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PRONÓSTICO DE LAS ÁREAS DE INUNDACIÓN EN EL CASCO URBANO DEL MUNICIPIO DE ÚTICA (CUNDINAMARCA) PARA DIFERENTES
PERIODOS DE RETORNO EN LA CUENCA QUEBRADA NEGRA Y RÍO NEGRO
ROJAS PARRA HEIDY MARCELA JIMÉNEZ RIVERA KAREN JULIANA
Trabajo de grado - investigación para la obtención del título de Ingeniero
Geógrafo y Ambiental
Director: José Alejandro Salamanca García
Ingeniero Geógrafo y Ambiental, M.Sc. Investigador del grupo INGEDET
Director, Ingeniería Geográfica y Ambiental
Asesor: Joel Ccanccapa Puma
Ing. Civil especialista en modelamiento hidrológico e hidráulico
UNIVERSIDAD DE CIENCIAS APLICADAS Y AMBIENTALES FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES Y DE LA SOSTENIBILIDAD
INGENIERÍA GEOGRÁFICA Y AMBIENTAL BOGOTA D.C.
2021
2
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, queremos agradecer a Dios por bendecirnos con sabiduría y
paciencia a lo largo de nuestros estudios especialmente en toda la etapa de
realización de esta investigación.
A nuestras familias por el apoyo incondicional e inspirador en los momentos
cuándo el ánimo decaía, a nuestros amigos y colegas por siempre creer en
nosotras. A la Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales por darnos la
oportunidad de pertenecer y formarnos profesionalmente en tan honorable
institución. Igualmente, a todos los docentes que hicieron parte de todo nuestro
proceso en estos cinco años y aportaron sus valiosos conocimientos.
También queremos agradecer al Instituto de Hidrología, Meteorología y
Estudios Ambientales y a la Corporación Autónoma Regional por habernos
brindado los datos necesarios para hacer posible esta investigación.
Igualmente, agradecemos al ingeniero Jonathan Vásquez Lizcano por el
acompañamiento en el planteamiento de nuestro proyecto, a nuestro director el
ingeniero José Alejandro Salamanca García por creer en nosotras y darnos la
oportunidad de estar bajo la guía de sus conocimientos. Asimismo, agradecemos
a nuestro asesor el ingeniero Joel Ccanccapa Puma quien nos orientó en el
manejo de los diferentes softwares.
Finalmente, agradecemos a todas las personas que directa e indirectamente
nos apoyaron para culminar con éxito esta etapa.
3
TABLA DE CONTENIDO
LISTA DE ILUSTRACIONES .......................................................................................................... 5
LISTA DE TABLAS ........................................................................................................................... 7
LISTA DE ECUACIONES ................................................................................................................ 8
LISTA DE ACRÓNIMOS .................................................................................................................. 9
RESUMEN ....................................................................................................................................... 10
ABSTRACT ...................................................................................................................................... 11
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 13
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................................... 15
2.1. Pregunta problema .......................................................................................................... 16
2.2. Hipótesis ............................................................................................................................. 16
2.3. Objetivos ............................................................................................................................ 17
2.3.1. Objetivo general .......................................................................................................... 17
2.3.2. Objetivos específicos .................................................................................................. 17
2.4. Justificación ...................................................................................................................... 17
3. REVISIÓN DE LITERATURA ................................................................................................... 19
3.1. Antecedentes .................................................................................................................... 19
3.2. Marco teórico .................................................................................................................... 25
3.3. Estado del arte .................................................................................................................. 27
4. METODOLOGÍA ......................................................................................................................... 33
4.1. Área de estudio ................................................................................................................. 33
4.1.1. Generalidades ............................................................................................................. 33
4.1.2. Aspectos ambientales de la cuenca Quebrada Negra .......................................... 37
4.1.3. Aspectos ambientales de la cuenca río Negro ....................................................... 41
4.2. Construcción del modelo hidrológico ........................................................................ 45
4.2.1. División de cuencas hidrográficas: quebrada Negra y río Negro ........................ 45
4.2.2. Identificación de las características físicas ............................................................. 46
4.2.3. Configuración y creación del entorno del modelo hidrológico ............................. 47
4.2.4. Inserción de datos de subcuencas ........................................................................... 48
4.3. Evaluación del desempeño del modelo hidrológico .............................................. 57
4.4. Espacialización de la huella de inundación .............................................................. 60
4
4.4.1. Modelación Hidráulica ................................................................................................ 60
4.4.2. Generación de mapas de huellas de inundación ................................................... 61
5. RESULTADOS ............................................................................................................................ 62
5.1. Construcción del modelo hidrológico ........................................................................ 62
5.1.1. División de cuencas hidrográficas: quebrada Negra y río Negro ........................ 62
5.1.2. Identificación de las características físicas de quebrada Negra y río Negro ..... 63
5.1.3. Configuración y creación del entorno del modelo hidrológico ............................. 67
5.1.4. Inserción de datos de subcuencas ........................................................................... 68
5.2. Evaluación del desempeño del modelo hidrológico .............................................. 85
5.3. Espacialización de huella de inundación .................................................................. 88
6. DISCUSIÓN ................................................................................................................................. 93
CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 100
RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 102
REFERENCIAS ............................................................................................................................. 103
5
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. División político urbana del municipio de Útica. ................................ 34
Ilustración 2. División político urbana del municipio de Útica. ................................ 35
Ilustración 3. Zonificación hidrográfica del municipio de Útica ............................... 37
Ilustración 4. Distribución espacial de las estaciones limnimétricas y limnigráficas.
............................................................................................................................... 59
Ilustración 5. Mapa de división de cuencas hidrográficas; quebrada Negra y río
Negro ..................................................................................................................... 62
Ilustración 6. Curva hipsométrica para la cuenca río Negro .................................. 65
Ilustración 7.Curva hipsométrica para la cuenca quebrada Negra ........................ 66
Ilustración 8. Modelo hidrológico ........................................................................... 67
Ilustración 9. Distribución de los CN para las cuencas y subcuencas de análisis . 69
Ilustración 10. Distribución espacial de la red de polígonos de Thiessen. ............. 72
Ilustración 11. Distribución de la precipitación máxima en 24 horas Mensual
Multianual de las estaciones meteorológicas para el periodo 1976-2005 .............. 74
Ilustración 12. Prueba datos dudosos .................................................................... 75
Ilustración 13. Aplicación de la distribución de probabilidad de precipitación para la
estación de Supatá en el software HYFRAN ......................................................... 77
Ilustración 14. Curvas IDF estación Supatá metodología Aparicio ........................ 78
Ilustración 15. Hietograma 1 del periodo de retorno de 2 años para la estación
Supatá ................................................................................................................... 80
Ilustración 16. Curvas IDF estación Supatá metodología propuesta para Colombia
............................................................................................................................... 80
Ilustración 17. Hietograma 2 del periodo de retorno de 2 años para la estación
Supatá ................................................................................................................... 83
Ilustración 18. Hidrogramas de los caudales simulados en HEC-HMS a)
Hidrograma para la cuenca quebrada negra. b) Hidrograma para la cuenca río
Negro. (Metodología 1: Aparicio; Metodología 2: Vargas & Díaz) ......................... 84
Ilustración 19. Espacialización de la huella de inundación para los diferentes
periodos de retorno. ............................................................................................... 90
6
Ilustración 20. Velocidad del flujo de la inundación simulada para el periodo de
retorno 50 .............................................................................................................. 91
7
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Antecedentes de inundaciones, avenidas torrenciales y avalanchas en el
municipio de Útica. ................................................................................................ 20
Tabla 2. Cálculos para determinar las características físicas de una cuenca ........ 47
Tabla 3. Reclasificación de los parámetros para la identificación de CN ............... 49
Tabla 4. Estaciones meteorológicas, Coordenadas UTM Zona 18N ..................... 52
Tabla 5. Parámetro del cálculo IDF Colombia para la Región Andina ................... 55
Tabla 6. Estaciones limnigráficas y limnimétricas, Coordenadas UTM Zona 18N . 57
Tabla 7. Resultados del cálculo de las características físicas de la cuenca río
Negro y quebrada Negra ....................................................................................... 63
Tabla 8. Cálculo tiempo de concentración y Lag Time .......................................... 70
Tabla 9. Distribución de probabilidad Pearson Tipo III. ......................................... 76
Tabla 10. Método bloque alterno 1 para la estación Supatá para el periodo de
retorno de 2 años ................................................................................................... 79
Tabla 11. Método bloque alterno 2, estación Supatá para el periodo de retorno de
2 años .................................................................................................................... 81
Tabla 12. Valores de caudal para los diferentes periodos de retorno. ................... 85
Tabla 13. Parámetros calibrados del modelo hidrológico ...................................... 86
Tabla 14. Resultados del cálculo del índice de Nash-Sutcliffe (NSE) .................... 87
Tabla 15. Progreso de la inundación para T100 en función del tiempo. ................ 92
8
LISTA DE ECUACIONES
Ecuación 1. Curva Numero .................................................................................... 50
Ecuación 2. Lag Time ............................................................................................ 50
Ecuación 3. Tiempo de concentración Kirpich ....................................................... 51
Ecuación 4. Intensidad Aparicio ............................................................................. 55
Ecuación 5. Logaritmos ......................................................................................... 55
Ecuación 6. Intensidad Colombia .......................................................................... 55
Ecuación 7. Precipitación media ............................................................................ 56
Ecuación 8. Índice de Nash-Sutcliffe ..................................................................... 58
9
LISTA DE ACRÓNIMOS
CAR: Corporación Autónoma Regional
CN: Curva Número
D: Duración
Dd: Densidad de Drenaje
DEM: Modelo digital de Elevación
Est: Estación
F: Frecuencia
FAO: Organización de la Naciones Unidas de la Alimentación y la Agricultura
HEC-HMS: Centro de Ingeniería Hidrológica - Sistema de Modelado Hidrológico
HEC-RAS: Centro de Ingeniería Hidrológica - Sistema de Análisis Pluvial
HYFRAN: Análisis de frecuencia hidrológica
I: Intensidad
IDEAM: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales
IGAC: Instituto Geografico Agustin Codazzi
IPCC: Panel Intergubernamental de Cambio Climático
Kc: Coeficiente compacidad
Kf: Factor de forma
MDT: Modelo Digital del Terreno
OMM: Organización Meteorológica Mundial
S: sinuosidad
S1: Pendiente media del río
SIAC: Sistema de Información Ambiental de Colombia
Tc: Tiempo de concentración
Tlag: Lag Time - Tiempo de resago
Tr, T: Periodos de Retorno
UNGRD: Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de Desastres
PD: Plan de Desarrollo
Qda: Quebrada
10
RESUMEN
Las inundaciones son eventos propios y periódicos de la dinámica natural de las
cuencas hidrográficas, hacen referencia a la acumulación de agua fuera de los
cauces y áreas de reserva hídrica de las redes de drenaje, producidas por lluvias
persistentes que causan un aumento progresivo del nivel de las aguas contenidas
dentro de un cauce, con posibilidad de superar la altura de las orillas naturales o
artificiales (Gonzales, J. 2014). Se presentan debido a que los cauces de
escorrentía superan la capacidad de retención e infiltración del suelo y/o
capacidad de transporte de los canales. Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo
de esta investigación fue pronosticar las áreas de inundación para diferentes
periodos de retorno en el casco urbano del municipio de Útica, ubicado en el
departamento de Cundinamarca.
Para el pronóstico de las áreas de inundación la metodología se divide en tres
fases. En la primera se realiza el modelo hidrológico en el software HEC-HMS de
las cuencas quebrada Negra y río Negro; las cuales drenan en la periferia del
casco urbano de Útica, esta fase contempla la caracterización de estas y del
municipio, así como también la identificación y procesamiento de datos de
estaciones meteorológicas e hidrológicas. En la segunda fase, con el fin de
garantizar la confiabilidad del resultado del modelo hidrológico, se calibra y se
evalua el modelo por medio del índice Nash-Sutcliffe; en la tercera fase mediante
un modelo hidráulico se espacializan las áreas de inundación mediante el software
HEC-RAS y ArcGIS.
Como resultado, se obtiene una caracterización de las subcuencas tanto físicas
como ambientales, así como un modelo hidrológico compuesto por 30
subcuencas, 29 para la cuenca de río Negro y una para quebrada Negra.
Asimismo, en el modelo hidráulico se obtiene la simulación dinámica de
inundación, donde para los periodos de retorno de 2, 25, 50, 100 y 500 años se
presentan áreas de inundación de 17.4, 22.4, 23, 24 y 29.4 hectáreas
respectivamente.
11
Palabras clave: HEC-RAS, HEC-HMS, Modelación hidrológica, distribución de
probabilidad, simulación dinámica.
ABSTRACT
Floods are periodic events of the natural dynamics of hydrographic basins, they
refer to the accumulation of water outside the channels and water reserve areas of
the drainage networks produced by persistent rains that cause a progressive
increase in the level of the waters contained within a channel, with the possibility of
exceeding the height of the natural or artificial banks (Gonzales, J. 2014). They
occur because runoff channels exceed the retention and infiltration capacity of the
soil and / or transport capacity of the channels. Taking into account the above, the
objective of this research is to forecast the flood areas for different return periods in
the urban area of the municipality of Utica located in the department of
Cundinamarca.
For the forecasting of flood areas, the methodology is divided into three phases.
In the first, the hydrological model is carried out in the HEC-HMS software of the
quebrada Negra and río Negro basins; which drain in the periphery of the urban
area of Útica, this phase contemplated the characterization of these and the
municipality, as well as the identification of meteorological and hydrological
stations. In the second phase, in order to guarantee the reliability of the result of
the hydrological model, the model is calibrated and evaluated by means of the
Nash-Sutcliffe index and in the third by means of a hydraulic model, the flood
areas were specialized using the HEC-RAS and ArcGIS software.
As result, a characterization of both physical and environmental sub-basins is
obtained, as well as, a hydrological model composed of 30 sub-basins, 29 for the
río Negro basin and one for quebrada Negra. Likewise, in the hydraulic model, the
dynamic flood simulation is obtained, where for the return periods of 2, 25, 50, 100
and 500 years, there are flood areas of 17.4, 22.4, 23, 24 and 29.4 hectares
respectively.
12
Key Words: HEC-RAS, HEC-HMS, Hydrological modeling, probability distribution,
dynamic simulation, return periods
13
1. INTRODUCCIÓN
En Colombia, actualmente las inundaciones son consideradas como el desastre
natural más peligroso y dañino según datos del IDEAM, teniendo en cuenta que la
superficie periódicamente inundable es de 11’000.000 de hectáreas de 114.3
millones las cuales corresponde al 9.6% del territorio Nacional.
Además, cuenta con un ciclo hidrológico dinámico al estar ubicada en el
trópico, razón por la cual presenta variaciones en la distribución espacio temporal
de la precipitación, y otras variables climatológicas a causa de los procesos que
ocurren en los océanos pacifico, atlántico y mar caribe (Sedano, K., Carvajal, Y &
Ávila, A. 2013).
Los impactos en los factores ambientales, económicos, políticos y sociales, han
incrementado debido a la deficiencia en la gestión del suelo, de los recursos
hídricos y el inadecuado ordenamiento territorial, además de la creciente
urbanización en los valles de los ríos y modificación del curso de estos.
Este incremento de urbanización en la ribera de los ríos, se debe a que existe
un importante número de ciudades y cabeceras municipales, que por concepto de
abastecimiento del recurso hídrico o por la facilidad de transporte fluvial para la
comercialización, se ubican en cercanías de cuerpos de agua con riesgo por
inundación.
De esta forma, Colombia se ha visto en la necesidad de abordar
investigaciones sobre el comportamiento de variables climáticas e hidrológicas
para el pronóstico de inundaciones, que permitan generar planes de gestión de
riesgo más preventivos que reactivos.
El pronóstico de inundaciones, se desarrolla a partir de sistemas de
información geográfica y modelos estadísticos predictivos, que materializan las
posibles láminas de inundación y permiten caracterizar y representar al riesgo de
una forma más integral y visual, ayudando con ello a los tomadores de decisiones.
Por tal razón, existen cinco metodologías propuestas por la Universidad Nacional
de Colombia y el IDEAM, las cuales se sintetizan en métodos históricos, métodos
paleo hídricos, geológicos y geomorfológicos, hidrológicos e hidráulicos y asistidos
14
por sensores remotos; sin embargo recomiendan debido a la alta precisión los
modelamientos hidrológicos (Gonzales, J. 2014).
Por los motivos ya explicados y la ubicación del asentamiento del casco urbano
de Útica, además de los registros históricos de catástrofes por inundación, se
realiza la presente investigación, cuyo objetivo es aplicar una metodología para el
pronóstico de áreas de inundación en el sector urbanizado del municipio para
periodos futuros, cuyos resultados puedan ayudar a los tomadores de decisiones y
generar acciones que mitiguen o minimicen los posibles daños ante las
inundaciones, así como generar conocimiento y preparar la población ante
cualquier situación de emergencia por dichos eventos.
Para ello, se desarrolla una metodología basada en el método hidrológico e
hidráulico, por medio de Sistemas de Información Geográfica en los que se
encuentra QGIS, ArcGIS, HEC-HMS, HEC-GeoHMS, HYFRAN, Agisoft, HEC-
RAS, HEC-GeoRAS.
15
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En Colombia, las inundaciones se evidencian como un tema de gran interés
debido a la presencia de éstas a lo largo de la historia; puesto que, han generado
pérdidas económicas y humanas en muchos de los municipios que conforman el
territorio nacional. Sin embargo, la probabilidad a inundaciones y las
consecuencias que generan, no se han incluido en los procesos de planificación
territorial con la importancia que ameritan. Una de las principales razones, es la
falta de monitoreo y predicciones sustentadas en estudios locales para la gestión
del riesgo en el país (Gil, L. 2019., Güiza, L. 2012).
Útica posee complejidades geológicas, tectónicas y topográficas en la región
donde se asienta, que además de las condiciones meteorológicas, generan un
estado de vulnerabilidad ante inundaciones y avalanchas en el municipio,
producidas por la quebrada Negra y río Negro; tal como se presentó en 1988,
1990 y 2011 (Hernández, 2015). El 13 de noviembre de 1988, Útica sufrió los
embates de la naturaleza, pues los aguaceros y el represamiento de la quebrada
Negra provocaron el desbordamiento de está causando daños humanos y
materiales. Entre los sectores más afectados estuvieron el barrio Pueblo Viejo, La
Cita y La Culebrera; la población de éste último fue luego reubicada en un
asentamiento hoy conocido como La Unión, al occidente del casco urbano
(Alcaldía Municipal de Útica, 2018).
El municipio es conocido por propender de riesgo a deslizamientos y
desbordamiento del cauce del río Negro, debido a las múltiples fallas naturales
que posee el terreno y a la intensificación del caudal por causa de afluentes
secundarios que alimentan su cauce.
Por tal razón, en el acuerdo municipal N.°002 de 2014, se adoptó la revisión
general del Esquema de Ordenamiento Territorial, con énfasis en los
componentes de cambio climático y gestión integral del riesgo en el municipio de
Útica. Por la cual, se incorporaron obras de mitigación y protección ante riesgos
hidrológicos; no obstante, estas no están justificadas con estudios soportados en
modelos predictivos, que establezcan las áreas de influencia que podrían
16
corresponder a periodos de retorno comprendidos entre 2 y 500 años, es decir,
desde el corto al largo plazo, garantizando así, una gestión del riesgo más
efectiva.
2.1. Pregunta problema
¿Cuáles son las áreas de inundación, en el casco urbano del municipio de Útica,
para diferentes periodos de retorno, teniendo en cuenta la modelación hidrológica
de las cuencas quebrada Negra y río Negro?
2.2. Hipótesis
Se espera que el área afectada por inundaciones aumente, debido al incremento
del caudal por la intensificación de las precipitaciones. Se supone que las nuevas
distribuciones de la capacidad de transporte hídrico se ajusten a los patrones de
lluvia propios del municipio de Útica en los periodos de estudio, dando como
resultado un área de mayor influencia de inundación.
El tiempo de estudio está definido para los periodos de 2, 25, 50, 100 y 500
años, donde en el primer periodo se espera que permanezca constante respecto
al último evento de inundación de la quebrada Negra; y en el segundo haya
aumento de inundaciones en ambos afluentes, los cuales van a incrementar un
15% el área de inundación en comparación al 2011, donde se espera que el río
Negro genere una inundación al noreste del casco urbano de Útica.
Igualmente, se espera que para los periodos de 50 y 100 años el área afectada
por inundaciones aumente en un 5% respecto al anterior. Así mismo, para el
escenario de 500 años, estas áreas inundadas incrementarán en un 20%, debido
a las precipitaciones presentes y a la erosión que estas generan sobre los
márgenes de quebrada Negra y río Negro.
17
2.3. Objetivos
2.3.1. Objetivo general
Pronosticar las áreas de inundación en el casco urbano del municipio de Útica
(Cundinamarca), para diferentes periodos de retorno en la cuenca quebrada
Negra y río Negro
2.3.2. Objetivos específicos
1. Construir el modelo hidrológico de la cuenca del río Negro y quebrada Negra.
2. Evaluar el desempeño del modelo hidrológico.
3. Espacializar la huella de inundación para los periodos de retorno de 2, 25, 50,
100 y 500 años.
2.4. Justificación
Esta investigación se realiza debido al historial de inundaciones y avenidas
torrenciales que ha presentado el municipio, como fue el caso del 18 de abril de
1990, año en el cual Útica registró una avalancha similar a la ocurrida en 1988,
posteriormente, se reactivó con características semejantes el 25 de abril del 2011,
donde por el poco conocimiento de las características de las cuencas, el
asentamiento de Útica manifestó grandes consecuencias a nivel socioeconómico y
humano.
La recurrencia de estos fenómenos de inundación, pone en riesgo los recursos
naturales, la seguridad alimentaria y la salud humana; principalmente, a la
población de menor recurso económico ya que su capacidad de recuperarse es
más tardía, retrasando el desarrollo local y regional. El casco urbano del
municipio, colinda con la cuenca de la quebrada Negra y río Negro lo cual genera
que se presente una amenaza latente.
Ante la problemática e incertidumbre de conocer las áreas de incidencia de
inundación, se realiza un análisis hidrológico para diferentes periodos de retorno y
se generan mapas de inundación que sirven como guía para la toma de
decisiones y acciones de las entidades gubernamentales, en la planificación o
18
modificación del Esquema de Ordenamiento Territorial, política pública y la gestión
del riesgo en el municipio.
Es recurrente que en periodos de invierno, se vean afectadas aquellas
poblaciones que habitan en las zonas de ronda o adyacentes a los cursos de los
ríos, por esto, se considera importante realizar una modelación hidrológica que
brinde a las autoridades de planeación una base sólida, como parte de un sistema
espacial de decisiones en la formulación e implementación del EOT del municipio
de Útica y POMCAS de la cuenca quebrada Negra y río Negro.
Adicionalmente, este trabajo sirve como base para identificar puntos que
permitan realizar diagnósticos de amenaza y riesgo para proponer estructuras
hidráulicas que ayudaran al control de posibles inundaciones, como también
implementar acciones de prevención o control en las temporalidades en las que
probablemente ocurra una inundación en el municipio.
19
3. REVISIÓN DE LITERATURA
3.1. Antecedentes
El municipio de Útica, se encuentra en constante amenaza y se mantiene en alerta
por fenómenos de inundaciones debido a sus características geomorfológicas,
climatológicas e hidrológicas. La fuerte sedimentación en la quebrada Negra, ha
generado la pérdida progresiva en la capacidad de transportar su propio caudal
por lo que, al desbordarse por la margen derecha, afecta inmediatamente a la
población de Utica (Téllez, 1987).
Es así como el casco urbano es la zona más afectada, pues este se encuentra
ubicado en la confluencia de dos fuentes hídricas principales, con especial
cercanía a la quebrada Negra y río Negro (Alcaldía Municipal de Utica, 2012).
Las cuencas de quebrada Negra y río Negro se encuentran altamente
degradadas por la erosión y la remoción en masa, lo que permite la presencia de
un alto potencial para arrastrar los diferentes materiales depositados en estas;
además, estás poseen un alto nivel de sedimentación. (IDEAM, 2001;
INGEOMINAS, 2010).
Adicionalmente, debido a la inestabilidad del terreno, los deslizamientos en los
afluentes provocan taponamiento en los cauces; los fuertes inviernos y las
intensas épocas de lluvia entre los meses de abril a mayo y octubre a noviembre,
hacen al municipio susceptible a avalanchas, avenidas torrenciales e inundaciones
súbitas y progresivas (CAR, 2012).
De este modo, en la Tabla 1 se presenta una síntesis de los sucesos ocurridos en
el municipio, desde 1963 hasta 2015. Estos eventos, son obtenidos a partir de
información brindada por la plataforma DesInventar (www.desinventar.org);
además se cuenta con artículos periodísticos de los eventos presentados por
parte de diarios nacionales, en los cuales se establecieron los detalles del evento.
20
Tabla 1. Antecedentes de inundaciones, avenidas torrenciales y avalanchas en el municipio de
Útica.
Evento Fecha Descripción del evento Fuente
Inundación
1963 Inundación súbita que dejó 100 habitantes
con afectaciones materiales y salubres.
DesInventar 1972 Inundación progresiva
1979 Inundación progresiva
1984 Inundación progresiva
Avenida
torrencial 13/11/1988
“La quebrada Negra se salió de su cauce y
destruyó una buena parte del pueblo, pues no
existía nada que parara sus aguas, luego de
que se siguiera con la tala de árboles para el
cultivo de yuca, plátano y, fundamentalmente,
la caña que alimenta a los trapiches de la
zona para la producción de panela”.
El Espectador, El
Tiempo, RCN
Radio (2011)
Inundación Abril de 1990 Desbordamiento de la quebrada Negra CAR (2019)
Inundación
1996
Se registró una inundación súbita que
alcanzó a afectar 5 viviendas, 25 personas
con afectaciones en la salud.
DesInventar
1998 Inundación progresiva
2002
Inundación progresiva donde se presentó un
total de 230 habitantes y 7 viviendas
afectadas.
2005 Inundación progresiva
2009 Se presentaron inundaciones que afectaron
10 viviendas.
2011
En este año se reportaron en promedio 420
personas afectadas, tres muertes, 15 heridos,
993 viviendas afectadas, a causa del
desbordamiento de la quebrada Negra y río
Negro.
Avalancha 17/04/2011
“Luego de un torrencial aguacero en la región
volvieron a sonar las alarmas y en tan solo 28
minutos toda la población fue evacuada,
debido a una avalancha de más de siete
El Espectador
(2011)
El Universal
(2011)
21
metros de altura de lodo, piedra y troncos,
sobre el cauce de la quebrada Negra. Dejó
dos personas muertas y 800 damnificados”.
25/04/2011
“Gran avalancha arrasó el 90% del casco
urbano, afectando gravemente el municipio.
Dejando un saldo de más de 100 viviendas
destruidas, 120 seriamente dañadas y unos
2.000 damnificados, la mitad de la población
evacuada de esta población”.
El Espectador
(2011)
Inundación 2015 250 afectados DESINVENTAR
Por su parte, el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales
(IDEAM) en el 2014 presentó un informe titulado “Compilación y análisis de
información sobre registros de eventos de emergencia y desastre asociados al
clima en la región capital 1980 - 2010”, donde destacó los municipios que
presentaron el mayor número de eventos de desastres en ese periodo. Allí se
determinó que el municipio de Útica registró 18 inundaciones catalogadas como
evento desastroso por sus afectaciones. Información brindada con base en datos
históricos de UAEGRC - UNGR.
Debido a los eventos relevantes presentados hasta el 2011, a causa de la
desinformación de los gobernantes y pobladores acerca de la susceptibilidad del
municipio, la Organización de la Naciones Unidas de la Alimentación y la
Agricultura (FAO), presentó en el año 2012 un trabajo donde el propósito era
incluir todos los actores que tienen incidencia en el conflicto ambiental, para dar
con una solución y evitar nuevas catástrofes; sin embargo, al proyecto no se le dio
continuidad por causas no definidas (CAR, 2013).
No obstante, la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR),
consideró oportuno retomar la mesa de trabajo interinstitucional y conocer los
diferentes trabajos, planes y proyectos que se han realizado en el municipio por
las diferentes entidades; y así, tener una idea general de las posibles soluciones;
con el fin de reforzar la seguridad del municipio, la gestión del riesgo y los planes
22
de desarrollo, en pro del bienestar de los habitantes. De esta forma se creó la
Agenda Interinstitucional con el cual se promueve la disposición real y continua de
todos los actores involucrados (CAR, 2013).
Actualmente, Útica tiene un histórico de inundaciones de los cuales se
destacan cuatro eventos principales. Donde fuertes aguaceros sumados a la
intensa sedimentación, colmató los drenajes produciendo pérdida de capacidad de
transporte de su propio caudal. Tal es el caso de lo ocurrido el 13 de noviembre de
1988 y más tarde en abril de 1990, donde dos avalanchas sacudieron al municipio
dejando 3 muertos, 171 familias damnificadas, cerca de 80 viviendas destruidas y
cultivos arrasados.
Estos embates de la naturaleza producto de los torrenciales aguaceros y
represamiento de la quebrada Negra, provocaron el desbordamiento de la misma
causando daños humanos y materiales a tal punto de ser reubicada la población
del barrio La Culebra, ubicada al occidente del casco urbano hoy conocida como
La Unión, además de afectaciones en los barrios Pueblo Viejo y La Cita. (España,
J. 2012; Herreño, D & Olarte, J. 2016).
Adicionalmente, la diferencia en la altura de las inundaciones de 1988 y 1990
fue de 1 metro, produciéndose en el primer año alturas hasta de dos metros que
afectó infraestructura del municipio; mientras que, para el segundo caso la altura
máxima alcanzada fue de 3 metros causando la destrucción parcial de 15
viviendas ubicadas a la orilla de la quebrada Negra, como también causó daños
en la planta física del colegio y la escuela Manuel Murillo Toro (Hernández, 2015).
Por otra parte, los eventos ocurridos en 2011 provocados por avalanchas de la
quebrada Negra y río Negro sobre el casco urbano del municipio, se presentaron
en las temporadas de lluvia, destacando entre estos la avalancha del 25 de abril
que arraso el 90% del casco urbano, dejando un saldo de más de 100 viviendas
destruidas, 120 seriamente dañadas, 2000 damnificados y la mitad de la población
evacuada, además de la destrucción total de las dos sedes educativas que había
en el centro urbano.
23
Así mismo, en este año se presentó una serie de inundaciones que a lo largo
del año tuvo como consecuencia dos muertes, una persona desaparecida y más
de 15 heridos (España, J. 2012; Hernández, 2015). Sin embargo, se resalta que el
número de víctimas no fue mayor gracias a la oportuna alarma de las autoridades.
Ya que el municipio de Útica, ha sido una de las áreas urbanas más afectadas
en el crecimiento de los ríos, específicamente a causa del incremento de los
niveles de agua de la quebrada Negra y río Negro; la CAR realizó en el 2012 un
análisis de amenaza por inundación en el casco urbano de este municipio a causa
de la quebrada Negra y el río Negro, evaluando escenarios de aportes de
sedimentos y crecientes para los periodos de retorno de 20, 50 y 100 años,
utilizando 47 estaciones meteorológicas y la modelación hidrológica por medio del
sistema HEC-HMS, para generar caudales y simular el evento lluvia-escorrentía.
Igualmente se implementó el tránsito de distribución de crecientes mediante el
modelo hidráulico HEC-RAS, incluyendo información como lo fue topografía de los
ríos y batimetría de la planicie de inundación, determinando el nivel del agua en
cada sección transversal para obtener la línea de inundación con la información
hidrológica e hidráulica, y con la ayuda de la modelación matemática de HEC-
geoRAS se obtuvo en todos los casos que los caudales modelados para los
distintos periodos de retorno, no representan niveles de desbordamiento
significativos en la mayoría del tramo en los dos ríos (CAR, 2012).
En el 2015, se realizó una investigación sobre la comparación de criterios de
engrosamiento del flujo para la simulación de avalanchas, para dos casos
colombianos en los que se destaca el evento de inundación del río Combeima
ocurrido en el 2009 y en la quebrada Negra en 1988.
Los criterios de engrosamiento aplicados fueron O’Brien y Julien y el método
de Takahashi; orientado a estimar el caudal total de un flujo hiperconcentrado a
partir de la concentración volumétrica de sedimentos, y un tercer método
denominado “Ecuación de transporte con arrastre”. Estos tres métodos se integran
a la simulación mediante HEC-RAS y se compara con la información relacionada
para Combeima, con el comportamiento hidráulico mediante la simulación
24
hidráulica de los eventos en el modelo FLO-2D para periodos de retorno de 5, 10 y
25 años.
Sin embargo, para quebrada Negra ante la carencia de información de
caudales y niveles, fue necesario la estimación de los hidrogramas de entrada a
los modelos a partir de la aplicación de métodos sintéticos. Las tormentas
empleadas para la generación de los hidrogramas sintéticos tienen periodos de
retorno de 10 y 25 años, donde se utilizaron los caudales pico obtenidos por
Balanta de 154 m3/s y 187 m3/s respectivamente a la salida de la cuenca de la
quebrada en HEC-HMS. A estos se le aplicaron los criterios de engrosamiento en
HEC-RAS y en el modelo de FLO-2D, obteniendo caudales pico de las
simulaciones de 257 m3/s presentándose aproximadamente a las 1.05 horas para
10 años y de 311 m3/s para 25 años (Cubillos, P. 2015).
Por otra parte, existe la investigación denominada “Evaluación de riesgos de
flujo de detritos detonados por lluvia en el casco urbano de Útica ocasionado por
la quebrada Negra”, donde se obtuvo que las áreas en mayor riesgo fueron las
más cercanas a la quebrada, una vez realizado el análisis de lluvia y adicionado la
simulación del volumen de flujo de detritos para periodos de retorno comprendidos
en 10, 25 y 50 años.
Así mismo, se obtuvo el mapa de amenaza por flujo de detritos que abarca el
área total del municipio con zonificaciones de amenaza de media y baja, siendo la
primera localizada en los terrenos aledaños a los márgenes de quebrada Negra y
en menor proporción al río Negro y las medias en la parte central del casco
urbano. De esta forma, se definió la vulnerabilidad física para el casco urbano,
donde las edificaciones más afectadas para el periodo de 10 años son las
localizadas al margen derecho de la quebrada Negra. El riesgo económico para
estos periodos es en su mayoría categoría alta.
A partir de esta investigación, se concluye que los predios que presentarán
algún grado de vulnerabilidad, amenaza y riesgo por flujo de detritos se
presentarán una vez sean activados por las precipitaciones probables en los
periodos futuros (Sepúlveda, A. & Patiño, J. 2016).
25
Aunque los modelos predictivos por la herramienta HEC-RAS y HEC-HMS de
inundación resultan ser eficientes para el análisis de amenaza y riesgo, en el
municipio no se han desarrollado aún suficientes investigaciones aplicando esa
metodología a las dos cuencas en las que el casco urbano está asentado. Sin
embargo, existen análisis de sensibilidad global de múltiples métodos de modelos
de inundaciones tal como los aplicados por Pappenberger, F; Beven, K; Ratto, M
& Matgen, P. en el 2007 para el río Alzette en Luxemburgo, que resultarían
eficaces en el desarrollo de análisis de inundación en el casco urbano del
municipio.
3.2. Marco teórico
Un estudio hidrológico tiene como finalidad determinar los caudales máximos en
diferentes periodos de retorno, los cuales son una representación usada
comúnmente para presentar un estimativo de la probabilidad de ocurrencia de un
evento determinado en un tiempo específico; estos estudios se realizan a partir del
conocimiento de las características fisiográficas de una cuenca. Actualmente, con
el empleo de los modelos hidrológicos se puede realizar el mapeo, análisis y la
prevención de las inundaciones. Un modelo hidrológico es una representación
simplificada de un sistema real complejo llamado prototipo bajo forma física o
matemática (IDEAM, 2014).
Dentro de los eventos extremos de inundación se destacan las avenidas
torrenciales, que son un tipo de movimiento en masa que se desplazan
generalmente por los cauces de las quebradas, llegando a transportar volúmenes
importantes de sedimentos y escombros con velocidades peligrosas, debido a su
alto contenido de agua diferenciándose de las avalanchas, las cuales radican en el
desplazamiento o flujo de materiales por las laderas de las montañas con
cantidades de agua menores; así mismo, es importante diferenciar estos dos
fenómenos de origen natural ya antes mencionados con las inundaciones
progresivas, estas se presentan en las zonas planas cercanas a las riberas de los
ríos cuando las precipitaciones permanecen por largo tiempo. Muchas de ellas son
26
producto del comportamiento normal de los ríos, es decir, de su régimen de
aguas, ya que es habitual que en invierno aumente la cantidad de agua inundando
los terrenos cercanos (Caballero, 2011 & UNGRD, 2015).
Estos fenómenos, generan amenaza de origen hidrometerológico que es la
presencia de un peligro latente que se puedan presentar con una severidad
suficiente para causar daños desastrosos que afecten a una población. Una vez
haya ocurrido un evento de esta magnitud en un lugar, este entra a un estado de
susceptibilidad, es decir, a un grado de probabilidad espacial de ocurrencia de
nuevos eventos o reactivación de estos. La exposición a estos fenómenos, lleva a
determinar las pérdidas económicas sociales y ambientales esperadas; lo cual
guarda relación entre la amenaza y la susceptibilidad definiéndose como riesgo
(UNGRD, 2015).
Considerándose una inundación, como la ocupación por parte del agua en
zonas que habitualmente están libres de esta, por factores que provocan
desbordamiento de ríos. La mayor parte de los autores coinciden en el uso de
varias herramientas, como lo son los modelos de elevación digital empleando los
Sistemas de Información Geográfica, para determinar la extensión de una
inundación y los niveles máximos de agua, para el establecimiento de zonas
susceptibles a este tipo de fenómenos (Bocco et al., 1995; Robayo, 2005;
Mosquera et al.,2019).
Es allí, donde se han empleado modelos hidrodinámicos unidimensionales que
consisten, en que una de las dimensiones prevalece sobre las otras dos, esta
dimensión es la longitudinal a lo largo del eje del río o canal y bidimensionales
cuando se consideran las variaciones en las dos dimensiones del plano horizontal,
la velocidad u otra magnitud de interés en la columna vertical de agua se
promedian y se asumen como un único valor, tales como HEC-RAS y River 2D
respectivamente (Vanegas, et al 2016).
HEC-RAS, permite pronosticar la dinámica de los niveles de agua en los
eventos hidrometereológicos extremos de inundación (Bermudez & Marinez,
2016). Este software fue desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados
27
Unidos “U.S. Corp. of Engineers, Hydrological Engineering Center, HEC” y HEC-
GeoRAS, como su extensión para el pre-pos procesamiento de los datos en
ArcGIS que simula para flujo permanente y no permanente. En el primero las
condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el
tiempo, mientras que en el segundo las propiedades de un fluido y las
características mecánicas del mismo, serán diferentes de un punto a otro dentro
de su campo evidenciando variaciones con el tiempo (Mora & Ochoa, 2016).
El desarrollo de estas metodologías, permite generar una base sólida para la
toma de decisiones en los planes de gestión de riesgo, los cuales se definen como
un instrumento de estrategias de desarrollo que comprende actividades y acciones
que buscan dar a conocer y poner en práctica estrategias, conceptos y
metodologías para poder reducir riesgos, prevenir desastres y responder a
posibles eventos que se presenten en una zona susceptible a una amenaza.
3.3. Estado del arte
Colombia en los últimos años ha presentado emergencias por inundación y
deslizamientos en las zonas cercanas a cuerpos de aguas, actualmente,
atribuidas a la variabilidad y el cambio climático, pues se vienen presentando
frecuentes anomalías de precipitación (Díaz et al. 2013), que anexas a las
características físicas de la cuenca estimulan y potencializan la probabilidad de
provocar inundaciones que afectan a las poblaciones.
El Sistema de Información Ambiental de Colombia (SIAC) facilita el registro y la
extensión probable o potencial de inundaciones a través de mapas disponibles a
escala 1:100000 para 22 departamentos de Colombia (SIAC, 2013).
Adicionalmente, se han adelantado investigaciones a nivel local e
internacional, sobre modelaciones hidrológicas para el análisis y predicción de
inundaciones, puesto que estas son uno de los riesgos de origen natural más
costosos y se hace necesario crear un plan de prevención, por tal razón se
implementa cálculos hidrodinámicos, por medio de modelos hidráulicos como lo es
HEC-RAS, HEC-HMS y HEC-GeoRAS.
28
En el arroyo Slatvinec en la aldea de Kruzlov, Eslovaquia se realizó una
modelación del riesgo de inundación, con el fin de mitigar las amenazas y proteger
el área evaluada después de los desastres causados en el 2010, para esto se
ejecutó un modelamiento en HEC-RAS para calcular el nivel de agua y un modelo
hidrodinámico utilizando el levantamiento geométrico, con ayuda del software
ArcGIS con el fin de crear líneas de flujo de agua, de bancos y perfiles cruzados
cada 40 metros. Los resultados de dicho modelo son las alturas del nivel de agua
para cada sección transversal basadas en el flujo de 105 m3, para un periodo de
retorno de 100 años y de esta forma se obtuvieron los mapas de huella de
inundación; suponiendo que no haya medidas estructurales de protección se
realizó un análisis de costos para el área inundada (Zeleňáková et al. 2018).
De igual modo, en el año 2015 se realizó un modelamiento de la capacidad de
inundación del río Biala en los Carpatos Polacos, para determinar una
comparación de las condiciones de un canal restringido y libre. Para esto se
seleccionaron siete puntos ubicados en la sección superior del corredor
erosionable y otros tres en la inferior en el curso de la ladera del río. Para cada
punto se ubicaron secciones transversales a una distancia de 8 a 44 km de la
fuente del río, estas se estimaron utilizando una formula empírica derivada del
estudio hidrométrico de Polonia, a partir de observaciones de cuencas calibradas
y las descargas se calcularon para 12 intervalos de recurrencia en los que se
destacaron 2, 5, 20 y 50 años.
En este estudio, se utilizó el modelo unidimensional de flujo constante HEC-
RAS, donde se determinaron las condiciones hidráulicas de los flujos de
inundación entre secciones, los cuales se trasportan principalmente en la zona de
canal, demostrando un retardo en la llanura de inundación para cada periodo de
retorno (Czech, w. et al 2015).
Así mismo, en la cuenca Medjerda la cual ha presentado un gran historial de
inundaciones estacionales en Túnez (África), se han realizado varios estudios de
modelaciones hidrológicas, de las cuales se destacan el mapeo de inundación con
imágenes Sentinel al norte del país, mapeo y predicción espacio temporal de
29
llanuras usando SIG y HEC-RAS; ambos estudios han tenido como base la
inundación de febrero del 2015, para determinar el alcance del peligro hidráulico a
través de mapas de inundación y de esta forma crear planes de gestión de riesgo.
Frente a la validación de los resultados, comparados con datos reales
representados en la imagen Sentinel, con el mapa que delimita las zonas de
inundación obtenidas del proceso de datos en HEC-RAS, la detección de agua se
ajustó a los datos derivados del procesamiento de la imagen satelital frente a la
inundación (Ezzine, A. et al. 2018; Khalfallahetal, C. & Saidini, S., 2018).
En el segundo caso, para examinar cambios en el río se utilizaron 248
secciones transversales, de igual forma para llevar a cabo pruebas estadísticas y
calcular los periodos de retorno, se utilizó el software
Hydrological Frequency Analysis (HYFRAN), que posee herramientas que pueden
usarse en el análisis estadístico de eventos extremos el cual, en dicho estudio se
utilizó para estimar el evento futuro y posteriormente hacer el modelamiento
hidrológico en HEC-RAS, en cuanto a la calibración y validación, se llevó a cabo
utilizando el hidrógrama de temporadas de inundación de 2015 y se obtuvo buena
correlación entre los parámetros simulados y los medidos ( Khalfallah, C. &
Saidini, S., 2018).
En el año 2006, se realizó un estudio en la provincia de Málaga (España),
obteniendo experiencias en los métodos de cálculo de mejor aplicación frente a la
observación real de inundaciones, comparada con la predicción del modelo HEC y
su modificación, en razón de los riesgos asociados tales como “peligrosidad de
erosión hídrica, movimientos gravitacionales e inundación, así como los puntos e
interferencia de la red hídrica”. Sin embargo, el nivel de ajuste entre la predicción y
la realidad presentó una tendencia a la minusvaloración del área inundable
proporcional a la magnitud del evento, no obstante, la predicción de este modelo
se ajusta tanto a la distribución de la lámina de agua como a la magnitud de su
expansión (Perles et al. 2006).
En el río pescadillo en Manabí (Ecuador), se realizó una simulación hidráulica
en el programa HEC-RAS, con el fin de levantar la geometría del canal e
30
identificar zonas en riesgo de inundación con la extensión HEC-geoRAS. En la
simulación se trazaron 28 secciones transversales separadas a 800 metros con un
caudal simulado de 61,4 m3 s-1, y una pendiente aguas abajo de 0,0025 mm-1 lo
anterior a partir de datos geométricos generados de un modelo de elevación digital
de 50 metros de resolución de la zona de estudio, en efectos resultó que la posible
área a ser afectada abarca 18,72 Km2.
Las manchas simuladas de inundaciones anuales para el 2016 fueron cuatro
en las márgenes del río, que brindan información sobre la ubicación de las zonas
de desbordamiento, las cuales fueron tres en el borde izquierdo del río pescadillo
y una en el derecho (Cartaya & Eduarte, 2016).
El modelado de inundaciones ha mejorado mucho en los últimos años con el
avance de las herramientas geomáticas y los sistemas de información geográfica,
creando oportunidades de estudio acerca de la distribución, características,
intensidad y mapeo de inundaciones por medio de software como el HEC-RAS y
la extensión HEC-geoRAS, utilizadas en investigaciones como las realizadas en el
Oasis la Purísima, ubicado en Baja California México, la cuenca del río Neka,
provincia de Mazandaran Irán, el lago Glaciar Cirenmaco, Zhangzangbo valle en
Himalaya central, la cuenca del río Yang en Tailandia y la simulación hidráulica del
río Otum entre otras
Actualmente, en Colombia se desarrollan investigaciones con el fin de
determinar áreas de inundación para diferentes periodos, puesto que es una
herramienta clave para la elaboración de proyectos de gestión del riesgo en
diferentes municipios vulnerables del país. Es así como se aplican metodologías
que pretendan arrojar resultados verídicos.
Los proyectos de investigación especializados en amenazas por inundación,
usualmente presentan modelaciones con la herramienta HEC-geoRAS, la cual
consiste principalmente en realizar un tratamiento inicial de los datos por medio
del trazo de secciones transversales, es decir, la delimitación de los bancos, la
trayectoria de flujo, el uso actual del suelo y los valores de índice de rugosidad.
31
En cuanto al desarrollo del modelo hidráulico, se tienen en cuenta los datos
geométricos, datos de caudales y las condiciones de contorno, con el objeto de
ser introducidos en el programa y desarrollar cálculos hidráulicos. Algunos pasos
se realizan en ArcGIS, a fin de integrar todo en un sistema de información
geográfica, esto se hace con una extensión del HEC-geoRAS (Mariño, W. &
Ochoa R., 2016).
La comparación de metodologías de modelación de inundaciones fluviales, en
HEC-RAS y RIVER 2D en la quebrada la Viga ubicada en Valle de Cauca
(Colombia), se concluye que el modelo HEC-RAS resultó ser más amigable y
eficiente desde el punto de vista computacional. Así mismo, arrojó una
aproximación apropiada de las zonas de posible inundación comparada con el
modelamiento de RIVER 2D, el modelo es limitado cuando se quiere representar
inundaciones al no poder simular la difusión lateral de las ondas de crecida, y el
manejo por secciones de la topografía y no como una superficie (Velásquez,
2014).
Existen metodologías donde se pueden generar mapas de inundación y
clasificar las zonas de amenaza, tal es el caso del desarrollo de modelación
hidrológica para el estudio de inundación en el río Frio en el municipio de Chía; a
partir de la información registrada por el IDEAM, la CAR y el IGAC se definió la
distribución espacial de la precipitación media y la distribución temporal, mediante
un histograma de precipitación media mensual a partir de los registros de
precipitación total, temperatura, humedad de las estaciones características de la
zona, análisis y transposición de caudales para la modelación hidrológica.
En esta etapa se generó un modelo digital de elevación en ArcGIS y en
AutoCAD Civil se creó la geometría del cauce del río, en cuanto a la modelación
se realizó con las condiciones de frontera como la pendiente del río igual a
0.00048 m m-1, luego de ello se exportó a HEC-RAS, generando resultados
hidráulicos y posterior a esto se generaron las tres manchas de inundación con las
láminas de agua obtenidas para los diferentes periodos de retorno de 50 y 100
años (Quintana, 2017).
32
Algunas de las aplicaciones del protocolo de modelación Hidrológica son: la
disponibilidad de agua, drenaje urbano, pronóstico de inundaciones, impactos
urbanísticos, diseño de presas, reducción de impactos en rompimiento de presas,
regulación de llanuras de inundación e hidrología en humedales (Vargas, N. et al,
2018)
33
4. METODOLOGÍA
La metodología a desarrollar se adapta de la propuesta de la Universidad Nacional
de Colombia y el IDEAM para realizar los modelos estadísticos predictivos, así
mismo se aplica el método para calibrar y evaluar el modelo hidrológico propuesto
por Cabrera, J., Timbe, L. & Crespo, P. 2019; de igual forma se ajustaron otras
metodologías propuestas por diferentes autores como se explican a continuación.
En primera instancia, se realiza una revisión e información secundaria para
conocer las características generales del área de estudio, lo cual sirve de base
para establecer parámetros de ajuste en el software a utilizar y en los cálculos de
las variables. Luego, se realiza la construcción y evaluación de desempeño del
modelo hidrológico. Finalmente, se especializa la huella de inundación en las
cuencas, para cada periodo de retorno.
4.1. Área de estudio
4.1.1. Generalidades
Útica es un municipio de Cundinamarca (Colombia), ubicado en la Provincia del
Gualivá, se encuentra a 119 km de Bogotá, con una altura que oscila entre los 400
a 1600 metros sobre el nivel del mar y cuenta con una extensión territorial de
9.233 hectáreas de las cuales 204 corresponden al área del casco urbano; su
cabecera municipal se encuentra en 5º 11' 19" Latitud Norte y 74° 28' 49" Longitud
Oeste (Concejo Municipal Útica, 2014).
El límite geográfico del municipio de Útica hacia el norte se encuentra en el
punto de unión de los ríos Patá y Zumbe; además de ser el punto de encuentro
entre los municipios de La Palma y Caparrapí. Hacia el oeste, en la unión del
municipio de La Palma y La Peña, a través de la Cuchilla Guaduales y El Pintado,
quebradas Turtur, Terama y Galindo; Loma Guadual y Verde, hasta la Inspección
de Policía de Tobia. Hacia el este en la unión de los municipios Caparrapí y
Guaduas. Hacia el sur limita con el municipio de quebrada Negra y Nimaima
(Alcaldía Municipal de Utica Cundinamarca, 2019). Como se muestra en la
Ilustración 1
34
El casco urbano se ubica en la confluencia de las fuentes hídricas más
importantes, río Negro y quebrada Negra; tiene un área de 204 hectáreas y está
conformado por 13 barrios en los que se encuentran Bogotá, Centro, Alfonso
López, Gaitán, Ciudadela de los Comuneros, La granja, La Unión, La cita, Boyacá,
La estación, Pueblo Viejo, Altos de pedregal y las Brisas (Ver Ilustración 2).
El municipio posee gran oferta hídrica, a causa de la abundancia de nacederos
y cuerpos de agua, constituyendo su principal patrimonio natural. Muchos de sus
recursos hídricos presentan deforestación y elementos contaminantes,
principalmente la cuenca del río Negro; de esta se beneficia el acueducto urbano.
En general los ríos y quebradas son de carácter torrencial, debido, especialmente
a lo estrecho de los cauces. En temporadas invernales, las lluvias aumentan los
Ilustración 1. División político urbana del municipio de Útica.
35
caudales de los ríos y quebradas en el municipio de Útica (Alcaldía Municipal de
Utica, 2012 & Concejo Municipal Útica, 2014).
En el área del municipio de Útica, se registra la presencia de formaciones
geológicas pertenecientes a los periodos cretáceos. Se constituye por una
secuencia de roca afectada por fallas y plegamientos, donde se identifican dos
zonas morfodinámicas diferentes. Una de ellas ubicada al nororiente y suroriente
del casco urbano de Útica, una presenta una secuencia de rocas blandas como
lutitas, con pendientes estructurales que presentan fenómenos de remoción en
masa localizados. La segunda zona morfodinámica, ubicada en las laderas altas
orientales de la quebrada la Negra, está conformada por paquetes de rocas duras
en la que predominan las areniscas cuarzosas, en pendientes largas empinadas y
valles en V, los depósitos coluviales en esta zona se encuentran recostados en
Ilustración 2. División político urbana del municipio de Útica.
36
equilibrio precario sobre las laderas, presentando fenómenos de remoción en
masa, particularmente reptación y deslizamientos.
La siguiente unidad del cretáceo representada en la zona es la Formación
Villeta, compuesta por alternancia de areniscas, lodolitas calcáreas, lutitas blandas
y plásticas. Villeta inferior es la última formación cretácea en la zona, conocida
también como lutitas de la Quebrada La Negra, constituida por una secuencia
monótona de lutitas blandas y deleznables; con esporádicas intercalaciones de
calizas y limolitas calcáreas, así como areniscas. La secuencia en general es
predominantemente arcillosa, blanda y poco resistente a la erosión; muy
tectonizada. Esta formación se encuentra cubierta por sedimentos cuaternarios,
cuya formación comprende dos zonas morfodinámicas: la primera corresponde a
la franja axial de la cuenca de la quebrada La Negra y valles laterales, y la
segunda comprende áreas del relieve mayor.
4.1.1.1 Zonificación hidrográfica del municipio de Útica
Útica hace parte de cinco subcuencas (Ilustración 3): subcuenca quebrada Negra,
subcuenca río Patá, subcuenca quebrada Terama, y la subcuenca río Negro 1 y 2.
En general las subcuencas hidrográficas se encuentran desprotegidas de bosque
y cubierta natural, lo que genera procesos erosivos de gran consideración y
magnitud, como el arrastre de sedimentos, remociones en masa, desplomes y
avalanchas. A lo anterior se adiciona los problemas de contaminación por la mala
disposición de basuras, vertimiento de aguas residuales y contaminantes químicos
por la actividad agrícola intensiva (Alcaldía Municipal de Utica Cundinamarca,
2010).
37
4.1.2. Aspectos ambientales de la cuenca Quebrada Negra
Clima
Para la cuenca de la quebrada Negra según el informe de la Corporación
Autónoma Regional (CAR) en el 2009, basado en el sistema unificado de Caldas
Lang, se presentan condiciones de humedad que varían de semiárido en la parte
baja de la cuenca sobre la vertiente occidental en el piso térmico frio, semihúmedo
en la parte media de la cuenca sobre el valle que forma la quebrada Negra y
húmedo en los pisos térmicos frio, páramo bajo y páramo alto en la parte alta de la
cuenca sobre la vertiente oriental.
Los valores medios mensuales de los máximos y mínimos de temperatura no
presentan grandes diferencias a lo largo del año con respecto al promedio anual,
Ilustración 3. Zonificación hidrográfica del municipio de Útica
38
obteniendo temperaturas máximas de 28.8 °C en agosto y mínimas de 14.4 °C en
noviembre.
En cuanto a la precipitación, se mantiene el patrón de aumento en la medida
que se desciende en la altura, variando desde los 1500 mm en el nacimiento de la
quebrada Chorrera, afluente de la quebrada Negra hasta los 1350 mm en la
confluencia de la quebrada Negra en el río Negro, con mayores precipitaciones
sobre la vertiente oriental de la cuenca especialmente en la parte alta en
jurisdicción del municipio de Quebradanegra. El promedio anual de la precipitación
de la cuenca de la quebrada Negra es de 1403.4 mm (CAR, 2012).
Hidrología
La quebrada Negra baña los municipios de Útica y Quebradanegra, en su
nacimiento toma el nombre de quebrada Esmeralda, drena en dirección
predominantemente suroeste - noreste hasta su desembocadura en el río Negro a
la altura de la zona urbana del municipio de Útica, recibiendo los aportes de las
quebradas Agua Clara y La Papaya por la margen izquierda, la cual presenta
mayor desarrollo de drenaje, teniendo como característica predominante el
régimen torrencial de todas las corrientes que conforman la cuenca de la
quebrada Negra.
Se encuentra localizada en la zona suroeste de la cuenca del río Negro, limita
al norte con la subcuenca del río Medio Negro, al 0riente con la subcuenca del río
Medio 2, al occidente con la subcuenca del río Medio Negro y río Guaduero y al
sur con la subcuenca del río Tobia (Herrera, S. 2016).
Dentro de la cuenca quebrada Negra se encuentran las microcuencas;
quebrada Chorrera, quebrada Platanera, quebrada Agua Clara, quebrada La
Abuelita, quebrada Amargosa, quebrada El Descanso, quebrada La Papaya,
quebrada Rivera y quebrada Seca.
Geología
En cuanto a unidades estratigráficas se presenta el Bloque del Valle Medio del
Magdalena – Guaduas, donde se destaca el grupo Guaguaquí (Kgg), el grupo
Olini (Kso) conformado por la Formación Lidita Inferior, Nivel de Lutitas y
39
Formación Lidita Superior. Además, el Bloque del Anticlinal De Villeta; localizado
en la parte centro – occidental del departamento, limitado al oeste por la Falla de
Bituima - La Salina y al este por la base del escarpe prominente, representado por
las arenitas del Grupo Guadalupe, que coincide en la mayoría de los sitios con un
sistema de fallas de cabalgamiento entre las que se encuentran las fallas de Fusa-
Quininí-Supatá. Caracterizado por la Formación Útica (Kiut), grupo Villeta,
Formación Trincheras (Kitr), Formación Socotá (Kis), Formación Capotes (Kic) y
Formación Hiló (Kih).
Para la cuenca quebrada Negra se reportan manifestaciones de minerales
industriales (minerales básicos como Hierro, Cobre, etc), sin embargo, se trata de
yacimientos de importancia económica que han permitido desarrollos mineros
artesanales (incipientes) especialmente en lo relacionado con carbones,
materiales de construcción y esmeraldas. Para esta cuenca solo se reportan
títulos mineros relacionados con explotaciones de materiales de construcción y
calcita.
Presenta geoformas de origen aluvial asociados a acumulación y erosión
aluvial, representados por depósitos de llanuras aluviales, terrazas aluviales y
valles aluviales, así como fluviolacustres; Los procesos erosivos que afectan esta
unidad son escurrimiento hídrico superficial, carcavamiento y remoción en masa.
También, se presenta pequeños flujos de abanicos sobre las zonas que caen de
las quebradas a los cauces principales y desprendimientos de rocas sobre las
laderas empinadas de los valles.
Adicionalmente, presenta geoformas de origen denudacional especialmente
referidas a procesos erosivos modeladores del paisaje, que actúan sobre rocas
blandas, rocas intensamente fracturadas y meteorizadas. Así mismo, geoformas
de origen Estructural. Por tratarse de una zona con intenso fracturamiento los
rasgos heredados de los procesos tectónicos se ven reflejados en las formas
asociadas a este fracturamiento (frentes estructurales, etc.).
Se trata de una cuenca muy activa desde el punto de vista geomorfológico,
dadas las condiciones topográficas (predominio de pendientes mayores de 30%),
40
en condiciones climáticas variables con precipitaciones medias anuales superiores
a los 1800 mm; conformada por rocas con intensa afectación tectónica y además
una alta densidad de depósitos coluviales a lo largo de la cuenca.
Suelos
Los suelos se caracterizan por ser bien drenados, profundos a moderadamente
profundos (limitados por presencia de fragmentos de roca en el perfil) de texturas
finas y evolucionados a partir de rocas clásicas limo-arcillosas y conglomeráticas.
La unidad cartográfica la integran en un 60% los suelos Dystric Eutrudepts y
40% de Humic Eutrudepts, están localizados en sectores de pendiente 12-25%;
las laderas son medias a largas, rectilíneas y convexas y las cimas estrechas. Los
suelos se caracterizan por ser bien drenados, profundos, de texturas finas y
derivados de rocas clásticas limo-arcillosas.
El horizonte A del suelo se extiende de 0 a 30 cm de profundidad, es pardo
oscuro de textura arcillo limosa y estructura en bloques subangulares
moderadamente desarrollada; a partir de los 30 cm aparece el horizonte B, pardo
amarillento oscuro, de textura arcillosa y estructura en bloques subangulares
débilmente desarrollada; el horizonte C, aparece en promedio a partir de los 70
cm, es de color oliva, textura franca arcillo limosa (50% de fragmentos) y sin
desarrollo estructural (suelta).
La saturación de bases de estos suelos es alta, los niveles de calcio, magnesio
y potasio son medios a altos, el fósforo presenta contenidos bajos en los
horizontes superficiales, la reacción es mediana a ligeramente ácida y la fertilidad
alta. Actúa como limitante para el uso agropecuario de estos suelos la
pedregosidad superficial, que dificulta las labores de mecanización y retención de
humedad del suelo.
Cobertura de la tierra
Formación Bosque Seco Tropical
Esta formación se ubica en el norte y centro de la subcuenca, sobre los municipios
de Útica y quebrada Negra, y en una menor proporción sobre el municipio de
41
Guaduas. Cubre un área de 30.63 Km2 que equivalen al 43,67% del área total,
asciende desde los 500 hasta los 1.000 msnm.
Dentro de la cuenca esta formación se encuentra altamente alterada, el
cubrimiento de los relictos de bosques es de 0,83% y el total de las coberturas
naturales es de 15,35%, contrastando con el cubrimiento de las zonas dedicadas
a las actividades agropecuarias que es del 82,52%.
Formación Bosque Húmedo Premontano
En esta formación se encuentra la conocida franja cafetera, está localizada
como una franja continua en el sur, oriente y occidente de la subcuenca, sobre el
municipio de quebrada Negra, y en una pequeña área en los municipios de
Guaduas y Útica, Cubre el 56,33% del área total que equivalen a 39.51 Km2, se
extiende desde los 1.000 hasta los 2.100 msnm.
Las coberturas naturales casi han desaparecido en su totalidad, pues solamente
cubren el 6,04% del área para la formación, mientras que las zonas transformadas
representan el 93,75% del área total, evidenciando el alto grado de degradación
de la formación. La principal causa de este deterioro se debe a la expansión de la
frontera agrícola y utilización de prácticas productivas no sostenibles.
4.1.3. Aspectos ambientales de la cuenca río Negro
Clima
Presenta valores de precipitación que fluctúan entre los 500 y 1300 mm,
presentándose los valores más altos en la parte noroccidental y los valores más
bajos en la zona sur de la subcuenca, posee una temperatura media cercana a los
13 ºC, clasificando la zona como clima frio húmedo y algunos sectores de frio
seco.
Hidrología
El río Negro nace en el municipio de Pacho (Cundinamarca) y drena un área de
4446 km2, de los cuales 2091 km2 pertenecen a la cuenca de estudio de esta
investigación. Drena en su tramo de mayor torrencialidad en dirección suroeste –
noreste hasta su unión con el río Murca en el municipio de El Peñón, en donde el
río cambia de rumbo por condiciones geológicas locales, cortando un valle
42
estrecho en dirección este – oeste hasta la confluencia con el río Guaduero, en
jurisdicción del municipio de Guaduas, recibiendo los aportes de los ríos Pinzaima
y Villeta y las quebradas Negra y Guaduero por la margen izquierda y el río Patá y
la quebrada Furatena por la margen derecha.
Está conformada por 16 cuencas de tercer orden: ríos Bajo Negro, Guaguaquí,
Terán, Macopay, Cambras, Guatachí, Guaduero, Medio Negro 1 y 2, Patá, Tobia,
Pinzaima, Murca, Alto Negro y quebradas Guaguaquí, Guatachí, Negra y Terama
(Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca, 2012). Tiene como
característica principal la alta oferta hídrica y las bajas densidades de población.
A partir de la unión del río Guaduero con el río Negro, esta gira en dirección sur
norte hasta su desembocadura en el río Magdalena en el municipio de Puerto
Salgar, drenando una zona predominantemente plana correspondiente a un
relieve de llanura aluvial y recibiendo las aguas de los ríos Macopay, Terán y
Guaguaquí y la quebrada Guatachí por la margen oriental, la cual presenta mayor
desarrollo de drenaje.
En general se trata de una cuenca de poca importancia hidrogeológica, ya que
las rocas aflorantes son principalmente impermeables a excepción de algunas
formaciones de areniscas (Grupo Guadalupe y areniscas de Chiquinquirá, así
como rocas calcáreas que por disolución pueden representar acuíferos
importantes.
Geología
La cuenca río Negro está conformada principalmente por rocas de origen
sedimentario y se destaca la presencia de dos cuerpos intrusivos. Esas rocas
están localizadas en cuencas o bloques limitados entre sí por grandes fallas,
donde las unidades presentan características faciales particulares. La descripción
de las unidades litoestratigráficas aflorantes en la cuenca se ha basado en tres
tipos de nomenclaturas estratigráficas de acuerdo con los tres principales bloques
que constituyen el área Valle Medio del Magdalena, Guaduas y el anticlinorio de
Villeta Sabana de Bogotá.
43
Comprende el área norte-centro del departamento de Cundinamarca y se
encuentra rodeada por las cuencas del río Magdalena al occidente, río Bogotá al
sur y río Negro al oriente. El límite norte de la cuenca es la cuenca del río Negro
en jurisdicción del departamento de Boyacá. Cubre principalmente la vertiente
occidental de la cordillera Oriental y limita desde el punto de vista fisiográfico con
el valle del Magdalena al occidente, la Sabana de Bogotá al sur y oriente y se
observa la continuidad fisiográfica con la cuenca del río Negro al oriente.
En términos generales la cuenca del río Negro, se encuentra sobre zonas de
fuertes pendientes en predominio de paisajes de montaña donde los rasgos
morfológicos están dominados por rasgos estructurales como fallas y
plegamientos. Se observa la configuración de pendientes dentro de la cuenca del
río Negro, en donde más del 80% del área se encuentra en zonas de pendientes
mayores de 80% y solo el sector norte de la cuenca y algunos sectores aislados
dentro de la misma presenta valores de pendientes menores de 12% (planos a
semiplanos).
Suelos
Los paisajes más representativos en la cuenca de río Negro lo constituyen los
valles y las montañas de la cordillera Oriental, igualmente la cuenca presenta
problemas de inestabilidad con procesos de remoción, deslizamientos y
desplomes originados por los tipos de suelos, por la humedad.
Estos suelos presentan en general contenidos medios a altos de calcio,
magnesio, potasio y fósforo, capacidad de intercambio catiónico y saturación de
bases altas, reacción ligeramente ácida a neutra en superficie y fuertemente ácida
en profundidad; la fertilidad es alta. Como inclusión de la unidad cartográfica se
encuentran los afloramientos rocosos que ocupan aproximadamente el 15% de la
unidad. Las principales limitantes para uso agropecuario son las pendientes
fuertes, la alta susceptibilidad a los fenómenos erosivos y de remoción en masa y
el drenaje excesivo.
Otro de los componentes de la asociación lo constituye los suelos del subgrupo
taxonómico Humic Eutrudepts, que se localizan en laderas con pendiente
44
dominante 50-75%. Como inclusiones de esta unidad se tienen los suelos Andic
Dystrudepts, que se localizan en pendientes 25-50%; son profundos, bien
drenados, de texturas medias y distribución de horizontes. Formando parte
también de las inclusiones se encuentran los suelos Humic Dystrudepts,
distribuidos en laderas de pendientes 25-50%, caracterizados por ser profundos,
bien drenados, de texturas finas a medias, reacción muy fuerte a fuertemente
ácida, media a alta capacidad de intercambio catiónico, baja saturación de bases y
en general bajos contenidos de calcio, magnesio, fósforo y potasio; la fertilidad es
considerada baja.
Sin embargo, los suelos en el área de la cuenca del río Negro, cambian mucho
de un lugar a otro. La composición química y la estructura física del suelo, están
determinadas por el tipo de material geológico del que se origina, por la cobertura
vegetal, por el tiempo en que ha actuado la meteorización, por la topografía y por
los cambios artificiales resultantes de las actividades humanas, como la tala de
bosques y vegetación natural, la explotación minera y actividades como la
ganadería principalmente.
Cobertura de la tierra
La cuenca del río Negro tiene un área de 4235,24 Km2, de las cuales el 22,20%
corresponde a coberturas naturales, representadas principalmente por bosques
secundarios, rastrojos altos, bosques riparios y vegetación de páramo y
subpáramo, distribuidos sobre toda la cuenca en las riberas de los ríos y en las
partes más altas con pendiente fuerte; el área restante 77,80% corresponde a
zonas de explotación agropecuaria, cuerpos de agua y zonas desprovista de
vegetación, esto nos indica el alto grado de intervención existente sobre las
coberturas naturales, cuyas principales causas son la falta de manejo sostenible
de los recursos y la expansión de la frontera agrícola.
Dentro de la cuenca se encuentran formaciones que van desde la tropical
hasta el Montano, combinados con las provincias de humedad subhúmedo,
húmedo y perhúmedo, donde se observa vegetación de acuerdo con la
clasificación de Holdridge (1967).
45
4.2. Construcción del modelo hidrológico
La construcción del modelo hidrológico se realiza en el software Hydrologic
Modeling System (HEC-HMS), el cual se usa para simular la respuesta hidrológica
de una cuenca. Incluye modelos meteorológicos, especificaciones de control y
datos de entrada. Este crea una corrida de simulación, combinando los modelos y
las especificaciones definidas (Catillo, D. 2016).
La construcción del modelo hidrológico tiene como finalidad simular los
fenómenos que ocurren en la realidad y busca representar los diferentes procesos
involucrados en la distribución de la lluvia y caudal. Para lograr la simulación, el
modelo hidrológico debe contar con la definición de los parámetros que se
explicaran a continuación.
4.2.1. División de cuencas hidrográficas: quebrada Negra y río Negro
Se realiza la división de cuencas en el programa Qgis 2.18.7 el cual es un Sistema
de Información Geográfica de software libre para plataformas GNU/Linux, Unix,
Mac OS, Microsoft Windows y Android. Este proyecto se trabaja en la plataforma
Windows 8.1 y la proyección se realiza en coordenadas geográficas definidas en
Magna Colombia Bogotá.
Posteriormente, se genera un mapa de sombras, teniendo como insumo un
modelo de elevación digital con resolución 12,5 metros obtenido en la plataforma
Alaska Satellite Facility (ASF) Data Search Vertex. Seguidamente, se selecciona
la extensión del DEM por medio de la herramienta GRASS, el cual es un software
SIG bajo licencia GPL que puede soportar información tanto raster como vectorial
y posee herramientas de procesado digital de imágenes. De esta forma se
transforma el proyecto a la extensión requerida por medio del comando
“r.in.gdal.qgis”.
Se utiliza la herramienta “fill”, la cual permite rellenar los sumideros para
garantizar la representación correcta de cuencas y arroyos a través del comando
“r.fill.dir”, que da como producto un mapa de elevación sin depresión y un mapa de
dirección de flujo. A continuación, se generan los mapas de acumulación de flujo,
46
segmentos de arroyo y un mapa de delimitación de cuenca según el tamaño
mínimo para cada cuenca el cual se determina por 100 m2 corridos por el
comando “r.watershed”.
Después, se genera un shapefile con geometría punto en la ubicación del
desagüe de cada uno de los drenajes en estudio aguas arriba del casco urbano.
Finalmente, a partir del comando “c.water.ouclet” para cada una de las cuencas,
se utiliza como insumo el mapa de dirección de flujo creado anteriormente y
digitalizando las coordenadas respectivas de cada uno de los puntos
correspondientes se obtiene las dos cuencas requeridas para el estudio.
4.2.2. Identificación de las características físicas
Conocer las características físicas de las cuencas, además de disponer de la
información hidrológica, es una necesidad cada vez mayor para la predicción de
eventos extremos (sequias e inundaciones) y poder tomar las medidas de
prevención y adaptación adecuadas (Brieva, C. 2018).
Las características físicas de una cuenca están determinadas por índices
morfométricos, que a su vez tienen como base los resultados de los cálculos de
las características generales, las cuales son área, perímetro, longitud axial de la
cuenca, longitud del cauce principal, longitud del valle e índices como factor de
forma, coeficiente de compacidad, sinuosidad, sistema y densidad de drenaje,
longitud media de escorrentía superficial, pendiente media de la cuenca y
pendiente media del cauce principal.
Estas características, son calculadas en el software ArcGIS por medio de
“ArcToolbox” donde se utiliza la caja de herramientas “Spatial Analyst Tools” con
las opciones integradas en la herramienta “Hidrology”, “Surface” y “Map Algebra”.
Igualmente se utiliza la herramienta “Calculate Geometry” directamente en las
tablas de atributos de los shapes trabajados.
Así mismo, se trabaja en una hoja de cálculo aquellas ecuaciones que no
necesitan procesamientos especiales en el software ArcGIS.
47
Tabla 2. Cálculos para determinar las características físicas de una cuenca
CARACTERISTICAS FISICAS PROCESAMIENTO
área (Km) ArcGIS
perímetro (Km) ArcGIS
longitud axial (Km) ArcGIS
coeficiente de compacidad 𝐾𝑐 = 0.28 ∗𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
√Á𝑟𝑒𝑎
factor de forma
sistema de drenaje orden ArcGIS
densidad de drenaje (km/km^2)
longitud media de escorrentía superficial
(km)
longitud río principal (km) ArcGIS
longitud del valle (km) ArcGIS
sinuosidad
Pendiente media ( %) ArcGIS
elevación máxima río (m) ArcGIS
elevación mínima río (m) ArcGIS
Pendiente media del río (%)
4.2.3. Configuración y creación del entorno del modelo hidrológico
En el software HEC-HMS se configuran los métodos a analizar para el estudio los
cuales son los siguientes, teniendo en cuenta que el sistema de unidades a utilizar
es el métrico:
Element sorting: Hydrologic
Number of core: 3 depende del procesador
Kf= Á𝑟𝑒𝑎
𝐿 𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙^2
𝐷𝑑 = 𝐿 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑢𝑐𝑒𝑠
Á𝑟𝑒𝑎
𝑙 =𝐴𝑟𝑒𝑎
4 ∗ 𝐿 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑢𝑐𝑒𝑠
𝑆 = 𝐿 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑢𝑐𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙
𝐿 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑙𝑒
S1=𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 −𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎
𝐿 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑢𝑐𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙 *100
48
Subbasin loss: SCS Curve Number
Subbasin transform: SCS Unit Hydrograph
Reach routing: Muskingum
Subbasin Precipitation: Specified Hydrograph
Es este ítem, se crea el modelo de la cuenca como también el modelo digital
de terreno en función del MDT, teniendo en cuenta que este se le activa al modelo
de cuenca anteriormente creado. Posteriormente, por medio de la herramienta
“Preprocess sinks” se realizan las correcciones al modelo digital del terreno
rellenando los espacios que la pendiente del flujo no reconoce. Así mismo, se
realiza el procesamiento de los drenajes que consiste en la dirección, acumulación
del flujo y posteriormente se identifican las redes de flujo con el parámetro de
áreas de 50 Km2 , y se importa la división de cuencas de río Negro y quebrada
Negra realizada con anterioridad en el software QGIS.
Después, se crea un break point en la intersección de río Negro y quebrada
Negra para crear la red de subcuencas, donde fueron arrojadas un total de 29
subcuencas. Así, se delimitan los elementos de estas teniendo en cuenta los
prefijos para los componentes: subbasins (S), Reach (R) y Juntion (J), donde
finalmente se establece la inserción de uniones.
Donde subbasins, es el elemento que se utiliza para representar físicamente la
división de la cuenca, Reach se utiliza para representar el flujo aguas abajo en el
modelo de la cuenca, donde el caudal de entrada puede provenir de uno o varios
elementos aguas arriba, Juntion se utiliza para unir los caudales aguas arriba y
sink para representar la salida de la cuenca de manera física.
4.2.4. Inserción de datos de subcuencas
La introducción de los datos de los parámetros se realiza por el método de pérdida
(loss) para cada subcuenca creada, donde se considera el procedimiento de curva
número desarrollado por el Servicio de Conservación de Suelos de Estados
Unidos, como también el porcentaje de impermeabilidad y el tiempo de
concentración de cada una. Así mismo, se completan los aspectos
49
correspondientes a la transformación de lluvia en escorrentía (transform) donde se
contempla el Lag Time y el tránsito de avenidas.
4.2.4.1. Estimación de la curva Número (CN)
El Número de Curva toma un valor de 0 a 100 según sea su capacidad de generar
escorrentía superficial. Valores cercanos a 0 representan condiciones de
permeabilidad muy alta, mientras que valores cercanos a 100 representan
condiciones de impermeabilidad.
La estimación de la curva Número se realiza por medio de la extensión HEC-
GeoHMS en el software ArcGIS, teniendo como insumos la cobertura de la tierra y
uso del suelo; este último se reclasifica teniendo en cuenta el modelo empírico
desarrollado por el Servicio de Conservación de Suelos de Estados Unidos, que
se sintetiza en la tabla 3.
Tabla 3. Reclasificación de los parámetros para la identificación de CN
CLASIFICACIÓN ORIGINAL RECLASIFICACIÓN
GRUPO
HIDROLOGICO
Numero Descripción Numero Descripción A B C D
11 Agua a cielo abierto 1
Agua 100 100 100 100 90 Humedales leñosos
95 Humedales Herbáceos emergentes
21 Poblados en espacios abiertos
2 Residencial 57 72 81 86 22 Poblados de baja intensidad
23 Poblados de mediana intensidad
24 Poblados de alta intensidad
41 Bosques secos
3 Bosque 30 58 71 78 42 Bosques Verdes
43 Bosques mixtos
31 Tierra fértil
4 Agricultura 67 77 85 89
52 Arbustos matorrales
71 pastizales/herbáceas
81 Pato/heno
82 Cultivos
50
Para la cobertura del suelo se le asigna el tipo Hidrológico que está relacionado
con las características de permeabilidad, luego, se intersecta con el shapefile de
usos y coberturas para establecer la curva número en las diferentes
combinaciones, asignándo a cada cobertura el tipo hidrológico y numero de curva
según el número de reclasificación. Después, se calcula el raster del número de
curva con el Hec-GeoHMS por medio de la herramienta “Generate CN Grid”.
Finalmente, el número de curva de una subcuenca es la sumatoria de las
curvas números por el área de cada polígono de CN generado y se divide entre el
área total de la subcuenca correspondiente, así:
Ecuación 1. Curva Numero
𝐶𝑁 =𝛴𝐶𝑁𝑖 ∗ 𝐴
𝛴𝐴𝑖
El porcentaje de impermeabilidad corresponde al equivalente del área de cada
subcuenca que se encuentra pavimentada es decir que no filtra agua a su
interior.
4.2.4.2. Cálculo de Lag time
El Lag Time, es el tiempo que transcurre desde el centro de la gravedad de la
precipitación neta hasta el punto del hidrograma, es decir, es el tiempo que debe
transcurrir para que el agua almacenada en cada uno de los niveles acuíferos,
salga lateralmente y alimente el cauce como caudal base o flujo base, y se calcula
a partir de la relación propuesta por el “Soil Conservation Service”, SCS, quien
propone que es 0.6 veces el tiempo de concentración.
Ecuación 2. Lag Time
𝑇𝑙𝑎𝑔 = 0.6 ∗ 𝑡𝑐
Para establecer el valor del Lag Time o tiempo de rezago es necesario
determinar el tiempo de concentración (tc), el cual es el tiempo que demora en
llegar a la estación de salida de una subcuenca, una gota de agua considerada
hipotéticamente situada en el punto hidrológico más alejado de la misma, por tal
razón se realiza el cálculo a partir de las ecuaciones propuestas California Kirpich
1940, Culverts Practice 1942, Clark 1945, Bransby-Williams 1974 y Témez 1978.
51
El método que se utiliza para estimar el tiempo de concentración de este
trabajo es el de Kirpich (Ecuación 3),
Ecuación 3. Tiempo de concentración Kirpich
𝑇𝑐 = 0.01947 ∗ 𝐿0.77 ∗ 𝑆−0.385
Donde S es la pendiente promedio del cauce principal (m/m), L es la longitud
del cauce principal en Km y el resultado del tiempo de concentración es dado en
minutos.
4.2.4.3. Transito de avenidas (Reach)
En este ítem se calcula la evolución del hidrograma generado en una subcuenca
al transitar por la subcuenca siguiente, este Reach se usa para transportar el agua
generada en un punto de la subcuenca aguas abajo, hasta otro punto que
corresponde a otra subcuenca y se calcula por medio del método Muskingum K y
Muskingum X.
4.2.4.4. Creación del modelo hidrológico
Se crea a partir de “Meteorologic Model Manager” para cada uno de los periodos
de retorno a estudiar, 2, 25, 50, 100, 500 años y se completan las especificaciones
de control para identificar el periodo de tiempo (inicio-final), así mismo se asigna el
hietograma correspondiente a cada subcuenca y se realiza la introducción de
datos pluviométricos correspondientes a los hietogramas de cada periodo de
retorno para cada subcuenca.
Para lograr esto se utilizan las precipitaciones máximas anuales de un intervalo
de tiempo de 30 años ya que se busca simular eventos extremos, por lo tanto,
estas máximas son la referencia para el cálculo de la precipitación máxima
probable para periodos futuros y la simulación de caudales.
Según el procedimiento estipulado en el informe guías metodológicas para la
estimación del caudal de máxima crecida ordinaria del CEDEX en 1996, el cálculo
del caudal correspondiente a una máxima crecida para la simulación de eventos
extremos de inundación, debe obtenerse a partir de los métodos
hidrometeorológicos de aforo, también llamados precipitaciones máximas y
52
características físicas de la cuenca, lo cual consiste con lo propuesto por el
IDEAM en el 2019 en la metodología para la estimación del caudal ambiental.
Los 30 años están comprendidos en el periodo de referencia de 1976-2005,
definido por las rutas metodológicas propuestas por el panel intergubernamental
de cambio climático (IPCC) en el 2013. Este periodo ha sido adoptado como el
clima de referencia por ser la representación del estado actual del clima frente al
que se compara cualquier escenario futuro.
Los datos de las estaciones utilizadas (Tabla 4.) se obtienen de la Corporación
Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR) y el instituto de Hidrología,
Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM); los cuales proporcionan para el
área de estudio datos diarios de precipitación de 33 estaciones, de las cuales se
trabajan 12 estaciones, ya que son las únicas que cumplen con la presencia de al
menos el 80% de la data, tal como lo describe la OMM (1989) que establece que
las normales climatológicas estándar para un mes de calendario sólo se deben
calcular si se dispone de valores de por lo menos 24 de los 30 años, cumpliendo
así con el 80% de datos.
Tabla 4. Estaciones meteorológicas, Coordenadas UTM Zona 18N
ESTACIÓN CÓDIGO ESTE NORTE ENTIDAD
LA BELLEZA 21230120 548038.5 550837.7 IDEAM
EL SILENCIO 23060290 566517.1 549009.8 IDEAM
SUPATÁ 23060200 584984.3 558241.2 IDEAM
ÚTICA 23060190 557018.0 574362.2 IDEAM
SABANETA 23065100 577611.6 541650.9 IDEAM
CHILAGUA 23060260 570203.8 558225.3 IDEAM
EL PEÑÓN 23060180 578178.8 580723.8 IDEAM
SANTA RITA 2312012 564644.3 559832.2 CAR
LOS PINOS 2312019 607770.6 579384.4 CAR
VENECIA 2120619 566581.4 535465.2 CAR
LA UNIÓN 2120055 583004.5 538862.1 CAR
VOCACIONAL 2306507 596577.3 570263.0 CAR
53
En cuanto a completar las series de precipitación que cuentan con al menos 24
de los 30 años requeridos para este estudio , se realiza por medio del método de
regresión lineal y por la razón de los valores normales, cuando se desconoce el
valor de la precipitación de un determinado mes para una estación meteorológica
dada, pero que se conocen los valores registrados para ese mismo mes sobre
algunas otras estaciones, que por sus características fisiográficas y climatológicas
se consideran como representativas de la primera (Montealegre, E,.1990 &
Monsalve, G., 1995).
Así mismo, se aplica la prueba de datos dudosos a los registros de
precipitación máxima anual de cada estación tal como lo recomienda el método
del Water Resources en 1981. Los datos dudosos (outliers) son puntos de la
información que se alejan significativamente de la tendencia de la información
restante.
Los procedimientos que se realizan para tratar los datos dudosos requieren de
los criterios matemáticos e hidrológicos, donde se tiene en cuenta, si la asimetría
de estación es mayor a 0.4 se consideran primero las pruebas para detectar datos
dudosos altos y si la asimetría de estación es menor a 0.4, primero se consideran
pruebas para detectar datos dudosos bajos. Cuando la asimetría de la estación
esta entre ±0.4, se aplican las pruebas para detectar datos dudosos altos y bajos
antes de eliminar cualquier dato dudoso del conjunto de datos.
Para ello se utiliza las dos ecuaciones de frecuencia para detectar los datos
dudosos altos y bajos del método del Water Resources Council, así como también
los valores de Kn según el número de muestra de cada estación.
Posteriormente, se realiza el análisis de distribución de probabilidad de
precipitación para el periodo de retorno de 2, 25, 50, 100 y 500 años, por medio
del software HYFRAN, el cual permite ajustar datos a series estadísticas y admite
el análisis estadístico de eventos extremos y de manera más general el análisis
estadístico de una serie de datos.
El parámetro de distribución se realiza a través de la fórmula de probabilidad
empírica de Weibull con definición del periodo de crecida, luego se insertan los
54
datos de precipitación representativos y confiables, que resultan de la aplicación
de la prueba de datos dudosos para cada una de las estaciones analizadas y se
establece la estadística de datos, así como también, se emplean las funciones de
probabilidad, aplicadas en hidrología para predecir la precipitación para periodos
futuros: Gumbel, Log Normal, Gamma y Log pearson tipo III, en las que el método
de distribución de cada función es el de momentos, por la robustez de las
estimaciones según Bobée y Robitaille (1977) , Arora y Singh (1989).
De esta forma, se obtiene un único dato de precipitación para cada uno de los
periodos de retorno y se selecciona la función que mejor representa la distribución
para el conjunto de datos por medio del modelo de regresión BIC y AIC; para el
análisis de máximas avenidas o eventos extremos, se utiliza la función de tres
parámetros en este caso la de Log Pearson III, la cual se basa en la ley de
distribución que proporciona resultados más realistas y conservadores a
comparación de la de Gumbel que solo utiliza dos parámetros (Ferrer, F. 2000).
A continuación, se crea una base de datos en Excel, en el que se toma la
distribución o data de probabilidad resultante de la función de Log Pearson III para
cada uno de los periodos de retorno de cada estación, adicionalmente, se aplica la
metodología Dick Peschke propuesta por Francisco Aparicio.
Luego, se distribuye la precipitación para los diferentes periodos de retorno en
función de la distribución que mejor se adecue a los datos, en un intervalo de
tiempo comprendido de 360 minutos como lo establece el IDEAM, este es el
tiempo que corresponde a la duración promedio de lluvias presentes y se calcula
la intensidad máxima de cada una.
Después, se realizan las curvas de Intensidad Frecuencia y Duración
(IDF) para cada una de las estaciones, las cuales son la representación gráfica de
la relación existente entre la intensidad, la duración y la frecuencia o periodo de
retorno de la precipitación; para ello, se generan mediante la aplicación de la
ecuación propuesta por Aparicio que relaciona las tres variables simultáneamente
en una familia de curvas.
55
Ecuación 4. Intensidad Aparicio
𝐼 =𝐾 ∗ 𝑇𝑚
𝑡𝑛
Así mismo, se toman logaritmos de la ecuación 4 obteniéndose:
Ecuación 5. Logaritmos
log(𝐼) = log(𝐾) + 𝑚 ∗ log(𝑇) − 𝑛 ∗ log (𝑡) ó bien 𝑦 = 𝑎0 + 𝑎1 ∗ 𝑥1 + 𝑎2 ∗ 𝑥2
Y se realiza un ajuste de correlación lineal múltiple de la serie de los tres tipos
de datos y se aplica el sistema de ecuaciones propuesto por la misma
metodología de Aparicio, que se encuentran en la página 169 ecuación 6.50 y
apéndice B del libro fundamentos de hidrología de superficie.
Igualmente, se desarrolla la metodología de generación de curvas IDF
propuesta para Colombia por -Bernard (1932), Bell (1969), Chen (1983) , Kothyari
y Garde (1992) Díaz Granados y Vargas donde se contempla la siguiente
ecuación:
Ecuación 6. Intensidad Colombia
𝑖 = 𝑎 ∗ 𝑇𝑟𝑏 ∗ 𝑀𝑑
((𝑡𝑐60
)𝑐
)
Dónde: i: intensidad de precipitación, en milímetros por hora (mm/hr),Tr:
Periodo de retorno en años, M: Precipitación máxima promedio anual en 24 horas
a nivel multianual, tc: Duración de la lluvia, en minutos (min) y a, b, c, d:
Parámetros de ajuste de la regresión, los cuales son utilizados los definidos para
la Región Andina ya que la zona de estudio se encuentra ubicada en esta región.
Tabla 5. Parámetro del cálculo IDF Colombia para la Región Andina
Región a b c d
Andina 0.94 0.18 0.66 0.83
A continuación, se desarrollan los cinco hietogramas de diseño por medio de la
metodología de bloque alterno para cada estación, donde se especifica la
profundidad de precipitación que ocurre en 36 intervalos de tiempo de 10 minutos
cada uno; seleccionado el periodo de retorno de diseño, se toma la intensidad
56
para cada una de las duraciones y se calcula la profundidad de precipitaciones
acumuladas, multiplicando la duración por la intensidad de cada una.
Luego, se halla la precipitación que debe añadirse o incrementarse, por medio
de las diferencias entre valores sucesivos de profundidad cada diez minutos,
finalmente, se reordena en una secuencia temporal de modo que la intensidad
máxima ocurra en el centro de la duración requerida que es 180-190, y que
los demás bloques queden en orden descendente partiendo de la mínima a la
máxima duración, de este modo al graficar estos datos las intensidades menores
quedan hacia la derecha e izquierda del bloque y las mayores en el centro
ubicándose la máxima en la mitad del hietograma de diseño en el intervalo de
180-190 minutos.
Para establecer la inserción correcta de estos hietogramas de diseño en
el HEC-HMS, se realiza la red de polígonos de Thiessen por medio del software
ArcGIS. En este paso, se establece el número de subcuencas que en total se
encuentran dentro la influencia de una estación de precipitación; en el caso que
una subcuenca este bajo la influencia de dos o más estaciones meteorológicas, se
procede a calcular la precipitación media de la subcuenca a partir de la ecuación
7, del cálculo de la suma del área que existe en cada polígono, y multiplicándose
por la precipitación de dicha estación para cada periodo de retorno y esto se
divide en el área total de la subcuenca.
Ecuación 7. Precipitación media
1
𝐴 ∑ 𝐴𝑗
𝑗
∗ 𝑃𝑗
Por consiguiente, a estas subcuencas se les realiza hietograma de diseño para
cada una, los cuales contemplan la misma metodología que la de las estaciones,
partiendo desde la introducción de datos al software HYFRAN.
Una vez se seleccionan los hietogramas para cada subcuenca se crea una
simulación por cada periodo de retorno y se le asigna las especificaciones de
control y subcuenca correspondiente.
57
4.3. Evaluación del desempeño del modelo hidrológico
Para la evaluación del modelo hidrológico, se debe realizar primero un proceso de
calibración con el fin de identificar los valores de los parámetros de curva número
y el tiempo de retraso para ajustar estos a la serie de datos simulados.
Posteriormente, aplicar el índice de Nash-Suttliffe para determinar el nivel de
confiabilidad de la modelación.
Para esto, se procesa la data correspondiente a los registros de 10 estaciones
de caudal (ver Tabla 6), que contemplan datos desde 1974 a 2019 ya que se debe
contar con la mayor cantidad de datos existentes. Estas estaciones de caudal se
encuentran distribuidas a lo largo de la cuenca de río Negro como se muestra en
la Ilustración 4. Los datos máximos anuales existentes de las estaciones de
caudal se les realiza la prueba de datos OUTLIER, con la metodología aplicada a
la data de precipitación y se halla la distribución de probabilidad para los periodos
de retorno de 2, 25, 50, 100 y 500 años por medio del software HYFRAN y la
función hidrológica de Log Pearson tipo III.
Tabla 6. Estaciones limnigráficas y limnimétricas, Coordenadas UTM Zona 18N
ESTACIÓN CÓDIGO ESTE NORTE ENTIDAD
TOBIA 23067060 561285.4 566541.8 IDEAM
VILLETA 23067070 559073.1 553637.1 IDEAM
CHARCO LARGO 23067080 572505.2 581126.1 IDEAM
SALITRE BLANCO 2306713 556991.2 555181.5 CAR
PUENTE NARANJAL 2306711 567770.2 558214.2 CAR
PUENTE ARCO 2306739 592673.6 565207.7 CAR
AGUA FRÍA 2306710 558574.7 564102.5 CAR
RIO DULCE 2306712 559358.7 550818.4 CAR
De esta forma, la calibración consiste en comparar los datos simulados en
HEC-HMS con los obtenidos en HYFRAN al aplicar la distribución de probabilidad,
posteriormente aquellos que su diferencia es mayor se les realiza un ajuste
mediante la prueba ensayo y error en los parámetros.
58
Después, se define la función objetivo, la cual permite estimar la incertidumbre
de las series de caudales simulados respecto a los observados por medio del
Índice de Nash-Sutcliffe (NSE) (Cabrera, J., Timbe, L. & Crespo, P. 2019), que se
aplica para evaluar la habilidad predictiva del modelo hidrológico por medio de la
ecuación 8. Donde E es el coeficiente adimensional, 𝑄𝑠𝑖 es el caudal calculado
(m3/s), 𝑄0𝑖 es el caudal observado (m3/s) y �̅�0 es el promedio de los caudales
observados en n días (m3/s)
Ecuación 8. Índice de Nash-Sutcliffe
E= 1 - ∑ (𝑄0−𝑄𝑠𝑖)2𝑛
𝑖=1
∑ (𝑄0𝑖−�̅�0)2𝑛𝑖=1
Ilustración 4. Distribución espacial de las estaciones limnimétricas y limnigráficas.
FUENTE
DEM: ALOS PALSAR
4.4. Espacialización de la huella de inundación
Los mapas de amenaza de inundación permiten la visualización de áreas
expuestas a eventos extremos de inundación. Estas espacializaciones
proporcionan información básica para desarrollar la orientación técnica sobre
varios problemas de manejo de llanuras de inundación y posteriormente tomar
decisiones en la evaluación del riesgo de inundación, el desarrollo de planes de
mitigación de inundaciones, la preparación de esquemas de manejo integral del
riesgo de inundación y en particular para la planificación urbana local.
Para aprovechar los mapas de amenaza, es importante contar con un DEM de
alta resolución espacial, máximo de 1 metro. En esta investigación, el modelo de
elevación se obtiene a partir de un vuelo fotogramétrico que se realiza en el casco
urbano del municipio de Útica, con un drone DJI Phantom 4 pro; se adquieren un
total de 844 imágenes con traslape de cada una de 70%. Posteriormente, se
procesan las imágenes en el software Agisoft Photoscan desarrollado por la
compañía Agisoft LLC fundada en 2006; en el proceso, se alinean las
imágenes, se construye la nube densa, también el mallado y después de la
geometría se texturiza y luego se genera el modelo digital de elevación.
A partir de este modelo digital de elevación, se espacializa la huella de
inundación para cada periodo de retorno de 2, 25, 50, 100 y 500 años mediante el
proceso que se explica a continuación.
4.4.1. Modelación Hidráulica
Esta se desarrolla a partir del software HEC-RAS versión 5.0.7 en régimen no
permanente 2D.
Inicialmente se crea el proyecto y se ingresa el DEM en el campo de RAS
Mapper, en el cual se remueven tres puentes en los cauces de estudio, uno en río
Negro y dos en Quebrada Negra; por medio de la herramienta de “geometries” se
crea el eje del río en la opción “rivers”, luego se crean dos secciones paralelas una
aguas arriba y otra aguas abajo que definen el área de corte para dichas
estructuras a remover.
61
A continuación, se crea un nuevo raster del terreno que se obtiene a partir de la
combinación de la capa generada en geometrías y el DEM original obtenido del
procesamiento de Agisoft, y se obtiene como resultado un modelo digital de
elevación sin puentes.
Posteriormente, se asigna la geometría al proyecto, la cual consiste en definir
el área o crear la malla e ingresar las condiciones de contorno o también
nombradas condiciones de frontera (hidrogramas I,II y pendiente motriz) esto se
realiza por medio de la herramienta “2D flow Area” y “SA/2D área BC line” y se le
asignan los parámetros correspondientes respectivamente.
Una vez generada la geometría, se asignan valores a los hidrogramas
mediante la herramienta “Unsteady Flow” Data, donde el intervalo de tiempo se
considera de 20 horas, cada 10 minutos el cual corresponde a la duración
especificada en el control del modelo hidrológico, de esta forma, se ingresan los
hidrogramas de caudales obtenidos de la simulación del HEC-HMS y se determina
la pendiente media.
Finalmente, se crea el plan para el flujo no permanente, es decir un flujo que
varía en función del tiempo por medio de “Unsteady Flow Analysis” y se especifica
la geometría a utilizar, el “unsteady Flow”, programas de corrida y la ventana de
tiempo, resultando así la lámina, profundidad, velocidad y cota máxima de
inundación.
4.4.2. Generación de mapas de huellas de inundación
La generación de los mapas de huella de inundación se realiza a través de
exportar los resultados obtenidos del HEC-RAS al ArcGIS, por medio de la
extensión HEC-GeoRAS se seleccionan los resultados de cada simulación para
cada periodo de retorno y se exportan los valores de profundidad o Depth por
medio de la herramienta “Manage Results Maps” en la pestaña “Tools”.
Una vez importados los raster pertenecientes a la simulación de cada periodo
al ArcGIS se procede a convertir dichos resultados a formato vector (polígono) en
formato shapefile, posteriormente se hallan las áreas correspondientes a la
simulación.
62
Ilustración 5. Mapa de división de cuencas hidrográficas; quebrada Negra y río Negro
5. RESULTADOS
5.1. Construcción del modelo hidrológico
5.1.1. División de cuencas hidrográficas: quebrada Negra y río Negro
El resultado de la división de cuencas aplicada la metodología especificada se
evidencia en la ilustración 5.
FUENTE
Vías: Esri
DEM: ALOS PALSAR
5.1.2. Identificación de las características físicas de quebrada Negra y río Negro
Tabla 7. Resultados del cálculo de las características físicas de la cuenca río Negro y quebrada
Negra
CARACTERISTICAS FISICAS
RIO
NEGRO
QUEBRADA
NEGRA
CARACTERISTICAS
GENERALES
Área (km2) 2079.02 69.41
Perímetro (km) 294.46 42.36
Longitud axial (km) 67.54 12.84
Longitud media de escorrentía superficial
(km) 0.14 0.14
Longitud del río principal (km) 70.36 15.09
Elevación máxima cauce (m) 1968.42 1101.42
Longitud del valle (km) 62.65 13.88
Elevación mínima cauce (m) 521.27 545.00
INDICES
MORFOMETRICOS
Coeficiente de compacidad 1.81 1.42
Factor de forma 0.46 0.42
Sistema de drenaje-orden 8 5
Densidad de drenaje (km/km^2) 1.75 1.74
Sinuosidad 1.12 1.09
Pendiente media (%) 38.68 36.34
Pendiente media del río (m/Km) 1961.01 1065.30
Cuenca de río Negro
La cuenca río Negro es una cuenca de tamaño intermedia-grande ya que cuenta
con un área de 2079.02 Km2 y un perímetro de 294.46 Km, su coeficiente de
compacidad es de 1.81, lo cual la cataloga como una cuenca de forma oval-
oblonga a rectangular–oblonga.
Así mismo, según su coeficiente de forma con valor de 0.46 representa
características de forma moderadamente achatada, de laderas largas y red
hidrológica encañonada con gradientes de pendientes altas y alta densidad de
drenaje, la cuenca es de forma alargada donde predominan las escorrentías, el
64
régimen suele ser de tipo torrencial ya que existen más escurrimientos
concentrados (Mesa, D. 2006).
La longitud axial, medida en el cauce principal desde su nacimiento hasta su
desembocadura siguiendo su curso arrojando un valor de 67.54 Km. El sistema de
drenaje corresponde al grado de bifurcación de la cuenca el cual refleja el grado
de ramificaciones presentes. Éste índice se obtiene mediante el método de
Horton-Strahler, el cual consiste en la agregación de corrientes considerando una
corriente de primer orden a aquella que no tiene afluentes, una de segundo orden
a aquellas donde se reúnen dos de primer orden, una de tercero donde concluyen
dos de segundo orden y así sucesivamente (Horton, S. 1945; CAR, 2017).
Para el caso de río Negro, se determina un orden de Horton 8, en el cual, a
mayor grado de corriente mayor es su red de drenaje y estructura más definida.
Indica la presencia de controles estructurales del relieve y mayor posibilidad de
erosión; este orden está relacionado con el comportamiento hidrológico de la
cuenca.
Así mismo, la densidad de drenaje se define como la relación entre la longitud
total de los cursos de agua y el área, considerándose una cuenca bien drenada
con densidad de drenaje de 1.75 km/km2, asociada con materiales impermeables
a nivel subsupercial, vegetación dispersa y relieve montañoso, además de ello
indica que posee suficiente drenaje para cuando se presenten tormentas (Horton,
S. 1932; Lux, B. 2016).
La extensión media de escorrentía superficial es de 0.14 km, distancia media
que la precipitación tendrá que transportarse hasta un cauce de agua cercano.
Con respecto a la sinuosidad, se tiene la clasificación planteada por Schumm
(1963), donde se obtiene de acuerdo a la lineación entre la longitud del cauce
principal y la longitud del valle que drena, un tipo de canal rectilíneo el cual se
caracteriza por desarrollarse en áreas de fuertes pendientes con muy baja
sinuosidad con un valor de 1.12.
El valor medio de todas las pendientes que conforman las diversas zonas
topográficas de la cuenca, muestra la velocidad media de la escorrentía y el poder
65
de arrastre al igual que el nivel erosivo. De esta forma, la pendiente media de la
cuenca, al tener un valor de 38.68% se clasifica en terrenos escarpados, donde
corresponde a una menor duración de concentración de las aguas de escorrentía,
en la red de drenaje y afluentes del cauce principal (Navarrete, 2004).
Por otra parte, la curva hipsométrica describe la distribución del área
acumulada de una cuenca de acuerdo a la altitud, indica el total o porcentaje de
área por encima de una cota altitudinal.
El resultado se realiza a través de la interpretación de la curva, según lo
planteado por Strahler (1964) en la cual se define que se encuentra en un estado
de equilibrio o de madurez desde el punto de vista geológico, donde el paisaje
predominante asociado a la cuenca son valles profundos encajonados y amplios
abanicos aluviales, donde predominan procesos fluviales y aluviales activos.
Cuenca quebrada Negra
La cuenca quebrada Negra tiene un tamaño pequeño ya que cuenta con un área
de 69.41km2 y su perímetro es de 42.36 km. Tiene un valor de coeficiente de
compacidad de 1.42, lo que indica que es una cuenca oval redonda a oval
oblonga.
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
PE
ND
IEN
TE
ME
DIA
% ÁREA ACUMULADA
CURVA HIPSOMÉTRICA CUENCA RÍO NEGRO
Ilustración 6. Curva hipsométrica para la cuenca río Negro
66
Igualmente, el dato de factor de forma arroja un valor de 0.42, lo que indica que
es una cuenca moderadamente achatada por lo tanto, puede presentar mayor
probabilidad de crecida porque el tiempo requerido para el recorrido del agua de
un punto a otro es menor.
La longitud axial se mide en el cauce principal desde su nacimiento hasta su
desembocadura, a lo largo de su curso y arroja un valor de 12.84 Km. En cuanto
al sistema de drenaje, se calcula mediante la misma metodología mencionada en
el apartado anterior, obtenido así un orden 5 para la cuenca. La densidad de
drenaje, se define igual como la de río Negro y se considera una cuenca bien
drenada con densidad de drenaje de 1.74 km/km2.
EL valor calculado de la extensión media de escorrentía superficial es de 0.14
km, al igual que la cuenca de río Negro. La cuenca presenta una sinuosidad muy
baja con un valor de 1.09. Así mismo, la pendiente media de la cuenca, tiene un
valor de 36.34%, por lo cual se clasifica como terrenos escarpados, donde
corresponde una menor duración de concentración de las aguas de escorrentía en
la red de drenaje y afluentes del cauce principal (Navarrete, 2004).
Ilustración 7.Curva hipsométrica para la cuenca quebrada Negra
Al igual que la curva hipsométrica resultante para la cuenca de río Negro, ésta
se encuentra en un estado de equilibrio o de madurez desde el punto de vista
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100PE
ND
IEN
TE
ME
DIA
% ÁREA ACUMULADA
CURVA HIPSOMÉTRICACUENCA QUEBRADA NEGRA
67
Ilustración 8. Modelo hidrológico
geológico, donde el paisaje predominante asociado a la cuenca son valles
profundos encajonados y amplios abanicos aluviales, donde predominan procesos
fluviales y aluviales activos. Además, gran parte del material ha sido erosionado y
depositado en las partes más bajas de la cuenca presentado procesos de
deslizamientos y reptación.
5.1.3. Configuración y creación del entorno del modelo hidrológico
En los resultados de la creación del entorno del modelo hidrológico, se
contemplan productos tales como la división de la cuenca de río Negro en 29
subcuencas, 12 Reachs, 15 Juntion y 1 Sink, este último se sitúa en el punto
donde quebrada Negra drena en río Negro. (Ver Ilustración 8.)
FUENTE
Vías: Esri
DEM: ALOS PALSAR
5.1.4. Inserción de datos de subcuencas
En cuanto a hallar los datos de los parámetros del HEC-HMS para cada
subcuenca se obtiene:
5.1.4.1. Curva Número
Según la tabulación de la curva número del Soil Conservation Service 1972, se
establece que la curva numero para las cuencas toma valores desde 71 según el
tipo de cobertura, adicionalmente, junto con las características del suelo y la
litología se determina que el grupo hidrológico que predomina en el área de
estudio es el grupo C, debido a que en la zona prevalecen texturas de suelo
franco arcillo limosa y lodosas lo cual establece una infiltración lenta cuya
capacidad estaría entre 36 y 13 mm por hora.
Así mismo, las cuencas están conformadas en menor proporción por suelos de
tipo B y D, son suelos moderadamente profundos a profundos, moderadamente
drenados a bien drenados, suelos con texturas moderadamente finas a muy finas
y permeabilidad moderadamente lenta a muy lenta.
Por tal razón, la cuenca quebrada Negra tiene un CN de 76 al igual que río
Negro, la cual fue hallada a partir del promedio de la curva número estimada para
las 29 subcuencas que conforman la cuenca de río Negro, ya que, las coberturas
predominantes son cultivos, pastos y bosques.
Estos resultados se muestran a continuación en la Ilustración 9, donde al
margen izquierdo se presenta la distribución de valores de CN, para las dos
cuencas en general detallado un mínimo de 71 y máximo de 100. Al margen
derecho, se encuentra especificado el número de curva para cada subcuenca
después de la metodología aplicada, utilizando los promedios de los valores
registrados. Se realizó una reclasificación al raster original obteniendo cifras de
71, 77, 85 y 100 con una cobertura mayor para el CN 77 en la cuenca de río
Negro.
Ilustración 9. Distribución de los CN para las cuencas y subcuencas de análisis
FUENTE COBERTURAS Y USO DEL SUELO:
SIGOT, CAR
Vías: Esri
DEM: ALOS PALSAR
5.1.4.2. Cálculo del Lag Time
se selecciona la ecuación propuesta por Kirpich en 1940; porque es la que al
desarrollarse muestra valores de tiempo más bajos y por lo tanto respuestas
hidrológicas más rápidas, además que se utiliza en cuencas de tamaño medio,
pendiente considerable y diseñada para suelos dedicados al cultivo tal como lo es
la zona de estudio.
Tabla 8. Cálculo tiempo de concentración y Lag Time
PARÁMETRO CUENCA KIRPICH C.
PRACTICE CLARK
BRANSBY-
WILLIAMS TÉMEZ
TIEMPO DE
CONCENTRACIÓN
(minutos)
Quebrada
Negra 139.7 176.76 1334.07 309.14 281.96
LAG TIME
(minutos)
Quebrada
Negra 83.82 106.05 800.44 185.49 169.18
Esta ecuacion es aplicada para las 29 subcuencas resultantes de la división
hidrográfica de la cuenca río Negro, en las cuales el valor arrojado por la
aplicación de dicha ecuación guarda semejanza a las características de las
cuencas. Al aplicar las ecuaciones del tiempo de concentración mencionadas en la
metodologia (Tabla 8) Californi Culverts Practice, Clark, Bransby-Williams y temez,
difieren de la de Kirpich difieren en 37.06, 1194.37, 169.44 y 142.26 minutos
respectivamente. Esta discrepancia se explica debido a las características de las
subcuencas como lo son la pendiente, el tipo de cobertura y uso del suelo.
5.1.4.3. Tránsito de avenidas (Reach)
En el tránsito de avenidas se completa los parámetros del HEC-HMS para cada
Reach existente, como lo son el Muskingum K, el cual es aproximadamente el
tiempo de concentración dado en horas y Muskingum X, definido en hidráulica de
canales que va desde 0.1, 0.2 y 0.3 adimensional, en este estudio se usa el
correspondiente a cauces naturales que es 0.1.
71
5.1.4.4. Creación del modelo hidrológico
En la creación del modelo hidrológico, se contempla el tratamiento de la
información hidrológica obtenida de las doce estaciones. En la Ilustración 10, se
muestra la distribución espacial de las estaciones meteorológicas utilizadas al
igual que el resultado del cálculo de la red de los polígonos de Thiessen.
En este mapa, se representan las áreas de las cuencas que están bajo la
influencia de las doce estaciones identificadas, de esta manera se obtiene que la
estación el peñón, cubre el mayor porcentaje de área con cinco subcuencas
completas en su área de influencia y gran parte de otras cuatro, para un total de
aproximadamente 9 de las 29 subcuencas de río Negro.
Por otro lado, ya que la cuenca Quebrada Negra no cuenta con estaciones
meteorológicas, se determina una precipitación media, por medio del método
especificado y se obtiene al procesar datos de tres estaciones; La belleza, Santa
Rita y Útica.
Adicionalmente, se determina el comportamiento de estos registros para el
periodo de referencia seleccionado con el fin de obtener la tendencia de los datos,
estos resultados se muestran a continuación en la Ilustración 11.
Ilustración 10. Distribución espacial de la red de polígonos de Thiessen.
FUENTE
ESTACIONES: CAR-IDEAM
DEM: ALOS PALSAR
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. La belleza
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. Silencio
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. Supata
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. Útica
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. Chilagua
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est.Vocacional
74
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. Santa Rita
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. Los Pinos
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. Sabaneta
020406080
100120140160180200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. La Union
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. Venecia
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
197
6
197
8
198
0
198
2
198
4
198
6
198
8
199
0
199
2
199
4
199
6
199
8
200
0
200
2
200
4
Est. El Peñon
Ilustración 11. Distribución de la precipitación máxima en 24 horas Mensual Multianual de las estaciones meteorológicas para el periodo 1976-2005
75
De acuerdo a la ilustración 11, se encuentra que la precipitación media máxima
en 24 horas mensual multianual, en la serie comprendida entre el año 1976-2005
para la estación La Belleza, El Silencio, Supatá, Útica, Santa Rita, Los Pinos, La
Unión, Sabaneta, Venecia, El Peñón, Chilagua y Vocacional es de 68.73, 78.13,
70.83, 74.22, 48.53, 53.42, 40.03, 29.53, 42.85, 87.39, 67.55 y 51.81 milímetros
respectivamente.
Una vez se obtiene la data de precipitaciones máximas para cada estación, se
realiza la prueba de datos dudosos outliers, por el método Water Resources para
cada estación y se obtiene el cálculo de precipitaciones máximas y mínimas como
también el promedio de la data de precipitación; al igual que la desviación
estándar y coeficiente de asimetría. Así mismo, se obtienen los parámetros de
evaluación del dato para determinar si se elimina un dato, ya sea por ser dudoso
alto o bajo.
La ilustración 12, muestra los resultados de la aplicación de dicha prueba para
determinar la confiabilidad y calidad de los registros de la estación Supatá, la cual
cuenta originalmente con 30 datos de precipitación como se muestra en la
ilustración 11, sin embargo, luego de aplicar la prueba se elimina un dato dudoso
alto que corresponde a un valor de 130.1 mm lo cual difiere en 23.65 mm del dato
máximo admisible.
Ilustración 12. Prueba datos dudosos
76
Este procedimiento se realiza a cada estación de precipitación, donde se
obtiene que las estaciones que presentan menor confiabilidad son el Silencio,
Venecia y Los pinos, con dos registros dudosos en cada una, por el contrario,
Útica, Peñón y Vocacional son las estaciones con mayor calidad ya que no fue
necesario eliminar ningún dato, puesto que sus registros están dentro del intervalo
admitido por la prueba. Al restante de las estaciones se les realiza la eliminación
de un dato dudoso.
Una vez se termina la aplicación de la prueba de datos dudosos, se ingresa el
registro de precipitación confiable de cada estación al software HYFRAN y se
obtiene la distribución de probabilidad de precipitación para el periodo de retorno
de 2, 25, 50, 100 y 500 años tal como se muestra en la Tabla 9.
Tabla 9. Distribución de probabilidad Pearson Tipo III.
ESTACIÓN NORTE ESTE
PRECIPITACIÓN PARA T
AÑOS (mm)
2 25 50 100 500
LA BELLEZA 548038.5 550837.7 67 107 115 121 133
EL SILENCIO 566517.1 549009.8 76.4 90.8 93.8 96.6 103
SUPATÁ 584984.3 558241.2 68 90.6 94.8 98.7 107
ÚTICA 557018.0 574362.2 74.2 97.7 101 104 110
SANTA RITA 564644.3 559832.2 48.7 61.6 64 66.3 71
LOS PINOS 607770.6 579384.4 43.6 62 65.9 69.6 77.9
LA UNIÓN 583004.5 538862.1 38.5 63.5 68.9 74 85.2
SABANETA 577611.6 541650.9 17 74.6 88.9 102 129
CHILAGUA 570203.8 558225.3 68.1 103 109 115 126
VENECIA 566581.4 535465.2 41.6 61.6 64.7 67.4 72.3
EL PEÑON 578178.8 580723.8 85.5 123 131 138 155
VOCACIONAL 596577.3 570263.0 49.7 79.5 86.1 92.5 107
Los valores marcados con la línea roja en la ilustración 13 a), son la
probabilidad de la precipitación representadas en la columna XT para los periodos
de retorno de esta investigación para la estación Supatá.
77
Ilustración 13. Aplicación de la distribución de probabilidad de precipitación para la estación de Supatá en el software HYFRAN
a)
b)
78
Según la distribución de probabilidad de precipitación, obtenida de HYFRAN
para los diferentes periodos de retorno, se determina que la precipitación se
comportará en función del tiempo, es decir, aumentará en cada uno de los
periodos y en cada de las estaciones tal como se observa en b) ilustración 13.
Una vez obtenida la distribución de probabilidad de precipitación para cada
estación y subcuenca, se aplica la metodología de Dick Peschke y se calcula la
duración de la lluvia máxima probable cada diez minutos, posteriormente a través
de la metodología nombrada propuesta por Aparicio, se realizan los cálculos para
la generación de las curvas IDF y los hietogramas de diseño, para todas las
estaciones y subcuencas por medio del método de bloque alterno, un ejemplo de
ello son los resultados que se obtienen para estación Supatá ilustración 14.
Ilustración 14. Curvas IDF estación Supatá metodología Aparicio
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
100.0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
INT
EN
SID
AD
(m
m/h
)
DURACION (min)
CURVAS IDF
T2 T25 T50 T100 T500
79
Tabla 10. Método bloque alterno 1 para la estación Supatá para el periodo de retorno de 2 años
MÉTODO DEL BLOQUE ALTERNO ( T = 2 )
DURACIÓN
(min)
INTENSIDAD
(mm/h)
PROF
ACUM
(mm)
PROF
INCRE
(mm)
INT
BLOQUE
(mm/h)
TIEMPO
(min) ORDENADO
10 54.84 9.141 9.141 548.44 0 - 10 1.064
20 40.43 13.476 4.335 260.11 10 - 20 1.092
30 33.82 16.911 3.435 206.10 20 - 30 1.122
40 29.80 19.867 2.956 177.37 30 - 40 1.155
50 27.01 22.511 2.644 158.66 40 - 50 1.191
60 24.93 24.931 2.420 145.19 50 - 60 1.231
70 23.30 27.179 2.248 134.87 60 - 70 1.276
80 21.97 29.289 2.110 126.62 70 - 80 1.327
90 20.86 31.286 1.997 119.82 80 - 90 1.385
100 19.91 33.188 1.901 114.09 90 - 100 1.453
110 19.09 35.007 1.819 109.17 100 - 110 1.533
120 18.38 36.755 1.748 104.88 110 - 120 1.629
130 17.74 38.440 1.685 101.10 120 - 130 1.748
140 17.17 40.069 1.629 97.73 130 - 140 1.901
150 16.66 41.648 1.578 94.70 140 - 150 2.110
160 16.19 43.180 1.533 91.96 150 - 160 2.420
170 15.77 44.672 1.491 89.47 160 - 170 2.956
180 15.37 46.125 1.453 87.18 170 - 180 4.335
190 15.01 47.542 1.418 85.07 180-190 9.141
200 14.68 48.928 1.385 83.13 190-200 3.435
210 14.37 50.283 1.355 81.32 200-210 2.644
220 14.08 51.610 1.327 79.63 210-220 2.248
230 13.80 52.911 1.301 78.05 220-230 1.997
240 13.55 54.187 1.276 76.57 230-240 1.819
250 13.31 55.440 1.253 75.18 240-250 1.685
260 13.08 56.671 1.231 73.87 250-260 1.578
270 12.86 57.882 1.210 72.63 260-270 1.491
280 12.66 59.073 1.191 71.45 270-280 1.418
290 12.46 60.245 1.172 70.34 280-290 1.355
80
300 12.28 61.400 1.155 69.28 290-300 1.301
310 12.10 62.538 1.138 68.27 300-310 1.253
320 11.94 63.660 1.122 67.31 310-320 1.210
330 11.78 64.766 1.106 66.39 320-330 1.172
340 11.62 65.858 1.092 65.51 330-340 1.138
350 11.47 66.936 1.078 64.67 340-350 1.106
360 11.33 68.000 1.064 63.86 350-360 1.078
Ilustración 15. Hietograma 1 del periodo de retorno de 2 años para la estación Supatá
Mediante la aplicación de la metodología de la ecuación propuesta para la
estimación de las curvas IDF para Colombia se obtiene:
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
0 -
10
10
-2
02
0 -
30
30
-4
04
0 -
50
50
-6
06
0 -
70
70
-8
08
0 -
90
90
-1
00
10
0 -
11
01
10
-1
20
12
0 -
13
01
30
-1
40
14
0 -
15
01
50
-1
60
16
0 -
17
01
70
-1
80
18
0-1
90
19
0-2
00
20
0-2
10
21
0-2
20
22
0-2
30
23
0-2
40
24
0-2
50
25
0-2
60
26
0-2
70
27
0-2
80
28
0-2
90
29
0-3
00
30
0-3
10
31
0-3
20
32
0-3
30
33
0-3
40
34
0-3
50
35
0-3
60
INT
EN
SID
AD
ES
(M
M/H
)
TIEMPO (MIN)
HIETOGRAMA T = 2 AÑOS
81
Tabla 11. Método bloque alterno 2, estación Supatá para el periodo de retorno de 2 años
MÉTODO DEL BLOQUE ALTERNO ( T = 2 AÑOS )
DURACIÓN
(min)
INTENSIDAD
(mm/h)
PROF ACUM
(mm)
PROF
INCRE
(mm)
INT
BLOQUE
(mm/h)
TIEMPO
(min) ORDENADO
10 116,44 19,407 19,407 1164,40 0 - 10 0,657
20 73,69 24,563 5,157 309,40 10 - 20 0,683
30 56,39 28,195 3,632 217,90 20 - 30 0,678
40 46,64 31,093 2,898 173,90 30 - 40 0,703
50 40,25 33,542 2,448 146,90 40 - 50 0,757
60 35,69 35,690 2,148 128,90 50 - 60 0,802
70 32,23 37,602 1,912 114,70 60 - 70 0,810
80 29,52 39,360 1,758 105,50 70 - 80 0,878
0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0
100.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.0190.0200.0210.0220.0230.0240.0250.0260.0270.0280.0290.0300.0310.0320.0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
INT
EN
SID
AD
(m
m/h
)
DURACION (min)
CURVAS IDF
T2 T25 T50 T100 T500
Ilustración 16. Curvas IDF estación Supatá metodología propuesta para Colombia
82
90 27,31 40,965 1,605 96,30 80 - 90 0,913
100 25,47 42,450 1,485 89,10 90 - 100 0,982
110 23,92 43,853 1,403 84,20 100 - 110 1,088
120 22,59 45,180 1,327 79,60 110 - 120 1,190
130 21,42 46,410 1,230 73,80 120 - 130 1,327
140 20,40 47,600 1,190 71,40 130 - 140 1,485
150 19,49 48,725 1,125 67,50 140 - 150 1,758
160 18,68 49,813 1,088 65,30 150 - 160 2,148
170 17,95 50,858 1,045 62,70 160 - 170 2,898
180 17,28 51,840 0,982 58,90 170 - 180 5,157
190 16,68 52,820 0,980 58,80 180-190 19,407
200 16,12 53,733 0,913 54,80 190-200 3,632
210 15,61 54,635 0,902 54,10 200-210 2,448
220 15,14 55,513 0,878 52,70 210-220 1,912
230 14,70 56,350 0,837 50,20 220-230 1,605
240 14,29 57,160 0,810 48,60 230-240 1,403
250 13,91 57,958 0,798 47,90 240-250 1,230
260 13,56 58,760 0,802 48,10 250-260 1,125
270 13,22 59,490 0,730 43,80 260-270 1,045
280 12,91 60,247 0,757 45,40 270-280 0,980
290 12,62 60,997 0,750 45,00 280-290 0,902
300 12,34 61,700 0,703 42,20 290-300 0,837
310 12,07 62,362 0,662 39,70 300-310 0,798
320 11,82 63,040 0,678 40,70 250-261 0,730
330 11,58 63,690 0,650 39,00 260-271 0,750
340 11,36 64,373 0,683 41,00 270-281 0,662
350 11,14 64,983 0,610 36,60 280-291 0,650
360 10,94 65,640 0,657 39,40 290-301 0,610
83
Ilustración 17. Hietograma 2 del periodo de retorno de 2 años para la estación Supatá
Al comparar los resultados obtenidos de la aplicación de las dos metodologías,
se observa que la intensidad es mayor en los primeros 60 minutos en ambas para
cada periodo de retorno, sin embargo, en la aplicación para Colombia las
intensidades incrementan notablemente a comparación a las obtenidas por el
método de Aparicio.
La precipitación pico de la tormenta de diseño se presenta en el intervalo de
tiempo de 180-190 minutos para ambas metodologías con 9.14 mm para el
periodo de retorno dos, mientras que, para los periodos futuros de 25, 50, 100 y
500 es de 12.18, 12.74, 13.27 y 14.38 mm respectivamente según la metodología
de Aparicio.
Sin embargo, para el desarrollo de la ecuación propuesta para Colombia por
Vargas y Díaz en 1998, se obtienen valores de precipitación pico de 19.41, 30.58,
34.64, 39.24 y 52.43 para los periodos de retorno de estudio.
De esta forma, los valores obtenidos de precipitaciones pico en las tormentas
de diseño obtenidas por la ecuación para Colombia, comparadas con las
resultantes de la aplicación de la metodología de Aparicio, tienen una discrepancia
0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0
10.011.012.013.014.015.016.017.018.019.020.0
0 -
10
20
-Oct
20
-3
0
30
-4
0
40
-5
0
50
-6
0
60
-7
0
70
-8
0
80
-9
0
90
-1
00
10
0 -
11
0
11
0 -
12
0
12
0 -
13
0
13
0 -
14
0
14
0 -
15
0
15
0 -
16
0
16
0 -
17
0
17
0 -
18
0
18
0-1
90
19
0-2
00
20
0-2
10
21
0-2
20
22
0-2
30
23
0-2
40
24
0-2
50
25
0-2
60
26
0-2
70
27
0-2
80
28
0-2
90
29
0-3
00
30
0-3
10
25
0-2
61
26
0-2
71
27
0-2
81
28
0-2
91
29
0-3
01
INT
EN
SID
AD
ES
(M
M/H
)
TIEMPO (MIN)
HIETOGRAMA T = 2 AÑOS
84
de 10.27, 18.4, 21.9, 25.97 y 38.05 mm para periodos futuros de 2, 25, 50, 100 y
500 años respectivamente.
Estos resultados se obtienen para las estaciones restantes y las 30
subcuencas para cada periodo de retorno, del mismo modo que la estación de
Supatá.
Ya realizados los hietogramas para los cinco periodos de retorno, de cada
estación y cada subcuenca por las dos metodologías, se genera la simulación en
HEC-HMS donde se obtiene el caudal simulado para las cuencas quebrada Negra
y río Negro en cada periodo de retorno como se observa en la ilustración 18.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0:0
0
0:4
0
1:2
0
2:0
0
2:4
0
3:2
0
4:0
0
4:4
0
5:2
0
6:0
0
6:4
0
7:2
0
8:0
0
8:4
0
9:2
0
10:0
0
10:4
0
11:2
0
12:0
0
12:4
0
13:2
0
14:0
0
14:4
0
15:2
0
16:0
0
16:4
0
17:2
0
18:0
0
18:4
0
19:2
0
20:0
0
20:4
0
21:2
0
22:0
0
22:4
0
23:2
0
0:0
0
HIDROGRAMA CUENCA QUEBRADA NEGRA T2
METOLOGÍA 2 METODOLOGÍA 1
0
200
400
600
800
1000
1200
0:0
0
0:4
0
1:2
0
2:0
0
2:4
0
3:2
0
4:0
0
4:4
0
5:2
0
6:0
0
6:4
0
7:2
0
8:0
0
8:4
0
9:2
0
10:0
0
10:4
0
11:2
0
12:0
0
12:4
0
13:2
0
14:0
0
14:4
0
15:2
0
16:0
0
16:4
0
17:2
0
18:0
0
18:4
0
19:2
0
20:0
0
20:4
0
21:2
0
22:0
0
22:4
0
23:2
0
0:0
0
HIDROGRAMA CUENCA RÍO NEGROT2
METOLOGÍA 2 METODOLOGÍA 1
b)
a)
Ilustración 18. Hidrogramas de los caudales simulados en HEC-HMS a) Hidrograma para la cuenca quebrada negra. b) Hidrograma para la cuenca río Negro. (Metodología 1: Aparicio; Metodología 2: Vargas & Díaz)
Según los hidrogramas obtenidos a partir de la simulación por ambas
metodologías, para un intervalo de tiempo de 24 horas, resulta que para la
metodología 1 en la cuenca quebrada Negra, el caudal pico se presenta a las
cinco horas con diez minutos, con un valor de 106.1 m3/s, es decir 65.1 m3/s por
debajo del caudal pico para la metodología 2, la cual presenta el caudal pico a las
cuatro horas y 50 minutos con 171.2 m3/s. Para ambas metodologías se
evidencia que los caudales máximos se presentan entre las tres horas con veinte
minutos y las nueve horas con veinte minutos.
Por otro lado, para la cuenca de río Negro por la metodología 1, el caudal pico
se observa a las 11 horas con 1019.3 m3/s, al igual que en la metodología 2 con
un caudal de 1070 m3/s. Por tal razón, la metodología 1 difiere en 50.7 m3/s por
debajo de la 2 en cuanto su caudal pico.
Estos hidrogramas se obtienen para cada periodo de retorno (2, 25, 50, 100 y
500 años) en las cuencas quebrada Negra y río Negro, donde se correlacionan en
cuanto a sus diferencias en las metodologías aplicadas. Por tal razón, se opta por
calibrar la metodología 2, ya que esta presenta caudales inferiores que se pueden
ajustar mejor a la distribución de probabilidad estadística de la función Log
Pearson Tipo III de HYFRAN.
5.2. Evaluación del desempeño del modelo hidrológico
Se calibran los parámetros correspondientes a curva número y Tlag para cada una
de las subcuencas que conforman el modelo hidrológico, comparando los
caudales simulados con los obtenidos en el cálculo de la distribución de
probabilidad, mediante la función de Log Pearson Tipo III (ver Tabla 12).
Tabla 12. Valores de caudal para los diferentes periodos de retorno.
ESTACION ESTE NORTE CAUDAL PARA T AÑOS (m3/s)
2 25 50 100 500
CHARCO LARGO 561285.4 566541.8 108 191 210 228 269
TOBIA 559073.1 553637.1 179 340 379 418 509
SALITRE BLANCO 572505.2 581126.1 0.93 10.5 14.1 17.9 26.7
RIO DULCE 556991.2 555181.5 13.3 18.7 19.9 21 23.7
86
PUENTE NARANJAL 567770.2 558214.2 72.4 196 225 251 305
PUENTE ARCO 592673.6 565207.7 5.48 18.9 22.6 26.2 34.5
AGUA FRÍA 558574.7 564102.5 0.65 3.28 3.78 4.2 4.9
VILLETA 559358.7 550818.4 70.1 326 408 494 704
Obteniendo como resultado los parámetros expuestos en la Tabla 13, los
cuales son la mejor opción para que los caudales simulados y los de probabilidad
estadística guarden la mayor afinidad.
Tabla 13. Parámetros calibrados del modelo hidrológico
PARÁMETROS PARÁMETROS
SUBCUENCA
HEC-HMS
CALCULADOS CALIBRADO SUBCUENCA
HEC-HMS
CALCULADOS CALIBRADO
CN TLAG CN TLAG CN TLAG CN TLAG
S1 76 131.1 69 169.1 S15 75 42.84 60 48.66
S3 77 34.98 60 34.98 S23 78 17.4 70 17.4
S31 76 84.72 65 84.72 S18 74 48.66 60 42.84
S30 78 52.8 70 52.8 S20 76 46.68 65 80.19
S27 78 103.6 68 103.6 S4 75 46.68 63 65.06
S26 78 35.04 70 66.09 S28 75 66.42 65 50
S16 76 79.98 65 79.98 S21 75 94.14 68 117.52
S6 75 66.06 70 66.06 S22 77 83.82 60 83.82
S25 75 33.96 60 33.96 S7 78 74.94 70 186.74
S9 76 47.16 70 47.16 S10 78 77.58 60 120.95
S8 78 89.76 65 89.76 S13 76 124.2 60 124.2
S19 75 96.96 65 96.96 S29 77 105.18 61 105.18
S24 75 21.06 65 21.06 S5 77 69.66 70 79.66
S2 78 86.34 70 86.34 S11 75 81.96 75 76.74
S12 74 64.38 70 64.38 S17 (QN*) 76 83.82 76 83.82
Frente al parámetro calibrado de la curva número, se obtienen valores de 60
los cuales guardan discrepancia a los calculados y esto fue principalmente en las
subcuencas cuya descripción del suelo son pastos poco continuos dedicados a la
ganadería y bosques relictuales, que corresponden a aquellos que quedan como
vestigio de algún tipo de flora como consecuencia de la agricultura y montes con
*QN: Cuenca quebrada Negra
87
pastos con aprovechamiento silvopastorales. Así mismo, el tiempo de retraso
calibrado corresponde a las cuencas cuya área es mayor en relación a las demás.
Esta calibración también se realiza para la cuenca quebrada Negra, sin
embargo, al ésta no contar con estaciones de caudal su calibración corresponde
netamente a las características propias de la subcuenca, por tal razón los
resultados obtenidos en la calibración pierden ajuste debido a falta de información.
Por tal motivo se compara el caudal pico obtenido en el hidrograma de la
modelación con valor de 191 m3/s para el periodo de retorno de 25 años con el del
estudio de Balanta con valor de 187 m3/s.
En cuanto a la validación del modelo por el índice de Nash-Sutcliffe (NSE), los
resultados se observan en la Tabla 14
Tabla 14. Resultados del cálculo del índice de Nash-Sutcliffe (NSE)
ESTACION
CAUDAL
GENERADO
POR HEC
CAUDAL
MEDIDO ∑ (𝑸𝒐𝒊 − 𝑸𝒔𝒊)
𝟐𝒏
𝒊=𝟏 ∑ (𝑸𝒐𝒊 − �̅�𝒔𝒊)
𝟐𝒏
𝒊=𝟏
Charco Largo 120.9 108 166.41 2679.73
Tobia 201.3 179 497.29 15071.52
Salitre Blanco 43 0.933 1769.63 3058.19
Rio dulce 30.7 13.3 302.76 1843.32
Puente Naranjal 80.4 72.4 64.00 261.34
Puente Arco 16.9 5.48 130.42 2575.96
Agua Fría 12.9 0.658 149.87 3088.68
Villeta 68.5 70.1 2.56 192.27
3082.94 28771.00
�̅� 56.23
E 0.89
Este coeficiente muestra el nivel de ajuste entre los caudales simulados y los
caudales observados. Teniendo en cuenta que cuando el valor de E se acerca a 1,
la simulación es perfecta, cuando es igual a 0, la simulación da como resultado
valores similares al promedio de los caudales y cuando el valor de E es menor a 0,
88
nos indica que el promedio de los caudales es una mejor solución que la obtenida
en el modelo (Cabrera, J., Timbe, L. & Crespo, P. 2019).
En este caso, se obtiene al aplicar el índice de Nash-Sutcliffe un valor de 0.89,
el cual al estar más cercano a uno se tienen en cuenta los caudales simulados por
el programa HEC-HMS para el modelamiento hidráulico.
Este índice de confiabilidad es obtenido para el modelo hidrológico en general,
sin embargo hay estaciones donde se evidencia mayor discrepancia en los valores
de caudal debido a que las estaciones están ubicadas en uno de los afluentes no
principales de la subcuenca con poco flujo, mientras que el dato arrojado por el
modelamiento es la suma del caudal de todos los afluentes que conforman la
subcuenca.
5.3. Espacialización de huella de inundación
En la ilustración 19, se observan las áreas máximas de las inundaciones
simuladas para el casco urbano en cada periodo de retorno analizado, las cuales
son alcanzadas entre las 10 y 11 horas después de la entrada de caudal (hora
00:00), las cuales coinciden con la hora del caudal pico calculada y representada
en los hidrogramas de la cuenca de río Negro para el T2 en la ilustración 18. Sin
embargo, cuando el área de inundación máxima alcanzada por el río Negro es a
las 10h, la quebrada Negra, en esta hora, está reduciendo su caudal ya que su
pico lo presenta entre las 5 y 6 horas. De esa manera, se logra evidenciar
aumento del área en cada uno de los periodos con una diferencia de 12 hectáreas
entre el periodo de 2 años y 500 años.
Por otro lado, en la ilustración 20 se muestra la representación de la velocidad
con la que el caudal entra al área del casco urbano, hasta donde la quebrada
Negra desemboca en el río Negro. Allí se presenta en tonalidades azules la
velocidad más lenta, en relación a la máxima alcanzada representada en rojo en el
primer tercio de la quebrada Negra, donde se presentan las pendientes mayores.
Sin embargo, en el cauce del río Negro se presentan estas tonalidades rojizas, lo
cual se debe a un desacierto en el último plan de vuelo del drone.
89
En la ilustración 19 se espacializa el área que abarca la inundación en los
periodos de retorno de 2, 25, 50, 100 y 500 años que corresponde a 17.36, 22.37,
23, 24, y 29.39 hectáreas respectivamente.
Respecto a la simulación dinámica por medio del HEC-RAS, para los cinco
periodos de estudio, se obtiene que inicialmente el río comienza a desbordarse en
su margen derecha, posteriormente se inunda a lo largo del cauce terminando con
la inundación a la margen izquierda del río hasta la ribera de la quebrada Negra.
Igualmente, se logra evidenciar que las profundidades de inundación son mayores
en las cercanías con el río y disminuyen progresivamente a medida que avanza la
lámina de agua (Tabla 15).
Ilustración 19. Espacialización de la huella de inundación para los diferentes periodos de retorno.
Ilustración 20. Velocidad del flujo de la inundación simulada para el periodo de retorno 50
(m/s)
Elevación (m.s.n.m)
A continuación, en la tabla 15 se presenta un ejemplo del resultado obtenido
del área de inundación para el periodo de retorno de 100 años en intervalos de
tiempo de 2 horas. Al igual que para este periodo, se observa la misma variación
dinámica en los otros periodos estudiados.
Tabla 15. Progreso de la inundación para T100 en función del tiempo.
00:00 02:00 04:00
06:00 08:00 10:00
93
6. DISCUSIÓN
En la simulación de crecidas para el casco urbano del municipio de Útica, en los
periodos de retorno estudiados, se obtiene que las áreas de inundación aumentan
y corresponden en su totalidad al flujo liquido de salida de la cuenca de río Negro,
las cuales son diferentes frente a los resultados de Sepulveda, A. y Patiño, J. en
2016, al igual que la investigación de Balanta, cuyos resultados corresponden a
áreas de inundación provocados por quebrada Negra.
La diferencia de áreas de inundación obtenidas en este estudio, en relación a
las calculadas por los autores mencionados anteriormente, se explica debido a
que en la presente investigación no se usan datos correspondientes a
sedimentación, puesto que para ello es necesario realizar un trabajo de campo
incorporando análisis detallados del suelo y esto no se contempla en el
planteamiento del problema. De esta forma se usan los caudales líquidos
entendiéndose como aquellos resultantes de la escorrentía superficial del suelo
obtenidos del modelo hidrológico.
Debido a que en el área de estudio no se han realizado investigaciones de
predicción de inundaciones sin valores de sedimentación, se valida la metodología
aplicada al igual que los resultados obtenidos, mediante estudios internacionales
como lo es el realizado por Khalfallah, C. & Saidini, S., en 2018 en la cuenca
Medjerda en Túnez África. Así mismo, en el rio Frio en el municipio de Chía
Cundinamarca, Quintana en el 2017 realiza una modelación hidrológica para el
estudio de inundación en la cual no se emplea datos de sedimentología y obtiene
huellas de inundación para los periodos de estudio confiables.
De esta forma en esta investigación, al usar datos de precipitación y no valores
de sedimentación, quebrada Negra no arroja inundaciones; por el contrario, rio
Negro es el afluente que presenta mayor probabilidad a inundación, puesto que
transporta mayor caudal y el casco urbano se localiza principalmente en la llanura
de inundación de éste.
Las áreas de inundación espacializadas de la dinámica fluvial del río Negro, no
fueron comparadas con otros estudios ya que solo se presentan investigaciones
94
de avalanchas en función a la quebrada Negra, ignorando así el riesgo a
inundación por dicho cauce, que aunque no presenta características torrenciales
como la quebrada, manifiesta una amenaza latente a inundaciones progresivas
tales como las encontradas en los resultados de esta investigación.
Esto hace que el casco urbano de Útica, este en un factor vulnerable ante la
probabilidad de eventos de inundaciones progresivas por parte de río Negro.
Razón por la cual, esta investigación da mayor relevancia a ésta amenaza,
logrando una oportuna actualización de las áreas en riesgo estipuladas en el plan
municipal de gestión del riesgo del municipio.
Para el cálculo y pronóstico de caudales máximos en los puntos de aforo de las
cuencas, es relevante contar con una base de datos con valores de precipitación y
caudales máximos en toda la zona de estudio. En este trabajo, se utilizan datos de
12 estaciones meteorológicas y 8 estaciones hidrológicas, los cuales se procesan
con el fin de obtener la mayor confiabilidad posible, dado que al realizar un
análisis general de los valores medidos, se presentan umbrales que no
corresponden a registros de fenómenos del niño o niña.
Sin embargo, aquellos datos a los que se logra dar una explicación lógica del
por qué se encuentran fuera del rango de los umbrales, se toman como válido y
en caso contrario se descartan; los datos descartados corresponden a errores en
la medición, ya sea por factores humanos, calibración o cambio del instrumento de
medición.
Los umbrales altos válidos, son justificados ya que los eventos de inundación
están relacionados con la variabilidad climática “fenómeno de la niña”, y se puede
observar cuando se presentan incrementos en las precipitaciones en un 60% por
encima de lo normal o del valor promedio (IDEAM, 2014), generando
intensificación de caudales, que sumados al mal uso del suelo generan
movimientos en masa en las laderas de los cauces, flujo de detritos y
sedimentación que provocan aumento en los volúmenes y alturas de los niveles
de agua, generando desbordamientos de ríos y eventos torrenciales.
95
Frente al análisis hidroclimático, en el aspecto de la precipitación media
máxima en 24 horas mensual multianual, para el periodo de referencia estudiado
comprendido entre el año 1976-2005 para la cuenca de río Negro, es de 1951.7
mm donde la precipitación media máxima mensual multianual para las
subcuencas que conforman dicha cuenca es de 65.15 mm. Así mismo, para la
cuenca quebrada Negra esta precipitación media máxima mensual multianual es
de 139.7 mm.
De esta forma, el aumento de las precipitaciones para las dos cuencas tiende a
aumentar en el primer semestre del año en los meses de marzo, abril y mayo y
para el segundo semestre, en los meses de septiembre y noviembre lo cual
coincide con los periodos húmedos (invierno) del país.
Así mismo, el caudal promedio máximo en 24 horas mensual multianual,
calculado para la cuenca de río Negro es de 370.13 m3/s. Sin embargo, se estima
que dicho caudal ha sido mayor, puesto que no se cuenta con los registros
completos de estaciones dentro del área de dicha cuenca. Además, para la
cuenca quebrada Negra no se cuenta con registros de caudales, razón por la cual
no se establece un caudal promedio basado en datos medidos. Por lo anterior, en
la temporada en que las precipitaciones se incrementan, se evidencia en los
registros de las estaciones hidrológicas caudales mayores, igualmente disminuyen
en los meses secos de diciembre a febrero y julio-agosto.
Como se esperaba en la hipótesis planteada, se incrementan los caudales
según las tormentas de diseño de las cuencas estudiadas por intensificaciones de
precipitaciones como resultado de las distribuciones de probabilidad aplicadas,
donde se corrobora que las áreas de inundación en general para el intervalo de
tiempo estudiado aumentan.
Así mismo, según la hipótesis se esperaba que para el periodo de retorno 2, el
área inundada respecto al 2011 permaneciera constante, sin embargo, frente a los
resultados obtenidos en la simulación para dicho periodo, se obtuvo un área de
inundación que corresponde a 17.36 hectáreas las cuales no se pueden comparar
a partir de investigaciones realizadas acerca de la avalancha presentada en el
96
2011, ya que el área mencionada en los diferentes estudios se refieren a un área
de inundación del 90% del casco urbano del municipio. No obstante, el área de la
cartografía presente de las zonas afectas por la avalancha de 2011 no
corresponde al porcentaje mencionado.
Por lo anterior, se realizó una charla con el comandante de bomberos, el señor
Mauricio Zarate, donde con información otorgada y su conocimiento de la
avalancha del 2011, se logró un mapeo del área afectada por la avalancha ya
mencionada la cual correspondió a 38.6 hectáreas, que se refiere al 19% del área
total del casco urbano. Dicha indagación en efecto, se utiliza de fundamento para
a partir de ella calcular las áreas inundadas obtenidas de esta investigación.
Una vez obtenida el área afectada para el 2011, se compara con la resultante
para el periodo de retorno 2, la cual se suponía que permanecería igual, sin
embargo, esta disminuyó y no corresponde a las áreas inundadas en su totalidad
por quebrada Negra, ya que aparecieron nuevas áreas y no se inundaron otras
presentes en el 2011, pues para el periodo de análisis el cauce desbordado es río
Negro, donde se presentan 5.37 hectáreas de intersección de afectación respecto
al último evento presentado que corresponden a un 13.91% del área total
inundada.
Este mismo fenómeno, se presenta para los periodos de retorno siguientes,
donde la simulación realizada para el área de estudio da como resultado que el
afluente con probabilidad de inundación es el río Negro, más no quebrada Negra
como se ha presentado en eventos históricos en el municipio, esto se explica
puesto que no se utilizaron datos correspondientes a volúmenes de detritos y
sedimentación, que adicionados a la fuerte precipitación producen caudales
torrenciales los cuales han sido y son el detonante de la amenaza por
avalanchas.
Es así como, para el periodo de retorno de 25 años el área incrementada
respecto a la inundación del T2 fue de 5.01 hectáreas, es decir 28.85%. Donde en
coherencia con la hipótesis, el río Negro se manifiesta al noreste del casco urbano
del municipio al igual que en los otros periodos de retorno. En ese mismo
97
contexto, en la hipótesis se propuso que para 50 y 100 años las áreas de
inundación incrementarían en 5% respecto al anterior, obteniendo así para el
primero un área de inundación de 23 ha y para el segundo 24 ha, aumentando en
un 2.81% y 4.34% respecto al periodo anterior. Resultando una discrepancia de
2.19 y 0.66 respectivamente en la relación a lo planteado.
En tal sentido, para el periodo de 500 años el aumento de las áreas difiere en
2.45% por encima de la suposición con un valor de 29.39 ha lo que significa que
aumentó en un 22.45% en proporción al T100.
De esta forma el aumento del porcentaje de las huellas de inundación de un
periodo de retorno respecto a otro corresponde a lo planteado, por lo cual se
comprueba la hipótesis de esta investigación.
Las velocidades que alcanza el río Negro en la inundación son de 0 a 3 m/s, lo
que sumado a sus pendientes medias constantes a lo largo de su curso y al ancho
del cauce generan desbordamiento del río, provocando inundaciones progresivas
sobre el casco urbano del municipio.
Por el contrario, quebrada Negra presenta variaciones en cuanto a la velocidad
de transporte, ya que en la parte alta es de aproximadamente 10 m/s, esto se
explica debido a que en esta zona la quebrada tiene pendientes altas y es
encañonada. Del mismo modo, a medida que el flujo líquido avanza por el cauce
de la quebrada la velocidad descienden ya que se amplía el valle y disminuyen las
pendientes, lo cual en este caso no genera inundación.
Por otra parte, cuando el flujo de la quebrada se mezcla con sedimentos y
material erosionado, el volumen aumenta ocasionando que en la parte alta donde
hay mayor velocidad este arrastre con todo el material y lo deposite al margen
derecho de esta, sobre el casco urbano. Por tal razón al trabajar con valores de
sedimentación la altura y las áreas de las inundaciones incrementan dependiendo
de las características físicas y los índices morfometricos de las cuencas.
Los depósitos de sedimentos contribuyen al aumento de la escorrentía de los
ríos generando represamientos que adicionados a las altas pendientes, cobertura
98
de la tierra y demás características pueden generar un amenaza con mayor
peligrosidad.
Los resultados obtenidos en esta investigación, de las áreas de inundación
originadas por el desbordamiento del río Negro, complementan los productos
realizados por otros estudios sobre las simulaciones de avalanchas para la
quebrada Negra, lo cual unidos consolidan una amenaza en el área del casco
urbano ubicado entre la quebrada y el río Negro.
De ésta forma, se propone que el plan de gestión del riesgo del municipio de
Útica contemple en amenaza total los barrios Bogotá, Centro, La Cita, Pueblo
Viejo, La estación, Boyacá, Alfonso López y Ciudadela los Comuneros, que para
el 2011 contaban con una población de aproximadamente 1.384 personas. Por lo
tanto, teniendo en cuenta los resultados arrojados acerca de las áreas y así
mismo los barrios damnificados para los diferentes periodos de retorno, se estima
que la población afectada aumentará en gran proporción.
En el plan de gestión de riesgos, se debe contemplar así mismo la reubicación
del casco urbano, ya que en este caso los planes de adaptación son deficientes
debido a la peligrosidad que representa dichos fenómenos naturales, igualmente,
los planes de mitigación o contingencia son poco funcionales ya que los muros de
contención han sido afectados en los diferentes eventos presentados, lo cual,
sumado a los daños en infraestructura generan incremento en inversiones que
podrían ser dirigidos a fondos para el nuevo asentamiento.
Teniendo en cuenta que el casco urbano se inundará en más de dos
ocasiones, es razonable prevenir los impactos económicos y sociales de fondo y
no subsanar las consecuencias después de cada catástrofe. Puesto que la
inversión será mayor y el riesgo no disminuirá.
Por otro lado, en el plan de desarrollo municipal propuesto para el 2013-2015
se planteó un área de reubicación del casco urbano debido a las afectaciones por
el evento del 2011, sin embargo, esto no se llevó acabo ni está considerado en el
PD actual (2020-2023), donde se propone construcción y mejoramiento de
viviendas en el casco urbano sin estimar las áreas de amenaza en el mismo.
99
Igualmente, se proponen mantenimientos de la malla vial, rehabilitaciones de vías
y mejoramiento de la red de servicios de acueducto y alcantarillado que de ser
materializada la amenaza como se observa en esta investigación será una
inversión perdida.
Finalmente el modelo HEC-MHS realizado en esta investigación, simuló
satisfactoriamente los caudales de escorrentía en la cuenca de estudio, dando
buenos resultados en la evaluación aplicada por medio del coeficiente de Nash,
razón por la cual las áreas obtenidas en el modelo HEC-RAS deben ser incluidas
en el inventario de amenazas del municipio de Útica y consideradas para estudios
futuros.
100
CONCLUSIONES
El grado de cumplimiento de los objetivos propuestos y de la hipótesis planteada
es alto, ya que se logró desarrollar cada uno de los objetivos y los porcentajes de
áreas propuestas de inundación en la hipótesis guardan gran concordancia con
las obtenidas.
El modelo hidrológico resultante se conforma de productos tales como la
división de la cuenca de río Negro en 29 subcuencas, y la cuenca de quebrada
Negra, 12 Reachs, 15 Juntion y 1 Sink. En cuanto a la validación del modelo por el
índice de Nash-Sutcliffe el resultado obtenido fue de 0.89 lo cual indica que los
datos a simular son confiables, sin embargo algunos resultados obtenidos en la
calibración pierden ajuste debido a la falta de información y por tal razón el índice
discrepa en 0.11 a una simulación perfecta.
La especialización de la huella de inundación en los periodos de retorno de 2,
25, 50, 100 y 500 años que corresponde a un área de 17.36, 22.37, 23, 24, y
29.39 hectáreas respectivamente.
Como era de esperarse, los mayores registros de áreas de inundación fueron
obtenidos bajo la simulación ejecutada para el periodo de retorno de 500 años, sin
embargo, es probable que el área sea mayor ya que para hacer un pronóstico con
un intervalo de 500 años es necesario utilizar una data de registros con un periodo
superior a los 30 años.
Además, se concluye que las áreas inundadas son causadas por el
desbordamiento del río Negro, se deduce que la quebrada Negra no inundó
debido a que la modelación hidrológica fue netamente con datos de precipitación y
no se tomaron valores de sedimentación, además el casco urbano se encuentra
principalmente en la llanura de inundación de la cuenca de río Negro.
Igualmente se deduce que las características de las cuencas al igual que las
propiedades del suelo, como el deterioro de la cobertura vegetal, deforestación,
impermeabilización y actividades antrópicas previas a un evento de precipitación
en máximas son factores determinantes en el incremento de la escorrentía y
101
desestabilización de las dinámicas normales lo que incrementa la posibilidad a
inundaciones y eventos torrenciales.
Así mismo, se obtiene que 8 de los 13 barrios que conforman el casco urbano
del municipio de Útica presentan una amenaza latente a inundaciones progresivas
por parte del río Negro y avalanchas, avenidas torrenciales a causa de la
quebrada Negra.
Debido a las áreas de inundación obtenidas en esta investigación es necesario
realizar seguimiento constante a la amenaza intrínseca de las cuencas, debido a
la geodinámica e hidrodinámica de las mismas que ponen en riesgo la vida de la
población uticense.
Frente al esquema de ordenamiento territorial, esta investigación permitirá
actualizar los predios que presentan mayor riesgo, así como diseñar estrategias
respecto a los conflictos de uso de suelo para ambas cuencas, también
articularlos POMCAS con el fin de gestionar la reducción del riesgo mediante el
cumplimiento de las áreas de protección y ronda de los cauces, evitando
problemas de erosión y socavación provocadas por las diferentes actividades
antrópicas y de esta forma reducir los volúmenes de agua que pueden llegar a
presentarse en fuertes precipitaciones.
RECOMENDACIONES Se recomienda para futuras investigaciones, tener en cuenta datos de
sedimentación levantados en campo. También, se recomienda a las entidades
encargadas de registros de caudales, implementar estaciones con toma de datos
permanente en el afluente de quebrada Negra y mejor la calidad en la toma de
datos de las estaciones distribuidas a lo largo de la cuenca de río Negro.
Se recomienda para la continuación de esta investigación trabajar con datos de
sedimentología mediante el uso de software más avanzados como lo es FLO-2D o
FLO-2D PRO.
Así mismo, se recomienda trabajar periodos de retorno con menor intervalo de
tiempo, aplicando la metodología de distribución de probabilidad de Log Pearson
tipo III, ya que para periodos de 500 años en adelante una data correspondiente a
30 años no es suficiente para obtener resultados 100% fiables de probabilidad de
precipitación y caudal.
Por lo tanto, se aconseja tomar para los planes de gestión del riesgo del
municipio, las áreas de inundación correspondiente a los periodos de 2, 25, 50 y
100 años, para así informar y alertar con suficiente tiempo de antelación al
Sistema Nacional de Gestión del Riesgo de Desastres y a la población en general,
sobre el comportamiento de los principales cuerpos de agua del municipio y la
probabilidad de ocurrencia de eventos extremos.
Igualmente, para trabajos futuros es óptimo realizar vuelos fotogramétricos
garantizando la calidad de las fotografías, de manera tal que, en el momento de
procesar información no se presenten desaciertos en cuanto a alturas y posibles
conflictos en los geoprocesamientos.
103
REFERENCIAS
ALCALDÍA MUNICIPAL DE ÚTICA, CUNDINAMARCA. (s. f.). Alcaldía Municipal
de Útica, Cundinamarca. Recuperado 15 de marzo de 2020, de
http://www.utica-cundinamarca.gov.co/
ALCALDÍA MUNICIPAL DE ÚTICA, CUNDINAMARCA. (2010). PLAN LOCAL DE
EMERGENCIA Y CONTINGENCIAS (PLEC’s) DEL MUNICIPIO DE ÚTICA
DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA. Recuperado 16 de febrero de
2020, de http://oaica.car.gov.co/m/archivos/1393346816plec-municipio-
utica.pdf
ALCALDÍA MUNICIPAL ÚTICA, CUNDINAMARCA. (2012). PLAN MUNICIPAL DE
GESTIÓN DEL RIESGO DEL MUNICIPIO DE ÚTICA DEPARTAMENTO
DE CUNDINAMARCA. Recuperado 13 de febrero de 2020, de
https://www.preventionweb.net/applications/hfa/lgsat/en/image/href/5290
APARICIO, F. (1997). Precipitación. En Fundamentos de hidrología de superficie
(pp. 140-176). Grupo Noriega.
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/adamoreno/HIDRO/Fundamentos_d
e_hidrologia_de_superficie_-_Aparicio.pdf
BALANTA. (2007). Modelación matemática de flujos de avalanchas.
https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/56726/2705146.2015.pdf?seque
nce=124
BARRAGÁN, J., & HUERTAS, E. (2018, diciembre). Regionalization of equations
to calculate curves of intensity, duration and frequency using isoline maps in
the department of Boyacá. Scielo-Tecnura, 22(58).
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0123-
921X2018000400053
BERMÚDEZ, D., & MARTINEZ, A. (2016). Evaluaciín hidrológica e hidraulica de la
quebrada La Chorrera para la verificación de los niveles máximos y
104
mínimos en la captación del centro poblado la Magdalena, municipio de
Quebrada negra-Cundinamarca. Repositorio Institucional UCatolica.
https://repository.ucatolica.edu.co/handle/10983/14020
BERNAL, E. (1987, noviembre 1). Informe técnico comisión efectuada a utica -
Cundinamarca. Recuperado 20 de febrero de 2020, de
https://repositorio.gestiondelriesgo.gov.co/bitstream/handle/20.500.11762/1
8939/1351.pdf?sequence=1&isAllowed=y
BOCCO G., R. SÁNCHEZ Y H. RIEMANN. (1995). GIS affects flood planning
efforts. Recuperado 5 de marzo de 2020, de
http://documentacion.ideam.gov.co/cgi-bin/koha/opac-
search.pl?q=su:%22ESTUDIOS%20HIDROLOGICOS%22
BROWN, O., GALLARDO, Y., & PÉREZ, W. (2017). Elaboración de curvas de
intensidad, frecuencia y duración (IDF) para la estimación de sequias.
Universidad de Ciego de Ávila, Cuba. https://docplayer.es/65106342-
Elaboracion-de-curvas-de-intensidad-frecuencia-y-duracion-ifd-para-la-
estimacion-de-sequias-en-empresas-agricolas.html
CABALLERO, H. (2011, diciembre 7). LAS AVENIDAS TORRENCIALES: UNA
AMENAZA TORRENCIAL EN EL VALLE DE ABURRÁ. Recuperado 5 de
marzo de 2020, de
https://revistas.unal.edu.co/index.php/gestion/article/download/29734/29973
CABRERA, J., TIMBE, L. & CRESPO, P. (2019). Evaluation of the HEC-HMS
model for the hydrological simulation of a paramo basin. DYNA, 8 (216).
http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0012-
73532019000300338&lng=es&nrm=iso&tlng=es
CAMPOS, D. (2002). Ajuste de la distribución Log-Pearson tipo III por medio de
optimización numérica no resumida. Ingeniería Hidráulica en México.
http://revistatyca.org.mx/ojs/index.php/tyca/article/view/911
CARTAYA, S., & EDUARTE, R. M. (2016). Identificación de zonas en riesgo de
inundación mediante la simulación hidráulica en un segmento del río
105
pescadillo, manabi, ecuador. Revista de Investigación Nº 89 Vol. 40.
Recuperado 10 de marzo de 2020, de
http://www.scielo.org.ve/pdf/ri/v40n89/art09.pdf
CONCEJO MUNICIPAL (UTICA). (2014, abril 22). ACUERDO MUNICIPAL N°.
002. Recuperado 13 de febrero de 2020, de
https://uticacundinamarca.micolombiadigital.gov.co/sites/uticacundinamarca
/content/files/000088/4398_acuerdo-municipal-n-002-esquema-de-
ordenamiento-territorial-definitivo.pdf
CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA. (2012, junio 1).
Análisis de amenaza por inundación del casco urbano del municipio de
utica, en el departamento de Cundinamarca a causa de la quebrada la
Negra en la subdirección de recurso natural y áreas protegidas.
Recuperado 1 de marzo de 2020, de
http://documentacion.ideam.gov.co/cgi-bin/koha/opac-
detail.pl?biblionumber=6836&shelfbrowse_itemnumber=7154
CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL – CAR (s.f.). Capítulo 2:
caracterización del medio físico subcuenca quebrada negra. Recuperado el
19-04-2020. Disponible en:
https://www.car.gov.co/uploads/files/5ac67becec1a3.pdf
CORPORACIÓN AUTONOMA REGIONAL - CAR. (2012). DELIMITACIÓN Y
LOCALIZACIÓN DE LAS CUENCAS.CAPITULO 1. Recuperado el 19-04-
2020.Disponible en:
https://www.car.gov.co/uploads/files/5ac67c2184f22.pdf
CORPORACIÓN REGIONAL DE CUDINAMARCA & GRUPO DE
INVESTIGACIÓN EN DERECHOS HUMANOS DE LA FACULTAD DE
JURISPRUDENCIA DE LA UNIVERSIDAD DEL ROSARIO. (s. f.). Caso de
estudio: Riesgo de desastre en Útica. Recuperado 20 de febrero de 2020,
de http://oaica.car.gov.co/caso-de-estudio2.php
DESINVENTAR. (s. f.). COLOMBIA-INVENTARIO NACIONAL DE DESASTRES.
Recuperado 20 de febrero de 2020, de
106
https://online.desinventar.org/desinventar/#COL-1250694506-
colombia_inventario_historico_de_desastres
DÍAZ, ET AL. (2013). Análisis de aspectos que incrementan el riesgo de
inundaciones en Colombia. Luna azul. Recuperado 5 de marzo de 2020, de
https://doi.org/10.17151/luaz.2013.37.13
EL UNIVERSAL. (2011, Abril 19). Avalancha en Útica, Cundinamarca dejó una
persona muerta y dos desaparecidas. Recuperado 1 de marzo de 2020, de
https://www.eluniversal.com.co/colombia/avalancha-en-utica-cundinamarca-
dejo-una-persona-muerta-y-dos-desaparecidas-20292-MJEU98529
ESPECTADOR, E. P. E. R. H. (2011, junio 6). Útica, salvada de las aguas.
Recuperado 1 de marzo de 2020, de
https://www.elespectador.com/content/%C3%BAtica-salvada-de-las-aguas
FERRER, F. (2000). Recomendaciones para el cálculo hidrometeorologico de
avenidas. CEDEX- Centro de estudios hidrográficos.
http://hispagua.cedex.es/node/92786
Gaceta número 778 - jueves, 8 de noviembre de 2012. SENADO DE LA
REPÚBLICA
GIL, L. (2019, 19 noviembre). Estrategias para la gestión del riesgo ante
inundaciones en zonas localizadas del municipio de Tunja, Colombia.
Repositorio Universidad Santo Tomás.
https://repository.usta.edu.co/handle/11634/19948?show=full
GONZALEZ, J. (S. F.). Oasificación - Tablas de N.
http://www.oasification.com/tablasden.htm. Recuperado 20 de octubre de
2020, de http://www.oasification.com/tablasden.htm
GÜIZA, L. (2012, septiembre). Gestión del riesgo de inundaciones en Colombia.
Letras verdes, 12. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=5444125
107
HERNÁNDEZ, B. (2015). Estrategias para la recuperación del municipio de Útica
Cundinamarca. Recuperado 13 de abril de 2020, de
http://polux.unipiloto.edu.co:8080/00002883.pdf
HERNÁNDEZ, R., BARRIOS, H., & RAMÍREZ, A. (2017, junio). Análisis de riesgo
por inundación: metodología y aplicación a la cuenca Atemajac. Tecnología
y ciencias del agua, 8(3).
http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2007-
24222017000300005
HERREÑO, D., & OLARTE, J. (2016). Análisis y diagnóstico de la actividad
económica de la cuenca Quebrada Negra y sus implicaciones en las
amenazas de avalanchas e inundaciones 1988 - 2015. Repositorio
Universidad Distrital Francisco osé de Caldas.
http://repository.udistrital.edu.co/handle/11349/4657
HORTON, R. E., Erosional development of streams and their drainage basins:
hydrophysical approach to quantitative morphology., Geol. Soc. America
Bulletin, Vol 56, No. 3, 1945, pp. 275-370.
IDEAM. (s. f.). MODELACIÓN HIDROLÓGICA - IDEAM. Recuperado 20 de
febrero de 2020, de http://www.ideam.gov.co/web/agua/modelacion-
hidrologica
IDEAM. (2014). PRONÓSTICO HIDROLÓGICO - IDEAM. Recuperado 5 de marzo
de 2020, de http://www.ideam.gov.co/web/agua/pronostico-hidrologico
IDEAM & Centro Nacional de Modelación. (2017). Guía metodológica para la
elaboración de mapas de inundación (N.o 978-958-8067-98-8).
http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/023774/GUIA_METO
DOLOGICA_MAPAS_INUNDACION_MARZO_2018.pdf
IDEAM, PNUD, Alcaldía de Bogotá, Gobernación de Cundinamarca, CAR,
Corpoguavio, Instituto Alexander von Humboldt, Parques Nacionales
Naturales de Colombia, MADS, DNP. 2014. Evolución de precipitación y
108
temperatura durante los fenómenos el Niño y la Niña en Bogotá -
Cundinamarca. Plan Regional Integral de Cambio Climático para Bogotá
Cundinamarca (PRICC).
https://www.minambiente.gov.co/images/AsuntosMarinosCosterosyRecurso
sAcuatico/NI%C3%91O_Y_NI%C3%91A.pdf
LÓPEZ, J., GONZALES, M., SCAINI, A., GOÑI, M., & GIMENA, F. (2012).
Caracterización del modelo HEC-HMS en la cuenca de río Arga en
Pamplona y su aplicación a cinco avenidas significativas. Scielo- Obras y
proyectos, 12.
https://scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-
28132012000200002
LORENZO, R., & CONESA, C. (2011). Estimación de caudales de avenidas y
delimitación e áreas inundables ante eventos hidrometeorológicos e
hidráulicos y técnicas s.i.g., estudio aplicado al litoral sur de la región de
Murcia. Papeles de geografía, 53(54).
https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=40721572008
LUX, B. (2016). Conceptos básicos de Morfometría de Cuencas Hidrográficas.
Repositorio Universidad de San Carlos de Guatemala.
http://www.repositorio.usac.edu.gt/4482/1/Conceptos%20b%C3%A1sicos%
20de%20Morfometr%C3%ADa%20de%20Cuencas%20Hidrogr%C3%A1fic
as.pdf
MARIÑO, W; OCHOA, R. (2016). Modelamiento de zonas de inundación por
medio de las herramientas hec-ras, hec- georas y arcgis, para el sector
comprendido entre los municipios de corrales- paz de río a lo largo del río
chicamocha, en el departamento de Boyacá. Recuperado 10 de marzo de
2020, de https://repositorio.uptc.edu.co/handle/001/1677
109
MENDOZA, J. (2014, Abril 1). Compilación y análisis de información sobre
registros de eventos de emergencia y desastre asociados al clima en
la región capital 1980 - 2010. Recuperado 1 de marzo de 2020, de
http://www.ideam.gov.co/documents/40860/609198/INFORME+TECNICO_
Evento+de+emergencias+y+desastres.pdf/e6fe9be7-1085-4736-9f89-
9eb7e9fa0274?version=1.0
Mesa, d. (2006). Caracterización hidrográfica de la cuenca ayuquila-armería
mediante la aplicación de un sistema de información geográfica.
Researchgate.
Https://www.researchgate.net/publication/305808562_caracterizacion_hidro
grafica_de_la_cuenca_ayuquila-
armeria_mediante_la_aplicacion_de_un_sistema_de_informacion_geografi
ca
Mesa, d. (2006). Caracterización hidrográfica de la cuenca ayuquila-armería
mediante la aplicación de un sistema de información geográfica.
Researchgate.
Https://www.researchgate.net/publication/305808562_caracterizacion_hidro
grafica_de_la_cuenca_ayuquila-
armeria_mediante_la_aplicacion_de_un_sistema_de_informacion_geografi
ca
Modelación hidráulica de ríos en HEC-RAS | Neoingeniería DHCA. (2020).
http://www.neoingenieriadhca.com/departamento-de-hidraulica-e-
hidrologia/modelacion-hidraulica-de-rios-en-hec-ras/.
http://www.neoingenieriadhca.com/departamento-de-hidraulica-e-
hidrologia/modelacion-hidraulica-de-rios-en-hec-ras/
MORA & OCHOA. (2016, enero 1). Modelamiento de zonas de inundación por
medio de las herramientas HEC-RAS, GEO-RAS Y ARCGIS, para el sector
comprendido entre los municipios de corrales- paz de río a lo largo del río
110
chicamocha, en el departamento de Boyacá. Recuperado 5 de marzo de
2020, de https://repositorio.uptc.edu.co/handle/001/1677
MOSQUERA et al. (2019, enero 1). MODELACIÓN HIDROLÓGICA EN LA
CUENCA MEDIA DEL CAÑO VANGUARDIA EN VILLAVICENCIO-META.
Recuperado 5 de marzo de 2020, de
https://repository.usta.edu.co/bitstream/handle/11634/16876/2019christianm
osquera.pdf?sequence=19&isAllowed=y
MONTALLA, G. (2011). Zonificación ambiental de la cuenca hidrológica de la
cuenca de rio Negro. Un modelo de aplicación en Útica (Cundinamarca)
Colombia. Tesis del departamento de geografía humanidades. Editorial
académica española. http://hdl.handle.net/10366/110545
MUNICIPIO DE UTICA. Plan de Desarrollo Municipal 2012-2015: Por la
reconciliación y unidad de Útica.
MUNICIPIO DE UTICA. Plan de Desarrollo Municipal: Utica en ejecución 2020-
2023.
NANIA, L., & MOLERO, E. (2017). Manual básico de HEC-RAS 3.1.3 y HEC-
GeoRAS 3.1.1. Universidad de Granada. Faculta de ingeniería hidráulica,
área de urbanismo y ordenación del territorio.
http://cemexico.groups.et.byu.net/vocabulary/ManualBasico_HEC-
RAS313_HEC-GeoRAS311_Espanol.pdf
NARVAEZ, L., LABELL, A., & PEREZ, G. (2009). La gestión del riesgo de
desastres un enfoque basado en procesos. UNGRD, Secretaria general de
la comunidad Andina.
https://repositorio.gestiondelriesgo.gov.co/handle/20.500.11762/19759
NAVAR, J. (2009, 1 noviembre). Estimaciones empíricas de parámetros de
distribución Weibull en bosques nativos del norte de México. Revista
Forestal Latinoamericana, 24(2).
111
http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/36982/articulo3.pdf?se
quence=1&isAllowed=y
NAVARRETE, J. (2004). De esta forma la pendiente media de la cuenca, al tener
un valor de 38.68% se clasifica en terrenos escarpados donde
corresponderá a una menor duración de concentración de las aguas de
escorrentía en la red de drenaje y afluentes del cauce principal (Navarrete,
2004). Repositorio UniAndes.
https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstream/handle/1992/10179/u245507.p
df?sequence=1&isAllowed=y
NIÑO, V. (2015). Comparación de criterios de engrosamiento del flujo para la
simulación de avalanchas en casos colombianos de estudio. Repositorio
Universidad Nacional de Colombia.
https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/56726
OMM. (2017). Directrices de la Organización Meteorológica Mundial sobre el
cálculo de las normales climáticas.
https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=4167
ORGANIZACIÓN METEOROLÓGICA MUNDIAL. (2018). Guía de prácticas
climatológicas. https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10027
PAPPENBERGER, F., BEVEN, K., RATTO, M., & MATGEN, P. (2007, 24 mayo).
Multi-method global sensitivity analysis of flood inundation models. Science
Direct.
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.548.3040&rep=re
p1&type=pdf
PERLES ET AL. (2006, enero 1). Análisis del ajuste del área inundable obtenida
mediante una evaluación integrada de la peligrosidad de inundación y
peligros asociados. Recuperado 10 de marzo de 2020, de 527–545.
https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/2242457.pdf
112
QUINTANA, M. F. (2017, enero 1). Modelación hidrológica para el estudio de
inundación, en el departamento de Cundinamarca, del río frio a la altura del
municipio de chía. Recuperado 15 de marzo de 2020, de
https://repository.ucatolica.edu.co/bitstream/10983/14636/1/Trabajo%20de
%20grado%20final.pdf
QUIJANO, J. (2014, 28 marzo). Parámetros morfométricos geomorfológicos y
correlación estructural en cuencas hidrográficas de la cuenca Amagá.
Repositorio Universidad Eafit Medellín.
http://repository.eafit.edu.co/bitstream/10784/7493/2/JuanEsteban_Quijano
Cossio_2015.pdf
RIVANO, F. (2004). Análisis de eventos extremos de precipitación y su efecto en
el diseño de drenaje superficial de tierras agrícolas del sur de Chile.
Repositorio Universidad Austral de Chile.
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2004/far617a/doc/far617a.pdf
ROBAYO, O. (2005). Map to map: converting a nexrad rainfall map into a flood
inundation ma. Recuperado 5 de marzo de 2020, de
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.117.1600&rep=re
p1&type=pdf
SANTOS, A., & VARGAS, A. (2018, mayo). Modelación hidráulica de ríos con
derivaciones de gran caudal empleando el modelo HEC-RAS. REDALYC-
Avances en estudios hidrológicos, Universidad Nacional.
https://www.researchgate.net/publication/275022451_Modelacion_hidraulic
a_de_rios_con_derivaciones_de_gran_caudal_empleando_el_modelo_HE
C-RAS
SEDANO, K., CARVAJAL, Y., & AVILA, A. (2013, julio). ANÁLISIS DE ASPECTOS
QUE INCREMENTAN EL RIESGO DE INUNDACIONES EN COLOMBIA.
113
Luna Azul, 2013(37). http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S1909-
24742013000200014&script=sci_abstract&tlng=es
SIAC. SISTEMA DE INFORMACIÓN AMBIENTAL DE COLOMBIA. (S. F.). Mapas
de inundación de Colombia. Recuperado 13 de marzo de 2020, de
http://www.siac.gov.co/inundaciones
SNGRD. Comité Nacional para el Conocimiento del Riesgo. (2017). Terminología
sobre gestión del riesgo de desastres y fenómenos amenazantes.
Recuperado 5 de marzo de 2020, de
https://repositorio.gestiondelriesgo.gov.co/bitstream/handle/20.500.11762/2
0761/Terminologia-GRD-
2017.pdf;jsessionid=BA23F86634E5598219682367958F5136?sequence=2
TAGHVAYE SALIMI, E., NOHEGAR, A., MALEKIAN, A., HOSEINI, M., &
HOLISAZ, A. (2017). Estimating time of concentration in large watersheds.
Entorno de arroz y agua, 15(123-132).
https://link.springer.com/article/10.1007/s10333-016-0534-2
TELLEZ, C., & TORRES, J. (2016, 31 octubre). Cálculo del caudal máximo de
creciente en la Quebrada Negra hasta la desembocadura en la Quebrada
Buriburi Municipio de Otanche Departamento de Boyacá con análisis de
geología regional. - hdl:11349/4127. Repositorio Universidad Distrital
Francisco José de Caldas.
http://repository.udistrital.edu.co/handle/11349/4127
TORRES, M. (2017, 30 junio). Modelación hidrológica para el estudio de
inundación, en el Departamento de Cundinamarca, del río Frio a la altura
del municipio de Chía. Repositorio Institucional UCatolica.
https://repository.ucatolica.edu.co/handle/10983/14636
114
UNIDAD NACIONAL PARA LA GESTIÓN DEL RIESGO DE DESASTRES. (2015).
Estructura del Sistema Nacional de Gestión del Riesgo de Desastres.
Recuperado 5 de marzo de 2020, de
http://portal.gestiondelriesgo.gov.co/Paginas/Estructura.aspx
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. (2010). Atlas meteorológico de
Colombia.
https://bdigital.upme.gov.co/bitstream/001/1224/1/Upme_216_AtlasHidrologi
coCololombia.pdf
VANEGAS, et al. (2016). Estudio hidráulico e hidrológico zona baja del río frio para
estudio de inundaciones en chía, propuesta y seguimiento de obras
hidráulicas para protección de viviendas y vías. Recuperado 5 de marzo de
2020, de
https://repository.ucatolica.edu.co/bitstream/10983/6166/6/Art%C3%ADculo
%20trabajo%20de%20grado.pdf
VARGAS, N., ET AL. (2018). Protocolo de modelación hidrológica e hidráulica.
Recuperado 15 de marzo de 2020, de
http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/023833/Protocolo_M
odelacion_HH.pdf
VELÁSQUEZ, D. (2014, febrero 26). Comparación de Metodologías de
Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D (HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D).
Recuperado 15 de marzo de 2020, de
https://es.scribd.com/document/318558647/Comparacion-de-Metodologias-
de-Modelacion-de-Inundaciones-Fluviales-en-1D-HEC-RAS-y-2D-RIVER-
2D
VELANDIA, J. (2014, mayo). Gestión del riesgo de desastres en las inundaciones
de Colombia: Una mirada crítica. Repositorio Institucional UCatolica.
https://repository.ucatolica.edu.co/handle/10983/2128
115
VEN-TE-CHOW, R. MAIDMENT, D., & W. MAYS, L. (1994). Hidrología aplicada.
McGRA W-HILL INTERAMERICANA, S.A. https://wiac.info/doc-viewer
VILLEGAS, P. (2020, 24 febrero). Método del Número de Curva del SCS. Agua y
SIG. https://aguaysig.com/metodo-del-numero-de-curva-del-scs/
VILLÓN BEJAR, M. (2006). Hidrología estadística. Instituto Tecnológico de Costa
Rica. https://es.slideshare.net/erickmainar/hidrologa-ingmximo-villn-
53473898
