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DETERMINACIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO PARA LA CUENCA DE
LA QUEBRADA PADRE DE JESÚS, BOGOTÁ DC.
LAURA MICHELE PÉREZ CRUZ
LAURA CATALINA RUBIO CALDERÓN
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA SANITARIA
BOGOTÁ D.C – 2017
DETERMINACIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO PARA LA CUENCA DE
LA QUEBRADA PADRE DE JESÚS, BOGOTÁ DC
LAURA MICHELE PÉREZ CRUZ
LAURA CATALINA RUBIO CALDERÓN
Trabajo de grado para obtener el título de Ingenieras Sanitarias.
ASESOR: JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO
INGENIERO CIVIL, MSC.
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA SANITARIA
BOGOTÁ D.C – 2017
"Las ideas emitidas por los autores
son de su exclusiva responsabilidad
y no expresan necesariamente
opiniones de la Universidad"
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar agradecemos a Dios, a nuestras familias, a cada uno de los colaboradores
de este proyecto y a la Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales.
Especialmente, queremos expresar nuestro inmenso agradecimiento al director Jorge
Alberto Valero Fandiño por la oportunidad, la confianza, la invaluable dedicación y el compromiso
en el desarrollo del presente proyecto, deseándole éxito y el mayor de los augurios en su trayectoria
profesional.
DEDICATORIA
Inicialmente deseo dedicarles este trabajo a mi familia y amigos que siempre creyeron en mis
capacidades y me alientan a seguir adelante.
A Dios por ser el artífice de grandes logros, estar a mi lado en cada paso que doy y permitirme
culminar ciclos con todo éxito.
A mi gran compañera y amiga, Laura Catalina Rubio Calderón, valió la pena luchar juntas por una
meta, nos queda la satisfacción del deber cumplido.
Si algo aprendí y me quedo como lección de vida, es que todo lo que nos ocurre tiene un por qué;
cada persona o circunstancia nos aporta, solo si decidimos aprender de ellos.
Laura Michelle Pérez Cruz
Este trabajo está dedicado a Dios, a mi familia y a las personas que amo con todo mi
corazón, quienes me apoyaron con mucho amor y comprensión en el desarrollo de este trabajo.
Finalmente, quiero dedicarlo a todas aquellas personas que no creen en las segundas oportunidades
y a quienes alguna vez han pensado en rendirse. Es importante que sepan que para que una segunda
oportunidad sea exitosa se requiere de mucha fe, esfuerzo y dedicación, es necesario hacer cosas
diferentes para obtener mejores resultados.
Laura Catalina Rubio Calderón
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 14
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN .................................................. 15
1.1 PROBLEMA A RESOLVER .................................................................................................... 15 1.2 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA A RESOLVER ................................................................... 15 1.3 PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN .......................................................................................... 16
2 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 17
2.1.1 Objetivo general .................................................................................................................... 17 2.1.2 Objetivos específicos ............................................................................................................. 17
3 MARCOS DE REFERENCIA .................................................................................................... 18
3.1 MARCO GEOGRÁFICO ........................................................................................................ 18 3.2 MARCO CLIMATOLÓGICO .................................................................................................. 18
3.2.1 Precipitación ......................................................................................................................... 19 3.2.2 Temperatura .......................................................................................................................... 19 3.2.3 Humedad relativa .................................................................................................................. 19 3.2.4 Brillo solar ............................................................................................................................ 19
3.3 MARCO CONCEPTUAL ........................................................................................................ 19 3.3.1 Vertedero triangular de pared delgada ................................................................................. 19 3.3.2 Limnígrafo ............................................................................................................................. 19 3.3.3 Estación pluviográfica ........................................................................................................... 20
4 METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 21
4.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ...................................................................................... 21 4.2 DETERMINACIÓN DE VARIABLES FUNCIONALES Y DATOS QUE ALIMENTAN LOS MODELOS 22 4.3 MEDICIÓN DEL NIVEL DE LA LÁMINA DEL AGUA................................................................ 22 4.4 CÁLCULO DE HIDROGRAMAS UNITARIOS (HU) ................................................................. 25
5 ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................... 27
5.1 DETERMINACIÓN DE VARIABLES FUNCIONALES Y DATOS DE LOS MODELOS ...................... 27 5.2 MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN (MDE) ......................................................................... 28
5.2.1 Parámetros morfométricos de la cuenca ............................................................................... 28 5.2.2 Uso del Suelo ......................................................................................................................... 29 5.2.3 Tipos de Suelo ....................................................................................................................... 30
5.3 REGISTROS DE CAUDAL .................................................................................................... 30 5.3.1 Métodos para la separación de caudal de exceso y caudal base .......................................... 31
5.3.1.1 Ecuación de Maillet ......................................................................................................................... 31 5.3.1.2 Análisis de las curvas de recesión .................................................................................................... 32 5.3.1.3 Método de la línea recta ................................................................................................................... 33
5.4 NUMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA .............................................................................. 34 5.5 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN ............................................................................................ 36 5.6 MÉTODOS SINTÉTICOS ...................................................................................................... 37
5.6.1 Triangular y Curvilíneo ......................................................................................................... 37 5.6.1.1 Reconstrucción de tormentas ........................................................................................................... 38
5.7 MÉTODO MATRICIAL ........................................................................................................ 39 5.7.1 Matricial inicial ..................................................................................................................... 39
5.7.1.1 Reconstrucción de tormentas ........................................................................................................... 40 5.7.2 HU Matricial calculado mediante optimización matemática ................................................ 42
5.7.2.1 Reconstrucción de tormentas ........................................................................................................... 42 5.7.3 HU matricial depurado ......................................................................................................... 44
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................... 47
6.1 CONCLUSIONES ................................................................................................................. 47 6.2 RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 48
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 50
APÉNDICES ......................................................................................................................................... 52
ANEXOS ............................................................................................................................................... 78
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 3-1 CUENCA QUEBRADA PADRE DE JESÚS ...................................................................................................... 18 FIGURA 3-2 LIMNÍGRAFO Y VERTEDERO TRIANGULAR ................................................................................................. 20 FIGURA 3-3 PLUVIÓGRAFO FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES ............................................. 20 FIGURA 4-1 METODOLOGÍA .......................................................................................................................................... 21 FIGURA 4-2 UBICACIÓN DE ESTACIÓN DE MEDICIÓN DE CAUDAL ................................................................................. 22 FIGURA 4-3 SECCIÓN TRANSVERSAL ............................................................................................................................ 23 FIGURA 4-4 HIETOGRAMA CONSULTADO EN LÍNEA (18/04/2017) ................................................................................. 24 FIGURA 4-5 OPERACIÓN DE ESTACIÓN DE MEDICIÓN DE CAUDAL ................................................................................. 24 FIGURA 4-6 EJEMPLO GRAFICA DE NIVEL DEL AGUA (H) .............................................................................................. 25 FIGURA 4-7 DIGITALIZACIÓN DE GRÁFICAS .................................................................................................................. 25 FIGURA 5-1 USOS DEL SUELO ....................................................................................................................................... 30
LISTA DE TABLAS
TABLA 5-1 VARIABLES MÉTODOS HU .......................................................................................................................... 27 TABLA 5-2 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS DE LA CUENCA ......................................................................................... 29 TABLA 5-3 USOS DEL SUELO ........................................................................................................................................ 29 TABLA 5-4 NÚMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA ........................................................................................................ 35 TABLA 5-5 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (TC) ............................................................................................................. 36 TABLA 5-6 REGISTRO EN CAMPO DE TIEMPO DE CONCENTRACIÓN .............................................................................. 37 TABLA 5-7 VARIABLES MÉTODOS SINTÉTICOS.............................................................................................................. 37 TABLA 5-8 RESUMEN DE RESULTADOS ......................................................................................................................... 45
LISTA DE GRAFICAS
GRÁFICA 5-1 TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO ................................................................................................................. 32 GRÁFICA 5-2 TORMENTA DEL 4-5 MAYO ...................................................................................................................... 32 GRÁFICA 5-3 CURVAS DE RECESIÓN ............................................................................................................................. 33 GRÁFICA 5-4 SEPARACIÓN DE CAUDAL TORMENTA 3-4 MAYO ..................................................................................... 33 GRÁFICA 5-5 SEPARACIÓN DE CAUDAL TORMENTA 4-5 MAYO ..................................................................................... 34 GRÁFICA 5-6 HIDROGRAMAS UNITARIOS SINTÉTICOS .................................................................................................. 38 GRÁFICA 5-7 RECONSTRUCCIÓN TORMENTA 3-4 DE MAYO A PARTIR DE HU SINTÉTICO .............................................. 38 GRÁFICA 5-8 RECONSTRUCCIÓN TORMENTA 4-5 DE MAYO A PARTIR DE HU SINTÉTICO .............................................. 39 GRÁFICA 5-9 HU MATRICIAL TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO ........................................................................................ 40 GRÁFICA 5-10 HU MATRICIAL TORMENTA 4-5 DE MAYO ............................................................................................. 40 GRÁFICA 5-11 RECONSTRUCCIÓN TORMENTA 3-4 MAYO A PARTIR DE HU MATRICIAL ............................................... 41 GRÁFICA 5-12 RECONSTRUCCIÓN TORMENTA 4-5 MAYO A PARTIR DE HU MATRICIAL ............................................... 41 GRÁFICA 5-13 HU MATRICIAL AJUSTADO MATEMÁTICAMENTE ................................................................................... 42 GRÁFICA 5-14 RECONSTRUCCIÓN DE TORMENTA DEL 4-5 DE MAYO A PARTIR DE HU AJUSTADO ................................ 43 GRÁFICA 5-15 RECONSTRUCCIÓN DE TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO A PARTIR DE HU AJUSTADO ................................ 43 GRÁFICA 5-16 HU MATRICIAL DEPURADO ................................................................................................................... 44 GRÁFICA 5-17 RECONSTRUCCIÓN DE TORMENTA DEL 4-5 DE MAYO A PARTIR DE HU MATRICIAL FINAL ..................... 44 GRÁFICA 5-18 RECONSTRUCCIÓN DE TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO A PARTIR DE HU MATRICIAL FINAL ..................... 45
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LISTA DE APÉNDICES
APÉNDICE 1. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL VERTEDERO TRIANGULAR DE PARED DELGADA ....... 52 APÉNDICE 2 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL LIMNÍGRAFO............................................................. 55 APÉNDICE 3 PLANOS DE DISEÑO DE LIMNÍGRAFO Y VERTEDERO .................................................................................. 59 APÉNDICE 4 REGISTROS DE CAUDAL ............................................................................................................................ 65 APÉNDICE 5. TABLA DEL MÓDULO DE GENERACIÓN DE HU SINTÉTICOS CURVILÍNEOS ................................................ 74 APÉNDICE 6. VALORES DEL HU MATRICIAL DEPURADO .............................................................................................. 76
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LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1 DATOS DE PRECIPITACIÓN ESTACIÓN “VENADO DE ORO” IDEAM ............................................................... 78 ANEXO 2. DATOS DE ESTACIÓN “GUADALUPE” IDIGER.............................................................................................. 80 ANEXO 3 DATOS DE RADIACIÓN SOLAR ESTACIÓN “VIVERO” UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
........................................................................................................................................................................... 83
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DETERMINACIÓN DEL HIDROGRAMA UNITARIO PARA LA CUENCA DE LA
QUEBRADA PADRE DE JESÚS, BOGOTÁ DC
RESUMEN
La Quebrada Padre de Jesús se encuentra ubicada en los Cerros Orientales en la ciudad de
Bogotá D.C, localidad de Santa Fe, haciendo parte de la cuenca del rio Fucha. Actualmente carece
de estudios que definan el comportamiento de este cuerpo de agua frente a un evento de
precipitación. Para relacionar la precipitación de la cuenca con el caudal generado se realizó el
cálculo del Hidrograma Unitario (HU) por los métodos sintéticos (triangular y curvilíneo) y el
método matricial basado en mediciones en campo; los datos de precipitación se tomaron de la
estación pluviográfica Guadalupe a cargo del IDIGER; las características morfométricas de la
cuenca requeridas para la generación del HU sintético, se generaron a través del programa ArcGIS
y los datos de caudal se obtuvieron a través del diseño y construcción de un sistema de monitoreo
de caudal conformado por un vertedero triangular y un limnígrafo, que fueron diseñados partiendo
de variables como: carga sobre el vertedero (H) y caudal (Rodriguez, 2013). El sistema realizó
monitoreo por 24 horas desde el 01 de abril hasta el 08 de mayo de 2017, arrojando gráficas del
nivel del agua, las cuales se relacionaron con los datos de precipitación de la estación. Las lluvias
efectivas tomadas para la construcción del HU por el método matricial correspondieron a las
reportadas los días 3-4 y 4-5 de mayo. Los resultados permitieron probar que el Hidrograma
Unitario que mejor se ajustó al comportamiento hidrológico de la cuenca fue el hallado por el
método matricial.
Palabras clave: Caudal, Hidrograma Unitario, Limnígrafo, Precipitación, Vertedero Triangular.
ABSTRACT
Padre de Jesus creek is located in the city of Bogotá D.C Eastern Hills in, locality of Santa
Fe making part of the basin of the Fucha river watershed. At present it lacks studies that define the
behavior of this creek in front of a precipitation event. In order to report the precipitation of the
watershed with the flow, the Hydrograph Unit (HU) was calculated by the synthetic methods
(triangular and curvilinear) and the matrix method based on field measurements; Precipitation data
was taken from the Guadeloupe rain station an IDIGER charge; The morphometric characteristics
of the watershed required for the generation of synthetic HU were generated through the ArcGIS
program and the flow data were obtained through the design and construction of a flow monitoring
system consisting of a triangle weir and a limnigraph, Which was designed from variables such
as: load on landfill (H) and flow (Rodriguez, 2013). The system performed the monitoring for 24
hours from April 1 to May 8, 2017, showing graphs of the water level, which were related to the
precipitation data of the station. The effective rains taken for the construction of the HU by the
matrix method corresponded to the reports on 3-4 and 4-5 May. The results allowed that the
Unitary Hydrograph that better adjusted to the hydrological behavior of the basin was found by
the matrix method.
Key words: Flow, Unit Hydrograph, Limnigraph, Precipitation, Triangular Weir.
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INTRODUCCIÓN
La unidad hidrológica de montaña de carácter torrencial de la cual hace parte la Quebrada
Padre de Jesús cuenta con unas características geográficas y climatológicas propias de la cuencas
colombianas, las cuales en su totalidad no se encuentran instrumentalizadas con un sistema de
monitoreo continuo que permita la obtención de datos como caudal y precipitación, para saber el
comportamiento de la misma frente a un evento de precipitación mediante la obtención de su
Hidrograma Unitario. Esto ha llevado a la adopción de los métodos sintéticos, para analizar la
relación lluvia-escurrimiento cuando dicha cuenca tiene información escasa, ya que los mismos
solo requieren de parámetros morfométricos de la cuenca y otras características generales de las
zonas de estudio.
Aunque los métodos sintéticos son de gran utilidad, el nivel de incertidumbre de los datos
generados es alto y puede conducir a sobrecostos en el diseño de obras hidráulicas u obras de
mitigación(Barrios & Olaya, 2007). Por tal motivo, es necesario desarrollar métodos
fundamentados en las mediciones en campo, que relacionan las variables de precipitación y caudal
para una tormenta en específico y que se ajusten a las características propias de las cuencas de
estudio.
En el presente trabajo se calculó el Hidrograma Unitario por los métodos sintéticos:
triangular y curvilíneo y por el método matricial basado en mediciones de campo para la Quebrada
Padre de Jesús en la ciudad de Bogotá. Así mismo se realizó un análisis comparativo que permitió
establecer las principales diferencias en su aplicación para el caso de estudio, para lo cual se
recolectaron y analizaron los siguientes datos comprendidos en el periodo del 01 de abril al 08 de
mayo de 2017:
Histórico datos de precipitación, temperatura, humedad relativa y brillo solar de la estación
climatológica Venado de Oro, suministrados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y
Estudios Ambientales-IDEAM
Datos de precipitación cada 5 minutos suministrados por el Instituto Distrital de Riesgos y
Cambio Climático -IDIGER, de la estación pluviográfica Guadalupe.
Datos de altura (H) de las gráficas generadas por el sistema de monitoreo diseñado,
construido e instalado (vertedero- Limnígrafo) en el cierre de la cuenca.
Datos de Radiación Solar suministrados por el laboratorio de calidad del aire de la
Universidad Distrital francisco José de Caldas, de la estación Vivero
Como principal resultado se obtuvo el Hidrograma Unitario para la Quebrada Padre de
Jesús a través de las mediciones en campo, partiendo de la sistematización de las gráficas
generadas por el limnígrafo y la operación del método matricial tomando como base los datos de
precipitación, así mismo se logró establecer que los métodos sintéticos no representan el
comportamiento hidrológico real de la cuenca de estudio.
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1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN
En la actualidad, la Quebrada Padre de Jesús carece de estudios que comprueben si las
estimaciones y cálculo del Hidrograma Unitario realizados a través de métodos sintéticos y los
fundamentados en mediciones de campo presentan diferencias significativas que permitan
determinar su aplicabilidad, teniendo en cuenta las características propias de la unidad hidrológica
de estudio.
Los Hidrogramas Unitarios (HU) permiten establecer la relación lluvia-escurrimiento, es
decir se puede determinar la respuesta de un cuerpo hídrico en términos de caudal frente a un
evento de precipitación. La aplicación de los métodos sintéticos induce un alto nivel de
incertidumbre que puede incidir en posibles sobre costos en el dimensionamiento de obras
hidráulicas, aun cuando estos métodos contribuyen en el cálculo de los HU para cuencas sobre las
cuales no se tiene información. Lo anterior debido a que “estos métodos fueron diseñados con base
en relaciones de variables hidrológicas que presentan un comportamiento de flujo newtoniano.
No obstante, los flujos con características torrenciales generados en las cuencas de los andes
colombianos presentan concentraciones elevadas de sólidos que le otorgan un comportamiento
dominado por relaciones de fluido no newtoniano”(Barrios & Olaya, 2007).
Por otra parte, se encuentran los métodos fundamentados en las mediciones de campo, en
donde a través de los aforos de caudal y datos de precipitación específica se obtienen los HU, sobre
los cuales su aplicación es limitada. Por lo anterior, se hace necesaria la aplicación de ambas
metodologías con el fin de realizar un análisis comparativo que permita establecer sus principales
diferencias.
1.1 Problema a resolver
Determinar el hidrograma unitario para la Quebrada Padre de Jesús, con el fin de establecer
el comportamiento del cuerpo de agua en un evento de precipitación con mediciones en campo en
comparación con los cálculos de los hidrogramas unitarios sintéticos.
1.2 Antecedentes del problema a resolver
A nivel nacional se han realizado diversos estudios, inicialmente en la ciudad de Ibagué en
el año 2006 con base en la generación de un Hidrograma sintético del Soil Conservation Service
(SCS) y un Hidrograma analítico fundamentado en mediciones de campo, para el flujo torrencial
ocurrido el 22 de junio de 2006 en la micro cuenca El Salto, afluente del río Combeima en el
municipio de Ibagué Tolima(Barrios & Olaya, 2007).
De forma paralela con la utilización de la modelación hidráulica se trabajó en dos zonas de
Colombia, la primera corresponde al modelo MG que se implementó en Antioquia y el Eje
Cafetero para la estimación de los caudales máximos y su comparación con otras metodologías de
diseño hidrológico con información escasa (Escuela de Geociencias y Medio Ambiente, 2005);
mientras que la segunda zona corresponde a la aplicación en un sector de rio caudaloso
(Magdalena) con derivaciones, empleando HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center's River
Analysis System). Dicho trabajo se ejecutó teniendo en cuenta las mediciones de campo realizadas
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en junio de 2005, junto con los registros hidrométricos de caudal y nivel en dos estaciones Calamar
en el Rio Magdalena e INCORA K7 en el Canal del Dique (Santos, 2008).
A nivel internacional, existen numerosos estudios referidos a la modelación de hidrogramas
unitarios sintéticos (HUS). (Jena & Tiwari, 2006) Lograron ajustar el HUS de Snyder (1938) en la
modelación de crecidas de cuencas subtropicales, a partir de los datos obtenidos en dos cuencas
agrícolas de la zona este de India. Por otra parte, (Usul & Küpcü, 1997) con el uso de Sistemas de
Información Geográfica, ajustaron los parámetros del hidrograma unitario (proporcionado por el
“Soil Conservation Service”) a las cuencas del noroeste de Turquía, como respuesta a la carencia
de modelos para determinar los caudales de diseño en obras hidráulicas. (López, Gimena, Goñi, &
Agirre, 2005) Fueron más allá al proponer y analizar, con resultados satisfactorios, un método para
la obtención de hidrogramas unitarios, desarrollado bajo una cuenca de uso agrícola.
Finalmente, en el año 2011 en la cuenca de la Quebrada Padre de Jesús (Zona de estudio)
se realizó un estudio Físico-Químico con el objetivo de definir las características particulares como
consecuencia de la intervención y ocupación antrópica. En el estudio se llevó a cabo la medición
del caudal a través del aforo volumétrico en la parte alta y baja de la quebrada, obteniendo un valor
de caudal promedio de 3 L/min (Patiño & Osorio, 2011).
1.3 Pregunta de investigación
¿Cuáles son las principales diferencias en la aplicación de los métodos sintéticos y las
mediciones en campo para la obtención del HU de la Quebrada Padre de Jesús en la ciudad de
Bogotá, con fines de diseño de obras hidráulicas de corrección de torrentes?
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2 OBJETIVOS
2.1.1 Objetivo general
Determinar el hidrograma unitario para la cuenca de la Quebrada Padre de Jesús localizada
en Bogotá.
2.1.2 Objetivos específicos
Identificar los requerimientos de cada uno de los métodos a analizar para la generación de
Hidrogramas Unitarios.
Realizar mediciones en campo del caudal de escorrentía superficial que permitan la
recolección de datos para la aplicación del modelo matricial para la obtención del
Hidrograma unitario.
Comparar los resultados de los dos (2) métodos sintéticos (triangular y curvilíneo) versus
el Hidrograma unitario fundamentado en mediciones de campo para la Quebrada Padre de
Jesús en la ciudad de Bogotá.
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3 MARCOS DE REFERENCIA
3.1 MARCO GEOGRÁFICO
La Quebrada Padre de Jesús se encuentra ubicada en los cerros orientales en la ciudad de
Bogotá, específicamente en la localidad de Santafé, formando parte de la cuenca del Rio Fucha.
La Quebrada nace a una altura aproximada de 2898 msnm y finalmente después de un recorrido
aproximado de 1 km desde su nacimiento sus aguas son canalizadas a una altura de 2675 msnm
(Patiño & Osorio, 2011). En la Figura 3-1 se presenta una delimitación de la cuenca en color rojo,
mientras que los puntos en color verde hacen referencia a la ubicación de las estaciones
climatológicas de Guadalupe, Venado de Oro y la estación de medición de caudales instalada en
la Quebrada Padre de Jesús con coordenadas geográficas 4°35’48.37”N y 74°03’53.02”W en una
elevación aproximada de 2750 m (Google Earth, 2017), con punto de cierre en la Facultad de
Medio Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Figura 3-1 Cuenca Quebrada Padre de Jesús
Fuente. Autores
3.2 MARCO CLIMATOLÓGICO
La estación Venado de Oro del IDEAM reporta los valores históricos de variables
climatológicas desde el año 1965 hasta el año 2016, a continuación, se caracterizan los datos de
precipitación, temperatura, humedad relativa y brillo solar medidos por la estación:
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3.2.1 Precipitación
Los periodos de precipitación más altos van de marzo a mayo y de octubre a noviembre,
mientras que los de verano están comprendidos entre los meses de diciembre a febrero y de junio
a septiembre; presentándose un régimen bimodal. La precipitación mínima mensual se presentó en
el mes de enero de 1988 con un valor de 0 mm, el valor máximo se presentó en mayo de 1981con
288,3 mm y la precipitación media es de 95 mm.
3.2.2 Temperatura
La temperatura máxima mensual registrada es de 26°C en el mes de julio del año 1999, por
su parte la temperatura mínima se registró en el mes de enero del año 2004 con 0,2 °C y la
temperatura media es de 12,5°C.
3.2.3 Humedad relativa
Este parámetro presenta un régimen casi uniforme a lo largo del año, según lo reportado
en el histórico de datos de la estación Venado de Oro, fluctuando mensualmente entre el 67 y el
93%; su valor mínimo mensual es de 67% y se presenta en el mes de febrero del año 1979, mientras
que el valor máximo mensual se ubica en el mes septiembre del año 2000 con 93%.
3.2.4 Brillo solar
El valor promedio mensual reportado en el histórico de datos en la estación Venado de Oro
de brillo solar es de 89,9 horas; para el mes de abril del año 2012 el valor mínimo promedio fue
de 14,3 horas y en el mes de enero de 1995 el máximo fue de 165,1 horas.
3.3 MARCO CONCEPTUAL
3.3.1 Vertedero triangular de pared delgada
“Es un instrumento de medición de caudal que provoca la formación de un tirante crítico,
estableciendo una relación entre la descarga y la altura sobre la cresta del vertedero” (Aparicio,
2015). Los valores de caudal pueden obtenerse bien sea a partir de la Ecuación 5-11 con las alturas
del nivel del agua observadas o mediante la realización de un aforo volumétrico (ver Figura 3-2)
3.3.2 Limnígrafo
Es un instrumento que mide y grafica en papel milimetrado los valores del nivel del agua
y sus variaciones de manera continua, formando parte importante de las estaciones de aforo de
caudal necesarias para proyectos de abastecimiento de agua, obras hidráulicas y sistemas de
saneamiento (ver Figura 3-2) (IDEAM, 2017).
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Figura 3-2 Limnígrafo y vertedero triangular
Fuente. Autores
3.3.3 Estación pluviográfica
“Utiliza pluviográfos de registro diario para obtener en forma mecánica y continua los
datos de precipitación, permitiendo conocer la cantidad, duración e intensidad y periodo en el
que ha ocurrido la lluvia” (IDEAM, 2017) ver Figura 3-3.
Figura 3-3 Pluviógrafo Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales
Fuente. Autores
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4 METODOLOGÍA
La metodología descrita en el diagrama mostrado en la Figura 4-1 diseñada por los autores
estuvo enmarcada en la ejecución de cinco (5) fases con el fin de dar alcance a los objetivos del
estudio de caso. Dichas fases fueron:
Fuente. Autores
4.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN
Durante la ejecución de esta primera fase se llevó a cabo la búsqueda de información
relacionada con los antecedentes de la temática a trabajar en el estudio de caso como la aplicación
de HU a nivel internacional, nacional y local. Así mismo se realizó una búsqueda de las
investigaciones que tuvieran relación con la Quebrada Padre de Jesús.
Con el objetivo de determinar el periodo en que se llevarían a cabo las mediciones de campo
se revisó y analizó la información solicitada y suministrada de forma gratuita por el área de
atención al ciudadano del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales- IDEAM
de la estación pluviométrica Venado de Oro ubicada en la Facultad del Medio Ambiente y
Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Esta información
permitió conocer los valores totales mensuales de precipitación y los valores máximos mensuales
de precipitación en 24 horas entre los años 1965 y 2016, así como las características climatológicas
de la zona de estudio (ver Anexo 1). Dicha información fue utilizada para programar la instalación
y puesta en marcha del sistema de medición comprendido por un limnigrafo y un vertedero
triangular de pared delgada.
Figura 4-1 Metodología
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4.2 DETERMINACIÓN DE VARIABLES FUNCIONALES Y DATOS QUE
ALIMENTAN LOS MODELOS
En el presente trabajo de grado se utilizó el Modelo Digital de elevación (DEM, por sus
siglas en inglés) de la zona de estudio generado por (Barreto & Méndez, 2015) y con ayuda de la
extensión ArcSWAT de ArcGIS se realizó una nueva delimitación de la cuenca para el punto de
cierre con coordenadas geográficas 4°35’48.37” N y 74°03’53.02”W donde se situó la estación de
medición de caudal. De igual manera se obtuvo el perfil del rio (longitud del rio Vs elevación),
datos de perímetro, área y pendiente del terreno, los cuales alimentan las variables de los métodos
sintéticos que se aplicaron.
Se determinó que con la información disponible se procedería a calcular el HU para la
cuenca con los métodos sintéticos: triangular y curvilíneo y el método matricial basado en
mediciones de campo sugeridos y desarrollados ampliamente en los textos de hidrología aplicada
de algunos autores como (Aparicio, 2015) y (Chow, Maidment, & Mays, 1994), por lo que fue
necesario recopilar la información de las variables requeridas por cada uno de los métodos y
realizar el cálculo de las mismas. Estas variables se encuentran definidas en la Tabla 5-1.
4.3 MEDICIÓN DEL NIVEL DE LA LÁMINA DEL AGUA
Inicialmente tuvo que ser definida la ubicación de la estación de medición de caudal, bajo
criterios que garantizaran fácil acceso y la seguridad de los equipos, por tal motivo la estación se
ubicó en un tramo de la Quebrada Padre de Jesús que pasa al interior de la Facultad del Medio
Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas (ver Figura
4-2), para lo que fue necesario adelantar los trámites administrativos requeridos para el ingreso a
la facultad fuera del calendario académico de la institución con el fin de garantizar el acceso a los
datos.
Figura 4-2 Ubicación de estación de medición de caudal
Fuente. Autores
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Luego de ubicado el sitio, se realizó la medición de la sección transversal de la quebrada,
donde se determinó que el ancho del canal fue de 90 cm (ver Figura 4-3). Con estos valores y los
datos de aforos de caudal de los estudios de (Patiño & Osorio, 2011) y (Rodriguez, 2013)
realizados en la Quebrada Padre de Jesús, se realizó el diseño del vertedero triangular de pared
delgada que se detalla en el Apéndice 1, el cual inicialmente permitiría medir manualmente el nivel
del agua. Como las mediciones no eran continuas, se decidió construir un limnígrafo para facilitar
la captura de los datos, registrando en papel milimetrado de manera continua e integrada la
información de las variaciones en el nivel del agua en los eventos de precipitación que se
presentaran en un periodo de 24 horas (ver Apéndice 2 y Apéndice 3).
Figura 4-3 Sección transversal
Fuente. Autores
Por su parte, para la obtención de los valores de precipitación se usaron los datos de la
estación pluviográfica del Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático- IDIGER
ubicada en la cuenca de estudio en el cerro de Guadalupe identificada con el nombre “Guadalupe”.
Los datos fueron consultados en tiempo real como se muestra en el ejemplo de la Figura 4-4 y
adicionalmente fue solicitado el histórico de las fechas en las que se realizaron las mediciones,
entregados en formato Excel por la entidad.
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Figura 4-4 Hietograma consultado en línea (18/04/2017)
Fuente. Página Web (IDIGER, 2017)
Los instrumentos de medición de caudal fueron instalados desde el 1 de abril de 2017 hasta
el 8 de mayo de 2017. Durante este período se realizó diariamente el cambio del papel milimetrado,
donde se graficaba automaticamente el nivel del agua de manera continua (ver Figura 4-6) y el
retiro del material de arrastre depositado en el lecho de la quebrada el cual era retenido por el
vertedero triangular, lo anterior con el fin de no alterar las medidas de altura del agua graficadas
por el limnígrafo (ver Figura 4-5).
Figura 4-5 Operación de estación de medición de caudal
Fuente. Autores
Las gráficas de los días donde se presentaron las tormentas y/o periodos de precipitación
fueron escaneadas y digitalizadas en AutoCAD 2016 como se presenta en la
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Figura 4-7, realizándose un ajuste de las imágenes en términos de escala y rotación.
Posterior al ajuste y digitalización de las curvas obtenidas se exportaron al programa Excel 2013
las coordenadas (X: Tiempo y Y: altura del agua en cm) para iniciar con la fase de cálculo.
Fuente. Autores
Figura 4-7 Digitalización de gráficas
Fuente. Autores
4.4 CÁLCULO DE HIDROGRAMAS UNITARIOS (HU)
Para el cálculo de los HU fue necesario procesar y analizar la información obtenida en
campo de la estación de medición de caudal, la cual tuvo que ser expresada en términos de caudal
debido a que el limnígrafo arrojó datos de nivel de agua en cm (ver Apéndice 4).Las graficas del
nivel del agua (H) fueron el insumo principal para el cálculo del HU matricial, sobre las cuales se
debió realizar la separación del caudal base y caudal de exceso por los métodos de Maillet (Diez,
2012), línea recta y análisis de las curvas de recesión (Aparicio, 2015).
Figura 4-6 Ejemplo grafica de nivel del agua (H)
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De forma paralela se hizo una síntesis de los datos de precipitación obtenidos a través de
la estación “Guadalupe” a cargo del IDIGER, extrayendo la información de las tormentas de los
días 3, 4 y 5 de mayo de 2017 (Anexo 2), para posteriormente de manera integrada con los datos
de caudal construir las matrices inversas y transpuestas para la obtención del HU. Finalmente se
realizó el cálculo de las variables requeridas para los métodos sintéticos definidos en la Tabla 5-1.
Para todos los métodos se realizaron las gráficas correspondientes a los HU hallados y éstos
fueron puestos a prueba para reconstruir las tormentas de los días 3-4 y 4-5 de mayo calculando la
Raíz del Error Medio Cuadrático (REMC), usado como criterio de selección del mejor método
aquel cuyo REMC se aproximaba a cero (0).
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5 ANÁLISIS DE RESULTADOS
La recolección y organización de la información, así como las campañas de medición
realizadas y el posterior procesamiento de datos planteados en la metodología permitieron dar
alcance a la pregunta de investigación del caso de estudio de la Quebrada Padre de Jesús,
obteniendo los HU por cada uno de los métodos propuestos y estableciendo sus principales
diferencias para el caso de estudio.
5.1 DETERMINACIÓN DE VARIABLES FUNCIONALES Y DATOS DE LOS
MODELOS
Para el cálculo de los HU fue necesario identificar las variables a utilizar de los tres (3)
métodos que fueron aplicados, las cuales se presentan en la Tabla 5-1. Las variables compartidas
entre el método curvilíneo y triangular dependen directamente de las características morfométricas
de la cuenca y el tiempo de concentración (Tc) hallado con los métodos del manual de drenaje para
carreteras (Instituto Nacional de Vias, 2009). Para el método curvilíneo se requiere el uso de la
tabla estándar para la generación de Hidrogramas incluida en el Apéndice 5 y los datos de las
variables del método triangular.
Por su parte, para el HU matricial la Ecuación 5-2 expresa de forma matricial la relación
entre el Caudal de escorrentía, la precipitación efectiva y el HU. Para profundizar en los métodos
usados para el cálculo de HU sintéticos y el método matricial se recomienda consultar los textos
Fundamentos de Hidrología de Superficie de (Aparicio, 2015) e Hidrología Aplicada de (Chow,
Maidment, & Mays, 1994).
Tabla 5-1 Variables métodos HU
Método Triangular Método Curvilíneo Método Matricial
Gasto al pico
b
pt
AQ
*555.0 Ecuación 5-1
A= área (km2)
Caudal Exceso 𝑄 = 𝑃 × 𝑈
Ecuación 5-2
P= Pulsos de lluvia
U= Hidrograma Unitario
Tiempo base
pb tt *67.2 Ecuación 5-3
Matriz HU
𝑈 = (𝑃𝑡 × 𝑃)−1 × (𝑃𝑡 × 𝑄)
Ecuación 5-4
Tiempo al pico Numero de Caudales
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Método Triangular Método Curvilíneo Método Matricial
re
p td
t 2
Ecuación 5-5
Tp =Tiempo al pico
Tr = Tiempo de retraso
𝑁𝑄 = 𝑁𝑝 × 𝑁𝑈 − 1
Ecuación 5-6
NP= Numero de barras de hietograma
NU= Hidrograma Unitario
NQ= Numero de Caudales
Tiempo de retraso
cr tt *6.0 Ecuación 5-7
Infiltración Potencial
𝑆 = 25400
𝐶𝑁 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜− 254
Ecuación 5-8
CN= Curva Número
Duración en exceso
5.0*2 ce td Ecuación 5-9
Umbral de Escurrimiento
𝐼𝑎 = 𝑆 × 0,2
Ecuación 5-10
Tiempo de concentración
Fueron calculados como el promedio de los
once (11) modelos incluidos en el manual de
drenaje para carreteras de INVIAS (Instituto
Nacional de Vias, 2009)
Resumen: (Autores)
5.2 MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN (MDE)
5.2.1 Parámetros morfométricos de la cuenca
Con la aplicación de la extensión ArcSWAT del programa ArcGIS se obtuvieron los datos
de la Tabla 5-2, donde se presentan los valores de las principales características morfométricas de
la cuenca. Primariamente se identifica que la cuenca tiene un área menor a 5 km2 clasificándose
como una unidad hidrológica de acuerdo a (Jiménez, 1986), la longitud más larga que recorre el
agua es de 936 m, la pendiente de la cuenca es de 45,4%, mientras que la pendiente del rio principal
tiene un valor de 29,46 %. Finalmente con respecto a la elevación de la cuenca se encontró un
valor promedio de 2878 m, que de acuerdo a la clasificación de pisos térmicos, determina que
pertenece al clima frio (Martínez, 2017).
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Tabla 5-2 Parámetros morfométricos de la cuenca
Parámetro Valor
Área (m2): 95484,5
Pendiente de la cuenca (%): 45,40
Longitud más larga (m): 936,341
Pendiente del Río Principal (%): 29,466
Elevación Promedio (m): 2878,55
Elevación mínima (m): 2752
Elevación máxima (m): 3028
Perímetro de la cuenca (m): 2342
Fuente. Autores
5.2.2 Uso del Suelo
Para determinar los usos del suelo se utilizó una imagen de Google Earth del año 2016 de
la zona, la cual fue digitalizada, clasificando los diferentes usos del suelo observados (Bosques,
Vías, Pastizales, Viviendas, etc.) y se comparó con una imagen del año 2007 de la Empresa de
Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá- EAB, la cual contaba con mejor resolución
(10x10cm) (ver Figura 5-1). En la Tabla 5-3 se describen los diferentes usos del suelo con sus
valores respectivos de área, donde se observa que el Bosque y los Pastos representan el 95% del
total.
Tabla 5-3 Usos del suelo
Uso del suelo Área (m2)
Bosque (Normal) 64529,68
Camino tierra 948,75
Casas 3566,02
Pasto 25857,60
Vía en asfalto 582,43
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Uso del suelo Área (m2)
Total: 95484.5
Fuente. Autores
Figura 5-1 Usos del Suelo
Fuente. Autores
5.2.3 Tipos de Suelo
En el documento titulado “Diagnóstico Local con participación social” de la localidad de
Santafé del año 2010 se clasifican las unidades geomorfológicas según la pendiente del terreno.
Para el caso de estudio la pendiente hallada fue del 45,40% lo que equivale a 24,4°, permitiendo
concluir que el suelo se encuentra constituido por arcilla y areniscas diferencialmente meteorizadas
y define que localmente el suelo es inestable por su baja cohesión y fácil compresibilidad (Alcaldía
Mayor de Bogotá, 2010).
5.3 REGISTROS DE CAUDAL
Con la operación de los instrumentos de medición se realizó la captura de datos de caudal
los siguientes días en los que se presentaron eventos de precipitación:
9 -10 abril de 2017
18-19 abril de 2017
20-21 abril de 2017
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3-4 mayo de 2017
4-5 mayo de 2017
5-6 mayo de 2017
7-8 mayo de 2017
Las gráficas de los hidrogramas producto de las tormentas, antes citadas, fueron
digitalizadas teniendo en cuenta los días posteriores, con el fin de obtener el vaciado total de la
cuenca.
Para el cálculo de los HU se usaron los datos de las tormentas de los días 3-4 y 4-5 de mayo
de 2017, debido a que en la digitalización de las demás tormentas se identificaron algunas
variaciones en las uniones de las cintas de medición, las cuales se dieron por el cambio del papel
milimetrado en campo que imposibilitaron su uso. Con los datos de altura reportados por los
instrumentos de medición de caudal se obtuvieron los caudales usando la Ecuación 5-11, donde H
representa la carga sobre la cresta del vertedero (m) y el caudal (Q) se expresa en m3/s,
posteriormente estos valores fueron interpolados para ser presentados cada cinco minutos (Valero,
2017) tal como se encuentran los datos de precipitación de la estación. El detalle de cálculo para
las dos tormentas se presenta en el Apéndice 4.
𝑄 = 1,49 × 𝐻2,48
Ecuación 5-11
5.3.1 Métodos para la separación de caudal de exceso y caudal base
Los caudales obtenidos con las tormentas incluyen el caudal de exceso y caudal base, éste
último formado normalmente por agua proveniente de las tormentas que ocurrieron antes de la
tormenta de análisis. Con el objetivo de diferenciar este caudal base del causado por el evento de
precipitación se distinguen varios métodos en la bibliografía. Para el caso de estudio de la
Quebrada Padre de Jesús se usaron los siguientes métodos:
5.3.1.1 Ecuación de Maillet
Se aplicó esta metodología para la determinación del punto “D” del hidrograma, donde se
calculó la Tasa de Caída (K) con la Ecuación 5-12, en donde el caudal (Q) se expresa en L/min y
la variable t hace referencia al tiempo.
𝑲𝒊 =𝑳𝒏(
𝑸𝒊−𝟏
𝑸𝒊)
(𝒕𝒊−𝒕𝒊−𝟏)
Ecuación 5-12
Una vez utilizada dicha ecuación para las tormentas de los días 3-4 y 4-5 de mayo se
obtuvieron la Gráfica 5-1 y Gráfica 5-2, respectivamente. La metodología de Maillet define que se
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debe obtener un alineamiento de los puntos en forma descendente (Diez, 2012), contrario a lo
obtenido para este caso, donde se observa un alineamiento horizontal que denota alta dispersión.
Fuente. Autores
Gráfica 5-2 tormenta del 4-5 mayo
Fuente. Autores
5.3.1.2 Análisis de las curvas de recesión
Posteriormente, se evaluó separar los caudales base y de exceso mediante las curvas de
recesión de los hidrogramas de los días 3-4 y 4-5 de mayo de 2017. La metodología utilizada
por (Aparicio, 2015), describe que las superposiciones de las curvas de recesión generan un
decaimiento exponencial (ver Gráfica 5-3). En dicha gráfica se aprecia que la envolvente
inferior es una línea horizontal. Este resultado orienta a la aplicación del método de la línea
recta paralela al eje horizontal para la separación de los caudales.
Gráfica 5-1 Tormenta del 3-4 de mayo
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Gráfica 5-3 Curvas de recesión
Fuente. Autores
5.3.1.3 Método de la línea recta
Este método consiste en hacer pasar por el punto de levantamiento del Hidrograma una
línea recta horizontal (paralela al eje tiempo). Para tal fin se ubica el valor de caudal del punto de
levantamiento en la curva de vaciado (ver Gráfica 5-4 y Gráfica 5-5). Se decide optar por la
utilización de este método debido a lo definido en el numeral 5.3.1.2.
Gráfica 5-4 Separación de caudal tormenta 3-4 mayo
Fuente. Autores
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Gráfica 5-5 Separación de caudal tormenta 4-5 mayo
Fuente. Autores
Los caudales de exceso representan el área sobre la línea roja y son usados para calcular el
hidrograma unitario por el método matricial como se amplía en el numeral 5.7.
5.4 NUMERO DE CURVA DE ESCORRENTÍA
“Debido a que la mayor parte de las cuencas no se encuentran instrumentadas, es
necesario contar con métodos que permitan estimar la altura de lluvia efectiva con base en la
altura total de la lluvia y las características morfométricas de la cuenca” (Aparicio, 2015). La
Oficina de Conservación de Suelos, SCS por sus siglas en inglés, desarrollo el método número de
curva de escorrentía para estimar la lluvia efectiva en cuencas no aforadas.
Para el desarrollo de este método inicialmente se calculó el número de curva de escorrentía
(CN), éste se asignó a cada uso del suelo tomando como referencia la tabla 7.3 Selección de N y
7.4 Tipo de Suelo del libro Fundamentos de Hidrología de Superficie de (Aparicio, 2015), para lo
cual se eligió un suelo tipo “C” que determina formaciones con alto contenido de arcilla como es
el caso de la cuenca de estudio (Alcaldía Mayor de Bogotá, 2010).
El número adimensional “CN” tiene valores entre 0 y 100. Cuando CN es cercano a 100 se
dice que se trata de superficies impermeables y para superficies permeables el valor de CN es
cercano a 0 (Chow, Maidment, & Mays, 1994).
En la Tabla 5-4 se presentan los valores de CN para cada uso y tipo el suelo y el CN
ponderado con un valor de 73,47, el cual fue usado para el calculo del tiempo de concentración
(Tc) necesario para el desarrollo de los métodos triangular y curvílineo.
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Tabla 5-4 Número de curva de escorrentía
Uso del suelo CN (suelo C)
Bosque (Normal) 70
Camino tierra 87
Casas 90
Pasto 79
Vía en asfalto 90
CN ponderado 73.47
Fuente. Autores
De acuerdo con la metodología de Curva Numero para separar la lluvia efectiva de la lluvia
de infiltración, se debe realizar una corrección del CN obtenido (73,47) teniendo en cuenta la
precipitación acumulada cinco (5) días antes de la tormenta de análisis (Chow, Maidment, & Mays,
1994).
Después de analizar los valores de curva numero ponderado y corregido, se llegó a la
conclusión de que toda la lluvia se asume como lluvia efectiva, es decir que no hubo infiltración
de lluvia. Lo anterior debido a que después de revisar los registros de precipitación de la estación
Guadalupe se observó que durante el mes de abril precedente a las mediciones obtenidas, el
acumulado de lluvia fue de 40,9 mm y en los últimos días existieron pequeñas lluvias que
mantuvieron la humedad en el suelo.
La anterior afirmación también se soporta en el hecho de que después de calcular para cada
una de las dos tormentas los umbrales de escorrentía (Ia), estos umbrales resultaron bastante altos.
En el primer caso (tormenta del 3-4 de mayo) aplicando la corrección de tipo I y teniendo en cuenta
la lluvia precedente de los días anteriores que fue de 6,4 mm; el umbral de escurrimiento es de
43,66 mm, lo que implicaría que solamente el agua empieza a escurrir después de ese valor de
lluvia. Sin embargo, en la lluvia del 3-4 de mayo la precipitación fue de 17,8 mm y con esa
precipitación, mucho menor al umbral de escorrentía se observó que la curva de caudales
aumentaba. Lo anterior conlleva a afirmar que el suelo no tuvo que llegar al umbral de escorrentía
definido teóricamente de 43,66 mm, sino que con ese valor inferior fue capaz de producir
escurrimiento.
De manera similar ocurrió con la lluvia del 4-5 de mayo para la cual el Ia originalmente
fue de 18,33 mm donde se observó que la lluvia de esta fecha fue de 2,6 mm. Para un valor de
lluvia tan bajo, según la teoría, se esperaría que toda la lluvia se infiltrara y no se produjera ascenso
en la gráfica de caudales, situación contraria a lo que se evidenció en campo.
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5.5 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN
Los métodos sintéticos utilizados para el estudio de caso corresponden al triangular y
curvilíneo desarrollados por Mockus en 1957 (Mockus, 1957), que utilizan principalmente las
características morfométricas de la cuenca descritas en la Tabla 5-2. Para la aplicación de estos
métodos fue necesario calcular el tiempo de concentración (Tc) por 11 de los modelos propuestos
en el manual de drenaje para carreteras del (Instituto Nacional de Vias, 2009). Como se muestra
en la Tabla 5-5, el valor de Tc ponderado fue de 15,68 minutos.
Tabla 5-5 Tiempo de Concentración (Tc)
Modelo Parámetros Tc (min) No. parámetros
x Tc
Kirpich 2 6,05 12,10
Temez 2 9,00 18,01
Williams 3 18,46 55,38
Jonhstone y Cross 2 36,43 72,87
Giandotti 3 11,92 35,77
SCS-Ranser 2 5,36 10,72
Ventura-Heras 2 9,09 18,17
Ven Te Chow 2 23,22 46,44
Cuerpo IEEU 2 20,16 40,31
SCS 3 17,42 52,27
George Rivero 3 15,20 45,61
Tc (min) ponderado 15,68
Fuente. Autores
En la Tabla 5-6 se muestran: i) las horas de inicio de cada una de las tormentas según los
datos de la estación pluviográfica “Guadalupe”, y ii) las horas de inicio del ascenso del limnigrama
hacen referencia al momento en que la estación de medición de caudales (salida de la cuenca)
registró la primera variación.
Una manera de comprobar la veracidad del tiempo de concentración ponderado calculado
mediante las ecuaciones teóricas, fue determinar el tiempo entre el inicio de la tormenta y el tiempo
en el cual el limnigráfo inició el registro del ascenso de la curva de nivel. Tras realizar los cálculos
se obtuvo que para la tormenta del 3-4 de mayo dicha separación temporal fue de 20 minutos,
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mientras que para la tormenta del 4-5 de mayo fue de 16 minutos. Obsérvese que estos valores se
encuentran estrechamente relacionados con el tiempo de concentración ponderado.
Tabla 5-6 Registro en campo de Tiempo de Concentración
Tormenta
Hora inicio de la
tormenta (Estación
IDIGER)
Hora de inicio del
ascenso en el
limnigrama (Estación de
medición de caudal)
3-4 de mayo 11: 00 11:20
4-5 de mayo 15:50 16:06
Fuente. Autores
5.6 MÉTODOS SINTÉTICOS
5.6.1 Triangular y Curvilíneo
Una vez calculado el tiempo de concentración (Tc) se calcularon las variables de los
métodos triangular y curvilíneo (Ver Tabla 5-7). Con los resultados obtenidos se usó la tabla del
módulo de generación de hidrogramas (Diez, 2012) para multiplicar los valores de las ordenadas
y las abscisas por el caudal pico (Qp) y por el tiempo al pico (tp) respectivamente, como se detalla
en el Apéndice 5. Los valores obtenidos de este producto fueron interpolados, con el fin de ser
expresados cada cinco minutos (Valero, 2017).
Tabla 5-7 Variables métodos sintéticos
Variable Valor
Tc (min) 16
de (min) 2,13
Trz (min) 9,6
Tp (min) 10,6
Trc (min) 17,77
Tb (min) 28,44
Qp (L/s/mm) 1,85
Fuente. Autores
Para la cuenca de estudio se determinó que la duración de exceso de la tormenta es de 2,13
minutos, en la cual se alcanza el caudal pico de 1,85 L/s/mm que se presenta en un tiempo (Tp) de
10,6 minutos.
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La Gráfica 5-6 muestra en color rojo el HU triangular hallado, mientras que el color azul
representa el HU Curvilíneo.
Gráfica 5-6 Hidrogramas Unitarios sintéticos
Fuente. Autores
5.6.1.1 Reconstrucción de tormentas
Con los HU Sintéticos se procedió a la reconstrucción de las tormentas de los días 3-4 de
mayo obteniendo como resultado la Gráfica 5-7 que muestra la significativa sobredimensión del
HU sintético (en color azul) en comparación con la tormenta real (en color rojo) del 3-4 de mayo
donde el Qp es de 3,225.14 L/min para la tormenta original y 19999,34 L/min para la tormenta
reconstruida, presentando un Error Medio Cuadrático (REMC) de 3432,17 L/min.
Fuente. Autores
Gráfica 5-7 Reconstrucción tormenta 3-4 de mayo a partir de HU Sintético
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De igual manera, en la Gráfica 5-8 se presenta la reconstrucción de la tormenta del 4-5 de
mayo en la que se identifica que el Qp de la tormenta original es de 305,42 L/min y para la
reconstrucción de la tormenta arrojó un valor de 3040,29 L/min, generando un REMC de 412,51
L/min.
Fuente. Autores
Ambos resultados permiten concluir que la aplicación de los métodos sintéticos no
representa la respuesta real del cuerpo hídrico analizado frente a un evento de precipitación,
pudiendo incidir en sobrecostos para el desarrollo de obras hidráulicas a causa del
sobredimensionamiento del hidrograma de respuesta (Barrios & Olaya, 2007).
5.7 MÉTODO MATRICIAL
5.7.1 Matricial inicial
Como se ha mencionado anteriormente muy pocas cuencas en Colombia se encuentran
instrumentadas, tal es el caso de la unidad hidrológica de la Quebrada Padre de Jesús. No obstante,
con la presente investigación se logró recopilar la información necesaria para obtener el HU real
basado en mediciones de campo, el cual requiere como entrada los datos de lluvia efectiva (ver
numeral 5.4) y los datos de caudal de exceso (ver numeral 5.3.1.3) basándose principalmente en el
comportamiento hidrometeorológico de la cuenca de estudio.
Con la aplicación de la metodología expuesta por (Aparicio, 2015) y (Chow, Maidment,
& Mays, 1994) se obtuvieron los HU de las dos (2) tormentas del mes de mayo analizadas. En la
Gráfica 5-9 se observa el HU matricial basado en la tormenta de los días 3-4 de mayo y en la
Gráfica 5-10 el HU basado en los datos de la tormenta presentada el 4-5 de mayo de 2017.
Gráfica 5-8 Reconstrucción tormenta 4-5 de mayo a partir de HU Sintético
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Gráfica 5-9 HU matricial tormenta del 3-4 de mayo
Fuente. Autores
Fuente. Autores
Las gráficas mencionadas, muestran HU poco convencionales, ya que presentan ordenadas
negativas. Esta situación es contemplada por autores como Chow y Aparicio, quienes afirman que
dicha situación puede presentarse bajo ciertas circunstancias que están relacionadas con el mismo
patrón de la tormenta (Chow, Maidment, & Mays, 1994).
5.7.1.1 Reconstrucción de tormentas
Para la reconstrucción de las tormentas se usaron los HU hallados en el numeral 5.7.1 en
las tormentas respectivas sobre las cuales fueron calculados.
La Gráfica 5-11 corresponde a la reconstrucción de la tormenta del 3-4 de mayo utilizando
el HU expuesto en la Gráfica 5-9 en la que se observa que el valor de Qp para la tormenta real es
-400
-200
0
200
400
600
0 100 200 300 400
Q(L
/min
)
Tiempo (minutos)
HU matricial tormenta 3-4 de mayo
Gráfica 5-10 HU matricial tormenta 4-5 de mayo
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de 3225,14 L/min, mientras que para la tormenta reconstruida es de 2909, 45 L/min. La curva en
color azul tiene correspondencia en términos gráficos con el HU original, permitiendo evidenciar
valores similares en el tiempo de inicio de la tormenta, el tiempo al pico, caudal pico y el tiempo
base. En lo que tiene que ver con la curva de recesión, se presentó una excepción, ya que se
generaron oscilaciones entre valores positivos y negativos, obteniendo un REMC de 93,43 L/min.
Fuente. Autores
Por su parte, la reconstrucción de la tormenta del 4-5 de mayo utilizando el HU expuesto
en la Gráfica 5-10 se puede apreciar en la Gráfica 5-12, en la cual se evidencian mejores resultados
en la predicción para todas las variables, arrojando un REMC de 0,54 L/min, siendo éste el más
bajo hasta el momento en comparación con la tormenta anterior y los métodos sintéticos aplicados.
Gráfica 5-12 Reconstrucción tormenta 4-5 mayo a partir de HU Matricial
Gráfica 5-11 Reconstrucción tormenta 3-4 mayo a partir de HU Matricial
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Fuente. Autores
5.7.2 HU Matricial calculado mediante optimización matemática
Con los resultados del numeral 5.7.1.1 se concluye que aun cuando el HU matricial presenta
resultados bastante aproximados a las tormentas originales, es necesario realizar un ajuste a los
HU, con el fin de eliminar los valores negativos obtenidos. Por consiguiente, se utilizan los datos
del HU correspondiente al 4-5 de mayo, debido a que éste ofreció mejores resultados presentando
el REMC más bajo; situación que se debió a que la tormenta del 3-4 de mayo saturó la cuenca,
garantizando de esta manera que los resultados del 4-5 de mayo contemplaran la lluvia efectiva.
El ajuste se realizó a través de la optimización matemática, donde se generaron 30.000 HU
de modo que, al multiplicarlos por el vector de precipitación, el caudal generado se pareciera más
al caudal registrado en la estación para la tormenta del 4-5 de mayo, obteniendo como resultado el
HU de la Gráfica 5-13.
Fuente. Autores
5.7.2.1 Reconstrucción de tormentas
Para verificar cual era el mejor HU, se utilizó la ecuación de REMC como criterio de
selección. Inicialmente se obtuvieron errores entre 144, 29, 16 y 14 L/min hasta finalmente llegar
a encontrar la reconstrucción de la tormenta del 4-5 de mayo con un HU que presentó un error de
7,99 L/min, lo que significa que en promedio el HU es capaz de predecir la respuesta de una
tormenta con un error de 7,99 litros por cada minuto, como se observa en la Gráfica 5-14.
Gráfica 5-13 HU matricial ajustado
matemáticamente
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Fuente. Autores
El HU de la Gráfica 5-13 se calculó con los 15 pulsos de lluvia reportados por el IDIGER
para la tormenta del 4-5 de mayo de 2017 (ver Anexo 2). Los dos primeros pulsos fueron continuos
con una duración de 5 minutos, mientras que el ultimo pulso de lluvia registrado una hora después
(0,1 mm presentado a las 17:00) generó una sobreelevación en la curva de recesión del HU
reconstruido de la Gráfica 5-14, dicho pulso no fue registrado como variación de caudal en la
estación de medición de caudal, por lo que el hidrograma medido en campo no registró tal
elevación.
Por su parte, en la reconstrucción de la tormenta del 3-4 de mayo se presenta en la Gráfica
5-15 en la cual se observa un ajuste en términos de la duración de la tormenta (inicio y
finalización), mas no se dio un buen ajuste en lo que tiene que ver con el Qp, ya que el Qp para la
tormenta real fue de 3225,14 L/min mientras que para la tormenta reconstruida resulto ser de 1442,
94 L/min, presentándose un REMC de 224,48 L/min.
Fuente. Autores
Gráfica 5-14 Reconstrucción de tormenta del 4-5 de mayo a partir de HU ajustado
Gráfica 5-15 Reconstrucción de tormenta del 3-4 de mayo a partir de HU ajustado
Página 44 de 84
5.7.3 HU matricial depurado
Debido a que con el HU mostrado en la Gráfica 5-13 se reconstruyen hidrogramas con
ascensos en la sección de recesión de los mismos, fue necesario generar un nuevo HU a partir de
la lluvia del 4 y 5 de mayo descartando el pulso de lluvia que ocurrido a las 17:00.
El nuevo HU matricial generado es el mostrado en la Gráfica 5-16, con el que se
reconstruyó la tormenta del 4-5 de mayo tal como se aprecia en la Gráfica 5-17 en la que se puede
evidenciar un perfecto ajuste entre la línea punteada de color rojo que corresponde a la tormenta
real y la línea continua de color azul que representa la tormenta reconstruida. El REMC obtenido
fue de 0,42 L/min, siendo el error más bajo de los HU calculados por los tres métodos.
Fuente. Autores
Gráfica 5-17 Reconstrucción de tormenta del 4-5 de mayo a partir de HU matricial final
Fuente. Autores
Gráfica 5-16 HU matricial depurado
Página 45 de 84
Finalmente, en la Gráfica 5-18 se muestra la nueva reconstrucción de la tormenta del 3-4 de
mayo a partir del HU matricial depurado (el mostrado en la Gráfica 5-16), observando que el Qp
correspondiente a la tormenta original es de 3225,14 L/min, mientras que el de la tormenta
reconstruida es de 2998,57 L/min, arrojando un REMC de 380, 86 L/min. Aun cuando se obtiene
un error relativamente alto en comparación con el obtenido en la Gráfica 5-15, se observa que el
valor de Qp es más cercano al del hidrograma real medido en campo.
Ç
Fuente. Autores
Como se observa en la Tabla 5-8, los mejores ajustes se presentaron en el método matricial
tanto en el HU inicial, en el modelo optimizado matemáticamente y en el HU matricial final.
Tabla 5-8 Resumen de resultados
No. Método REMC (L/min)
3-4 mayo 4-5 mayo
1 Sintético 3432,17 412,51
2 Matricial inicial 93,43 0,54
3 Matricial optimizado 224,48 7,99
4 HU matricial depurado 380, 86 0,42
Fuente. Autores
En la comparación realizada entre los resultados de la aplicación de los métodos sintéticos y
el hidrograma real medido en campo se identifica que para la tormenta del 3-4 de mayo los tiempos
de inicio y finalización (tiempo base) son gráficamente similares, sin embargo en lo que tiene que
ver con el Qp (variable considerada más importante por ser utilizada con fines de diseño) se
Gráfica 5-18 Reconstrucción de tormenta del 3-4 de mayo a partir de HU matricial final
Página 46 de 84
presentó una diferencia significativa, generándose un sobredimensionamiento que presentó el
mayor error respecto a todas las aplicaciones.
En la aplicación inicial del método matricial, se obtuvieron errores significativamente bajos
respecto a los métodos sintéticos que ofrecieron mejores ajustes del HU calculado en términos de
tiempo de inicio, tiempo base y caudal al pico. No obstante, estos valores debieron ser optimizados
debido a que generaron valores negativos para las ordenadas del HU.
En la reconstrucción de la tormenta del 3-4 de mayo para el método matricial calculado
mediante optimización matemática se presenta un error más bajo (224,48 L/min) en comparación
con el HU matricial final (380,86 L/min), sin embargo, es necesario tener en cuenta que la
aproximación más cercana al Qp se presentó con el HU matricial depurado.
En todos los métodos sin excepción, se presentó un error mayor en la reconstrucción de la
tormenta de los días 3-4 de mayo. Con la aplicación del modelo matricial se logró establecer la
relación directa que tiene la saturación de la cuenca en el proceso de obtención del HU,
concluyendo que los resultados de predicción son mejores cuando la cuenca se encuentra saturada,
ya que se presentaron errores más bajos.
Con el presente estudio de caso se determina la baja aplicabilidad de los métodos sintéticos
en el cálculo de los HU con fines de diseño para la Quebrada Padre de Jesús, debido a que estos
métodos, a diferencia de los basados en mediciones de campo, se encuentran fundamentados en
las condiciones de las cuencas geográficas norteamericanas: “sus parámetros fueron determinados
con información hidrometereologica diferente a las condiciones biogeofisicas de los andes
colombianos”(Barrios & Olaya, 2007) limitando su uso a la inclusión de las características
morfométricas de las cuencas de estudio, las cuales pueden ser similares en diferentes cuencas que
presenten un comportamiento hidrometeorológico diferente, por lo tanto, sus resultados no son
aproximados a los hidrogramas encontrados en campo.
El HU matricial depurado se ajusta más al comportamiento hidrológico real de la cuenca, por
lo tanto es seleccionado como Hidrograma Unitario para la cuenca de la Quebrada Padre de Jesús.
Con los resultados mostrados en el Apéndice 6 que identifican los valores de la matriz “U”, que
operados con la matriz P (precipitación) permitirán realizar la predicción de la respuesta de la
unidad hidrológica en términos de caudal frente a cualquier evento de precipitación.
Página 47 de 84
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES
Las características morfométricas de la unidad hidrológica de estudio, correspondientes a:
longitud más extensa del cuerpo de agua, área de la cuenca, pendiente del cauce principal,
diámetro de la cuenca, elevación máxima y mínima fueron halladas con la extensión
ArcSWAT del programa ArcGIS. Dichas características facilitaron la generación de los
HU Sintéticos (Triangular y Curvilíneo) y la identificación de variables como Tiempo de
concentración (Tc) y número de curva número (CN).
Para el caso de estudio se obtuvo un resultado teórico de Tiempo de Concentración
ponderado (Tc) de 15,67 minutos, este valor se aproximó a lo evidenciado en campo, donde
se identificó que la duración del recorrido que realizó el agua desde el punto más alejado
hasta la salida de la cuenca fue de 20 minutos para la tormenta de los días 3-4 de mayo y
16 minutos para la tormenta posterior del 4-5 de mayo, lo que indica que el Tc está
directamente relacionado con la saturación de la cuenca, debido a que éste fue más
aproximado en la tormenta del 4 y 5 de mayo.
Se logró establecer que aunque la Oficina de Conservación de Suelos (SCS) define una
metodología para la separación de caudales en donde se establecen una serie de ajustes que
tienen en cuenta la precipitación antecedente y define el umbral de escurrimiento (Ia), para
la unidad hidrológica de estudio, ninguno de los ajustes es aplicable, debido a que fue
necesario ampliar el tiempo de análisis para la precipitación antecedente, teniendo en
cuenta que antes de los 5 días que define el método de Curva Número se presentaron
mayores valores de precipitación que indicaron que la cuenca se encontraba saturada.
Motivo por el cual se decide adoptar que la lluvia efectiva es igual a la lluvia bruta, debido
a que el suelo no tuvo que llegar al umbral de escurrimiento teórico para generar
variaciones en el caudal, situación corroborada con las mediciones de campo.
La aplicación de los métodos sintéticos permitió identificar que con base en el REMC
hallado para cada reconstrucción de la tormenta real, el método sintético arrojó valores
significativamente superiores en términos de error en comparación con el HU hallado con
el método matricial. Para el caso de la tormenta reconstruida con datos del 3-4 de mayo el
HU sintético arrojó un error de 3432,17 L/min y para el caso de la tormenta del 4-5 de
mayo se obtuvo un error de 412,51 L/min. Es decir que el método es capaz de predecir el
caudal generado con un error máximo de 3432 litros por cada minuto, presentando un
sobredimensionamiento significativo en el valor de caudal pico (Qp) para ambas tormentas.
Para el caso del HU matricial calculado con base en las mediciones de campo, en las tres
etapas de cálculo (matricial inicial, matricial optimizado y HU matricial depurado) se
presentaron los REMC más bajos, especialmente para la tormenta del 4-5 de mayo; que se
encuentran en un rango de 0,54 y 7,99 L/min, es decir que el modelo es capaz de predecir
Página 48 de 84
el caudal generado con un evento de precipitación determinado generando un error mínimo
de 0,54 litros por cada minuto.
Con la aplicación del modelo matricial se logró establecer la relación directa que tiene la
saturación de la cuenca en el proceso de obtención del HU, concluyendo que sus resultados
de predicción son mejores cuando la cuenca se encuentra saturada, de acuerdo con los
valores de REMC hallados para la segunda tormenta (4-5 mayo).
Los métodos sintéticos son de gran utilidad cuando las cuencas cuentan con escasa
información, sin embargo con el presente estudio de caso se determinó la baja aplicabilidad
de los métodos sintéticos en el cálculo de los HU con fines de diseño para la Quebrada
Padre de Jesús, debido a que es notorio su sobredimensionamiento, frente a las condiciones
reales medidas en campo.
Con base en los resultados obtenidos, se decide adoptar como HU para la unidad
Hidrológica de la Quebrada Padre de Jesús, el HU matricial depurado calculado con base
en la tormenta presentada los días 4-5 de mayo, debido a que éste ofreció el mejor ajuste,
representando el comportamiento hidrológico real de la zona de estudio. Este HU puede
ser empleado para la predicción del caudal generado por cualquier evento de precipitación,
así como también con fines de diseño de obras hidráulicas o medidas de mitigación de
riesgo de desastre para el cuerpo hídrico en cuestión.
El caso de estudio de la Quebrada Padre de Jesús, demostró que es factible la
instrumentalización de cuencas sin que esto involucre altos costos, permitiendo generar
información útil que contribuya tanto a nivel académico y/o investigativo para el estudio
de los fenómenos hidrológicos.
El sistema de monitoreo de caudal (compuesto por el limnígrafo y vertedero triangular) de
la mano con la estación climatológica Guadalupe, como parte de la medición en campo,
arrojaron los datos de caudal de escorrentía necesarios para la ejecución del método
matricial y generación del Hidrograma Unitario real, mostrando el comportamiento de esta
unidad hidrológica de estudio.
6.2 RECOMENDACIONES
Los instrumentos de medición diseñados requieren revisión y mantenimiento diario, tanto
de su funcionamiento mecánico y eléctrico; siendo necesario revisar diariamente aspectos
como la conexión a toma corriente y la limpieza de sus partes.
Para el caso en que surja la necesidad de instrumentar cuencas en las que se cuente con un
difícil acceso a la energía eléctrica, se recomienda implementar un sistema autónomo que
no depende de la energía local, como es el caso de la energía solar.
Un aspecto de diseño del limnígrafo que puede ser mejorado, tiene que ver con el
mecanismo de obtención de datos. Para el caso de estudio se requiere personal que
diariamente se desplace a la estación de medición para la recolección de la información y
el cambio de las cintas de medición, por lo que se recomienda buscar un método que
Página 49 de 84
permita de manera digital la captura de estos datos, evitando los desplazamientos. Aunque
esto puede suponer un aumento en los costos de fabricación; a largo plazo y durante la
toma de datos supone un ahorro, para el caso de zonas de estudio que se encuentren alejadas
del casco urbano.
Para la operación de un sistema de monitoreo en cuerpos hídricos se debe tener en cuenta
que los instrumentos instalados arrojen los datos claves de lo que se quiere medir, aunque
parezca un aspecto obvio, en la cuenca de estudio, al principio solo se estableció la
instalación del vertedero triangular y la medición a través de aforos en los eventos de
precipitación, sin embargo, las predicciones climatológicas no eran muy certeras y
suponían un desplazamiento en horarios de difícil acceso a la estación; al complementar e
integrar el limnígrafo al sistema, se amplió la probabilidad de capturar los datos de
precipitación que se presentaran en cualquier hora del día.
Página 50 de 84
BIBLIOGRAFÍA
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Página 52 de 84
APÉNDICES
Apéndice 1. Procedimiento de diseño y construcción del vertedero triangular de
pared delgada
Página 53 de 84
Diagrama Descripción Fotografia/ Figura
El principal criterio para el diseño
fue la carga sobre el vertedero (H)
definida como la altura que alcanza
el agua desde el vertice del
triangulo. Para lograr obtener el
valor de H. Se buscaron Valores de
Caudal en estudios previos
realizados, donde se tomó el valor
máximo cálculado para un periodo
lluvioso
Se utilizaron los siguientes valores
de Caudales: 3, 10.5, 25, 2 y 240
L/min (Rodriguez, 2013) y (Osorio,
2010). Se procedió a despejar H
(cm) de la ecuación para la
obtención de Caudal (Aparicio,
2015). Se obtuvo un valor Máximo
de H de 9,19 cm
Despejando:
Se diseñó el vertedero con un ancho
de 90 cm, una altura total de 70 cm
y una proyección de H de 30 cm
Procedimiento Diseño y Construcción de Vertedero Triangular de Pared Delgada
En el punto donde se ubicó la estación se realizó la medición de la
sección transversal de la Quebrada, obteniendose un ancho de 90 cm
Revisión de recomedaciones
y criterios de diseño
INICIO
Búsqueda de Antecedentes
Cálculo de H
𝑄 = 𝐻
𝐻 =𝑄
Elaboración de sección
transversal de la Quebrada
Diseño de vertedero
triangular de
Página 54 de 84
Se realizó la orden de fabricación,
escogiendose una lamina de HR,
con corte láser de las medidas
especificadas en el plano no. UDVT-
01-04 (Ver Apéndice 3)
Para la instalación de la lámina se
usaron 4 varillas metalicas de 1/2
pulgada y una longitud de 1,5 m
con el fin de aumentar la resistencia
de la lámina. Las varillas fueron
enterradas en cada uno de los
extremos de la lámina aguas arriba y
aguas abajo de la Quebrada y
posteriormente la lamina fue
enterrada, garantizando que no se
presentaran infiltraciones por los
laterales ni la parte inferior
Construcciónde Vertedero
Instalación de Vertedero
FIN
Página 55 de 84
Apéndice 2 Procedimiento de diseño y construcción del Limnígrafo
Página 56 de 84
Procedimiento Diseño y Construcción de Limnígrafo
Diagrama Descripción Fotografía/ Figura
Para el diseño se tuvo en cuenta la resistencia de los materiales
que lo componían para su ubicación en campo, como criterios la
definición de la altura (H),plano No.VDT-01-05 (Ver Apéndice
3), para lo cual se nivelo con el boquete del vertedero, se definió
la distancia del mismo y su funcionamiento eléctrico y
mecánico.
Tomando como base los
limnígrafo automáticos y el
diseño manual de un
modelo de uso académico,
se definieron los materiales
a utilizar, que remplazaran
los originales de este
sistema de medición. Los
materiales son: 1,50 m de
tubo naranja de PVC de 6¨,
Angeo de 0,5 cm,
temporizador de 24 horas al
cual se le instala en la parte
giratoria el tambor que lleva
papel milimetrado,
Rapidografo, Caseta en
acrílico (medidas 20x30x40
cm con 4 mm de espesor),
tambor en aluminio de 8,5
cm, varilla metálica (1/4¨
por 2.10 m de altura),
tambor en icopor y
balso.(Ver Apéndice 3)
plano no.UDLM-01-02,
plano No.UDLM-01-01 y
plano No. UDLM-02-03
Revisión de recomendaciones y criterios de
diseño
INICIO
Búsqueda de
Antecedentes
Materiales
Página 57 de 84
Se corta el tubo a una altura de 1
metro, a 10 cm del piso se hace un
corte de 15 cm de alto, en el cual se
instala un angeo, que no permite que
el material de arrastre entre al
limnígrafo y lo sature, en la parte
superior se instala con unas "L" la
caseta en acrílico, sobre la cual va el
temporizador de 24 horas el cual en
la parte giratoria lleva un tambor con
papel milimetrado, y la base donde
va sostenido el sujetador, conectado
con el flotador por medio de la
varilla al interior del tubo y
rapidografo.El temporizador requirió
fuente eléctrica 24/7, por ende se le
instala un extensión.
Consistió en probar el
funcionamiento continuo del
temporizador y del rapidrografo
graficando en el papel milimetrado,
el limnígrafo se introduce en un
balde al cual se le retira y se
alimenta con agua aproximadamente
3 veces al día, lo cual permite que el
flotador suba y baje, registrando la
medida exacta de agua adicionada.
Elaboraciónlimnígrafo
Ensayo preliminar
funcionamiento
Página 58 de 84
La fuente eléctrica se encuentra
ubicada a 50 metros del punto de
ubicación del limnígrafo por lo que
se canaliza en tierra la extensión, al
costado occidental y a 50 cm del
vertedero se ubica el limnígrafo,
para generar estabilidad al suelo se
ancla enterrándolo 10 cm, en 3
puntos de los extremos se ancla a
tierra con piquetes.
InstalaciónLimnígrafo,
Quebrada Padre de Jesús
FIN
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Apéndice 3 Planos de diseño de limnígrafo y vertedero
DETALLE A
A
Revisado:
Aprobado:
Hoja
LIMNíGRAFO MÉCANICO
VersiónEscala
Unidades
Tamaño
Fecha:
Diseñado:
Fecha:
Fecha:
Firma:
Firma:
Firma:
DescripciónNo.
fecha
firma
HISTORIAL DE REVISIONES
1
2
3
4
5 1 de
A4
PLano No.:
cm
L.Rubio - M.Perez
J.A.Valero
J.A.Valero
31/07/2017
-
31/07/2017
UDLM-01-011:10
02
Firma:
17/03/2017
90
30
11,50
30
35
15
65
23
15
Altura mínima de inicio de H
Delta de H
según vertedero
Tubo PVC 6"
Flotador
polimérico
Varilla 3mm
Acero Plata
Tambor rotatorio
Temporizador
sujetador
20
Base
Temporizador
Guía
DETALLE A ( 1 : 2 )
A
Revisado:
Aprobado:
Hoja
PROTECCIÓN ACRÍLICA
VersiónEscala
Unidades
Tamaño
Fecha:
Diseñado:
Fecha:
Fecha:
Firma:
Firma:
Firma:
DescripciónNo.
fecha
firma
HISTORIAL DE REVISIONES
1
2
3
4
5 2 de
A4
PLano No.:
cm
L.rubio - M.Perez
J.A.Valero
J.A.Valero
31/07/2017
-
31/07/2017
UDLM-01-021:10
02
Firma:
17/03/2017
30,00
40,40
0,40
0,40
29,20
19,20
Tapa superior y base en acrílico
de 4mm de espesor
20,00
30,00
11,5
0
7,40
0,40
Base
Tapa
Revisado:
Aprobado:
Hoja
DETALLES ENSAMBLE
VersiónEscala
Unidades
Tamaño
Fecha:
Diseñado:
Fecha:
Fecha:
Firma:
Firma:
Firma:
DescripciónNo.
fecha
firma
HISTORIAL DE REVISIONES
1
2
3
4
5 3 de
A4
PLano No.:
cm
L.Rubio - M. Perez
J.A. Valero
J.A. Valero
31/07/2017
-
31/07/2017
UDLM-02-03N/A 02
Firma:
17/03/2017
30,00
8,50
90,00
15,00
11,50
30,00
2,00
1,00
61,91
10,10
8,93
1
8
,
3
3
°
Tambor rotatorio
Tubo soporte PVC
GuÍa vertical
Ensamble sistema
graficador
Marcador
Revisado:
Aprobado:
Hoja
VERTEDERO TRIANGULAR
VersiónEscala
Unidades
Tamaño
Fecha:
Diseñado:
Fecha:
Fecha:
Firma:
Firma:
Firma:
DescripciónNo.
fecha
firma
HISTORIAL DE REVISIONES
1
2
3
4
5 4 de
A4
PLano No.:
cm
L.Rubio - M. Pérez
J.A. Valero
J.A. Valero
31/07/2017
-
31/07/2017
UDVT-01-041: 10
02
Firma:
17/03/2017
90,00
70,00
0,50
90,00°
15,00
30,00
Lamina en acero Hot Rolled (HR)
espesor de 0.5 cm
DETALLE AJ ( 0,04 : 1 )
AJ
Revisado:
Aprobado:
Hoja
Instalación Vertedero y Limnígrafo
VersiónEscala
Unidades
Tamaño
Fecha:
Diseñado:
Fecha:
Fecha:
Firma:
Firma:
Firma:
DescripciónNo.
fecha
firma
HISTORIAL DE REVISIONES
1
2
3
4
5 5 de
A4
PLano No.:
N/A
L.Rubio - M. Pérez
J.A. Valero
J.A. Valero
31/07/2017
-
31/07/2017
VDT-01-05N/A 02
Firma:
-
17/03/2017
Suelo arcilloso
cauce quebrada
Limnígrafo
Vertedero
Sección transversal
Página 65 de 84
Apéndice 4 Registros de caudal
Página 66 de 84
TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
0 2,3882 5/3/17 10:00 AM 0,024 8,49
1,5412 2,3827 5/3/17 11:20 AM 0,024 8,44 0,00
1,706 2,4968 5/3/17 11:29 AM 0,025 9,48 1,04
1,7779 2,6794 5/3/17 11:33 AM 0,027 11,29 2,85
1,7944 2,9554 5/3/17 11:33 AM 0,030 14,40 5,96
1,8417 3,0147 5/3/17 11:36 AM 0,030 15,13 6,69
1,9674 3,0147 5/3/17 11:43 AM 0,030 15,13 6,69
2,1258 3,0045 5/3/17 11:51 AM 0,030 15,00 6,56
2,425 3,0066 5/3/17 12:06 PM 0,030 15,03 6,59
2,6134 2,9903 5/3/17 12:16 PM 0,030 14,83 6,39
3,008 2,8775 5/3/17 12:37 PM 0,029 13,48 5,04
3,1215 2,8359 5/3/17 12:43 PM 0,028 13,00 4,56
3,152 3,0291 5/3/17 12:45 PM 0,030 15,31 6,87
3,1765 3,3184 5/3/17 12:46 PM 0,033 19,20 10,75
3,2953 5,1796 5/3/17 12:52 PM 0,052 57,92 49,47
3,4104 7,128 5/3/17 12:58 PM 0,071 127,85 119,41
3,5642 9,238 5/3/17 1:06 PM 0,092 243,20 234,76
3,6338 11,5173 5/3/17 1:10 PM 0,115 420,23 411,79
3,6659 12,0299 5/3/17 1:11 PM 0,120 468,15 459,71
3,7413 12,8699 5/3/17 1:15 PM 0,129 553,46 545,01
3,8373 14,4155 5/3/17 1:20 PM 0,144 733,22 724,78
3,8696 14,8001 5/3/17 1:22 PM 0,148 782,70 774,25
3,8979 15,0964 5/3/17 1:24 PM 0,151 822,14 813,69
3,9141 15,3961 5/3/17 1:24 PM 0,154 863,21 854,77
3,9667 15,5865 5/3/17 1:27 PM 0,156 889,93 881,48
4,0053 16,0312 5/3/17 1:29 PM 0,160 954,23 945,79
4,0649 17,151 5/3/17 1:32 PM 0,172 1128,17 1119,73
4,0825 17,5477 5/3/17 1:33 PM 0,175 1194,00 1185,56
4,0965 17,9336 5/3/17 1:34 PM 0,179 1260,18 1251,74
4,1246 18,1857 5/3/17 1:35 PM 0,182 1304,57 1296,13
4,1341 18,2838 5/3/17 1:36 PM 0,183 1322,09 1313,65
4,1842 18,3853 5/3/17 1:39 PM 0,184 1340,37 1331,93
4,2156 18,3423 5/3/17 1:40 PM 0,183 1332,61 1324,17
4,2197 18,228 5/3/17 1:40 PM 0,182 1312,11 1303,67
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TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
4,2239 18,1839 5/3/17 1:41 PM 0,182 1304,25 1295,81
4,2556 18,2514 5/3/17 1:42 PM 0,183 1316,29 1307,85
4,2846 19,0427 5/3/17 1:44 PM 0,190 1462,39 1453,95
4,2985 19,3583 5/3/17 1:45 PM 0,194 1523,24 1514,80
4,3362 19,4424 5/3/17 1:47 PM 0,194 1539,70 1531,26
4,3557 19,981 5/3/17 1:48 PM 0,200 1647,66 1639,22
4,3569 20,9764 5/3/17 1:48 PM 0,210 1858,79 1850,35
4,3935 20,8765 5/3/17 1:50 PM 0,209 1836,91 1828,47
4,4062 20,3254 5/3/17 1:50 PM 0,203 1718,99 1710,55
4,4479 19,4033 5/3/17 1:52 PM 0,194 1532,04 1523,59
4,4756 19,3414 5/3/17 1:54 PM 0,193 1519,94 1511,50
4,4773 19,2991 5/3/17 1:54 PM 0,193 1511,71 1503,27
4,484 19,2007 5/3/17 1:54 PM 0,192 1492,67 1484,23
4,4855 18,983 5/3/17 1:54 PM 0,190 1451,05 1442,61
4,5437 19,0302 5/3/17 1:57 PM 0,190 1460,01 1451,57
4,5455 19,1308 5/3/17 1:58 PM 0,191 1479,23 1470,79
4,5589 19,2996 5/3/17 1:58 PM 0,193 1511,81 1503,37
4,6037 19,7142 5/3/17 2:01 PM 0,197 1593,64 1585,20
4,6277 20,7061 5/3/17 2:02 PM 0,207 1799,95 1791,51
4,6346 21,2199 5/3/17 2:02 PM 0,212 1912,76 1904,32
4,683 22,1642 5/3/17 2:05 PM 0,222 2130,86 2122,42
4,6991 22,2308 5/3/17 2:06 PM 0,222 2146,77 2138,33
4,7175 22,6894 5/3/17 2:07 PM 0,227 2258,28 2249,84
4,736 22,8652 5/3/17 2:08 PM 0,229 2301,93 2293,48
4,7912 24,0412 5/3/17 2:10 PM 0,240 2606,81 2598,36
4,8004 24,5779 5/3/17 2:11 PM 0,246 2753,52 2745,08
4,8304 25,0659 5/3/17 2:12 PM 0,251 2891,11 2882,66
4,881 25,186 5/3/17 2:15 PM 0,252 2925,58 2917,14
4,9086 25,8567 5/3/17 2:17 PM 0,259 3122,62 3114,18
4,914 26,0406 5/3/17 2:17 PM 0,260 3177,99 3169,54
4,9708 26,2429 5/3/17 2:20 PM 0,262 3239,57 3231,12
4,9958 25,4836 5/3/17 2:21 PM 0,255 3012,06 3003,62
5,0098 24,8029 5/3/17 2:22 PM 0,248 2816,46 2808,02
5,0261 24,321 5/3/17 2:23 PM 0,243 2682,70 2674,25
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TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
5,0413 23,5542 5/3/17 2:23 PM 0,236 2477,80 2469,36
5,0445 22,9637 5/3/17 2:24 PM 0,230 2326,60 2318,16
5,0454 22,0218 5/3/17 2:24 PM 0,220 2097,07 2088,63
5,0467 19,7298 5/3/17 2:24 PM 0,197 1596,77 1588,33
5,055 19,4349 5/3/17 2:24 PM 0,194 1538,23 1529,79
5,055 19,1044 5/3/17 2:24 PM 0,191 1474,17 1465,73
5,0868 18,7479 5/3/17 2:26 PM 0,187 1406,89 1398,45
5,102 18,5144 5/3/17 2:27 PM 0,185 1363,83 1355,39
5,1093 17,9783 5/3/17 2:27 PM 0,180 1267,98 1259,54
5,1093 17,4007 5/3/17 2:27 PM 0,174 1169,35 1160,90
5,1751 16,629 5/3/17 2:30 PM 0,166 1044,93 1036,48
5,1886 16,3987 5/3/17 2:31 PM 0,164 1009,40 1000,96
5,2846 15,9197 5/3/17 2:36 PM 0,159 937,86 929,41
5,3037 13,9918 5/3/17 2:37 PM 0,140 680,93 672,49
5,3377 13,7521 5/3/17 2:39 PM 0,138 652,37 643,93
5,3655 13,4128 5/3/17 2:40 PM 0,134 613,18 604,73
5,3748 13,023 5/3/17 2:41 PM 0,130 569,93 561,49
5,6504 11,0044 5/3/17 2:55 PM 0,110 375,34 366,90
6,0153 9,3738 5/3/17 3:14 PM 0,094 252,17 243,72
6,3177 8,4901 5/3/17 3:30 PM 0,085 197,26 188,82
6,4294 7,7283 5/3/17 3:36 PM 0,077 156,24 147,80
6,7641 7,5171 5/3/17 3:54 PM 0,075 145,86 137,42
6,9206 7,3999 5/3/17 4:02 PM 0,074 140,29 131,84
7,0661 7,1355 5/3/17 4:10 PM 0,071 128,18 119,74
7,2112 6,9857 5/3/17 4:17 PM 0,070 121,61 113,17
7,3726 6,9873 5/3/17 4:26 PM 0,070 121,68 113,24
7,5389 7,3422 5/3/17 4:34 PM 0,073 137,59 129,15
7,578 7,466 5/3/17 4:36 PM 0,075 143,42 134,97
7,7622 7,4985 5/3/17 4:46 PM 0,075 144,97 136,53
7,8975 7,4692 5/3/17 4:53 PM 0,075 143,57 135,13
8,0475 7,3487 5/3/17 5:01 PM 0,073 137,89 129,45
8,3806 6,9214 5/3/17 5:18 PM 0,069 118,86 110,41
8,6512 6,516 5/3/17 5:33 PM 0,065 102,33 93,89
8,9011 6,2851 5/3/17 5:46 PM 0,063 93,57 85,13
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TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
8,9435 6,2151 5/3/17 5:48 PM 0,062 91,01 82,57
9,0853 6,1402 5/3/17 5:55 PM 0,061 88,31 79,87
9,1815 6,0507 5/3/17 6:00 PM 0,061 85,16 76,71
9,3135 6,0116 5/3/17 6:07 PM 0,060 83,80 75,36
9,8371 5,5859 5/3/17 6:35 PM 0,056 69,84 61,40
9,9724 5,5126 5/3/17 6:42 PM 0,055 67,59 59,15
10,1848 5,4598 5/3/17 6:53 PM 0,055 66,00 57,56
10,3104 5,3898 5/3/17 6:59 PM 0,054 63,92 55,48
11,6893 4,9963 5/3/17 8:12 PM 0,050 52,96 44,52
11,9827 4,9523 5/3/17 8:27 PM 0,050 51,82 43,37
12,1571 4,9523 5/3/17 8:36 PM 0,050 51,82 43,37
12,3577 4,8693 5/3/17 8:47 PM 0,049 49,69 41,25
12,5093 4,8611 5/3/17 8:55 PM 0,049 49,48 41,04
12,6763 4,7631 5/3/17 9:03 PM 0,048 47,04 38,60
14,5327 4,8173 5/3/17 10:40 PM 0,048 48,38 39,94
14,7169 4,9149 5/3/17 10:50 PM 0,049 50,85 42,41
14,8563 4,9375 5/3/17 10:57 PM 0,049 51,43 42,99
15,5296 4,9343 5/3/17 11:33 PM 0,049 51,35 42,91
15,81 4,7878 5/3/17 11:47 PM 0,048 47,65 39,21
15,9388 4,6917 5/3/17 11:54 PM 0,047 45,31 36,87
16,2762 4,6201 5/4/17 12:12 AM 0,046 43,62 35,18
16,4203 4,396 5/4/17 12:19 AM 0,044 38,56 30,12
16,5002 4,3293 5/4/17 12:24 AM 0,043 37,12 28,68
16,5426 4,2479 5/4/17 12:26 AM 0,042 35,42 26,97
16,8262 4,2349 5/4/17 12:41 AM 0,042 35,15 26,71
17,2308 4,0652 5/4/17 1:02 AM 0,041 31,76 23,32
17,671 3,8845 5/4/17 1:25 AM 0,039 28,37 19,93
17,7352 3,8494 5/4/17 1:28 AM 0,038 27,74 19,30
18,5862 3,8136 5/4/17 2:13 AM 0,038 27,10 18,66
18,6373 3,701 5/4/17 2:15 AM 0,037 25,16 16,72
18,7856 3,618 5/4/17 2:23 AM 0,036 23,79 15,34
18,8883 3,5285 5/4/17 2:29 AM 0,035 22,35 13,91
19,0921 3,4601 5/4/17 2:39 AM 0,035 21,29 12,85
19,1706 3,2642 5/4/17 2:43 AM 0,033 18,43 9,99
Página 70 de 84
TORMENTA DEL 3-4 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
19,3189 3,1731 5/4/17 2:51 AM 0,032 17,18 8,74
19,5341 3,1698 5/4/17 3:02 AM 0,032 17,14 8,69
19,6319 3,1454 5/4/17 3:08 AM 0,031 16,81 8,37
19,8243 3,1454 5/4/17 3:18 AM 0,031 16,81 8,37
20,0289 3,0717 5/4/17 3:28 AM 0,031 15,85 7,41
20,8261 3,0765 5/4/17 4:10 AM 0,031 15,91 7,47
20,9915 2,9803 5/4/17 4:19 AM 0,030 14,71 6,26
21,1594 2,9656 5/4/17 4:27 AM 0,030 14,53 6,08
21,3175 2,9298 5/4/17 4:36 AM 0,029 14,10 5,65
22,7414 2,858 5/4/17 5:50 AM 0,029 13,25 4,81
22,7749 2,8185 5/4/17 5:52 AM 0,028 12,81 4,36
22,7944 2,703 5/4/17 5:53 AM 0,027 11,54 3,10
22,8548 2,646 5/4/17 5:56 AM 0,026 10,95 2,51
22,9754 2,6232 5/4/17 6:03 AM 0,026 10,72 2,27
23,1517 2,4691 5/4/17 6:12 AM 0,025 9,22 0,78
23,2202 2,474 5/4/17 6:15 AM 0,025 9,27 0,83
23,5609 2,2933 5/4/17 6:33 AM 0,023 7,68 -0,76
24,0761 2,2347 5/4/17 7:00 AM 0,022 7,20 -1,24
24,2738 2,1758 5/4/17 7:11 AM 0,022 6,74 -1,70
24,5232 2,0843 5/4/17 7:24 AM 0,021 6,06 -2,38
24,7463 1,9991 5/4/17 7:35 AM 0,020 5,46 -2,98
24,8451 1,9899 5/4/17 7:40 AM 0,020 5,40 -3,04
25,1577 1,9895 5/4/17 7:57 AM 0,020 5,40 -3,04
27,4998 1,9865 5/4/17 10:00 AM 0,020 5,38 -3,06
TORMENTA DEL 4-5 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
0,0113 1,9906 5/4/17 7:25 AM 0,02 5,41 -----
1,3516 2,0013 5/4/17 8:36 AM 0,02 5,48 -----
1,8634 2,005 5/4/17 9:03 AM 0,02 5,50 -----
2,6101 2,0122 5/4/17 9:43 AM 0,02 5,55 -----
3,7 1,9996 5/4/17 10:41 AM 0,02 5,47 -----
4,4483 2,014 5/4/17 11:20 AM 0,02 5,56 -----
Página 71 de 84
TORMENTA DEL 4-5 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
5,5025 2,0051 5/4/17 12:16 PM 0,02 5,50 -----
6,7052 2,0106 5/4/17 1:20 PM 0,02 5,54 -----
8,2982 2,0088 5/4/17 2:45 PM 0,02 5,53 -----
9,8217 1,9872 5/4/17 4:06 PM 0,02 5,38 0,00
9,8664 2,2551 5/4/17 4:08 PM 0,02 7,37 1,98
9,8735 2,4551 5/4/17 4:09 PM 0,02 9,09 3,71
9,8861 2,8242 5/4/17 4:09 PM 0,03 12,87 7,49
9,9039 3,2162 5/4/17 4:10 PM 0,03 17,76 12,38
9,9111 3,4332 5/4/17 4:11 PM 0,03 20,89 15,50
9,9522 3,869 5/4/17 4:13 PM 0,04 28,09 22,71
9,9827 4,4587 5/4/17 4:14 PM 0,04 39,94 34,55
10,0095 4,8195 5/4/17 4:16 PM 0,05 48,44 43,06
10,031 5,2849 5/4/17 4:17 PM 0,05 60,88 55,50
10,0686 5,5952 5/4/17 4:19 PM 0,06 70,13 64,75
10,074 5,9006 5/4/17 4:19 PM 0,06 80,01 74,63
10,1133 6,2343 5/4/17 4:21 PM 0,06 91,71 86,33
10,1563 7,2122 5/4/17 4:24 PM 0,07 131,63 126,24
10,1617 7,4835 5/4/17 4:24 PM 0,07 144,25 138,87
10,1885 7,8121 5/4/17 4:25 PM 0,08 160,47 155,09
10,2136 7,99 5/4/17 4:27 PM 0,08 169,69 164,31
10,2279 8,4597 5/4/17 4:27 PM 0,08 195,51 190,13
10,2762 9,0429 5/4/17 4:30 PM 0,09 230,66 225,28
10,3574 10,2006 5/4/17 4:34 PM 0,10 310,98 305,60
10,4272 10,1363 5/4/17 4:38 PM 0,10 306,14 300,76
10,4987 9,9595 5/4/17 4:42 PM 0,10 293,07 287,68
10,5273 9,7612 5/4/17 4:43 PM 0,10 278,81 273,43
10,5649 9,3387 5/4/17 4:45 PM 0,09 249,83 244,45
10,6114 9,2798 5/4/17 4:48 PM 0,09 245,94 240,56
10,6222 8,6966 5/4/17 4:48 PM 0,09 209,37 203,99
10,6278 8,4395 5/4/17 4:49 PM 0,08 194,36 188,98
10,6454 7,9448 5/4/17 4:50 PM 0,08 167,32 161,94
10,6919 7,5061 5/4/17 4:52 PM 0,08 145,33 139,95
10,6976 7,4283 5/4/17 4:52 PM 0,07 141,63 136,24
10,7366 7,1337 5/4/17 4:55 PM 0,07 128,10 122,72
10,7992 6,8783 5/4/17 4:58 PM 0,07 117,03 111,65
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TORMENTA DEL 4-5 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
10,8545 6,4232 5/4/17 5:01 PM 0,06 98,76 93,37
10,9457 5,8098 5/4/17 5:06 PM 0,06 76,99 71,61
11,0263 5,4215 5/4/17 5:10 PM 0,05 64,86 59,47
11,1571 4,9793 5/4/17 5:17 PM 0,05 52,52 47,14
11,2074 4,7921 5/4/17 5:20 PM 0,05 47,76 42,38
11,3401 4,4495 5/4/17 5:27 PM 0,04 39,73 34,35
11,4498 4,2486 5/4/17 5:32 PM 0,04 35,43 30,05
11,5862 3,9549 5/4/17 5:40 PM 0,04 29,66 24,28
11,7292 3,7656 5/4/17 5:47 PM 0,04 26,27 20,88
11,8419 3,7353 5/4/17 5:53 PM 0,04 25,75 20,36
11,9101 3,6127 5/4/17 5:57 PM 0,04 23,70 18,32
12,0192 3,5734 5/4/17 6:03 PM 0,04 23,07 17,68
12,0871 3,4931 5/4/17 6:06 PM 0,03 21,80 16,42
12,1533 3,3895 5/4/17 6:10 PM 0,03 20,23 14,85
12,3249 3,2859 5/4/17 6:19 PM 0,03 18,73 13,35
12,5899 3,0758 5/4/17 6:33 PM 0,03 15,90 10,52
12,9851 3,0098 5/4/17 6:54 PM 0,03 15,07 9,69
13,2229 2,9669 5/4/17 7:07 PM 0,03 14,54 9,16
13,4757 2,8903 5/4/17 7:20 PM 0,03 13,63 8,25
13,7225 2,8956 5/4/17 7:33 PM 0,03 13,69 8,31
14,0568 2,8688 5/4/17 7:51 PM 0,03 13,38 8,00
14,2625 2,8349 5/4/17 8:02 PM 0,03 12,99 7,61
14,4668 2,8403 5/4/17 8:13 PM 0,03 13,05 7,67
14,5795 2,7832 5/4/17 8:19 PM 0,03 12,41 7,03
14,6617 2,7849 5/4/17 8:23 PM 0,03 12,43 7,05
14,7315 2,7189 5/4/17 8:27 PM 0,03 11,71 6,33
14,8352 2,7135 5/4/17 8:32 PM 0,03 11,65 6,27
14,9428 2,5342 5/4/17 8:38 PM 0,03 9,84 4,45
15,0626 2,5092 5/4/17 8:44 PM 0,03 9,60 4,22
15,3201 2,5021 5/4/17 8:58 PM 0,03 9,53 4,15
15,8232 2,475 5/4/17 9:25 PM 0,02 9,28 3,89
16,1004 2,4553 5/4/17 9:40 PM 0,02 9,09 3,71
16,2935 2,416 5/4/17 9:50 PM 0,02 8,74 3,36
16,5554 2,3264 5/4/17 10:04 PM 0,02 7,96 2,57
16,6501 2,28 5/4/17 10:09 PM 0,02 7,57 2,19
Página 73 de 84
TORMENTA DEL 4-5 DE MAYO DE 2017
Coordenadas (cm) Tiempo
Altura del agua H (m)
Caudal Q (L/min)
Q exceso (L/min) x y
16,7252 2,2032 5/4/17 10:13 PM 0,02 6,95 1,57
16,8182 2,1514 5/4/17 10:18 PM 0,02 6,55 1,17
17,0668 2,1496 5/4/17 10:31 PM 0,02 6,54 1,16
18,3188 2,0898 5/4/17 11:38 PM 0,02 6,10 0,72
18,7104 2,0653 5/4/17 11:58 PM 0,02 5,92 0,54
18,8605 2,0511 5/5/17 12:06 AM 0,02 5,82 0,44
19,1233 2,0314 5/5/17 12:20 AM 0,02 5,68 0,30
19,3151 1,9938 5/5/17 12:30 AM 0,02 5,43 0,04
19,5529 1,9902 5/5/17 12:43 AM 0,02 5,40 0,02
19,863 2,0024 5/5/17 1:00 AM 0,02 5,49 0,10
20,106 1,9767 5/5/17 1:12 AM 0,02 5,31 -0,07
20,3919 1,9453 5/5/17 1:28 AM 0,02 5,11 -0,28
20,6292 1,9367 5/5/17 1:40 AM 0,02 5,05 -0,33
21,171 1,9462 5/5/17 2:09 AM 0,02 5,11 -0,27
21,6074 1,9413 5/5/17 2:32 AM 0,02 5,08 -0,30
22,6223 1,9469 5/5/17 3:26 AM 0,02 5,12 -0,27
23,8909 1,9594 5/5/17 4:34 AM 0,02 5,20 -0,18
24,8015 1,9596 5/5/17 5:22 AM 0,02 5,20 -0,18
25,9269 1,9627 5/5/17 6:22 AM 0,02 5,22 -0,16
27,1056 1,9627 5/5/17 7:25 AM 0,02 5,22 -0,16
Página 74 de 84
Apéndice 5. Tabla del módulo de generación de HU sintéticos curvilíneos
Página 75 de 84
t/tp q/qp t (min) Q (m3/s) Q (L/min)
0 0 0 0 0
0,1 0,03 1,06 0,0033 201,39
0,2 0,1 2,13 0,0111 671,33
0,3 0,19 3,2 0,02125 1275,53
0,4 0,31 4,26 0,03468 2081,13
0,5 0,47 5,33 0,05258 3155,26
0,6 0,66 6,4 0,07384 4430,79
0,7 0,82 7,4 0,09174 5504,93
0,8 0,93 8,5 0,10405 6243,39
0,9 0,99 9,6 0,11076 6646,19
1 1 10,6 0,11188 6713,33
1,1 0,99 11,7 0,11076 6646,19
1,2 0,93 12,8 0,10405 6243,39
1,3 0,86 13,8 0,0962 5773,46
1,4 0,78 14,9 0,08727 5236,39
1,5 0,68 16 0,07608 4565,06
1,7 0,46 18,1 0,05146 3088,13
1,8 0,39 19,2 0,04363 2618,19
1,9 0,33 20,2 0,03692 2215,39
2 0,28 21,3 0,03132 1879,73
2,2 0,207 23,4 0,02316 1389,65
2,4 0,147 25,6 0,01644 986,85
2,6 0,107 27,7 0,01197 718,32
2,8 0,077 29,8 0,00861 516,92
3 0,055 32 0,00615 369,23
3,2 0,04 34,1 0,00447 268,53
3,4 0,029 36,2 0,00324 194,68
3,6 0,021 38,4 0,00234 140,97
3,8 0,015 40,5 0,00167 100,69
4 0,011 42,6 0,00123 73,84
4,5 0,005 48 0,00055 33,56
5 0 53,3 0 0
Página 76 de 84
Apéndice 6. Valores del HU Matricial Depurado
Página 77 de 84
No. U Tiempo
(min) No. U
Tiempo (min)
No. U Tiempo
(min)
1 58,380532 5 37 17,689566 185 73 3,2136491 365
2 75,492369 10 38 16,604724 190 74 2,348233 370
3 272,89163 15 39 16,533354 195 75 2,3251016 375
4 310,42997 20 40 16,539041 200 76 2,3340859 380
5 625,73129 25 41 16,648718 205 77 2,2948225 385
6 586,36346 30 42 16,459533 210 78 2,2285932 390
7 601,42294 35 43 16,304478 215 79 2,1619975 395
8 383,77085 40 44 16,098224 220 80 2,0959513 400
9 259,62651 45 45 15,967506 225 81 2,0290809 405
10 224,67179 50 46 15,408588 230 82 1,9629687 410
11 170,45124 55 47 15,35851 235 83 1,8961974 415
12 128,02026 60 48 15,076427 240 84 1,8304147 420
13 111,39313 65 49 15,640961 245 85 1,763149 425
14 89,581318 70 50 13,962432 250 86 1,6976296 430
15 77,946093 75 51 14,215216 255 87 1,6299691 435
16 66,750379 80 52 12,601618 260 88 1,5655201 440
17 60,924367 85 53 12,607391 265 89 1,4962539 445
18 50,60258 90 54 9,0385287 270 90 1,4342136 450
19 46,260336 95 55 8,4476347 275 91 1,3428485 455
20 41,24501 100 56 8,4055646 280 92 1,2690021 460
21 41,594705 105 57 8,3460476 285 93 1,1688775 465
22 35,931564 110 58 8,3127009 290 94 1,1081702 470
23 36,271833 115 59 8,208357 295 95 0,9641171 475
24 30,850326 120 60 8,1276 300 96 0,8646387 480
25 28,717901 125 61 8,0114625 305 97 0,7429463 485
26 27,329936 130 62 7,9483957 310 98 0,6792041 490
27 25,201011 135 63 7,8050392 315 99 0,5285365 495
28 23,370295 140 64 7,782801 320 100 0,1811049 500
29 21,093474 145 65 7,5127631 325 101 0,0706806 505
30 20,67048 150 66 7,6090691 330 102 0,0772179 510
31 20,311892 155 67 7,1558591 335 103 0,0194558 515
32 19,85919 160 68 6,9767434 340 104 0,1069947 520
33 19,547899 165 69 6,3760671 345 105 0,1007058 525
34 19,019507 170 70 5,9128772 350 106 0,2351586 530
35 18,76937 175 71 5,2050373 355 107 0,1588591 535
36 18,098773 180 72 4,7900277 360 108 0,079366 540
Página 78 de 84
ANEXOS
Anexo 1 Datos de precipitación estación “Venado de Oro” IDEAM
Página 79 de 84
FECHA DE PROCESO: 2017/02/15 ESTACIÓN: 21205580 VENADO ORO VIVERO
VALORES TOTALES MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mms)
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC VR
ANUAL
MEDIOS 59.1 81.9 104.5 134.3 117.7 74.1 69.7 63.8 63.8 129.2 148.3 94.0 1140.5
MAXIMOS 396.0 217.5 277.3 285.7 288.3 152.5 144.9 122.5 136.4 266.5 256.3 244.2 396.0
MINIMOS 0.0 5.5 5.1 33.0 35.6 20.7 33.3 16.5 4.6 31.9 61.3 6.1 0.0
VALORES No DÍAS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC VR
ANUAL
MEDIOS 9 12 15 18 20 21 22 21 16 18 18 14 205
MAXIMOS 26 23 24 29 29 29 29 31 25 28 28 28 31.0
MINIMOS 0 2 6 10 11 11 12 10 4 10 11 3 0.0
VALORES MÁXIMOS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mms) EN 24 HORAS
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC VR
ANUAL
MEDIOS 19.3 27.1 28.9 34.4 30.2 18.1 14.9 14.4 21.1 30.8 32.9 25.1 24.8
MAXIMOS 61.8 59.0 72.0 68.7 64.5 44.5 51.2 34.4 54.2 97.0 61.7 61.1 97.0
MINIMOS 0.0 3.8 2.0 9.1 7.8 6.0 7.2 3.7 1.9 8.6 10.9 3.2 0.0
Página 80 de 84
Anexo 2. Datos de estación “Guadalupe” IDIGER
Página 81 de 84
Tormenta 3-4 mayo
Fecha mm Fecha mm Fecha mm Fecha mm
03/05/2017 11:00 0,1 03/05/2017 14:50 0 03/05/2017 18:40 0 03/05/2017 22:30 0,1
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Tormenta 3-4 mayo
Fecha mm Fecha mm Fecha mm Fecha mm
03/05/2017 14:15 0,1 03/05/2017 18:05 0 03/05/2017 21:55 0,1
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Tormenta 4-5 mayo
Fecha mm
04/05/2017 15:50 0,2
04/05/2017 15:55 0,3
04/05/2017 16:00 0
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04/05/2017 17:00 0,1
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Anexo 3 Datos de radiación solar estación “Vivero” Universidad Distrital Francisco
José de Caldas
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Hora
Radiación
Solar W/m2
15:50 043.0
16:00 032.4
16:10 000.0
16:20 000.0
16:30 000.0
16:40 000.0
16:50 000.0
17:00 000.0
17:10 000.0
17:20 000.0
17:30 000.0