naturaleza y el medio ambiente [4], por ellos nos centraremos en
el servicio de sanidad con las redes de alcantarillado, que es un problema hoy en
día aun con todos los avances y donde la herramientas de los SIG pueden dar
grandes resultados para la operación de los sistemas.
El Funcionamiento de los sistemas de acueducto y alcantarillados dependen de
una serie de factores que nos indican el comportamiento del sistema. Con la
ayuda de estos se debe de orientar la toma de decisiones en aras de garantizar la
prestación más óptima de servicios públicos [9]. Así es como se vuelve necesaria
la utilización de bases de datos espaciales que almacenen la información de los
sistemas referenciados [3]. El manejo y almacenamiento de la información es
bastante importante para sistemas complejos y de referencia espacial, siendo
esencial una buena exploración e indagación en campo para la recopilación de
datos [2] [1].
15
Con la integración de datos fidedignos de la infraestructura existente, puede ser
muy efectiva la gestión de activos [1], esto lográndose con modelos y
herramientas que interactúen entre si de una forma correcta como lo son los
sistemas de información Geográfica [2]. Por ejemplo un modelo matemático que
ha sido puestos a prueba [2], requiere de la conformación acertada de las bases
de datos tanto de las redes de acueducto y alcantarillados [3], pues con ayuda del
posicionamiento espacial y una serie de variables que al combinarlas bajo un SIG
determinar los posibles puntos de contaminación del agua potable producto del
mal estado de las redes de recolección de las aguas residuales [2], y así poder
orientar la inversión necesaria a los activos existentes [1].
5.1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO,
LEGISLACIÓN ACTUAL DEL SECTOR Y LA CONFIGURACIÓN DEL
ACTUAL DEL MUNICIPIO DE ARBOLETES
Colombia se rige por la normativa RAS/2000, Decreto 2320 de 2009 y ley 142,
para regular el saneamiento básico de todo el territorio nacional, buscando
estandarizar y garantizar la cobertura de servicios públicos en todo el territorio.
[13]
Es por esto que explicaremos las premisas que regirán el sistema de alcantarillado
que ayudaran a la toma de decisiones geoespaciales conforme al modelo de
información geográfica objeto del presente proyecto. [12]
Las configuraciones esenciales para un sistema de alcantarillado se describen a
continuación:
Las Aguas residuales son las producidas por la población proveniente de baños,
cocina y los diferentes usos humanos, deben tener un tratamiento posterior para
ser devueltas a los afluentes naturales.
Las Aguas Lluvias son las provenientes por las precipitaciones y deben ser
transportadas hasta los afluentes directamente sin necesidad de realizarles pre
tratamientos.
El último tipo de agua son las combinadas, la cual resulta de las aguas residuales
más las aguas lluvias, cuando existen redes combinadas, por las altas
precipitaciones el sistema se debe de aliviar mediantes cámaras de inspección o
manholl (MH), la cuales tiene un sistema hidráulico especialmente diseñado para
verter solo las aguas de excesos a las fuentes naturales antes de llegar a las
16
Plantas de tratamiento de agua residual (PTAR) evitando el vertimiento de agua
contaminada a dichas fuentes.
Las cámaras de inspección o Manholl (MH), son elementos instalados cada
determinada distancia o en cambio de dirección de las redes de tubería,
hidráulicamente permiten el quiebre de presión, permitiendo trabajar las tubería a
flujo libre, los MH también sirven para realizar el mantenimiento al ducto de
recolección, y la expulsión de gases propios por el tipo de material orgánico que
transportan.
Las Acometidas de alcantarillados son las conexiones domiciliarias propias de
cada usuario al sistema de redes de recolección de las aguas residuales y lluvias,
las cuales se conforman por un vasto sistema de instalaciones hidrosanitarias
internas de cada vivienda hasta la caja de acometida donde descargan y
finalmente se conectan directamente a las redes explicadas.
Los sumideros cunetas y cárcamos funcionan para la recolección de las aguas
lluvias de las vías y aceras de las zonas urbanas y estos finalmente se deben
conectar directamente a los MH a no menos de 15 m alrededor del elemento [13],
La red de colectores se le conoce al sistema principal de recolección que capta
todas las aguas residuales hasta su sitio final de tratamiento y de disposición del
líquido al afluente natural. Por lo general reúnen gran caudal y son críticos en el
mantenimiento y operación, pues el colapso de alguno supondría poner en riesgo
la totalidad del sistema de alcantarillado.
Las estaciones de bombeo de agua residual o más conocidas como EBAR. Por lo
general se encuentran en zonas planas donde se requiere bombear el agua hasta
una cota más elevada para poder seguir transportando el agua a través de las
líneas de impulsión que no son más que redes de acueducto que funcionan a
presión proporcionada por una bomba.
Las Plantas de Tratamiento de Agua residual, cumplen con la función de remover
la contaminación de las aguas residuales para su posterior vertimiento a los
afluentes hidráulicos más cercanos, previendo un riesgo ambiental para los
ecosistemas de las zonas.
El funcionamiento básico de las redes de alcantarillado es el siguiente:
Las aguas provenientes del acueducto de cada municipio utilizadas por las
actividades humanas se recolectan a través de las instalaciones domiciliarias,
17
después conducidas por las redes secundarias de alcantarillado formando distritos
siendo transportadas hasta los colectores principales.
5.1.2.1 Nivel de complejidad del sistema
Se define el nivel de complejidad del municipio dependiendo de la población
proyectada en un rango de años determinados entre 25 y 30 años para garantizar
el funcionamiento del sistema en este periodo de tiempo, considerando los niveles
según la siguiente tabla. [10]
Tabla 2. Asignación del Nivel de complejidad
Nivel de
complejidad
Población de
la zona(1)
(habitantes)
Capacidad
económica de los
usuarios(2)
Bajo < 2.500 Baja
Medio 2.501 a 12.500 Baja
Medio Alto 12.501 a
60.000 Media
Alto > 60.000 Alta
Fuente: RAS/2000 Tabla A.3.1.
En el año 2039, para una tasa de crecimiento poblacional de 1,70% se tendrá una
población de 21.549 habitantes dentro de la zona atendida por la ESP, ubicándolo
en una complejidad media alta, actualmente y según el registro del censo
sanitario tiene una población de 13.902 [8][10]
5.1.2.2 Dotación neta
Se refiere a la cantidad de agua consumida por un habitante en un día. La
dotación neta utilizada para la simulación del sistema de alcantarillado de dotación
neta actual = 93.07 l/hab–día. Obtenida de los registros de micromedición de la
empresa operadora de servicios públicos del sistema de acueducto y repartidos
dentro de la población atendida. [8] [11]
5.1.2.3 Densidad de Viviendas
Según el Censo Sanitario de 2013 hay una densidad 54.41 vivi/ha [8]
18
5.1.2.4 Contribución por infiltraciones
Dado que no se puede establecer con precisión el caudal por infiltraciones, este
valor será adoptado con base en lo recomendado por el RAS/2000 en la Tabla
D.3.7 para un sistema de complejidad medio y con una infiltración media, por lo
tanto se tomará un aporte por infiltración de 0,20 L/s-ha. [10]
5.1.2.5 Coeficiente de retorno
Se adoptará un coeficiente de retorno de 0,85 según RAS/2000 para nivel de
complejidad Medio Alto. [10]
5.1.2.6 Caudal de operación
El caudal de diseño de las redes corresponderá al caudal máximo horario de
aguas residuales, más los caudales de infiltración y el caudal aportado por las
lluvias. [8] [10]
5.1.2.7 Caudal máximo de aguas residuales
El caudal máximo horario de aguas residuales se determina multiplicando el
caudal medio diario por un coeficiente de mayor ración que permite tener en
cuenta las variaciones en el consumo de agua por parte de la población. El factor
de mayor ración se estimó con base en la fórmula de Tchobanoglous. [10]
Donde 1,4
19
C: Coeficiente de escorrentía, el cual representa la relación entre la
escorrentía y el volumen de lluvia precipitado. Este coeficiente depende del tipo
de suelo y de su permeabilidad. Se calcula con la fórmula:
C = 0,14 + 0,65 I + 0,05 P
Donde:
I = Impermeabilidad = 0,75 (según RAS/2000 para residencias contiguas, con
predominio de zonas duras)
I = Impermeabilidad = 0,30 (según RAS/2000 para zonas verdes)
P = Pendiente media del terreno, en decimales.
i : Intensidad de la lluvia en mm/hr, correspondiente al período de retorno de
diseño y al tiempo de concentración calculado.
i = k x TRm)/[(c + Tc)n
Donde:
Tc = Tiempo de concentración en minutos
TR = Tiempo de retorno = 3 años (según RAS/2000, Tabla D.4.2)
Para determinar la intensidad de la lluvia se utilizarán las curvas de intensidad,
frecuencia y duración de la curva IDF que fue creada por la Universidad Nacional
Sede Medellín (CORNARE, 2009) luego de un proceso de estudio de las lluvias de
la zona regionalizada 1, definida en el estudio hidrológico (ver en el tomo 4 el
Estudio hidrológico), cuyos parámetros para el cálculo de la intensidad son: [13]
k : 355,50
m : 0,122
n : 0,515
c : 0,250 lo cual indica:
El tiempo de concentración está compuesto por el tiempo de entrada y el tiempo
de recorrido en el colector. El tiempo de entrada corresponde al tiempo requerido
para que la escorrentía superficial del área tributaria contribuya en el punto en
consideración, mientras que el tiempo de recorrido se asocia con el tiempo de
tránsito del agua dentro del colector. Según los lineamientos del RAS/2000 el
tiempo de concentración mínimo en cámaras iníciales es de 10 minutos y el
tiempo máximo es de 20 minutos, siendo el tiempo de entrada mínimo de 5
minutos. [13]
20
5.1.2.9 Velocidad media
El principio de funcionamiento de los alcantarillados es a flujo libre por gravedad.
La velocidad se calcula con la fórmula de Manning:
n
SRV
2/13/2
Donde:
V: Velocidad media (m/s)
R: Radio hidráulico (m)
S: Pendiente de la tubería (m/m)
n: Coeficiente de rugosidad de Manning, el cual depende del tipo de material
de la tubería. Los valores recomendados por el RAS/2000 son: para concreto
0,013 y para PVC 0,009.
5.1.2.10 Velocidad mínima
La velocidad mínima permitida de las aguas residuales es Vmin(ARU)= 0,45 m/s
según RAS/2000. Este parámetro busca proveer al colector de una velocidad
suficiente para lavar los sólidos depositados durante períodos de caudal bajo.
La velocidad mínima permitida de las aguas combinadas es V.min(AC) = 0,75 m/s.
5.1.2.11 Velocidad máxima
La velocidad máxima permitida de las aguas residuales y combinadas es V.max =
5 m/s para alcantarillados construidos en tubería de concreto y de 10,0 m/s para
alcantarillados construidos en tubería de PVC.
Relación de caudales: q/Q < 1,0 para aguas combinadas y
q/Q < 0,85 para aguas residuales.
5.1.2.12 Fuerza Tractiva
Este parámetro está dado por la expresión
= x Rh x S
Donde:
21
: Esfuerzo cortante (kg/cm2)
: Peso específico del agua residual
Rh: Radio hidráulico (m)
S: Pendiente (m/m)
Para aguas residuales urbanas debe ser mayor de 0,15 kg/m2 y para aguas
combinadas mayor de 0,30 kg/cm2.
5.1.3 DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO
El sistema de alcantarillado del Municipio de Arboletes cuenta con una red de
recolección combinada de aguas lluvias y aguas residuales, la cual está
conformada por cuatro distritos como se observa en la Figura 1, actualmente el
sistema tiene una cobertura del 61.30% para un total de 2037 usuarios registrados
en la empresa de servicios públicos de un total de 3335 predios contabilizados en
el último censo sanitario en el año 2013. [8]
El sistema tiene una antigüedad de 40 años aproximadamente, durante los cuales
se han ido reponiendo algunos tramos de recolección, tiene dos estaciones de
Bombeo de Agua Residual (EBAR) y una laguna de oxidación como sistema de
tratamiento de aguas residuales. [8] [9]
El 62.20% de la tubería de recolección está construido en PVC y el restante
37.80% en Asbesto cemento, según datos del Plan maestro de acueducto y
alcantarillado el 50.10% del total del sistema presenta una sebera insuficiencia
hidráulica para atender la demanda técnica que requiere el municipio. [8]
Tabla 3. Resumen de tubería existentes del municipio de Arboletes
Diámetro
(mm)
Número
de
tramos
(un)
Longitud
(m)
Porcentaje de
longitud de
tramos (%)
Material
145 10 474,28 2,49 PVC
150 3 162,19 0,85 Concreto
182 129 6770,05 35,60 PVC
200 143 7843,91 41,25 Concreto
227 1 39,88 0,21 PVC
22
Diámetro
(mm)
Número
de
tramos
(un)
Longitud
(m)
Porcentaje de
longitud de
tramos (%)
Material
250 51 2678,07 14,08 Concreto
300 14 693,07 3,64 Concreto
400 1 32,45 0,17 Concreto
600 6 321,81 1,69 Concreto
Total 358 19015,71 100
La entidad responsable de los servicios públicos del municipio es Acueductos y
Alcantarillados Sostenibles S.A E.S.P (A.A.S S.A E.S.P), que desde el año 2005
viene presta los servicios de la administración de los sistemas de acueducto y
alcantarillado. Entre sus labores esta realizar labores preventivas y correctivas de
mantenimientos de los componentes del sistema de alcantarillado.[8]
Dos de los cuatro circuitos tiene cargas puntuales a afluentes naturales sin previo
tratamiento de agua residuales como lagunas de oxidación, plantas de tratamiento
de agua residual entre otros, otro circuito vierte a la laguna de oxidación y el ultio a
a PTAR compacta. En total hay dos estaciones de Bombeo de Agua Residual
(EBAR) de Villa Luz y Pambele. [8]
23
Figura 1. Configuración del Sistema de alcantarillado del Municipio de Arboletes
24
6. DISEÑO METODOLÓGICO
Con el fin de alcanzar las metas trazadas en este proyecto según los
requerimientos de la empresa operadora del sistema A.A.S S.A, se estructura una
metodología a seguir la cual se sintetiza en la siguiente ilustración.
Grafico 2. Metodología de Trabajo
SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA LA ADMINISTRACIÓN Y
OPERACIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO URBANO DEL MUNICIPIO
DE ARBOLETES
Alcance y Objetivos
del Proyecto
Gestión de
Información Primaria
Secretaria de
Planeación Del
Municipio de Arboletes
Empresa Operadora de
Servicios Públicos del
Municipio A.A.S S.A ESP
Verificación y trabajo de Campo
Creación de la Base de
Datos Espacial
Registro en la base de datos
de todos los componentes
del sistema de alcantarillado
Aplicación del Producto y Análisis
Espacial
ENTREGA DE RESULTADOS
25
6.1 Desarrollo Metodológico
6.1.1 Alcance y objeto del Proyecto
A través de consultas realizadas con la empresa, se establece el alcance del
proyecto conforme a las necesidades que demanda la normativa vigente, la
experiencia de los ingenieros encargados de la zona y personal administrativo de
la ESP, se determina las insuficiencias más apremiantes para la operación y
mantenimiento de los sistemas de recolección de aguas residuales y aguas lluvias
en centros poblados.
Con claridad la necesidad de la integración de información dispersa en diferentes
dependencias de la empresa se perfila como el primer alcance claro y primordial
del proyecto, así como la integración con otras instituciones por fuera de la ESP
como la secretaria de planeación, que ordena y regula el territorio cuya integración
debe ser acorde a los alcances de ciertos parámetros estipulados por la ley y
reglamentados de forma particular dentro del Plan de Ordenamiento Territorial
(POT) de cada municipio.
Los resultados del análisis con motores SIG, debe de dar resultados a corto y
largo plazo volviéndolo una herramienta sostenible capaz de organizar y planear
de forma efectiva la operación del sistema de alcantarillado del municipio, en
especial el manejo de las aguas lluvias, que por las condiciones topográficas y del
suelo de la zona lo han convertido en una problemática recurrente para la
operación en general del sistema.
Paralelo a la exploración en la empresa de servicios públicos, se realiza la visita
de campo al casco urbano del lugar, pudiendo tener una referencia clara del
panorama en general y particular del sistema de alcantarillado.
6.1.2 Gestión de la Información
La gestión de la información referente a los objetivos y alcances del proyecto se
desarrolla conforme a los parámetros determinados por la empresa prestadora del
servicio y a la secretaria de planeación.
Desde el año 2005 que A.A.S S. A entran a operar los servicios públicos de
saneamiento básico en acueducto y alcantarillados, se ha estado realizando una
recopilación detalla de la información de cada uno de los componentes de ambos
sistemas, sin embargo en el año 2.013 gracias al contrato suscrito entre la
gobernación de Antioquia y la empresa operadora dentro del desarrollo del Plan
26
Maestro de Acueducto y Alcantarillado se gestionó el catastro de redes de
acueducto, alcantarillado y el Censo Sanitario de todo el Municipio, Toda esta
información será utilizada con la autorización de la empresa para el presente
proyecto del desarrollo SIG del sistema de alcantarillado del Municipio de
Arboletes.
El catastro de redes de alcantarillado que es el principal objetivo de desarrollo,
incluye la descripción detallada de sus elementos formados fundamentalmente por
Manholes (MH) o cámaras de inspección construidas en concreto con tapas y
escalones de accesos y tuberías de recolección de las aguas lluvias o residuales,
así como las estaciones de Bombeo y tratamientos de aguas residual. Toda la
teoría de los sistemas de alcantarillados será abordada con mayor detalle en el
numeral 5.1.2. La oficina comercial de la empresa encargada de la administración
de los usuarios del sistema entrega una base referente de un código de cada uno
así como el procedimiento de reporte de quejas o daños, el cual se deberá integrar
al SIG del sistema.
Desde la secretaria de Planeación se gestiona la información referente al Plan de
Ordenamiento Territorial, pues es determinante conocer e integrar los diferentes
usos del territorio pudiendo prever los puntos de conexión a terrenos de
expansión, así como la ubicación espacial exacta de las viviendas, consiguiendo
información tipo CAD del sistema predial, perímetro urbano, delimitación de las
zonas de expansión, barrios que conforman el casco urbano, documento del
ultimo POT aprobado por la autoridad ambiental corporuraba.
6.1.3 Verificación y trabajo de Campo
Se verificara la información del catastro de redes en algunos tramos, esto con el
fin de darle total confiabilidad a los datos entregados por los operadores y con los
que se montara la base de datos y se realizaran análisis a corto mediano y largo
plazo.
6.1.4 Creación de la base de datos Espacial
Para la compilación de la información dispersa en diferentes dependencias
externas e internas de la empresa operadora de servicios públicos expresados en
los alcances de los proyectos acordados con ellos, se determinó la necesidad de
una génesis de información única, bajo capas temáticas relacionadas entre sí, con
una localización espacial específica y con información única del elemento, a lo que
27
se llama Base de Datos Espacial (BDE), Donde se pueden realizar consultas
cartográficas y técnicas para la planeación u operación de los sistemas.
La BDE almacenara todos los componentes de alcantarillado del Municipio, al
igual que otros elementos de referencia espacial como el desarrollo del Territorio
contemplados dentro del POT, así como como un componente de operación que
ayuden a la toma de decisiones oportunas y acertadas. El modelo lógico del
sistema dividirá por temáticas o grupos las capas requeridas en el proyecto, donde
se almacenaran los diferentes componentes en Shape, Raster o tablas de todos
los elementos del SIG del sistema de alcantarillado para el Municipio de Arboletes.
La configuración del diccionario de las BDE será de tal manera que la información
se constituya en grupos o feature class según las necesidades o características de
cada elemento, describiendo y detallando:
Nombre de la identidad
Feature class grupo al que pertenece
Representación (punto, línea o polígono)
Característica del elemento espacial.
Los atributos que lo conforman, especificando, el tipo de dato, dominios,
requisito esencial o no esencial, si es una clave primaria o no y descripción del
atributo.
Dentro de la creación de la base de datos se deberá de escoger, entre dos tipo de
esta la comercial o la personal geodatabase que puede contener poca capacidad
pero la necesaria según sea lo requerido, por lo que se realizara una breve
evaluación de la implementación del tipo de base de datos a utilizar para este
proyecto.
6.1.5 Registro en la base de datos del sistema de alcantarillado
El procedimiento para la conformación de BDE, será dirigido para la operación del
sistema de alcantarillado orientados en la normativa vigente del sector RAS/2000,
decreto 2320 de 2009, ley 142 y demás. Por lo que será alimentada en un primer
momento por el presente proyecto con la información gestionada y verificada, sin
embargo deberá tener una administración constante temporal conforme a los
reportes de los prestadores del servicio.
La migración de información de varios formatos como Cad, .xlx, doc, adf, entre
otras. Se realizara al software SIG para la integración de todos los campos
relacionados del sistema de alcantarillado bajo la BDE, de igual forma el proyecto
28
plantearía una integración entre los procedimientos de registro establecidos por el
programa de calidad de la empresa y los reportes temporales para alimentar la
base de datos de todo el sistema de alcantarillado del Municipio.
6.1.6 Aplicación del Producto
La integración del catastro de redes, el ordenamiento del territorio, información
tabulada en tablas como los censos sanitarios, topografía del casco urbano, datos
hidrológicos de la zona, entre otros. Integrados dentro de la BDE, podría
determinar las condiciones de operación o indicadores de gestión como cobertura
tura del sistema de alcantarillado, distritos de recolección, conceptualización del
sistema sanitario, puntos de descarga de vertimientos a fuentes hídricas naturales
así como el riesgo de inundación por el fenómeno de reflujo en las redes de
recolección generadas durante periodos de Caudales máximos por lluvias, el
reporte de daños y reparaciones en todo el municipio por sectores así como las
condiciones de actuales de operación.
Todo lo anterior con el fin de generar una mayor eficiencia y eficacia con la gestión
en el municipio, es así que puede definirse que a corto plazo se tendría una mayor
certeza de los sitios sin servicio de alcantarillado y la población directamente
afectada, cotas de servicio de alcantarillado, zonas con déficit de capacidad
hidráulica priorizando obras de recolección, a mediano plazo la determinación y
atención oportuna de reporte de daños así como las escuadrillas necesarias de
construcción que optimice la labor de mantenimiento.
6.1.7 Entrega de resultados y análisis espacial
Finalmente al terminar el proyecto se darán entregar a la operadora del sistema
A.A.S S.A los objetivos y alcances acordados, los cuales serían aprobados por la
universidad de San Buenaventura y los beneficiados del proyecto de solución
empresarial A.A.S S.A E.S.P.
Se entrega una BDE integral con la información específica del componente
alcantarillado así como los datos espaciales concernientes de interés para la
operación de servicios públicos dentro del POT, diccionario de datos de la BDE,
modelo lógico, análisis espacial determinando las zonas de riesgo por inundación
integrado al sistema de drenaje del municipio, todo lo anterior en formato digital, al
igual que layout concernientes a las temáticas de interés de operación.
También se entregara un documento de memorias de la elaboración del proyecto,
consideraciones, generalidades y la alimentación temporal de los componentes
29
garantizando un modelo sostenible para la operación de los sistemas de
alcantarillados del Municipio de Arboletes.
30
7. CRONOGRAMA
Para la ejecución de los objetivos y los alcances propuestos se elabora un
cronograma relacionando las actividades necesarias para conseguir dichos fines,
donde se garantice de forma aproximada el desarrollo del proyecto.
31
Grafico 3. Cronograma de Trabajo
OBJETO
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75
1 Etapa de Anteproyecto (Inicial)
1.1Presentación de la propuesta del proyecto ante la subgenerencia de la
empresa
1.2Búsqueda de antecedentes de investigaciones relacionados con la
operación de servicios públicos y los SIG.
1.3Indagación e investigación a la normativa vigente del sector, RAS/2000,
decreto 2320, ley 142 , entre otras.
1.4Visita previa a la oficina de operación de servicios públicos, con ingeniero
encargado de la zona de Arboletes.
1.5 Justificación y Planteamiento del Proyecto
1.6 Establecimientos de objetivos y alcances del proyecto
1.7 Marco Referencial del proyecto (estado del arte)
1.8 Diseño metodológico.
2 Desarrollo del Proyecto
2.1 Gestión de la Información Referente a los sistemas de alcantarillado
2.2Visita de indagación ante el ingeniero encargado de zona para el
funcionamiento del sistema de alcantarillado
2.3 Información ante la oficina comercial dependiendia de operación.
2.4Información de Referente al Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado
(PMAA)
2.5 Información de Plan de Ordenaminto Territorial del Municipio
2.6 Verificación de campo de la información recopilada
2.7 Diseño y analisis de la base de datos espacial (BDE)
2.8 Modelo logico de la BDE y Diccionario de datos
2.9 Creación de la BDE Vacia
2.10 Cargar la BDE con la información recolectada
2.11 Consolidación y validacion de la BDE
2.12 Aplicación del Producto orientado a la operación
2.13Analisis espacial, (zonas de cobetura y futura expanción, factibilidad del
servicio, Analisis por fenomeno de reflujo a causa de inundaciones)
3 Entrega de Resultados y Planes de Gestión de Activos.
3.1 BDE validada y verificada
3.2 Layout de Operación
3.3 Layout de Mapa de cobertura
3.4 Layout de Mapa de cota de servicio
3.5 Riesgo por inundación y fenomeno de reflujo.
3.6 Gestion de activos
3.7 Reporte de utilización de la BDE para la alimentación temporal
3.8 Memorias de desarrollo de todo el proyecto
Programada
Ejecutada
Revisada y Aprovada
ITEM ACTIVIDAD dias dias dias diasSemana 2
dias dias
Semana 14Semana 3 Semana 4
dias
Semana 9
dias dias
Semana 5 Semana 6 Semana 7 Semana 8 Semana 10
dias dias dias dias dias dias
DEPARTAMENTO DE ANTIOQUIA - MUNICIPIO DE ARBOLETES
ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS SOSTENIBLES S.A. E.S.P. (A.A.S S.A E.S.P)
NIT 811008426-2 - TEL 4161177
SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA LA ADMINISTRACIÓN Y OPERACIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO URBANO DEL MUNICIPIO DE
ARBOLETES
Semana 15Semana 11 Semana 12 Semana 13Semana 1
CRONOGRAMA
Ver Anexo 1
32
8. DESARROLLO
8.1 GESTACIÓN, DEPURACIÓN Y VERIFICACIÓN DE INFORMACIÓN
Ante la empresa prestadora de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado
(AASSA), se gestó la información primaria y secundaria base objeto del presente
proyecto, el Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado (PMAA) del año 2013, la
cual se considera como información primaria, verificando en campo algunos sitios
aleatorios y verificando su información con lo entregado por la empresa prestadora
del servicio.
Dentro de los documentos más relevantes se encuentra la topografía del
municipio, ubicación de los monumentos de los vértices geodésicos G1AR y G2AR
georreferenciados al Datúm Magna Sirgas, origen Bogotá de dónde se amarró la
topografía referenciada.
Tabla 4. Fichas descriptivas de cada vértice Geodésico en el Municipio de Arboletes
El Tomo 2 Alcantarillado contiene toda la información concerniente al estado
actual de cada uno de los componentes del sistema de alcantarillado, la cual será
la base fundamental para el proyecto sistema de información geográfica para una
33
red de alcantarillado del municipio de arboletes orientado a la operación del
sistema.
Fotografía 3. Verificación en campo de la información contenida en el PMAA del Municipio de Arboletes
Como información secundaria a través de la oficina de planeación municipal
obtenemos la nomenclatura vial, delimitación del perímetro urbano y zonas de
expansión, Barrios y en General lo relacionado al Plan Básico de Ordenamiento
Territorial de todo el Municipio de Arboletes, lo cual forma base de la gestación de
los servicios públicos municipales.
Gracias a la oficina virtual de catastro de Antioquia, se gestionó información
secundaria referente a los predios y a las construcciones, obteniéndolos en
archivos shape, lo cual fue fundamental para el proyecto.
Luego de verificar la información recolectada con las tres fuentes, AASSA,
planeación municipal y Catastro de Antioquia, se procedió a depurar toda la
información en los formatos demandados por el software de sistema de
Información Geográfica sean Shape, Raster o Tablas, debiendo en la mayoría de
los casos acudir al procedimiento de migración, puesto que básicamente toda la
información se encuentra en formato CAD o Excel. Detectando algunos elementos
con características comunes generando los conocidos dominios, relacionándose
directamente la infraestructura entre sí, identificando algunos elementos para la
generación de la base de datos.
Gracias a la información recibida y el objeto del proyecto se podrá tener la
información tabulada en atributos y organizada en la base de datos espacial,
pudiendo asociar la localización espacial y su característica facilitando consultas y
tomas de decisiones desde la operación del sistema.
34
8.2 CREACIÓN DE LA BASE DE DATOS ESPACIAL
La creación de la base de datos espacial parte de la necesidad operacional
detectada durante la visita elaborada a los ingenieros coordinadores del municipio,
integrando el desarrollo y la planeación urbana a la prestación de servicios
públicos en especial al sistema de alcantarillado, dividiendo la información
secundaria y primaria en capas temáticas capaces de interactuar entre sí para
llevar a cabo las consultas necesarias operacionales.
Todo el sistema se desarrolla bajo el software ARCGIS, programa especializado
para el análisis espacial, donde en una de sus extensiones ArcCatalog se
desarrolla la base de datos espacial.
Todo los elementos geográficos con una representación espacial tendrán como
sistema de referencia el Datum Magna Sirgas, proyección Transversa de
mercator, Gauss Central, latitud de origen: 6.2292° N, Longitud de Origen:
75.5649° W, Falso Norte: 1’000.000 mN, Falso Este: 1’000.000 mE, Factor de
Escala 1.00.
Se construyó un modelo lógico el cual conjuga diferentes temáticas agrupadas en
características similares llamadas Feature Data set, la primera llamada cartografía
básica, la cual agrupa Shape tipo polígono, punto o líneas que describen las
características físicas del terreno objeto de estudio, incluyendo el urbanismo del
mismo, como los Barrios, Castro, Delimitación del departamento o municipio, red
de drenaje, los sitios de Interés, la topografía, el sistema vial, entre otros. El
segundo se refiere a todo lo específico con la identificación de la infraestructura
del sistema de alcantarillado llamado con este mismo nombre, convergiendo en
este elementos propios del sistema como Cámaras de Inspección, Redes de
Recolección, descargas a los afluentes de agua, Sumideros, Aliviaderos distritos
sanitarios, Estaciones de Bombeo de Agua Residual (EBAR), entre otras, una
tercera clase agrupa los daños o mantenimientos del sistema programados o
proyectados, un cuarto elemento denominado como Raster Catalog almacena un
Modelo de Elevación digital (DEM) del Municipio creado a partir de los datos
Topográficos almacenados en el Feature Data set de Cartografía Base.
Se crean los datos de tablas, los cuales por no tener un sistema de referencia no
se encuentran con una Feature class, son dos referentes a los clientes y al censo
realizado durante el desarrollo del PMAA del Municipio, sin embargo por relación
con otros elementos espaciales se puede dar una referencia de ubicación espacial
del Dato.
35
La siguiente tabla relacionara los Feature Dataset, Raster Catalog o Tablas
definidos para el proyecto objeto de estudio.
Tabla 5. Resumen de entidades espaciales y no espaciales del diseño de la Base de Datos espacial
Feature Class Entidad Feature Class Entidad
Cartografia Basica
Barrios
Alcantarillado
Aliviadero
Borde Vía Cámara Inspección
Catastro Construcción Descarga
Catastro Urbano Distrito Sanitario
Departamento EBAR
Drenaje Doble Estructura Hidráulica
Drenaje Sencillo Pnt Muestreo
Estructura Urbana PTAR
Manzanas Redes ALDO
Mar Sumidero
Municipio
Operación
Mantenimiento daños
Sitio Interés
Subcuenca
Topografía
Uso Suelo
Vías
Tablas Raster
Censo Raster DEM
Clientes
La base de datos tendrá asociado los anexos del diccionario de datos de cada
Feature Dataset, que comprenden el conjunto de datos organizados, el cual
explica el tipo de dato que tiene cada una de las columnas de los shape utilizados,
explicando brevemente la información que se va a almacenar, también se
especifica la geometría de cada shape (punto, polígono o área), refiriendo cuales
son los campos que tienen información que relaciona shape entre sí.
La configuración de estos diccionarios de datos entrega información
correspondiente a:
Nombre de la entidad
36
Categoría a la cual pertenece
Representación geométrica
Descripción de la entidad
Los atributos que la conforman
Cada una define el tipo de dato, si puede contener o no algunos documentos
nulos, define el domino que en caso de tenerlo es asignado al atributo.
Para la creación de la base de datos, se utilizó una tipo personal geodatabase, la
cual tiene un tamaño máximo de 2 GB de almacenamiento, por lo que con la
información que en la mayoría será tipo shape, la cual no ocupa gran espacio, sin
embargo se advierte de los riesgos de utilizar este tipo de base datos, como por
ejemplo no tiene una administración, seguridad, limitado espacio de
almacenamiento.
La definición de las relacione, se establecen a partir de las necesidades que
atiende el proyecto, pudiendo realizar consultas en series, las cuales pueden
agilizar la gestión operacional del personal encargado. Estas incluyen la
interacción de los datos entre diferentes Feature Dataset y Tablas en General,
desde el diccionario de datos y la conceptualización del diseño de esta se definen
los campos asociados entre sí para poder llevar a cabo las consultas necesarias.
8.2.1 Modelo Lógico del diseño de la base de datos espacial
Como se ha descrito anteriormente el diseño de la base de datos se base en la
información entregada y analizada, teniendo en cuenta las necesidades
operacionales del sistema, teniendo en cuenta esto se definio el siguiente modelo
lógico, el cual describe los feature class con sus respectivos shape, atributos y
relaciones.
8.2.2 Generación de la Base de datos Espacial
Para tal objetivo se usó la aplicación de ArcGIS, llamada ArcCatalog,
seleccionando una nueva Personal geodatabase.
La cual tendrá como nombre Alcantarillado_Operacion, esta generara un archivo
.mdb, el cual también será leíble en office Access, desde el modelo lógico y de
37
creación de la base de datos, se eligió cuales atributos tenían la descripción
referida dentro de un campo común, determinando los dominios que se utilizan
para la generación de la Base de Datos espacial, dentro de las propiedades del
archivo .mdb, en la pestaña de Dominios se crearan en total 31 de este tipo, los
cuales algunos se repiten en diferentes atributos de los shape.
Grafico 4. Dominios determinados dentro de la Base de Datos Espacial Alcantarillado Operación
Después de tener creados los dominios, se crearon los feature Dataset, los cuales
se ejecutan a darle clic derecho dentro de la base de datos ya creada, cada uno
de ellos puede tener un sistema de coordenadas independientes, que para el caso
del presente proyecto como se definió anteriormente utilizaremos el sistema
proyectado de MAGNA COLOMBIA BOGOTA para todos los feature Dataset
38
En la primera Feature Dataset se nombra Cartografia_Basica, la cual además de
tener los shape propios de esta temática, contiene solo las relaciones éntrelos
shape de este grupo de feature como se muestra en el siguiente grafico.
Tabla 6. Elementos creados en el Dataset Cartografia_Basica con su tipo de Geometría
Nombre del Elemento Tipo de
geometría
DEPARTAMENTOS Polígono
MUNICIPIOS Polígono
SITIO DE INTERES Punto
ESTRUCTURA URBANA Polígono
TOPOGRAFÍA línea
VÍAS línea
BARRIOS Polígono
CATASTRO URBANO Polígono
MANZANAS Polígono
DRENAJE SENCILLO línea
USO DEL SUELO Polígono
SUBCUENCA Polígono
DRENAJE DOBLE Polígono
CATASTRO CONSTRUCCION Polígono
Tabla 7. Atributos de cada elemento geográfico del Feature Data set Cartografía Básica
Nombre del Elemento
Atributo Nombre del Elemento
Dominio
DEPARTAMENTOS FK_DEPARTAMENTO
MANZANAS
FK_Manzana
NOMBRE Total Predio
MUNICIPIOS
FK_MUNICIPIO Usuarios
NOMBRE FK_Barrios
POBLACION_URBANO Shape_length
ANO_ULTIMO_CENSO Shape_Area
FK_DEPARTAMENTO
DRENAJE SENCILLO
FK_quebrada
SITIO DE INTERES
FK_SITIO_INTERES Qmin
NOMBRE Qmax
TIPO_SITIO FK_Municipio
FK_BARRIO Shape_length
ESTRUCTURA URBANA
FK_AREA_URBANA USO DEL SUELO
FK_Area_Urbano
ESTRUCTURA USO
39
Nombre del Elemento
Atributo Nombre del Elemento
Dominio
FK_MUNICIPIO Shape_length
AREA Shape_Area
TOPOGRAFÍA
FK_CURVA
SUBCUENCA
FK_Idcuenca
ALTURA Qmax
MUNICIPIO Shape_length
VÍAS
Calle_carrera Shape_Area
Nombre
DRENAJE DOBLE
FK_IDFuente
Pavimento Qmax
Estado Nombre
FK_MUNICIPIO FK_IDMonitoreo
Shape_length Shape_length
Tipo_Via
CATASTRO CONSTRUCCION
FK_IDCONSTRUCCION
BARRIOS
FK_BARRIO NO_PISOS
Nombre NO_SOTANOS
Área NO_SOTANOS
Predios FK_IDMUNICIPIO
Usuarios Shape_length
FK_AREA_URBANA Shape_Area
Shape_length
MAR
FK_IDMAR
Shape_Area NOMBRE
CATASTRO URBANO
FK_IDPredio Shape_length
Codigo_Usuario Shape_Area
Teléfono
FK_IDCenso
FK_Municipio
Shape_length
Shape_Area
40
Grafico 5. Feature Dataset Cartografia_Basica
La segunda Feature Dataset llamada alcantarillado, tiene todos los componentes
que contienen un sistema de desagüe urbano, además de las relaciones
concernientes de los shape de este grupo, además para la edición o carga de esta
información se utilizo una red Geométrica, que se explicara en el ítem de Registro
en la base de datos de la información gestionada.
Tabla 8. Elementos creados en el Dataset Alcantarillado con su tipo de Geometría
Nombre del Elemento
Tipo de geometría
Distrito Sanitario Polígono
Redes Aldo Línea
Aliviadero Punto
Sumidero Punto
PTAR Punto
Cámara de inspección Punto
Punto Descarga Punto
41
Nombre del Elemento
Tipo de geometría
Estructura Hidráulica Punto
EBAR Punto
Punto de Muestreo Punto
Tabla 9. Atributos de cada elemento geográfico del Feature Dataset Alcantarillado
Nombre del Elemento
Atributo Nombre del Elemento
Atributo
Distriro Sanitario
NOMBRE
CÁMARA DE INSPECCIÓN
FK_ID_TUBERIA
CAUDAL NOMBRE
TOTAL POBLACIÓN TIPO_MH
AREA EN HECTARÉAS CILINDRO_TIPO
FK_IDDISTRITO CONO
FK_IDMANZANAS ESTADO_CONO
FK_IDDESCARGA LONGITUD_PROY
SHAPE LENGTH CILINDRO
AREA LENGTH ESTADO_CILINDRO
Redes Aldo
FK_ID_TUBERIA CILINDRO_DIAMETRO
NOMBRE CAJA_ANCHO
STAR_MH CAJA_LARGO
END_MH COTA_TERRENO
DIAMETRO_PLG COTA_FONDO
DIAMETRO_MM TIPO_AGUA
LONGITUD_PROY CANUELA
MATERIAL ESTADO_CANUELA
TIPO_AGUA TAPA
TIPO_TUB ESTADO_TAPA
NOMBRE_COL_INTER MAT_TAPA
COTA_TERRE_INF CUELLO
COTA_TERRE_SUP EST_CUELLO
PROF_BATE_INF ESCALONES
PROF_BATE_SUP ESTADO_ESCALONES
COTA_BATE_SUP NUMERO_ESCALONES
COTA_BATE_INF ESTADO_OPERACION_MH
42
Nombre del Elemento
Atributo Nombre del Elemento
Atributo
PROF_CLAVE_SUP FECHA_INSTALACION
PROF_CLAVE_INF CAMARA_CAIDA
PENDIENTE MATERIAL_MH
TIPO_CIMENTACIÓN MH_ALIVIADERO
Q_TUB_LLENO FOTO
Q_DISEÑO FK_IDDISTRITO
ESTADO_FISICO FK_IDALIVIADERO
USUARIOS
PUNTO DESCARGA
FK_IDDESCARGA
FECHA_INSTALACION NOMBRE
FK_IDDISTRITO TIPO_ESTRUCTURA
FK_IDSUBCUENCA MATERIAL_CONSTRUCIÓN
FK_IDCENSO COTA_DESCARGA
SHAPE LENGTH COTA_INUNDACION
Aliviadero
FK_IDALIVIADERO TIPO_RED
CLASE_ALIVIADERO Q_DESCARGA
COTA_TAPA FK_IDFUENTEH
COTA_FONDO
ESTRUCTURA HIDRAULICA
FK_IDESTRUCTURA
ALTURA_ALIVIADERO NOMBRE
TIPO_RED TIPO
Q_ALIVIADO SERVIDUMBRE
Q_CONSERVADO FK_IDDISTRITO
Sumidero
FK_IDSUMIDERO
EBAR
FK_IDEBAR
NOMBRE TIPO_AGUA
COTA NOMBRE
TIPO_SUMIDERO PRETRATAMIENTO
ALTURA_ALIVIADERO POTENCIA_HP
EN_OPERACION VOLTAJE
REJILLA CABEZA_MCA
ESTADO_REJILLA BOMBA
MAT_REJILLA MOTOR
TUB_MATERIAL SERVIDUMBRE_ADQU
TUB_LOG FK_IDDISTRITO
FK_IDSUBCUENCA FK_IDESTRUCTURA
FK_IDCAMARA
PTAR FK_IDPTAR PUNTO DE FK_IDMONITOREO
43
Nombre del Elemento
Atributo Nombre del Elemento
Atributo
NOMBRE MUESTREO NOMBRE
COTA COTA
CAPACIDAD_MAX SST
CAUDAL_TRAT DBO_MG_L
TIPO_TRAT TIPO_MONITOREO
TIPO_PTAR DESCRIPCION
PROCESO_PTAR PERIODO_TOMA_MES
EFICIENCIA_SST FK_IDDESCARGA
EFICIENCIA_DBO
FECHA_CONTRUCCION
FOTO
PLANO_PDF
FK_IDFUENTE
FK_IDMONITOREO
FK_IDESTRUCTURA
Grafico 6. Feature Dataset Alcantarillado en ArcCatalog
44
La tercera feature Dataset, relaciona únicamente los mantenimientos y daños que
se pueden registrar, esta no se relaciona con ningún otro elemento de la base de
datos.
Grafico 7. Feature Dataset Operación_Monitoreo
Dentro de la base de datos solo existirá un Raster Dataset, que relaciona un
modelo de elevación digital del terreno, las tablas y relaciones entre elementos de
los feature Dataset como se mostrara en la siguiente gráfica.
Grafico 8. Diseño de la Personal Geodatabase Alcantarillado_Operacion
Ya con la base de datos diseñada y creada en ArcCatalog, se procede a cargar la
información y a la identificación de la infraestructura.
8.3 REGISTRO DE LA INFRASTRUCTURA DE LA BASE DE DATOS ESPACIAL
Con la base de datos creada y la información de entrada ya recolectada, depurada
y migrada a shape o tablas en Excel, se puede procede a la edición y cargue de la
información, para esto se utilizo los archivos que ya se encontraban en archivos
shape a utilizar el comando Load Data, el cual conforme a los atributos se puede
cargar incluso los atributos de cada elemento, esta herramienta se utilizo en gran
mayoría en el feature Dataset Cartografía Básica, pues la mayoría de información
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fueron migrados de archivos CAD a Archivos Shape, por medio del programa
motor del Sistema de Información Geográfica ArcGIS.
La digitalización y carga de datos sobre la base de datos de este primer Feature
Dataset da como resultado la siguiente Figura
Figura 2. Layout Cartografía Básica (ver anexo 7)
Para la identificación de la infraestructura de alcantarillado, se utilizó como
principal fuente de información el PMAA, la cual cuenta con planos especifico de
la infraestructura existente, localizando los puntos exactos de las Cámaras de
inspección o también llamados MH, así como las redes de recolección de aguas
lluvias, combinadas o residuales, Estaciones de bombeo de Agua Residual
(EBAR), localización de la estructuras de tratamiento de las aguas como la laguna
de oxidación, definición de los distritos de recolección y puntos de descarga.
Además dentro del PMAA se encuentra el cálculo hidráulico de todo el sistema
tramo por tramo, especificando las cotas bateas (fondo de la tubería) profundidad
clave, caudal de diseño, capacidad hidráulica, diámetro de la tubería, velocidad
46
del agua en la tubería. Además las fichas de investigación de cada cámara,
calificando, la rasante de la vía, tenencia de cañuela y su estado, tenencia del
cono y el estado, tapa de los MH, Estado de la tapa, estado de operación del MH,
cilindro, cuello de la cámara, Fecha de lectura del MH, entre otras.
Para la edición de los elementos geográficos del Feature Dataset Alcantarillado,
por ser básicamente una red geométrica conformada por puntos (Cámaras de
Inspección, Descargas, Sumideros) y Líneas (redes de recolección de aguas
residuales), esto con el único fin de garantizar la conexión entre los elementos tipo
línea y puntos (Cámaras de Inspección y Redes de Recolección) y facilitar la
edición de estos. Dentro del Feature Dataset se crea la red geométrica, como se
muestra en la siguiente figura.
Figura 3. Creación de la Red Geométrica dentro del Feature Dataset
Alcantarillado
Lo primero que se realiza es darle el nombre de la red geométrica, acto siguiente
se escogen los shape que van a ser parte de la red geométrica, como se ilustra en
la siguiente figura.
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Figura 4. Selccion de los elementos del Dataset Alcantarillado que
formaran parte de la red Geométrica.
Dado el fin de la creación de la red geométrica, no se le configuraran reglas a la
red geométrica, por lo que se da siguiente y finalizar, acto siguiente quedara
localizada la red geométrica junto con un anexo de puntos que se crea.
Figura 5. Red Geométrica creada dentro del Dataset Alcantarillado
Teniendo la información disponible tipo CAD y la red Geométrica creada, se
procedió a la edición de la infraestructura identificada del sistema de alcantarillado,
En el momento de la edición solo se digita el campo del FK_IDCAMARA,
FK_IDTUBERIA, las cuales son comunes con las tablas en formato Excel,
permitiendo realizar el diligenciamiento de las tablas de atributos de manera
masiva, ahorrando recursos para el analista SIG encargado.
Si alguna de las líneas no queda conectada a un elemento punto,
automáticamente se crea un elemento geométrico de este tipo en el shape de
puntos_network, de esta manera se puede detectar elementos desconectados de
la red geométrica sin necesidad de correr una topología que necesariamente
demanda el desmonte de la Red Geométrica Creada.
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Figura 6. Layout Sistema de Alcantarillado (ver Anexo 8 Mapa del sistema de alcantarillado)
49
8.3.1 Creación del Modelo Digital de Elevación del Terreno y Delimitación de las subcuencas
Para la determinación de las subcuencas fue necesario el análisis espacial
utilizando la herramienta ArcHydro y la generación del modelo de elevación digital
del terreno, la cual será almacenada dentro del Raster_DEM.
Para crear el DEM, se utilizó la Herramienta Topo To Raster, el cual es bastante
útil cuando el DEM será utilizado con fines Hidrológicos como es el caso del
presente estudio, Dicha herramienta se encuentra localizada en ArcToolbox, 3D
Analyst, los datos de entrada son Las líneas del shape Topografía que tiene
información de altura y será el eje de la creación de dicho modelo de elevación,
los drenajes sencillos que tienen una representación tipo línea se consideran
Stream simulando la forma topográfica, el drenaje doble puede ser representado
como un lake al tener una forma poligonal. El tamaño de la celda del DEM es de 2
x 2, que por el sistema de coordenadas proyectadas, las unidades son en metro,
es decir que cada celda representa un área de 4 m2.
Figura 7. Datos de entrada en la Herramienta Topo To Raster, para la
creación del DEM
La siguiente figura muestra el modelo creado, el cual oscila entre valores de -14 a
58 m, este valor negativo debido a la cercanía con el nivel del mar.
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Grafico 9. Modelo de Elevación digital del terreno Municipio de Arboletes
Para la delimitación de las Subcuencas que hay dentro del casco Urbano, el
material primario para el análisis espacial de esto, es el DEM que se realizó en el
anterior paso.
Para tal fin es necesario instalar en ArcGIS la extensión ArcHydro, que sea
compatible con la versión que se está utilizando, en este caso la 10.2. El análisis
que realiza la aplicación se base en ajustar el DEM, llenando los espacios donde
no es posible la salida del flujo del agua (fill Snkis), de esta manera crea los
causes, el único archivo de entrada para este fin es el DEM, en este caso llamado
Raster_DEM, el nuevo archivo creado se llama Fil, el cual se almacena en el
mismo sitio donde se encuentra el MXD, correspondiente a la plantilla donde se
esta trabajando.
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Figura 8. Determinación de la red de drenaje según el DEM con la erramienta
Fill Sinks de la extención ArcHydro
El siguiente paso es determinar la dirección del flujo, Dando clic sobre la
herramienta Flow Direction, el dato de entrada, será el resultado del paso anterior,
ósea Fil (acumulación del agua),de igual manera se almacena un archivo tipo
Raster en las mismas condiciones de la anterior, se nombre este nuevo Raster
resultado como Fdr.
Figura 9. Determinación de la dirección del Flujo.
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Siempre el resultado será en 8 posibles direcciones que sigue el flujo, cada una de
las celdas tiene determinada un número que representa una dirección.
Lo siguiente que se determinó, es la acumulación del flujo, cuyo dato de entrada
es la dirección del flujo y el resultado de este proceso es la cantidad de celdas
aguas arriba que drenan a ese punto en particular.
Teniendo la acumulación del flujo podemos determinar la red de drenaje o los
causas (Stream thresold) que dependerá directamente, de la definición del
parámetro de definición, el cual puede ser por número de celdas o por el área
aguas arriba para definirlo, por ser un terreno relativamente pequeño hablando en
términos hidrológicos se definió por áreas de 0.075 km2. Ya con los causes
definidos en una nueva imagen Raster, podemos determinar las subcuencas del
casco urbano del Municipio.
Para ello determinamos la herramienta Catchment Grid Delineation el cual tendrá
como dato de entrada al Raster de causes anteriormente creados y la dirección, la
salida de este procesamiento será un archivo Raster Llamado Cat, como se
muestra en la siguiente figura.
Figura 10. Determinación de los causes a través de la Herramienta
Catchment Grid Delineation
Definiendo las subcuencas desde diferentes escalas o puntos de aforo. Como se
muestra en la siguiente figura resultado del procesamiento.
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Figura 11. Resultado del procesamiento Delimitación de las subcuencas con
la extensión ArcHydro
Sin embargo al tener la información en formato Raster, debemos convertirla al que
demanda la base de datos que es un vector tipo polígono, para ello la aplicación
tiene propiamente una herramienta que permite esto llamada Catchment Polygon
Process, cuyo dato de entrada es el Raster anteriormente generado llamado Cat.
Como se ilustra en la siguiente figura.
Figura 12. Herramienta de conversión de Raster a polígono propia de la
extensión ArcHydro
Con esto tendremos un shape por fuera de la base de datos con gran cantidad de
cuencas y subcuencas, por lo que se deberá de seleccionar conforme a la
necesidad a escogencia de las cuencas más representativas del casco urbano,
que pudiendo realizar un análisis hidráulico, llegue a determinar las zonas de
inundación y la injerencia del sistema de alcantarillado con esta amenaza.
El resultado del anterior análisis espacial para la determinación de las cuencas se
ilustra en la siguiente gráfica.
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Grafico 10. Delimitación de Cuencas Para el Casco Urbano del Municipio de Arboletes
Los números sobre el área determinante de cada cuenca son el ID, la número 1 es
la más grande, representando la subcuencas del Rio Job, la cual según los
operadores de la empresa presenta problemas de inundación y afectación a la red
de alcantarillado, en el capítulo de aplicabilidad se analizara detenidamente el
tema.
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8.3.2 Diligenciación de los Atributos de los elementos del sistema de alcantarillado
Finalmente con la información que se tiene, se diligencio los elementos del
sistema de alcantarillado como se muestra en las siguientes figuras (ver Anexo 9).
Figura 13. Tabla de Datos DESCARGA
Figura 14. Tabla de Datos EBAR
Figura 15. Tabla de Datos CAMRA_INSPECCION
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Figura 16. Tabla de Datos REDES_ALDO
Figura 17. Tablas de Datos SUMIDEROS
Figura 18. Tablas de Datos PTAR
Figura 19. Tabla de Datos PNT_MUESTREO
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Figura 20. Tabla de Datos ESTRUCTURA_HIDRAULICA
Figura 21. Tabla de Datos ALIVIADEROS
La información que se encuentra cono Null (osea sin registro), son datos
desconocidos por los operadores del servicio, porlo que no hay elemento para el
digiligenciaminto de estos.
8.4 APLICABILIDAD DEL SISTEMA Y ANALISIS ESPACIAL
Las principales aplicaciones de este sistema son las consultas dentro de la base
de datos, las cuales son concertadas con los operadores del sistema, dando una
amplia utilidad para toma de decisiones. Todas Son Hechas a través de la
selección por atributos.
También con la información Dentro de la base de datos, se realizó un análisis
espacial de vulnerabilidad de algunas zonas por la inundación mediante el sistema
de alcantarillado.
8.4.1 Consulta 1 Metros de Tubería Por Distrito
Hay dos formas de realizar esta consulta, gracias a las Relaciones creadas en la
base de datos, la primera una selección por atributos sobre el Shape, como se
muestra en la siguiente grafica.
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Grafico 11. Selección por atributos de la red de alcantarillado Para determinar el numero de metros de la red
A través de la herramienta Estadística de la selección conocemos que para el
Distrito 2 hay una red de alcantarillado de 12836.36 m,
La segunda opción de selección para tal fin es utilizando las relaciones creadas en
la base de datos, como se muestra en la siguiente grafica
Grafico 12. Selección de la red de alcantarillado a través de las relaciones en la base de datos
Con esta herramienta se seleccionan automaticamente las redes pertenecientes al
circuito dos, determinando el objetivo.
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8.4.2 Numero de sumideros por Subcuencas
Realizando una selección por atributos, se determino que para la subcuenca 1
(Rio Job), hay un total de 25 sumideros
Grafico 13. Numero de sumideros por subcuencas n el casco urbano de Arboletes
Gracias a esta consulta se pueden determinar en que zonas debe proyectarse la
construcción de nuevos sumideros, pues el shape de las subcuencas contenplan
la limitación de estos, determinando el área y en hidrologia, mientras más área se
tendra mayor caudal que debera ser evacuado de las calles.
8.4.3 Número de Daños por Circuito
El número de daños o la concentración de daños, puede permitir la planeación,
proyección e inversión de los activos de las empresas prestadores de servicios,
pues esto forma parte de la patología en los sistemas, pudiendo prestar un mejor
servicio a los usuarios.
Para tal fin se seleccionó por atributos los daños, por la fila que identifica el distrito
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Grafico 14. Daños En el Distrito 2
8.4.4 Monitorio Sobre la fuentes de descarga
La identificación de los puntos de monitoreo, puede identificar el control que se
tiene sobre los puntos de vertimiento de las aguas residuales tratadas y no
tratadas, pudiendo tener un mayor control ambiental y mejorando las tasas
retributivas.
Grafico 15. Localización de Puntos de Muestreo
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Según la anterior grafica observamos que se mantiene un monitoria a a principal
fuente de descarga del municipio, sin embargo en el Oeste hay tres puntos de
descargas sobre las cuales no se le ejerce ningún tipo de monitoreo ambiental, por
lo que sería indispensable que mientras existan estas descargas se debe de
realizar muestreos.
8.4.5 Identificación de las Cámaras de Inspección perdidas
Durante la ejecución del PMAA del Municipio, aunque se sabía que existían las
Cámaras de Inspección, muchas no se pudieron investigar por diferentes motivos,
tapados por la rasante de la vía, algunos tienen la tapa sellada o simplemente no
se tiene conocimiento de su ubicación exacta, por ello es indispensable conocer
de la ubicación de estos, para que la empresa operadora del servicio plane de
inmediato la búsqueda de estos y su reposición de ser necesario, pues es
indispensable conocer su estado.
Para ello realizaremos una selección por atributos sobre la característica estado
de operación perdido, como se muestra en el siguiente gráfico
Grafico 16. Selección de Cámaras de Inspección perdidas.
Según la selección de 324 cámaras en total hay 84 en estado, representando el
25% de toda la red.
8.4.6 Identificación del Tipo de Red de alcantarillado
Para los operadores del sistema es elemental que por encima de todo se
identifique las redes principales de recolección, colectores e Interceptores, pues
un daño en algún tramo de esta red, podría generar un gran traumatismo en todo
el sistema de recolección de las aguas, por lo que los daños reportado sobre estas
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son consideradas como urgentes, por ello mediante una selección por atributos se
pueden identificar cuáles son las colectores e interceptores, como se muestra en
la siguiente gráfica.
Grafico 17. Selección de las redes tipo Colector e Interceptor
8.4.7 Análisis espacial Para determinar las zonas susceptibles de inundación por el fenómeno de reflujo en las redes de alcantarillado
Las principales necesidades detectadas por la empresa operadora del sistema es
determinar una solución para evitar el fenómeno de reflujo en las redes de
alcantarillado que estaban inundando algunos sectores del casco urbano
alrededor del rio Jobo. Este objetivo se puede lograr a través de la información
que ya se tiene recolectada dentro de la base de datos Alcantarillado_Operacion.
Las diferentes causas de este fenómeno son directamente relacionadas con la
hidrología de la zona, en especial la subcuencas del rio Jobo, que ya fue
delimitada anteriormente como se explicó en el numeral 8.3.1, por ello a partir del
área de esta cuenca se realizara el análisis espacial.
Es necesario conocer la cota de inundación del Río, por esto se determinó los
caudales máximos para periodos de retorno de 2.33, 5, 10, 15, 50 y 100 años,
utilizando el método racional, el cuales dependen directamente del área de la
cuenca, índice de la cobertura e intensidad de la lluvia.
Basados en la cartilla hidrológica de Antioquia se determinó la estación zona
regionalizada 1, la cual tienen asociada la gráfica de curvas Intensidad Duración
Frecuencia (IDF), que depende directamente del tiempo de concentración en
horas, para la cual se determinó a las memorias que se encontraban en el PMAA,
63
Tabla 10. Tiempo de Concentración
hora minutos
Tconcentracion 0.31 19.00
La curva IDF, relaciona los diferentes intensidades dependiendo el tiempo de
retorno como se muestra la siguiente figura.
Grafico 18. Curva IDF para la estación Zona Regionalizada 1
Fuente: cartilla Hidrológica de Antioquia
El método racional se usa ampliamente en nuestro medio debido a su aparente
simplicidad y por sus buenos resultados. Aunque el método presenta ciertas
limitaciones, en especial, la relación directamente proporcional que establece
entre la producción de la escorrentía y la precipitación; el modelo ha tenido
bastante aplicabilidad en la estimación de caudales pico (Smith y Vélez, 1997). La
ecuación más conocida para el método racional y que fue utilizada en éste estudio
fue:
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Definiendo i como la intensidad resultado de la Grafico 18, C como el índice de
cobertura de la zona, que por la gran cantidad de vías en afirmado, la
discontinuidad de las construcciones y amplias zonas verdes, se consideró el
mismo factor de cálculo hidráulico de 0.35, representando una amplia infiltración
del terreno. Los resultados de los cálculos se observan en la siguiente tabla.
Tabla 11. Caudales máximos de la subcuenca del rio Jobo
tiempo de retorno Caudales (l/s)
Qmax Tr 2.33 (L/s) 114065.7
Qmax Tr 5 (L/s) 8947.4
Qmax Tr 10 (L/s) 11174.9
Qmax Tr 25 (L/s) 11192.6
Qmax Tr 50 (L/s) 252.9
Qmax Tr 100 (L/s) 117.0
Ya con los caudales determinados se procedió a determinar la cota máxima de
inundación, para ello utilizaremos el análisis espacial a