Informe de Hidrologia Para Palocabildo

CONSORCIO DISEÑOS TOLIMA


AJUSTE, ACTUALIZACIÓN Y/O FORMULACIÓN DE PLANES MAESTROS Y DISEÑOS DE LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO EN EL DEPARTAMENTO DE

TOLIMA – ZONA NORTE

INTERVENTORÍA: CONSORCIO INTERTOLIMA

ESTÚDIO HIDROLÓGICO Y CLIMATOLÓGICO DEL MUNICIPIO DE

PALOCABILDO-TOLIMA

VERSIÓN 00

NOVIEMBRE 2011


CTL-RG-QA-03 Versión 04

REVISIÓN, VERIFICACIÓN, MODIFICACIÓN

Y APROBACIÓN DE DOCUMENTOS

CÓDIGO Y NOMBRE DEL DOCUMENTO: ESTÚDIO HIDROLÓGICO Y CLIMATOLÓGICO

DEL MUNICIPIO DE PALOCABILDO -TOLIMA

CONTROL DE REVISIÓN

VERSIÓN No.

No. PAGINAS

FECHA ELABORO APROBÓ DESCRIPCIÓN DE LA REVISIÓN

0 NOVIEMBRE 2011

Jairo Pedraza

Germán Rodríguez

Versión inicial del Documento

CONTROL DE COPIAS

COPIA No.

ORIGINAL

1

AUTORIZADA POR:

Gerencia

Gerencia

EMITIDA PARA:

CONTROL

DIFUSIÓN

RESPONSABLE:

Coordinador S.G.C.

Representante Legal

PREPARÓ: Jairo Pedraza

REVISÓ: Edgar Castro

APROBÓ: Germán Rodríguez

RECIBIDO PARA REVISIÓN Y APROBACIÓN POR PARTE DEL CLIENTE

CLIENTE :

PROYECTO :

CLIENTE

NOMBRE: .

FIRMA : .

FECHA : .


Tabla de Contenido

1 ASPECTOS GENERALES ....................................................................................................... 6

1.1 Posición Geográfica ........................................................................................................................... 6

1.2 Límites ............................................................................................................................................... 7

1.3 Extensión ........................................................................................................................................... 7

1.4 Aspectos Económicos ........................................................................................................................ 7

1.5 Comunicaciones ................................................................................................................................. 8

1.6 Servicios Públicos .............................................................................................................................. 8

1.6.1 Acueducto ....................................................................................................................................... 8

1.6.2 Alcantarillado .................................................................................................................................. 9

1.7 Concesión De Aguas ......................................................................................................................... 10

1.8 Objetivo del estudio ........................................................................................................................ 11

1.8.1 Objetivo general ............................................................................................................................ 11

1.8.2 Objetivo especifico ........................................................................................................................ 11

2 ESTUDIO CLIMÁTICO ....................................................................................................... 12

2.1 Modelo Hidrosig .............................................................................................................................. 13

2.2 Precipitación .................................................................................................................................... 15

2.3 Evaporación ..................................................................................................................................... 18

2.4 Viento .............................................................................................................................................. 20

2.5 Temperatura .................................................................................................................................... 22


2.6 Clasificación climática ...................................................................................................................... 24

3 ESTUDIO HIDROLÓGICO ................................................................................................. 27

3.1 Características hidrográficas de la cuenca ........................................................................................ 27

3.2 Caudales medios diarios y Curva de Frecuencia ............................................................................... 28

3.3 Eventos externos ............................................................................................................................. 35

3.3.1 Caudales Máximos ......................................................................................................................... 35

3.3.1.1 Ajuste Estadístico ................................................................................................................. 37

3.3.1.2 Caudales Máximos Instantáneos ......................................................................................... 38

3.3.2 Caudales Mínimos ......................................................................................................................... 39

3.3.3 Resumen de caudales .................................................................................................................... 41

3.4 Relaciones Intensidad Duracion Frecuencia – IDF ............................................................................ 42

3.4.1 Generalidades ............................................................................................................................... 42

3.4.2 Regionalización de las Estaciones.................................................................................................. 43

3.4.3 Ecuaciones Básicas ........................................................................................................................ 44

3.4.4 Ecuaciones Propuestas para Colombia .......................................................................................... 45

3.4.5 Resultados obtenidos .................................................................................................................... 48

4 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 50


Índice de Figuras

Figura 1. Mapa precipitación total anual, mm ..................................................................... 16

Figura 2.Mapa Número de días con lluvia (mm) de Cundinamarca ..................................... 17

Figura 3. Mapa de evaporación y transpiración ................................................................... 19

Figura 4. Mapa velocidad del viento .................................................................................... 21

Figura 5. Rosa de los Vientos – Estación La Esperanza ........................................................ 22

Figura 6. Mapa temperatura media anual (°C) de Cundinamarca ....................................... 23

Figura 7. Morfometría de cuencas (Esquema) – Fuente San José ....................................... 27


Índice de Tablas

Tabla 1. Inventario de estaciones ......................................................................................... 12

Tabla 2. Valores Totales Mensuales de Precipitación - Estación La Esperanza .................... 18

Tabla 3. Valores Medios de Evaporación - Estación La Esperanza ....................................... 20

Tabla 4. Valores Medios de Temperatura (°C) –Estación La Esperanza ............................... 23

Tabla 5. Clasificación Caldas ................................................................................................. 24

Tabla 6.Clasificación Lang ..................................................................................................... 25

Tabla 7. Clasificación Caldas-Lang ........................................................................................ 25

Tabla 9. Registro de caudal – Estación La Esperanza ........................................................... 28

Tabla 10. CDC – Estación La Esperanza ................................................................................ 29

Tabla 11. Resumen de caudales CDC – Estación La Esperanza ............................................ 30

Tabla 12. Relaciones Estación/Bocatoma – Estimación de caudales ................................... 31

Tabla 13. CDC – Fuente San José - Hasta sitio de toma ....................................................... 32

Tabla 14. Disponibilidad de caudal – Fuente San José - Hasta sitio de toma....................... 34

Tabla 15. Caudal Máximo instantáneo - Estación La Esperanza .......................................... 35

Tabla 16. Caudal Máximo instantáneo - Fuente San José – Hasta Sitio de toma ................ 36

Tabla 17. Ajuste estadístico de caudales máximos Toma Palocabildo ................................ 38

Tabla 18. Caudal Mínimo Medio - Estación La Esperanza .................................................... 39

Tabla 19. Caudal Mínimo Medio - Fuente San José – Hasta Sitio de toma .......................... 40

Tabla 20. Ajuste estadístico de caudales mínimos Toma Palocabildo ................................. 41

Tabla 21. Resumen de caudales ........................................................................................... 42

Tabla 22. Estimación de relaciones IDF – Parámetros regionales ........................................ 47

Tabla 23. Relaciones IDF – Parametros de Lluvial del Municipio de Palocabildo ................ 48

Tabla 24. Relaciones IDF – Zona aferente al Municipio de Palocabildo ............................... 48


Índice de Gráficos

Gráfico 1. Valores Mensuales de Precipitación - Estación La Esperanza ............................ 18

Gráfico 2. Valores Medios de Evaporación - Estación La Esperanza .................................... 20

Gráfico 3. Valores Medios de Temperatura (°C) –Estación La Esperanza ............................ 24

Gráfico 4. CDC – Estación La Esperanza ............................................................................... 30

Gráfico 5. CDC – Fuente San José - Hasta sitio de toma ....................................................... 34

Gráfico 6. Ajuste estadístico de caudales máximos Toma Palocabildo................................ 39

Gráfico 7. Ajuste estadístico de caudales mínimos Toma Palocabildo ................................ 41

Gráfico 8 .Relaciones IDF – Zona aferente al Municipio de Palocabildo .............................. 48


6

1 ASPECTOS GENERALES

1.1 Posición Geográfica

La cabecera Municipal de Palocabildo se encuentra ubicada A 120 Km. al Norte

de la capital del departamento del Tolima, en el flanco oriental de la Cordillera

Central sobre la cuchilla divisoria de aguas de la cuenca del río Gualí, la cabecera

municipal se localiza a los 5° 10’ de latitud norte y 74° 57’ de longitud oeste a una

altitud de 1.450 m.s.n.m. en promedio. (Referencia 1)

Ilustración 1.Localización del Municipio de Palocabildo

FUENTE: www.palocabildo-tolima.gov.co

http://www.villahermosa-tolima.gov.co/


7

1.2 Límites

Los límites del Municipio son:

Al Norte: Con los Municipios de Fresno y Mariquita.

Oriente: Con el Municipio de Fresno.

Al Sur: Con el Municipio de Falan.

Al Occidente: Con los Municipios de Falan y Villahermosa.

1.3 Extensión

El municipio de Palocabildo tiene un área de 65 km², de los cuales el 3,54%,

corresponde al área urbana y el 96,46% al sector rural.

1.4 Aspectos Económicos

Según la Referencia 1, el Municipio de Palocabildo por tener un aproximado del

70% de su territorio en sector rural su fuerte económico lo deriva de la producción

agrícola, y en este sector se destaca principalmente la producción y cultivo de

Café, caña panelera, aguacate, cacao, frutales, yuca, plátano, maíz, frijol,

ganadería en pequeña escala y producción de especies menores.

Se posee un buen potencial comercial reglón al que se dedica buena parte del

sector urbano y en el mercado dominical confluyen los habitantes del municipio y

de municipios vecinos como Casabianca. Falan, Villa Hermosa, Mariquita y

Fresno entre otros lo que lo hace en un mercado muy apetecido por todos los

comerciantes de la región.


8

1.5 Comunicaciones

El municipio de Palocabildo cuenta con una red vial aproximada de 75 km. Sus

accesos principales son:

San Felipe - Falan – Palocabildo (Vía secundaria pavimentada).

Río Sabandija - San Pedro – Frías - Asturias - Buenos Aires - Palocabildo

(Vía secundaria, la cual tiene 6 Km).

Villa Hermosa- Casabianca – Quebrada San José - Palocabildo (Vía

secundaria no pavimentada su estado de actual es afirmado).

Además Palocabildo se encuentra de los sectores de mayor importancia de

nuestro país a una distancia de:

Bogotá (200 Km.)

Ibagué (120 Km.)

Mariquita (27 Km.)

Honda (42 Km.)

1.6 Servicios Públicos

1.6.1 Acueducto

El sistema de acueducto de Palocabildo tiene como fuente de abastecimiento

principal la quebrada El Brillante, que dispone de un caudal medio de 86 l/s. A la

altura del sitio de bocatoma, la quebrada El Brillante se denominaría la quebrada

San José sobre la vereda del mismo nombre.


9

La captación de la quebrada San José es de fondo con rejilla en la cresta de la

estructura.

El sistema de alcantarillado alcanza una cobertura del 100% con 785 usuarios en

la parte urbana del municipio.

1.6.2 Alcantarillado

El municipio de Palocabildo cuenta con un alcantarillado combinado en regular

estado con una longitud promedio de 4.6 Km., los colectores que se encuentran

en proporción de un 28% en mal estado y 72% en regular estado, se entregan a la

quebrada en varios puntos sin ningún tipo de control. En promedio se tienen 30

pozos de inspección.

En general los vertimientos más grandes de alcantarillado están ubicados en el

casco urbano ocasionando un impacto ambiental negativo por la generación de

malos olores y proliferación de vectores, ocasionando serios problemas de

salubridad a la comunidad y afectando los recursos naturales.

El barrio Gualí recoge sus aguas y las dispone hacia la Quebrada El Chispero sin

ningún control, dicho alcantarillado no está totalmente terminado; estas aguas

corren libremente ladera abajo contaminando todas las fuentes que se presentan

en esta parte del Cañón del Gualí, incrementando el estado de erosión y de

antemano creando un sector de reubicación de la población.

El Carmen recoge sus aguas y por condiciones topográficas las dispone ladera

abajo contaminando otras fuentes formando un foco de contaminación, erosión y

de inestabilidad en estos suelos.


10

La viviendas ubicadas sobre el eje central o vía principal hacia la margen derecha

del Río Gualí construyen los pisos en orden descendente, de tal forma que el piso

que se encuentra a nivel de la vía pasa a ser el segundo o tercer piso, ubicando

los servicios sanitarios en el primer piso, ósea el más bajo los cuales vierten sus

agua servidas a las quebradas que desembocan en el Gualí; ignorando que por la

vía principal pasa la red de alcantarillado.

Otros barrios que manejan su propio alcantarillado son los barrios Villanueva,

Santo Domingo y El Carmen. De la misma manera que el acueducto, el

alcantarillado es manejado por la junta de acción comunal con un cubrimiento de

290 usuarios y que cuenta con un fontanero y una persona que maneja la oficina

en medio tiempo.

Dicha red es de tubo de gres, la más antigua tiene 19 años de servicio y la más

reciente tiene seis años y los pozos están construidos en ladrillo. (Referencia 2)

1.7 Concesión De Aguas

De acuerdo con la Resolución N° 296 de Mayo 28 de 2005, la Corporación

Autónoma Regional del Tolima “CORTOLIMA” otorga a la Junta de Acción

Comunal del Municipio de Palocabildo, representada por el Señor Luis Henry

Jaramillo, identificado con cedula de ciudadanía N° 2 301 752 la adjudicación y

legalización de la concesión de agua de la Quebrada San José, en cantidad de 22

L/s del caudal que discurra en todo tiempo por el cauce de la quebrada en el sitio

de captación, para beneficio del acueducto de la cabecera del Municipio de

Palocabildo, por un periodo de 10 años contados a partir de la fecha de ejecutoria

de la Resolución.


11

1.8 Objetivo del estudio

1.8.1 Objetivo general

El objeto del presente estudio es el de establecer la caracterización climática e

hidrológica asociado a la fuente de abastecimiento denominada San José, en el

Municipio de Palocabildo.

1.8.2 Objetivo especifico

Realizar el estudio climatológico de la localidad analizando los principales

parámetros climatológicos que inciden en los diferentes aspectos en la cuenca

hidrográfica en donde se realiza el aprovechamiento hídrico de la población en

estudio.

Cuantificar los caudales máximos y mínimos, asociados a eventos extremos, y

evaluar los caudales medios diarios disponibles en los sitios de captación de agua

para el sistema de acueducto de la población en estudio.

Construcción de las curvas idf de tal manera que permitan ser el insumo básico

para el diseño estructuras hidraulicas o para el alcantarillado pluvial de la

población en estudio.


12

2 ESTUDIO CLIMÁTICO

Con el fin de realizar un análisis a las variables más importantes que influyen en

el clima regional y local, particularmente en el municipio de Palocabildo, se realizó

un inventario de las estaciones ubicadas dentro de la zona de estudio o más

próximas a esta, con el objetivo de obtener información considerable, que permita

identificar el comportamiento de las variables con mayor precisión en el tiempo.

Teniendo en cuenta lo anterior, el área de estudio descrita se considera como

zona de menor instrumentación e información, ya que el número de estaciones

ubicadas dentro del área es bajo, y en general la calidad de los datos posee una

corta longitud y continuidad.

En la Tabla 1 se presenta la estación estudiada, incluidos el tipo de estación y la

fuente correspondiente.

Tabla 1. Inventario de estaciones

ESTACIONES SOLICITADAS AL IDEAM Y CAR

CÓDIGO TIPO NOMBRE DE ESTACIÓN NOMBRE

SUBCUENCA DPTO. NOMBRE MUNICIPIO

2301704 LG LA ESPERANZA GUALI TOLIMA MARIQUITA

Fuente. IDEAM

En el presente parágrafo se realizó un análisis de las diferentes variables a nivel

medio mensual multianual, destacando la tendencia estadística correspondiente.

La información climática general se basó en las estimaciones realizadas por el

IDEAM según la Referencia 3. Atlas climatológico de Colombia. IDEAM, 2005. La

estimación local de diferentes parámetros se basó en el sistema de información

geográfico Hidrosig (Referencia 4. UNAL Medellín. Balances Hídricos Hidrosig.


13

Escuela de Geociencias y Medio Ambiente, 2003.), desarrollado para el territorio

nacional, tal como se explica más adelante.

Por ser la precipitación, temperatura, velocidad y dirección de los vientos y la

evaporación las variables más influyentes en el estudio climatológico e

hidrológico, se analizaron con mayor detalle describiendo la variabilidad temporal

(régimen monomodal o bimodal), en conjunto con los valores representativos.

2.1 Modelo Hidrosig

El modelo HidroSig se fundamenta en el software del Balance Hídrico de

Colombia, desarrollado en el lenguaje de programación Java, que vincula rutinas

de análisis estadístico y los Sistemas de Información Geográfica SIG.

El programa fue elaborado por la Facultad de Minas de la Universidad Nacional

de de Colombia sede Medellín, involucrando operaciones con cuencas, a partir de

las cuales se hallan las características físicas de las cuencas hidrográficas de

Colombia y de parámetros hidroclimatológicos básicos tales como: precipitación

media, evaporación, y el caudal medio multianual en cualquier cuenca

hidrográfica de Colombia.

Adicionalmente se pueden obtener en cualquier punto de Colombia, valores

específicos de todos los parámetros utilizados en el cálculo de la

evapotranspiración por el método de Penman o por cualquier otro método, tales

como la temperatura del aire y la humedad relativa entre otros.

El modulo relacionado con cuencas opera mediante el modelo digital hidrográfico

obtenido del Servicio de Información Geológica de los Estados Unidos (USGS),

ofrece opciones para utilizar los modelos con resoluciones de arco de diferentes


14

valores, como se menciono está programado para realizar el balance hídrico en

cualquier punto de la red hidrográfica de Colombia, y calcular a través de éste, el

caudal medio anual, su respectiva distribución mensual y los parámetros

climatológicos básicos.

A partir de los valores medios y las desviaciones estándares correspondientes a

los caudales extremos máximos y mínimos, afectados por factores de frecuencia,

es posible estimar los caudales máximos o mínimos asociados a diferentes

periodos de retorno.

Básicamente la teoría del modelo del Balance Hídrico se fundamenta en utilizar la

ecuación de conservación de masa dentro de una columna de suelo-atmósfera,

definiendo un almacenamiento de agua en la atmósfera o agua precipitable W,

una precipitación P, la evaporación E, la cual incluye transpiración, el flujo neto de

humedad en la atmósfera Q, el almacenamiento de agua en el suelo S, y el flujo

de agua hacia fuera de la columna de suelo R; estos parámetros están

expresados en unidades de velocidad, es decir flujo o caudal por unidad de área.

Para los cálculos del Balance Hídrico de Colombia se considera conveniente el

método de Penman y generalmente se tiene en cuenta el punto de rocío.

En síntesis a través del modelo HidroSig es posible obtener caudales máximos y

mínimos asociados a diferentes periodos de retorno, distribución de la escorrentía

anual, morfometria de cuencas y cualquier parámetro climático que se requiera,

incluida la intensidad de precipitación.


15

2.2 Precipitación

Según el instituto de hidrología, climatología y estudios ambientales (IDEAM,

Referencia 3) la precipitación pluvial es un fenómeno atmosférico el cual consiste

en una precipitación acuosa en forma de gotas liquidas, cuyo diámetro se halla

generalmente comprendido entre 0,5 y 7 mm, y que caen a una velocidad del

orden de los 3 m/s.1; dicho fenómeno es generado por sistemas de tiempo como

son la zona de convergencia intertropical, los sistemas del pacifico y amazonia,

vaguardas de latitudes medias, entre otros. La variable es derivada de la

humedad atmosférica, su forma y cantidad está influenciada por diversos factores

climáticos como el viento, la temperatura y la presión atmosférica.

Según la Referencia 3 En el departamento de Tolima se diferencian cuatro áreas

climáticas: una semihúmeda localizada en la parte alta de la cordillera Central y

Oriental, que tiene precipitaciones superiores a los 2.000 mm anuales. De Oeste a

Suroeste se distingue una pequeña área catalogada como ligeramente húmeda,

con un rango de precipitaciones de 1.500 a 2.000 mm; esta misma unidad se

extiende longitudinalmente sobre ambos piedemontes. Sobre el valle del río

Magdalena se tipifica un sector subhúmedo, con precipitaciones entre 1.000 y

1.500 mm y temperaturas medias anuales superiores a los 24°C. A continuación

se lista la extensión en Kilómetros de cada uno de los pisos térmicos existentes

en el Tolima.

La distribución de lluvia total anual en el departamento del Tolima es diversa, ya

que se puede encontrar en el territorio lluvia relativamente escasa (hasta 3500

mm) es el caso de los municipio de Palocabildo con un rango de precipitación

entre 3000 mm a 3500 mm. Ver

Figura 1

1 Atlas climatológico de Colombia. IDEAM, 2005.Pagína 21


16

Figura 1. Mapa precipitación total anual, mm

Fuente: Atlas climatológico de Colombia (IDEAM, Referencia 3)

Además de la precipitación total, el número de días con lluvia es una

característica importante de la variable, ya que se utilizada para identificar

tiempos de sequía en diferentes regiones, para el departamento del Tolima los

promedios varían entre 50 y 250 de días con lluvias, siendo la zona más lluviosa

el oriente del departamento. El municipio de Palocabildo se encuentra en

promedios que varían entre 150 a 200 días con lluvias según estadísticas de la

entidad (ver Figura 2).


17

Figura 2.Mapa Número de días con lluvia (mm) de Cundinamarca

Fuente: Atlas climatológico de Colombia (IDEAM, Referencia 3)

Para el análisis de la precipitación local en el área del proyecto se empleó la

estación La Esperanza, la cual resulta ser la más cercana.

Se ha podido establecer que los valores medios mensuales multianuales varían

entre 143 mm y 353.9 mm con una media de 262,8.

La distribución de la precipitación a lo largo del año presenta tendencias

fuertemente definidas como bimodal. Esta distribución bimodal presenta picos

durante los meses de marzo - mayo y octubre – noviembre, los valles o épocas

secas se presentan en los meses de enero – febrero y julio – agosto. La Tabla 2

y Gráfico 1 se relacionan los valores mencionados asociados a la estación más

cercana a la zona del proyecto.


18

Tabla 2. Valores Totales Mensuales de Precipitación - Estación La Esperanza

Año Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Vr. Anual

Media 243,1 200,9 336,2 298,5 311,8 212,0 143,3 207,6 271,9 340,7 353,9 234,2 262,8

Gráfico 1. Valores Mensuales de Precipitación - Estación La Esperanza

Fuente: Hidrosig Referencia 4

2.3 Evaporación

La evaporación es la emisión de vapor de agua desde una superficie húmeda a

temperatura inferior al punto de ebullición2, algunos de los factores que influyen

en el cambio de la variable son la radiación, Temperatura, velocidad y dirección

de viento, presión atmosférica entre otros.

La variable es de gran importancia para estudios climatológicos e hidrológicos

debido a que determina la cantidad de agua disponible para ser utilizada por el

hombre para su beneficio.

2Idem

,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

Enero

Febre

ro

Marz

o

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agost

o

Septiem

bre

Oct

ubre

Novie

mbre

Dic

iem

bre

Pre

cipitaci

on,

(mm

)

Valores Totales Mensuales de Precipitacion Municipio de Palocabildo - Base espacializada IDEAM según

Modelo HidroSIG


19

En el departamento del Tolima se presentan diferentes niveles de evaporación,

los niveles altos (1700 mm - 2100 mm) se presenta en la parte centro y noreste

del departamento, y los niveles bajos se presentan entre el intervalo (500 mm-

900mm) en el noroeste del departamento en los municipios de Fresno y Libano,

principalmente. En el área de estudio se presenta datos anuales entre los

intervalos, 900 mm-1100 mm y 1100 mm- 1300 mm como se observa en el mapa

de evotranspiración del departamento del Tolima (Ver mapa en Figura 3).

Figura 3. Mapa de evaporación y transpiración

Fuente: Atlas climatológico de Colombia (IDEAM Referencia 3)

Para el análisis de la evaporación en el área del proyecto se empleó la estación

La esperanza, la cual resulta ser la más cercana.

Se ha podido establecer que los valores medios mensuales multianuales varían

entre 57.9 mm y 83.1 mm con una media de 71.6 mm.


20

De la evaluación de los datos de evaporación, se puede sintetizar que existe un

único régimen de distribución temporal y que es de tipo monomodal.

La Tabla 3 y el Gráfico 2 relacionan los valores.

Tabla 3. Valores Medios de Evaporación - Estación La Esperanza


Media 69,9 64,1 69,2 70,5 75,1 72,1 81,8 79,9 83,1 71,3 63,8 57,9 71,6

Gráfico 2. Valores Medios de Evaporación - Estación La Esperanza


2.4 Viento

El viento es un movimiento natural del aire. Se determina por la dirección o punto

de horizonte desde donde sopla y por su velocidad de la cual depende su mayor

y menor fuerza; es una variable producto de la diversidad de temperaturas en la

superficie de la tierra e influye en variables como la evaporación y precipitación.

,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

Enero

Febre

ro

Marz

o

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agost

o

Septiem

bre

Oct

ubre

Novie

mbre

Dic

iem

bre

Evapora

cion,

mm

Valores Medios Mensuales de Evaporacion

Municipio de Murillo - Base espacializada IDEAM según Modelo

HidroSIG


21

Para interpretar y analizar el comportamiento de esta variable, se debe tener en

cuenta el estado atmosférico global; Colombia por encontrarse dentro de los

trópicos de Capricornio y Cáncer, está permanentemente influenciada por los

vientos alisios del noreste y sureste, además la cercanía al ecuador, las

condiciones locales, la orografía y la cercanía a los dos mares hacen que la

dirección y la velocidad de los vientos varié considerablemente de una lugar a

otro.

Con base en lo anterior y el mapa de velocidades y rosa de vientos del IDEAM, se

observa que en el departamento del Tolima tiene un comportamiento monomodal,

es decir que en el periodo de julio-agosto se presentan las mayores velocidades

del año; además presentan dos intervalos de velocidades representativos, el

primero comprendido entre 1 m/s y 2 m/s ubicado principalmente en la zona norte

y oeste del departamento y el segundo 2 m/s-3 m/s en el resto del departamento.

La zona de estudio se encuentra en el primer intervalo como se observa en la

Figura 4.

Figura 4. Mapa velocidad del viento



22

De acuerdo con el IDEAM, para Cundinamarca la tendencia principal del viento es

en el sentido Sur y Oeste, esta información está basada en la Referencia 3. La

rosa de los vientos asociada a la información descrita se presenta en la Figura 5,

a continuación.

Figura 5. Rosa de los Vientos – Estación La Esperanza

Fuente: Atlas climatológico de Colombia (IDEAM Referencia 3Referencia 3)

2.5 Temperatura

Según el IDEAM, la temperatura es la medida del estado térmico del aire con

respecto a su habilidad de intercambiar calor con el medio, puede variar debido a

la distribución de diferentes tipos de superficies y en función de la altura.

El departamento del Tolima cuenta con todos los pisos térmicos, desde el cálido

Valle del Magdalena de 28º C hasta las altas cumbres de los nevados (Huila,

Tolima, Quindío, Santa Isabel, Ruíz), con temperaturas bajo cero. El municipio de

Palocabildo presenta un piso térmico; templado (18°C a 24°C), esto se puede


23

evidenciar en el mapa temperatura media anual (°C) de Tolima mostrado en la

Figura 6.

Figura 6. Mapa temperatura media anual (°C) de Cundinamarca


Para el análisis de la temperatura local se empleó la estación La esperanza. Del

análisis de dicha estación se pudo establecer que los valores medios mensuales

multianuales varían entre 17.5°C y 18.3°C con una media de 18°C. La distribución

de la temperatura a lo largo del año presenta los valores máximos para los

periodos de marzo, mayo y agosto y los mínimos en los meses de noviembre y

diciembre, la tendencia general es del tipo bimodal. La Tabla 4 y la Gráfico 3

muestran los valores mencionados.

Tabla 4. Valores Medios de Temperatura (°C) –Estación La Esperanza


Media 17,9 18,2 18,3 17,9 18,2 18,1 18,1 18,2 18,1 17,8 17,5 17,7 18,0


24

Gráfico 3. Valores Medios de Temperatura (°C) –Estación La Esperanza


2.6 Clasificación climática

Para la clasificación climática del área de estudio se utilizó la metodología

CALDAS-LANG, la cual relacionados tipos diferentes de clasificación: la

clasificación CALDAS que consiste en la creación de pisos térmicos considerando

el cambio de la temperatura con la altitud (ver Tabla 5) y la clasificación LANG,

de la cual se obtienen seis clases climáticas por medio de la relación de las

variables precipitación y temperatura(factor Lang) como se observa en la Tabla 6.

Tabla 5. Clasificación Caldas

Fuente: Atlas climatológico de Colombia (IDEAM Tabla 3)

17,00

17,200

17,400

17,600

17,800

18,00

18,200

18,400Enero

Febre

ro

Marz

o

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agost

o

Septiem

bre

Oct

ubre

Novie

mbre

Dic

iem

bre

Tem

pera

tura

, (⁰

C)

Valores Medios Mensuales de Temperatura

Municipio de Murillo - Base espacializada IDEAM según Modelo

HidroSIG

CLASIFICACIÓN CALDAS

PISO TÉRMICO SÍMBOLO RANGO DE ALTURA (m SNM) TEMPERATURA °C

Cálido C 0 - 1000 T≥24

Templado T 1001 - 2000 24>T≥17.5

Frío F 2001 - 3000 17.5>T≥12

Páramo bajo Pb 3200 - 3700 12>T≥7

Páramo alto Pa 3701 - 4200 T < 7


25

Tabla 6.Clasificación Lang

CLASIFICACIÓN LANG

FACTOR DE LANG, P/T CLASE DE CLIMA SÍMBOLO

0 a 20.0 Desértico D

20.1 a 40.0 Árido A

40.1 a 60.1 Semiárido Sa

60.1 a 100.1 Semihúmedo Sh

100.1 a 160.1 Húmedo H

> a 160.0 Superhúmedo SH Fuente: Atlas climatológico de Colombia (IDEAM Referencia 3)

De la unión de estas dos metodologías de clasificación se obtuvo 25 tipos de

climas (Ver Tabla 7), que tienen en cuenta variables como temperatura,

precipitación y altitud.

Tabla 7. Clasificación Caldas-Lang

TIPO CLIMÁTICO SÍMBOLO

1 Cálido superhúmedo CSH

2 Cálido húmedo CH

3 Cálido semihumedo CsH

4 Cálido semiárido Csa

5 Cálido árido CA

6 Cálido desértico CD

7 Templado superhúmedo TSH

8 Templado húmedo TH

9 Templado semihúmedo Tsh

10 Templado semiárido Tsa

11 Templado árido TA

12 Templado desértico TD

13 Frío Superhúmedo FSH

14 Frío húmedo FH

15 Frío semihúmedo Fsh

16 Frío semiárido Fsa

17 Frío árido FA

18 Frío desértico FD

19 Páramo bajo superhúmedo PBSH

20 Páramo bajo húmedo PBH

21 Páramo bajo semihúmedo PBsh


26

TIPO CLIMÁTICO SÍMBOLO

22 Páramo bajo semiárido Pbsa

23 Páramo alto superhúmedo PASH

24 Páramo alto húmedo PAH

25 Nieves perpetuas NP Fuente: Atlas climatológico de Colombia (IDEAM Referencia 3)

Como se ha mencionado, para la clasificación climática existen diversas

metodologías entre ellas la clasificación Caldas – Lang de reconocida aplicación

en nuestro medio, esta clasificación climática está basada en la altitud,

precipitación y la temperatura, estas variables para el área de la cuenca del

proyecto indican una media de 18.0°C en la temperatura y una precipitación

media anual de 3154.1 mm, tomando los valores de altitud y temperatura se

establece un piso térmico Templado (según Caldas) y una grado de humedad

dado por la relación P/T de aproximadamente 175.2 mm/°C correspondiente a

Superhúmedo. En síntesis, bajo estas condiciones el modelo climático Caldas –

Lang indica un tipo de clima denominado Templado – Superhúmedo (TSH).


27

3 ESTUDIO HIDROLÓGICO

A continuación se presentan los aspectos relevantes asociados a la fuente San

José del Municipio de Palocabildo.

3.1 Características hidrográficas de la cuenca

La cuenca correspondientes a la fuente de suministro asociada a la estación con

información sobre caudales tiene un área de aproximadamente 2.5 Km2, hasta el

sitio de bocatoma, el esquema correspondiente se muestra en la

Figura 7, a continuación.

Figura 7. Morfometría de cuencas (Esquema) – Fuente San José

Fuente: Base cartográfica IGAC

Nota: Las líneas a trazo indican la divisoria de aguas de las cuencas, dentro de

ellas se encuentran los cuerpos de agua o cauces principales. Las líneas

continuas indican curvas de nivel según cartografía IGAC.


28

3.2 Caudales medios diarios y Curva de Frecuencia

Tomando como base la estación con información de caudal más cercanas al

proyecto, es decir la estación La Esperanza, se obtuvo información limnimetrica a

nivel diario en el IDEAM. Esta estación se encuentra sobre la misma vertiente que

la correspondiente a la quebrada San José, afluente del proyecto (ver Figura 7).

Los datos de caudal diario registrados se utilizan como valores índice para

evaluar el potencial de aporte de caudal de la cuenca hasta el sitio de toma.

Con base en la información diaria de caudales se procede a elaborar la curva de

duración de caudales (CDC) que indica en que porcentajes de tiempo en el año

es posible obtener un determinado valor de caudal o valores superiores al mismo,

esto asociado a una probabilidad de ocurrencia.

A continuación, en la Tabla 8 se presenta el registro diario de caudal y el número

de intervalos de clase utilizados en los cálculos. Posteriormente se presentan las

tablas de cálculo de la curva de frecuencia y un resumen de los valores

representativos.

Tabla 8. Registro de caudal – Estación La Esperanza

Información Básica

Registro

Inicio 01/01/2006

Final 31/12/2010

Intervalos de Clase 30

El intervalo de tiempo cubre cerca de 5 años, considerados como los más

representativos y recientes para la estación, el intervalo de clase está asociado a

los rangos en los cuales se divide la serie, permitiendo que esta se exprese de

manera discreta en intervalos en los que se relaciona el valor medio de caudal y

el porcentaje de tiempo en que estos se presentan. A continuación se presenta la


29

tabulación obtenida a partir de la serie (Tabla 9) y posteriormente el grafico

correspondiente a la CDC de la estación.

Tabla 9. CDC – Estación La Esperanza

Consecutivo Clases Clases Ascendente

Frecuencia % de No

excedencia %

Excedencia Descendente Desde Hasta

1 2 3 4 5 6 7

1 186.8000 0.0000 3.8150 1 0.05% 99.95%

2 180.4902 3.8150 10.1248 67 3.73% 96.27%

3 174.1803 10.1248 16.4347 217 15.63% 84.38%

4 167.8705 16.4347 22.7445 351 34.87% 65.13%

5 161.5607 22.7445 29.0543 333 53.13% 46.88%

6 155.2509 29.0543 35.3641 238 66.17% 33.83%

7 148.9410 35.3641 41.6740 174 75.71% 24.29%

8 142.6312 41.6740 47.9838 118 82.18% 17.82%

9 136.3214 47.9838 54.2936 102 87.77% 12.23%

10 130.0116 54.2936 60.6034 74 91.83% 8.17%

11 123.7017 60.6034 66.9133 50 94.57% 5.43%

12 117.3919 66.9133 73.2231 26 96.00% 4.00%

13 111.0821 73.2231 79.5329 21 97.15% 2.85%

14 104.7722 79.5329 85.8428 21 98.30% 1.70%

15 98.4624 85.8428 92.1526 11 98.90% 1.10%

16 92.1526 92.1526 98.4624 7 99.29% 0.71%

17 85.8428 98.4624 104.7722 6 99.62% 0.38%

18 79.5329 104.7722 111.0821 2 99.73% 0.27%

19 73.2231 111.0821 117.3919 0 99.73% 0.27%

20 66.9133 117.3919 123.7017 0 99.73% 0.27%

21 60.6034 123.7017 130.0116 1 99.78% 0.22%

22 54.2936 130.0116 136.3214 0 99.78% 0.22%

23 47.9838 136.3214 142.6312 0 99.78% 0.22%

24 41.6740 142.6312 148.9410 1 99.84% 0.16%

25 35.3641 148.9410 155.2509 1 99.89% 0.11%

26 29.0543 155.2509 161.5607 0 99.89% 0.11%

27 22.7445 161.5607 167.8705 0 99.89% 0.11%

28 16.4347 167.8705 174.1803 0 99.89% 0.11%

29 10.1248 174.1803 180.4902 1 99.95% 0.05%

30 3.8150 180.4902 186.8000 1 100.00% 0.00%

Notas:

1. Numero consecutivo de datos en que se ha dividido la serie.


30

2. Intervalo de clases escogido para el análisis de frecuencia.

3 y 4. Rango del intervalo de clase asociado y frecuencia de valores

correspondiente.

5. Frecuencia en que se presentan los datos de la serie correspondiente con el

intervalo de clase seleccionado.

6. % del tiempo en que el caudal no es igualado o excedido.

7. % del tiempo en que el caudal es igualado o excedido.

Gráfico 4. CDC – Estación La Esperanza

Tabla 10. Resumen de caudales CDC – Estación La Esperanza

Porcentaje del Tiempo

m3/s

100 3.8

95 13.3

50 25.9

5 70.1

Máximo 186.8


31

Una vez definidos los valores de caudal se procede a correlacionar esta

información con la morfometria asociada a la cuenca con el objeto de permitir la

interpolación o extrapolación al sitio de toma. Esta suposición se considera válida

debido a que la cuenca correspondiente al sitio de toma forma parte de la red

hidrográfica de la estación utilizada como índice.

Tabla 11. Relaciones Estación/Bocatoma – Estimación de caudales

ESTACION BOCATOMA Caudal Medio

Diario Caudal Mínimo Medio Relación

Área de Cuenca

Bocatoma Estación

LA ESPERANZA PALOCABILDO 32.6 19.5 0.60 2.5 480

En la Tabla 11 se presenta la asociación existente entre la estación limnimetrica

empleada y la fuente en estudio, adicionalmente se tomaron los valores

registrados de caudal medio diario y de caudal mínimo en la estación limnimetrica

y las áreas correspondientes a las cuencas aferentes de cada sitio (estación y

sitio de toma).

Los valores que están disponibles de caudal a nivel diario corresponden a valores

medios tomados con base en hidrometría en la mañana y en la tarde sobre las

corrientes, de tal manera que no registran la variación de caudal horario que

puede estar asociada a eventos máximos o mínimos.

Los valores mínimos disponibles de caudal reflejan la media mensual de caudales

diarios mínimos registrados en la corriente, debido a que están disponibles

únicamente con un nivel de agregación mensual no es posible emplearlos en la

fabricación de curvas de duración de caudales diarios.

Teniendo en cuenta los aspectos mencionados se optó, para obtener valores

conservadores en relación con disponibilidad, relacionar los valores mínimos

medios mensuales con los valores medios diarios, buscando de esta manera


32

valores más cercanos a los mínimos que presenta la corriente, útiles para efectos

de ofrecer estimativos relacionados con disponibilidad efectiva en el sitio de toma.

Adicionalmente se relacionaron las áreas entre el sitio de toma y la estación

adoptada como índice con el objeto de completar la correlación geográfica y

morfometrica que permita obtener valores de caudal disponible en el sitio de

toma.

A partir de estas relaciones se pudo obtener la tabulación correspondiente a la

CDC de la fuente San José hasta el sitio de bocatoma, tal como se presenta en la

Tabla 12, a continuación.

Tabla 12. CDC – Fuente San José - Hasta sitio de toma

Clases Ascendente Frecuencia % Excedencia

Desde Hasta

1 2 3 4 0.0000 0.0117 1 99.95% 0.0117 0.0310 67 96.27% 0.0310 0.0503 217 84.38% 0.0503 0.0696 351 65.13% 0.0696 0.0889 333 46.88% 0.0889 0.1082 238 33.83% 0.1082 0.1275 174 24.29% 0.1275 0.1468 118 17.82% 0.1468 0.1661 102 12.23% 0.1661 0.1854 74 8.17% 0.1854 0.2047 50 5.43% 0.2047 0.2240 26 4.00% 0.2240 0.2433 21 2.85% 0.2433 0.2627 21 1.70% 0.2627 0.2820 11 1.10% 0.2820 0.3013 7 0.71% 0.3013 0.3206 6 0.38% 0.3206 0.3399 2 0.27% 0.3399 0.3592 0 0.27% 0.3592 0.3785 0 0.27%


33

Clases Ascendente Frecuencia % Excedencia

Desde Hasta

0.3785 0.3978 1 0.22% 0.3978 0.4171 0 0.22% 0.4171 0.4364 0 0.22% 0.4364 0.4557 1 0.16% 0.4557 0.4750 1 0.11% 0.4750 0.4943 0 0.11% 0.4943 0.5136 0 0.11% 0.5136 0.5329 0 0.11% 0.5329 0.5522 1 0.05% 0.5522 0.5716 1 0.00%

Notas:

1 y 2. Rango del intervalo de clase asociado y frecuencia de valores

correspondiente

3. Frecuencia en que se presentan los datos de la serie correspondiente con el

intervalo de clase seleccionado

4. % del tiempo en que el caudal es igualado o excedido

Finalmente se extrapolan los valores de caudal para cada una de las fuentes,

obteniéndose la siguiente disponibilidad presentada en el Gráfico 5 y anotada en

la Tabla 13, a continuación.


34

Gráfico 5. CDC – Fuente San José - Hasta sitio de toma

Tabla 13. Disponibilidad de caudal – Fuente San José - Hasta sitio de toma

Porcentaje del Tiempo m3/s

100 0.012

95 0.033

50 0.086

5 0.211

Máximo 0.572

De estos valores el valor correspondiente al 95% del tiempo se considera como

representativo y base para establecer la disponibilidad de cada fuente. Sin

embargo hay que asociar principalmente la estimación del caudal ecológico, lo

cual se presenta posteriormente en la tabla resumen de caudales.


35

3.3 Eventos externos

3.3.1 Caudales Máximos

Con el objeto de obtener los caudales máximos instantáneos asociados a

diferentes periodos de retorno en la cuenca asociada a la fuente de

abastecimiento, tomando como base el área de la cuenca y el registro de caudal

en la estación hidrométrica utilizada como base, se hace una estimación del

potencial de escorrentía.

A continuación se describe la metodología y posteriormente se presentan los

resultados obtenidos.

El análisis de caudales máximos en la cuenca se desarrolló a partir de la

información hidrométrica disponible en la estación La Esperanza mediante un

ajuste estadístico de caudales máximos.

La cercanía geográfica de la estación y la relación morfométrica en cuanto a área

y vertientes con el sitio de toma permiten inferir proporcionalidad en los valores de

caudal, los valores de caudal máximo de la estación (Tabla 14) se redujeron a

cerca de un 1% que corresponde a la relación de área entre la cuenca aferente

hasta el sitio de toma y la correspondiente área hasta el sitio en donde se

encuentra instalada la estación hidrométrica.

Tabla 14. Caudal Máximo instantáneo - Estación La Esperanza

AÑO VR ANUAL

(m3/s)

1991 149.7

1992 134.4

1993 137.8

1994 255.4

1995 1164.0


36

AÑO VR ANUAL

(m3/s) 1996 138.0

1997 82.1

1998 80.4

1999 129.0

2000 198.0

2001 95.4

2002 138.0

2003 63.8

2004 137.0

2005 112.6

2006 156.3

2007 112.2

2008 241.2

2009 132.5

2010 261.0

A partir del ajuste descrito se obtuvieron los valores estimados de caudal máximo

instantáneo hasta el sitio de toma, tal como se presenta en la Tabla 15, a

continuación.

Tabla 15. Caudal Máximo instantáneo - Fuente San José – Hasta Sitio de toma

AÑO VR ANUAL

(m3/s)

1991 0.76

1992 0.69

1993 0.70

1994 1.30

1995 5.94

1996 0.70

1997 0.42

1998 0.41

1999 0.66

2000 1.01

2001 0.49

2002 0.70

2003 0.33

2004 0.70


37

AÑO VR ANUAL

(m3/s) 2005 0.57

2006 0.80

2007 0.57

2008 1.23

2009 0.68

2010 1.33 Para los valores anteriores se procede a realizar el ajuste estadístico, tal como se

describe a continuación.

3.3.1.1 Ajuste Estadístico

El análisis estadístico de las series de caudales máximos se realizó a partir de la

distribución de probabilidad de Gumbel, la cual se expresa mediante la relación:

QMÁXSKQQ

En donde:

MÁXQ

= Caudal máximo para un período de retorno determinado, en m³/s

Q = Valor medio de los caudales máximos, en m³/s

K = Coeficiente de frecuencia, en función del período de retorno y del

tamaño de la muestra y se expresa mediante la siguiente relación:

nn

Yn

Tr

TrLnLnK

11

Tr = Período de retorno, en años

Yn y n = Parámetros que dependen del tamaño de la muestra


38

QS = Desviación estándar de la muestra, en m³/s

3.3.1.2 Caudales Máximos Instantáneos

Basados en el registro histórico de caudales máximos instantáneos y en la

metodología descrita anteriormente para realizar ajuste estadístico a series

anuales máximas mediante la distribución de probabilidades de Gumbel

(Extremos Tipo I), se obtuvieron los caudales máximos esperados en el sitio de

toma.

Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 16 y en el Gráfico 6 , a

continuación.

Tabla 16. Ajuste estadístico de caudales máximos Toma Palocabildo

Periodo de Retorno Caudal Máximo

m3/s

2.33 0.8

3 1.4

5 2.1

10 2.9

25 4.0

50 4.8

100 5.6


39

Gráfico 6. Ajuste estadístico de caudales máximos Toma Palocabildo

3.3.2 Caudales Mínimos

Para las series anuales de caudal mínimo medio obtenidas para el sitio de toma,

de acuerdo con las relaciones de área y la inclusión de las cuencas en la misma

vertiente, se obtuvieron series anuales de caudal mínimo medio anual basados en

los datos de la estación La Esperanza (Tabla 17).

Tabla 17. Caudal Mínimo Medio - Estación La Esperanza

AÑO VR ANUAL

(m3/s)

1991 8.3

1992 8.3

1993 4.2

1994 7.8

1995 5.0

1996 14.7

1997 9.6


40

AÑO VR ANUAL

(m3/s) 1998 9.6

1999 16.7

2000 18.7

2001 13.0

2002 11.4

2003 10.7

2004 9.8

2005 10.0

2006 5.0

2007 6.9

2008 3.8

2009 11.7

2010 14.2

A los datos obtenidos por relación entre áreas (Tabla 18) se les realizo un ajuste

estadístico mediante la distribución de probabilidad normal, la cual ofreció la

menor desviación estándar entre los datos observados y los datos ajustados, tal

como se presenta a continuación.

Tabla 18. Caudal Mínimo Medio - Fuente San José – Hasta Sitio de toma

AÑO VR ANUAL (m3/s)

1991 0.0422

1992 0.0421

1993 0.0215

1994 0.0398

1995 0.0255

1996 0.0751

1997 0.0490

1998 0.0490

1999 0.0850

2000 0.0956

2001 0.0666

2002 0.0582

2003 0.0546

2004 0.0500

2005 0.0509

2006 0.0253


41

AÑO VR ANUAL (m3/s)

2007 0.0351

2008 0.0195

2009 0.0599

2010 0.0724

Tabla 19. Ajuste estadístico de caudales mínimos Toma Palocabildo

Periodo de Retorno Caudal Mínimo

m3/s

2.33 0.047

3 0.040

5 0.033

10 0.024

25 0.014

50 0.008

100 0.002

Gráfico 7. Ajuste estadístico de caudales mínimos Toma Palocabildo


42

3.3.3 Resumen de caudales

A continuación en la Tabla 20 se presenta el resumen de caudales para la fuente

actual.

Tabla 20. Resumen de caudales

Municipio Bocatoma

Curva de Duración de Caudales Caudal

Ecológico Eventos Extremos, Años

Caudales, m3/s

Qmin Q95% Q50% Q5% 30% de Qmin Tr= 25 Tr= 50

Palocabildo San Jose 0.0117 0.033 0.086 0.211 0.004 4.0 4.8

El caudal mínimo para la fuente actual está basado en información obtenida de la

curva de frecuencia para el 100% del tiempo.

El caudal ecológico está basado en la sustracción del 20% del valor medio en la

corriente.

Para efectos de disponibilidad el caudal a considerar debe basarse en el

correspondiente para el 95% del tiempo sobre la corriente a la altura de la

bocatoma descontando el caudal ecológico.

3.4 Relaciones Intensidad Duración Frecuencia – IDF

3.4.1 Generalidades

Para establecer estas relaciones, considerando que no existen estaciones con

información pluviográfica en la zona y que es posible, para la localidad en estudio,

obtener curvas idf sintéticas, se recurre a información meteorológica e hidro


43

climática espacial según el modelo HidroSig (Referencia 4), anteriormente

descrito.

Adicionalmente, con el objeto de validar las estimaciones realizadas

anteriormente se procede a obtener valores idf basados en la metodología

desarrollada en la Referencia 9. Vargas M., Díaz Granados M. Curvas sintéticas

regionalizadas de Intensidad Duración Frecuencia para Colombia. XIII Seminario

Nacional de Hidráulica e Hidrología, Cali, Agosto de 1998.

Los métodos tradicionales de curvas IDF requieren el uso de la información

pluviográfica, que en muchos sitios no se dispone sino como máximo estación

pluviométrica, por esta razón la Universidad de los Andes realizó una

investigación con 165 curvas IDF ubicadas en diversas zonas del país y de los

resúmenes multianuales pluviométricos de las mismas, estableciendo 4

ecuaciones regionales en Colombia.

En cuencas o subcuencas pequeñas usualmente no se dispone de información de

caudales y relativamente sus tiempos de concentración son muy pequeños, con

duración de los eventos menores a 24 horas, siendo las 3 primeras horas las más

importantes.

A continuación se describen los aspectos más importantes acerca de la

metodología empleada para la obtención de la ecuación o forma matemática de

los valores de idf.

3.4.2 Regionalización de las Estaciones

Para tener una adecuada confiabilidad en las ecuaciones generadas, se dividió el

territorio nacional en cinco (5) grandes zonas, lo cual permitió efectuar análisis


44

independientes con estaciones de la misma región geográfica, con condiciones

meteorológicas de fenómenos similares y afines.

Inicialmente se recopilaron cerca de 250 curvas IDF de diversas estaciones del

país, considerando aquellas calculadas por métodos tradicionales de análisis de

frecuencia puntuales y que poseyeran los mínimos criterios de determinación,

quedando finalmente 170 que fueron generadas con un mínimo de diez años de

registros pluviográficos, con lo cual se conseguiría una mejor calidad en la

información.

Para estas estaciones seleccionadas se consiguieron los resúmenes multianuales

de la precipitación máxima en 24 horas, el número de días con lluvia y la

precipitación multianual, agrupando con este criterio 165 estaciones analizadas.

3.4.3 Ecuaciones Básicas

El estudio considera inicialmente la aplicación de diversas ecuaciones que

describen las ecuaciones IDF y básicamente la de Bernard, la cual expresa:

Dónde:

I = Intensidad de lluvia en mm/hr

T= Tiempo de retorno en años

t = Duración de la lluvia en horas

a, b y c = Constantes que dependen del sitio

Adicionalmente, se evaluaron las ecuaciones de Bell, quien propone estimar

precipitaciones para un determinado período de retorno entre 2 y 100 años y


45

duración de lluvia entre 5 y 120 minutos, a partir de información a nivel diario con

base en las relaciones empíricas desarrolladas por Hershfield y Wilson en 1955.

En la primera etapa del estudio se analizó la aplicabilidad de la ecuación de Bell

para Colombia, donde para 62 estaciones analizadas, en el 50% de los casos el

valor de la intensidad presentó un error relativo menor a más o menos 40% y solo

en el 32% de los casos fue menor al 20%, concluyendo que la ecuación de Bell no

es confiable para su aplicación en el país, probablemente por la diferencia de

condiciones hidroclimatológicas que existen con las regiones en las cuales fue

derivada. Esta ecuación resulta aplicable exclusivamente en zonas con

precipitaciones máximas diarias que sean menores a 2 pulgadas (5 mm),

magnitud que se presenta en muy pocas regiones de Colombia.

3.4.4 Ecuaciones Propuestas para Colombia

De acuerdo con las conclusiones finales de la investigación, el estudio propuso

las siguientes ecuaciones de las curvas IDF aplicables para períodos de retorno

entre 2 y 100 años y duraciones de lluvia entre 5 y 360 minutos:

Ecuación considerando la Precipitación Máxima Media Anual en 24 horas (M)

La ecuación formulada con el promedio de la precipitación máxima en 24 horas,

se deriva de la ecuación de Kothyari y Garde en forma más generalizada,

calibrada posteriormente con 36 estaciones según el cálculo efectuado para 53 y

finalmente verificado con las 17 estaciones restantes, obteniendo mejores ajustes

en el coeficiente de determinación, siendo dicha ecuación la siguiente:

(ECUACION 8)


46

Dónde:


T = Tiempo de retorno en años


M = Precipitación máxima media anual en 24 horas en mm

a, b, c y d = Constantes que dependen del sitio

Ecuación anterior considerando además el Promedio Anual del número de

días con lluvia (N)

Dado que la ecuación de Kothyari y Garde no tenían en cuenta el número de días

tormentosos al año, el cual si lo consideraba la ecuación de Bell, resultaba

conveniente ajustar una ecuación que tuviera un parámetro adicional que

contribuyera a describir el régimen de lluvias del sitio en estudio, resultando bajo

este criterio la siguiente ecuación:

(ECUACION 9)

Dónde:





N = Promedio anual del número de días con lluvia

a, b, c, d y e = Constantes que dependen del sitio

Ecuación anterior considerando además la Precipitación Media Anual (PT)


47

Siendo uno de los objetivos de la investigación el involucrar el mayor número de

estaciones en todo el país, pudiendo de esta forma calibrar nuevamente las

ecuaciones anteriores y eventualmente regionalizarlas, a partir de las 165 curvas

IDF se calibraron y verificaron, adicionando dos nuevos parámetros tales como la

precipitación media anual y la elevación o altitud, aunque este último no

constituye un parámetro significativo, dado que la investigación demostró que los

resultados obtenidos de las ecuaciones anteriores aun involucrando la elevación o

altitud daban resultados bastante similares. La ecuación considerada involucrando

la precipitación media anual es la siguiente:

(ECUACION 11)

Dónde:





N = Promedio anual del número de días con lluvia

PT= Precipitación Media Anual en mm.

a, b, c, d, e y f = Constantes que dependen del sitio

De la investigación se concluyó que los parámetros más relevantes como son: la

precipitación máxima media anual en 24 horas (M), el promedio anual de número

de días con lluvia (N) y la precipitación media anual (PT), sintetizan de la mejor

forma las características pluviométricas de una estación.

Constantes Regionales

El ajuste y calibración realizada en las ecuaciones anteriores propuestas para

Colombia según las 28 estaciones de la Región Caribe, produjo coeficientes de


48

determinación (r2) de 0.93 igual para los parámetros considerados M, N y PT,

obteniendo unas constantes regionales tal como se indica en la Tabla 21, a

continuación.

Tabla 21. Estimación de relaciones IDF – Parámetros regionales

Ecuación Parámetro

a b C D E f g r2

8 0.94 0.18 0.66 0.83 0.93

9 1.22 0.19 0.66 0.83 -0.05 0.93

11 1.61 0.19 0.65 0.75 -0.15 0.08 0.93

12 1.64 0.19 0.65 0.73 -0.13 0.08 -0.01 0.93

Nota: Los valores presentados aplican para la región andina, en donde se

encuentra localizado el proyecto.

3.4.5 Resultados obtenidos

A partir de la información meteorologica y climática obtenida para la Cuenca del

proyecto se obtuvieron los valores de lluvia presentados en la y las relaciones

IDF que se presentan en la

Tabla 23 y en el Gráfico 8, a continuación.

Tabla 22. Relaciones IDF – Parámetros de Lluvial del Municipio de Palocabildo

M PROMEDIO DE PRECIPITACIÓN MÁXIMA ANUAL EN 24 HORAS 100.3

N NÚMEROS DE DÍAS CON LLUVIA AL AÑO 235.0

PT PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL PT 3154.1

Tabla 23. Relaciones IDF – Zona aferente al Municipio de Palocabildo

Duración (t, horas)

Intensidad (mm/hr)

Tr (Años)

3 5 10 25 50 100

0.2 150.3 165.6 189.0 224.9 256.6 292.7

0.5 82.9 91.3 104.2 124.0 141.4 161.3

1.0 52.8 58.2 66.4 79.0 90.1 102.8

2.0 33.7 37.1 42.3 50.3 57.4 65.5


49

Duración (t, horas)

Intensidad (mm/hr)

Tr (Años)

3 5 10 25 50 100

3.0 25.9 28.5 32.5 38.7 44.1 50.3

4.0 21.4 23.6 27.0 32.1 36.6 41.8

5.0 18.6 20.4 23.3 27.8 31.7 36.1

6.0 16.5 18.2 20.7 24.7 28.1 32.1

Gráfico 8 .Relaciones IDF – Zona aferente al Municipio de Palocabildo


50

4 BIBLIOGRAFÍA

Referencia 1. COLOMBIA. Alcaldía municipal de Palocabildo. [Base de datos en

línea]. [Consultado 18 Noviembre 2011]. Disponible en <http://www.palocabildo-

tolima.gov.co/nuestromunicipio.shtml?apc=mfxx1-&m=f>

Referencia 2. Esquema de Ordenamiento Territorial – EOT del municipio de

Palocabildo.

Referencia 3. Atlas climatológico de Colombia. IDEAM, 2005

Referencia 4. UNAL Medellín. Balances Hídricos Hidrosig. Escuela de

Geociencias y Medio Ambiente, 2003.

Referencia 5. Eslava, Jesús. Apuntes de Hidroclimatología y Meterorología.

Facultad de Ciencias UNAL.

Referencia 6. Warren Viessman, Jr., Gary L. Lewis. Introduction to Hydrology.

Fourth Edition. 1996. Harper Collins Ed.

Referencia 7. Chow V.T., Maidment David R., Mays Larry W., Applied Hydrology.

1988. McGrawHill Ed.

Referencia 8. Kite. Frecuency and Risk Analyses in Hydrology. Water Resources

Publication.

Referencia 9. Vargas M., Díaz Granados M. Curvas sintéticas regionalizadas de

Intensidad Duración Frecuencia para Colombia. XIII Seminario Nacional de

Hidráulica e Hidrología, Cali, Agosto de 1998.


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ANEXO 1

INFORMACIÓN CLIMATOLÓGICA

IDEAM

Documents

Informe de Hidrologia Para Palocabildo