Diseño Hidrologico Cuenca La Guayabala 332v6o

DISEÑO HIDROLÓGICO CUENCA LA GUAYABALA (MEDELLÍN)

25/10/201 2

YAMILE GONZALEZ RODRIGUEZ SERGIO LUIS LOAIZA VILLA


INTRODUCCIÓN Actualmente el

crecimiento demográfico de la ciudad de Medellín y su área

metropolitana, trae como consecuencia que los asentamientos urbanos se ubiquen cada vez más en zonas de alto riesgo, afectando así no solo la vida de los habitantes que allí se asientan sino desplazando de forma gradual la capacidad que tienen nuestro afluentes hídricos de drenar como hace muchos años lo hacían hacia el rio Medellín. Al quitarles terrenos a las quebradas, estas en época de crecidas arrasan con lo que encuentren al momento de recuperar su cauce natural. Teniendo en cuenta la problemática anterior vemos la necesidad de analizar el comportamiento hidráulico de la quebrada, con el fin de pronosticar procesos de inundaciones, procesos erosivos, lo que nos da información valiosa para la toma de decisiones.

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JUSTIFICACIÓN La presente investigación se realiza con el ánimo de aplicar los conocimientos adquiridos en la materia hidráulica, y para aportar en la toma de decisiones, servir como base para futuras obras que se realicen en la zona y contribuir en la mejora de la problemática actual de dicha cuenca. La escogencia de la cuenca para el presente proyecto se derivó del hecho de haber realizado en anteriores materias del pregrado una aproximación a su problemática y determinar una posible ordenación de la cuenca en la materia Ordenamiento Territorial II, vista el semestre pasado y con el fin de continuar con un análisis desde otra área del conocimiento como lo es la hidráulica.

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OBJETIVOS

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 Realizar un aforo en la quebrada la Guayabala con el fin de determinar su caudal promedio.  Construir la sección transversal de la Quebrada la Guayabala.  Determinar a partir del tipo de suelo predominante en la zona de estudio el coeficiente de escorrentía.  Encontrar la curva IDF de la estación más próxima a la Quebrada Guayabala.  Determinar el caudal pico para varios períodos de Retorno.  Identificar a través de material fotográfico los procesos erosivos que se presentan en la Quebrada la Guayabala en el tramo de estudio.

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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ZONA Limites Se localiza en la parte suroccidental del municipio de Medellín; está enmarcada al norte por la cuenca de la quebrada AltaVista, por el sur por la cuenca de la quebrada La Jabalcona, al occidente por la cuenca de la quebrada Doña María y al oriente por el río Medellín.

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Descripción General Nace en la cota 2.160, estribaciones de la cuchilla El Barcino y desemboca en la cota 1.490 quebrada AltaVista en inmediaciones de la calle 30 A con carrera 60; su longitud es de 9.5Km.

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Sobre la margen derecha, posee drenajes largos como son: Quebrada Potrerito o Caratala con número de orden 3 y que nace en la cota 2.200 y desemboca en la cota 1.720, con una longitud de 2.1 Km. La Guayabala Oriental es otro de sus afluentes, nace en el Cementerio Campos de Paz en la cota 1.520 y desemboca en la quebrada La Guayabala cerca al Aeropuerto Olaya Herrera. La Quebrada El Potrerito se encuentra cubierta en toda su longitud. Por la margen izquierda, parte baja de la cuenca desde las estribaciones del Morro El Pelón posee caños afluentes como son: Caño Sanín, Caño El Rincón, Quebrada La Pabón, Quebrada Saladito y Quebrada Caza Diana. La parte alta de la cuenca de la Quebrada La Guayabala comprende rangos de cota entre la 2.200 a 1.700, con un cañón muy definido y profundo en forma de”V” con vertientes empinadas especialmente. Dentro de las zonas de vida que posee la cuenca Guayabala se distinguen claramente dos tipos boque húmedo montano bajo (bh-MB) y bosque húmedo pre montano (bhPM), dichas zonas de vida se determinaron luego de realizar un cruce entre la cantidad de precipitación que se da en la zona y la temperatura promedio reportada en el mismo lugar, y teniendo muy en cuenta la clasificación de Holdrige se obtiene el siguiente resultado.

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La vegetación corresponde a café caturro sin sombrío y en pequeños sectores intercalados con plátano y árboles frutales. Únicamente, en las partes más altas y en pequeñas

zonas

existen

plantaciones

forestales.

Se

observan

evidencias

de

sobrepastoreo, así mismo porciones en rastrojo alto y bajo en las cabeceras de las quebradas y a lo largo de ellas. Todo lo anterior corroborado con la presentación del siguiente mapa de coberturas vegetales, que se utilizara posteriormente como uso del suelo actual. El cauce de la Quebrada La Guayabala tiene forma rectilínea que supone control estructural predominante en la zona con dirección oeste - este, con un patrón de drenaje subparalelo. El lecho de la Quebrada La Guayabala es pedregoso con bloques heterométricos de diferentes tamaños, transporta buen caudal y presenta erosión por socavación lateral. El tipo de geología presente en la zona de estudio va en la parte alta desde andesista hasta granodiorita muy meteorizada, presenta al borde del afluente principal depósitos del fondo del valle con espesor muy variado, en los bordes de la cuenca se encuentran

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bloques de tamaño hasta métrico en matriz limo arcillosa y en la parte baja del a cuenca algunas escombreras y botaderos. La cuenca La Guayabala en la parte alta está conservada por razón de que no se encuentran explotaciones de material pétreo ya que el material existente en el sector, no es apto para fabricar ladrillo y de acuerdo a los usos potenciales encontrados en la zona esta parte esta destinada a plantación productora protectora. En la parte media de la cuenca predomina de acuerdo al uso potencial cultivo denso y limpio con algunas zonas de uso silvoagricola y finalmente en la parte baja se encuentra toda la zona urbana.

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La parte media de la cuenca de la Quebrada La Guayabala comprende desde la cota 1700 a la cota 1520, el cañón en esta zona se amplia y se hace menos empinado como se puede analizar tanto en el modelo digital de elevación. A partir de este sitio, la quebrada está contaminada principalmente por aguas residuales y basuras, lo cual constituye uno de sus principales problemas. En la siguiente tabla se presenta de forma detallada los afluentes que tiene la cuenca la Guayabala, así como las Veredas-barrios que a traviesa durante todo su recorrido. De NOMBRE CUENCA

AFLUENTES

Guayabala Oriental. Potrerito Caratala. El Pelón. Caño Sanín. LA GUAYABALA Caño El Rincón. La Pabón Caza Diana Caño Sorrento

ÁREA (Km2)

Rural: 5.73 Urbana: 4.90 Total: 10.63

VEREDAS - BARRIOS

Vereda San José del Manzanillo, El Rincón, La Mota, El Rodeo Diego Echavarría, Aeropuerto Olaya Herrera, Santa Fe Trinidad, Campo Amor, Tenche, Caño y El Saladito.

igual forma se nombra el área que corresponde a la cuenca divida por zona rural y urbana.

PARÁMETROS MORFOMETRICOS

Cuenca La Guayabala

Cota Nacimiento

2.160

Cota Desembocadura

1.490

Longitud del Cauce Principal ( Km )

9.70

Parámetros Morfométricos Principales de la Cuenca Guayabala

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DISEÑO HIDROLÓGICO CUENCA LA GUAYABALA (MEDELLÍN) Gradiente Promedio del Cauce ( M/Km )

69.07

Nº de Corrientes

56

Área ( Km2 )

10.63

Perímetro ( Km )

18.02

Longitud Cauces ( Km )

38.45

Nº Afluentes

28

Densidad de Drenaje ( Km/Km2 )

3.62

Coeficiente de Compacidad

1.56

Forma

Rect- Oblonga

Densidad Hidrográfica

5.27

REGISTRO FOTOGRÁFICO Y OBSERVACIONES

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En la fotografía se puede observar uno de

los

procesos

tantos erosivos

presentes en la zona, en el cual el principal afectado

es

la

segunda

vía

de

a la vereda san

José

de

manzanillo.

La quebrada presenta gran

cantidad

rocas

y

de

de gran

tamaño lo que lleva a dificultar el aforo de manera

manual,

de

igual forma debido a la gran cantidad.

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En General toda la Quebrada

es

muy

meandrica como se puede observar en la fotografía,

dicha

forma dificulta aún más

realizar

técnica

de

una aforo

manual.

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En otros tramos de la Quebrada donde no se

presentan

cantidad

de

gran rocas,

existía el problema de

que

canalizada

estaba y

tenía

obras hidráulicas ya hechas

como

los

disipadores

de

energía que se ven en la fotografía.

AFORO QUEBRADA LA GUAYABALA Se le llama AFORO a la medida del caudal de una fuente de agua en un momento determinado. Existen métodos de aforo que utilizan equipos especializados para éste fin, para éste trabajo por cuestiones de presupuesto y facilidad utilizaremos un método sencillo de campo (Método del Flotador), para estimar el caudal. Método del Flotador: Es un método de mediana exactitud, la precisión depende del número de veces que y el cuidado al momento de realizar las mediciones. 

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Se escoge el sitio que tenga un tramo lo más recto posible (10 veces el ancho).

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

Se fijan punto inicial y pinto final y se mide esta distancia. (A-B)



Se fija un nuevo punto entre A y B (punto medio).



Se mide el ancho de la sección en cada uno de los tres puntos.



En cada una de estas secciones se toman varios puntos, y se mide la distancia horizontal y la profundidad, así:

Se obtienen los siguientes datos y se calculan las áreas:

Distancia AB = 14,64 m DISTANCIA

AA’ (m)

a-a1

0,50

h1

0,30

a1-a2

1,00

h2

0,64

a2-a3

1,52

h3

0,52

a3-a4

0,38

h4

0,27

a4-a5

0,42

h5

Área (m2)

0,075

0,47

0,88

0,15

0,057

a5-a6 SUMA DE AREAS

BB´ (m) 0,5 0,25 0,40 0,23 0,48 0,24 0,59 0,22 0,26 0,10 0,38

1,63

Área (m2) 0,062

0,096

0,11

0,14

0,04 0,019 0,467

CC´ (m) 0,30 0,18 1,07 0,10 0,86 0,27 0,15 0,28 0,42 0,10 0,35

Área (m2) 0,027

0,15

0,16

0,04

0,08 0,02 0,477

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𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =

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(1,63 + 0,467 + 0,477) = 0,858 𝑚2 3




Se mide el tiempo que tarda un flotador en recorrer la distancia AB por el efluente de agua. Esta medida se repite mínimo cinco veces, se calcula promedio aritmético de estas medidas, .eliminando los datos que tengan mucha diferencia

Medida 1

37 segundos

Medida 2

52 segundos

Medida 3

39 segundos

Medida 4

38 segundos

Medida 5

39 segundos

𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

(37 + 39 + 38 + 39) = 38,25 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 4

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

Se calcula la Velocidad promedio Superficial (Vs)

𝑉𝑠 = 

𝐴𝐵 14,64 𝑚 𝑚 = = 0,38 𝑠 𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 38,25 𝑠

Luego se calcula la Velocidad promedio del agua. Para ésta velocidad utilizamos un parámetro experimental que establece que la velocidad promedio en una fuente natural está entre el 80 y 85% de Vs, por lo tanto 𝑚

𝑉 = 0,8 𝑉𝑠 = 0,8 ∗ 0,38 𝑠 = 0,304 

𝑚 𝑠

Por último calculamos el caudal (Q) de la quebrada 𝑄 = 𝐴𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 ∗ 𝑉 = 0,858 𝑚2 ∗ 0,304

𝑚 𝑠

= 0,26

𝑚3 𝑠

Conclusiones 

Este caudal fue calculado para el día 21 de octubre de 2012, entre las 10:30 a.m. y 12:00 m.



La metodología de aforo utilizada puede ser la más apropiada para esta quebrada pues posee un lecho muy rocoso que puede impedir la instalación de algún tipo de equipo para la medición del su caudal.

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

Dentro de las causas de error podemos mencionar que no se pudo tomar un tramo del largo suficiente por las características del lecho de la quebrada y por su difícil .

TIEMPO DE CONCENTRACIÓN Es uno de los parámetros más importantes en los modelos precipitación escorrentía dado que la duración de la tormenta de diseño se define basado en este parámetro. Utilizando la ecuación propuesta por Bransby Williams, Tenemos:

Datos: A= 10.63 km2 L= 9.5 Km S0 = 69.07 (m/Km)

𝑇𝐶=

𝐹𝐿 0.1 𝐴 𝑆0.3 0

Dónde: TC = Tiempo de concentración en horas F = 58.5 (Área en Km2) A = Área de la cuenca

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L = longitud del cauce Principal S0 = Pendiente del canal

𝑇𝐶=

58.5(9.5𝐾𝑚) 2 (10.63𝐾𝑚 )0.1 (69.07𝑚/𝐾𝑚)0.3

𝑇𝐶=

555.75 1.226 𝑥 3.5627

T C =123.21 Horas

INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN Las curvas IDF son importantes para el diseño hidrológico de caudales máximos. La estación más cercana a la zona de estudio y que contaba con una curva IDF ya diseñada fue la de Olaya Herrera. La curva IDF se puede ajustar a la siguiente ecuación:

𝐼=

𝐶 (𝑇𝐶 + ℎ)𝑚

Dónde: C, m, h Son parámetros y Tc: Tiempo de Concentración

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Para un Periodo de retorno de 5 años T5 años

C 1.434,62

H 10

M 0.88958

𝐼5 𝐴ñ𝑜𝑠 =

1434.62 = 0.5183 (7392.6 + 10)0.88958

T 50 Años

C

H

M

1113.70

6

0.76020

𝐼50 𝐴ñ𝑜𝑠 =

1113.70 = 1.27 (7392.6 + 6)0.76020

Coeficiente de Escorrentía Página

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Del levantamiento de la información general de la cuenca y de la visita se pudo determinar que el tipo suelo predominante en el tramo de estudio es un suelo con arenas finas y limos, es decir, moderadamente permeables. De la tabla anterior tenemos: Para un período de Retorno de 5 años = 0,36 Para un período de Retorno de 50 años = 0,45

CAUDAL PICO Método racional: Usado ampliamente por su simplicidad pero no siempre arroja buenos resultados. Este método asume que la escorrentía es directamente proporcional a la precipitación, aunque en la realidad esto no es cierto, pues la escorrentía dependerá de muchos otros factores. También asume que el período de retorno de la precipitación y de la escorrentía es el mismo, lo cual tampoco es cierto, dado que la precipitación es filtrada por la cuenca para producir la escorrentía. En su forma más conocida:

𝑄=

𝐶𝐼𝐴 3,6

Donde Q = Caudal pico [m3/s] C = Coeficiente de escorrentía I = Intensidad [m/h] A = Área de la cuenca [km2]

𝑄5 𝑎ñ𝑜𝑠 =

(0,36 ∗ 0,5183 ∗ 10,63) 𝑚3 = 0,55 3,6 𝑠

𝑄50 𝑎ñ𝑜𝑠 =

(0,45 ∗ 1,274 ∗ 10,63) 𝑚3 = 1,69 3,6 𝑠

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CONCLUSIONES



Es importante tener en cuenta que el caudal determinado por medio del aforo es un caudal mínimo debido a las condiciones como se realizaron dicho aforo, por el contrario los caudales hallados a partir de las curvas de intensidad son caudales máximos por lo cual no se pueden realizar comparaciones con ambos caudales.

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BIBLIOGRAFÍA Departamento istrativo de Planeación Metropolitana. (s.f.). Levantamientos

Integrados de Cuencas Hidrográficas del Municipio de Medellín. Medellín.

Pérez, E. A. (2005). Manejo y Recuperación de Cuencas Hidrográficas. Medellín: Facultad de Educación y de Ciencias Básicas y Aplicadas-Tecnológico de Antioquia.

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Saénz, G. M. (1995). Hidrología en la Ingeniería. Santa Fe de Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería.

Smith, R., & Vélez, M. V. (1997). Hidrología de Antioquia. Medellín: Gobernación de Antioquia.

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