CARACTERIZACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA MUNICIPIO DE SOATÁ
CARACTERIZACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA MUNICIPIO DE SOTA DEPARTAMENTO DE BOYACÁ
Presentado por: ING. EDWIN ADOLFO PARRA VARGAS Contratista Empresa Departamental de Servicios Públicos de Boyacá Profesional apoyo hidrología
Supervisor: LUIS ENRIQUE MORENO MORENO Gerente Técnico Empresa Departamental de Servicios Públicos de Boyacá
EMPRESA DEPARTAMENTAL DE SERVICIOS PÚBLICOS DE BOYACÁ
NOVIEMBRE 2014 VERSION 02
CARACTERIZACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA MUNICIPIO DE SOATÁ
TABLA DE CONTENIDO 1.
GENERALIDADES MUNICIPIO SOATA .......................................................................................... 4
2.
CARACTERIZACIÓN ÁREA DE ESTUDIO ....................................................................................... 5
2.1.
Caracterización Climatológica ................................................................................................. 5
2.1.1.
Humedad Relativa. .............................................................................................................. 5
2.1.2.
Brillo Solar ........................................................................................................................... 6
2.1.3.
Temperatura........................................................................................................................ 6
2.1.4.
Precipitación........................................................................................................................ 7
3.
ANÁLISIS DE LLUVIA..................................................................................................................... 9
3.1.
Polígonos de thiessen............................................................................................................ 10
3.2.
Consistencia de los datos de lluvia ........................................................................................ 11
3.3.
Curvas IDF .............................................................................................................................. 11
4.
ANALISIS DE CAUDALES ............................................................................................................. 14
4.1.
Análisis de frecuencia de caudales máximos ........................................................................ 14
4.2.
Análisis de frecuencia de caudales máximos ........................................................................ 16
4.3.
Niveles mínimos, medios y máximos diarios en los puntos de toma. .................................. 16
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ÍNDICE DE TABLAS Figura 1. Localización estaciones área de estudio ..................................................................................... 4 Figura 2.Humedad relativa ...................................................................................................................... 5 Figura 3. Brillo solar................................................................................................................................ 6 Figura 4.Temperatura ............................................................................................................................. 6 Figura 5.Precipitación mensual multianual estación .Boavita ...................................................................... 7 Figura 6.Precipitación mensual multianual estación .San joaquin. ............................................................... 7 Figura 7.Precipitación mensual multianual estación. El Chapetón. ............................................................. 8 Figura 8.Precipitación mensual multianual estación. Susacón. ..................................................................... 8 Figura 9. Distribución espacial de la precipitación en el área ..................................................................... 9 Figura 10.Polígonos de Thiessen ....................................................................................................... 10 Figura 13.Cudales mensuales multianuales .Estación Mompa. ................................................................. 14 Figura 14.Niveles mensuales multianuales. Estación Mompa .................................................................. 16
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1. GENERALIDADES MUNICIPIO SOATA Con base en la información disponible para la zona de estudio, se procesaron los registros de las estaciones hidroclimatológicas representativas, administradas Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales – IDEAM. Se determinaron los niveles de lluvia para diferentes escenarios de análisis, los cuales corresponden diferentes periodos de retorno. De igual manera se analizó información referente a los niveles y caudales presentes en el área de estudio. A continuación se muestra relación de estaciones utilizadas y su ubicación espacial. Tabla 1.Estaciones utilizadas- IDEAM
ESTACIÓN
CÓDIGO
El Chapeton Boavita Mompa Izquo San JoaquÍn Susacon
24030830 24035330 24037370 24030200 24030240
COORDENADAS ESTE
NORTE
ALTURA
1161574 1165806 1139399 1133499 1153597
1 205 241 1 191 557 1 199 365 1 202 546 1 181 076
1100 m 2150 m 1800 m 2000 m 2550 m
FUENTE: Autor
Figura 1. Localización estaciones área de estudio
FUENTE: Estudio
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2. CARACTERIZACIÓN ÁREA DE ESTUDIO 2.1. Caracterización Climatológica La recopilación de información climatológica se realizó mediante la adquisición de datos en el Instituto de Estudios Ambientales IDEAM, se tomó como referencia la estación Agrometeorológica BOAVITA (código: 24035330), ubicada en el Municipio de Boavita. Teniendo un rango de registro de veinte años de datos para los parámetros climatológicos, debido a que las mediciones de años anteriores se encontraban interrumpidas para algunos parámetros y para otros no se tenía registro. Los parámetros para la caracterización fueron: humedad relativa, brillo solar, temperatura y precipitación, los que a su vez servirán como insumo para la implementación del modelo hidrológico de ser necesaria su implementación, puesto que en el presente documento no se implementó ya que está dirigido al diseño de sistemas de alcantarillado y adicionalmente se consideró que el casco urbano de Soata no recibe aportes de escorrentía directa de la cuenca. Los valores de evaporación y de vientos no se tomaron para la caracterización puesto que no se pudo tener acceso a información histórica de estos parámetros. 2.1.1. Humedad Relativa. Partiendo de registros de valores de humedad relativa registrados en la estación Agrometeorológica Boavita, se presenta la Figura 2, con una variación entre mínimos promedio de 67.6 % y máximos promedio de 84.2% siendo su valor medio de 76.7%. De igual manera se observó que los meses más húmedos corresponden a los meses de Mayo y Noviembre, obedeciendo a un comportamiento de carácter bimodal. Figura 2.Humedad relativa
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2.1.2. Brillo Solar Según los registros se tiene una oscilación del brillo solar que está entre 128.0 horas/mes en Mayo y 230.7 horas/mes en Enero, y un valor medio de 167.5 horas/mes. Como se muestra a continuación Figura 3. Brillo solar
2.1.3. Temperatura Con registros de temperatura de la estación Agrometeorológica Boavita, se construye la Figura 4, teniendo valores mínimos promedio de 9.8 grados y máximos promedio 26.7 grados centígrados, y valores medios que no presentan variaciones significativas, con valor medio de 17.2 oC. De igual forma, 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. Figura 4.Temperatura
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2.1.4. Precipitación Mediante los datos adquiridos en el IDEAM para las estaciones presentes en el área de estudio se construyen graficas de precipitación total multianual, en donde se evidencian dos marcadas periodos de lluvia para todas las estaciones presentes en el área de estudio, como se observa a continuación: La ocurrencia de dos estaciones lluviosas a lo largo del año, la primera de comienzos de abril a finales de junio y la segunda de septiembre a finales de noviembre, se originan por el paso de la ZCIT sobre la región Andina colombiana, con el movimiento de sur a norte de la ZCIT para el primer período húmedo y el desplazamiento descendente de norte a sur para el segundo período; intermedio a la ocurrencia de los dos períodos húmedos se intercalan dos períodos secos. Figura 5.Precipitación mensual multianual estación .Boavita
Figura 6.Precipitación mensual multianual estación .San joaquin.
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Figura 7.Precipitación mensual multianual estación. El Chapetón.
Figura 8.Precipitación mensual multianual estación. Susacón.
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3. ANÁLISIS DE LLUVIA Con base en la precipitación media registrada en la estaciones se procede a construir el mapa de distribución espacial de la precipitación, en el cual partiendo de estos datos puntuales se estima el valor de la precipitación en toda el área, como se muestra en la figura 9. Don de se relacionan las estaciones presentes en el área, la precipitación y la ubicación del casco urbano del municipio de soata. Figura 9. Distribución espacial de la precipitación en el área
Teniendo en cuenta la anterior distribución espacial de las precipitación y lo obtenido en el método polígonos de Thiessen, se decide seleccionar para el presente estudio la estación Boavita como la estación de influencia sobre el casco urbano del municipio de soata, De igual manera se evidenció mediante la cartografía disponible que la estación Boavita se encuentra un poco más cerca al municipio que la estación Susacón y que la altura sobre el nivel del mar a la que se encuentra la estación Boavita es más cercana a la del municipio que la registrada para la estación Susacón. Como ya se mencionó para realizar el análisis de lluvias, en primer lugar se seleccionó el método de polígonos de Thiessen para distribuir la lluvia registrada en las diferentes estaciones sobre el área de estudio. Este método establece que la lluvia sobre una cierta parte de la cuenca es igual a la
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registrada en el pluviómetro más cercano, consiste en la asignación de un valor numérico para el grado de influencia o ponderación de cada estación sobre el área de estudio, donde se encierra cada estación por un polígono que se traza con las mediatrices de las líneas que unen las estaciones. En la figura 10. se muestran los polígonos para el área de estudio, donde se encontró que el casco urbano de Soata se encuentra dentro del polígono de influencia de una sola estación, la cual es la estación Boavita. En segundo lugar se procedió a realizar el análisis de la consistencia de los registros lo que depende de que estos hubieran sido tomados en las mismas condiciones. Posteriormente se procedió a construir las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF) que en términos generales sintetizan el comportamiento pluvial extremo de una zona y su determinación es de vital importancia para efectos de análisis y diseño. A partir de estas curvas se puede deducir la intensidad máxima de precipitación que se puede esperar durante un evento con determinada duración de lluvia, para un cierto período de retorno. Para este caso se determinaron las IDF mediante el análisis de los registros pluviométricos de la estación Boavita, ya que se cuentan con un mayor periodo de registro teniendo un total de 36 años de registro que a su vez incluye la última ola invernal presentada en el país.
3.1. Polígonos de thiessen Figura 10.Polígonos de Thiessen
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3.2. Consistencia de los datos de lluvia Se procedió a realizar el análisis de congruencia de los datos pluviométricos de la estación, se utilizó el análisis de doble masa donde se relacionó la información de la estación a verificar y la información de las estaciones presentes en el área, las cuales fueron el chapetón, San Joaquín y Susacón, se encontró que los registros cuentan con una consistencia aceptable, lo que indica que todos fueron tomados bajo las mimas condiciones en el periodo de análisis, por consiguiente se utilizaran para construcción de la curvar intensidad duración frecuencia IDF.
3.3. Curvas IDF El valor total de precipitación de cada una de las tormentas para los diferentes periodos de retorno, se obtuvo de las curvas IDF, y estas a su vez se construyeron mediante la información pluviométrica suministrada. La que resumen los valores de: la intensidad o la tasa temporal de precipitación, la frecuencia que se expresa en el periodo de retorno, el cual se define como la cantidad de años en los cuales el evento puede ser igualado o superado, y la duración de las tormentas Puesto que el análisis se realizó mediante los registros de lluvias máximas diarias, se seleccionó la metodología de silva 1998. En donde se tomó un valor de Cp= 0.5, que representa la relación de la precipitación horaria con la de 24 horas, posteriormente a estos valores se les aplicó distribuciones
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de probabilidad, realizando pruebas de bondad, encontrando valores de lluvia para diferentes periodos de retorno. Tabla 2. Valores de lluvia para diferentes periodos
Tr años 2 2.5 3.33 5 10 25 50 100
NORMAL
GUMBEL
PEARSON
LOG- PEAR
LOG-NOR
m3/s
m3/s
m3/s
m3/s
m3/s
52.1
49.5
45.5
47.1
49.5
56.4
54.1
48.4
50.1
53.7
61.1
59.5
52.6
54.0
58.5
66.5
66.7
59.2
59.8
64.8
74.1
78.0
71.6
70.7
74.7
82.2
92.4
89.9
87.6
86.8
87.4
103.1
104.8
102.9
95.7
92.0
113.7
120.6
120.7
104.4
Adicionalmente se determinó el valor de Cr, que es un coeficiente particular para cada periodo de retorno. Con lo que se procedió a calcular la intensidad para cada periodo de retorno y se construyeron las curvas IDF para cada estación como se muestra a continuación. Mediante la siguiente ecuación. i=
Cr (t + b)n
Donde: i : intensidad máxima, Cr : Coeficiente particular , t: duración del aguacero , b y n: constantes propias de la zona donde se localiza la estación.
Minutos 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Tabla 3. Valores de intensidad para diferentes periodos AÑOS 2 5 10 25 43.38 55.07 65.10 80.70 39.31 49.91 59.01 73.14 33.75 42.85 50.65 62.79 30.03 38.12 45.07 55.86 27.31 34.68 41.00 50.82 25.23 32.03 37.86 46.94 23.55 29.91 35.35 43.82 22.18 28.16 33.28 41.26 21.01 26.68 31.54 39.10 20.02 25.42 30.04 37.24 19.15 24.31 28.74 35.63 18.39 23.35 27.60 34.21 17.71 22.48 26.58 32.95 17.10 21.71 25.67 31.81 16.55 21.01 24.84 30.79 16.05 20.38 24.09 29.86 15.59 19.80 23.40 29.01 15.17 19.26 22.77 28.23 14.78 18.77 22.19 27.51
50 94.74 85.86 73.70 65.58 59.66 55.10 51.44 48.43 45.90 43.72 41.83 40.16 38.68 37.35 36.15 35.05 34.05 33.14 32.29
100 111.13 100.72 86.46 76.93 69.98 64.63 60.35 56.82 53.84 51.29 49.06 47.11 45.37 43.81 42.40 41.12 39.95 38.87 37.88
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Figura 11. Curva de intensidad duración frecuencia
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4. ANALISIS DE CAUDALES El análisis de caudales es el mecanismo a través del cual se realiza, de la mejor manera posible, una estimación confiable de los caudales máximos que circulan por un cauce natural. Para la caracterización de caudales en la zona se utilizó la estación limnimétrica más cercana que puede ser representativa, la estación Mompa Izquierdo 24037370, a cargo del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales – IDEAM. Después de recopilar la información disponible para la zona, se buscó la mejor metodología para la estimación de caudales máximos, de acuerdo con la información y el objetivo del proyecto. Una vez depuradas las series, se analizó la serie histórica de caudales medios, mínimos y máximos mensuales multianuales para la estación, contrayendo la siguiente gráfica. Figura 11.Cudales mensuales multianuales .Estación Mompa.
De acuerdo a estas series históricas, se observa que los caudales registrados en la estación presentan un comportamiento de carácter bimodal concordante con los registros pluviométricos analizados en el numeral anterior. Presentando sus mayores picos para los periodos de Abril-Mayo y el periodo Octubre- Noviembre. 4.1. Análisis de frecuencia de caudales máximos El análisis de caudales se realizó a partir de los registros de la estación limnigráfica presente en la zona en estudio. El análisis se realizó empleando diferentes distribuciones de probabilidad, para posterior mente construir la gráfica de frecuencia de caudales máximos. Como se muestra a continuación.
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Por medio de la prueba de bondad y ajuste chi-cuadrado implementada para los resultados de las diferentes distribuciones se encontró el valor de los caudales para diferentes periodos de retorno que se muestran en el siguiente cuadro.
Tr años 2 2.5 3.33 5 10 20 50 100
GUMBEL m3/s 9.5 10.3 11.2 12.4 14.3 16.1 18.4 20.2
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4.2. Análisis de frecuencia de caudales máximos El análisis de caudales se realizó a partir de los registros de la estación limnigráfica presente en la zona en estudio. El análisis se realizó empleando diferentes distribuciones de probabilidad, para posterior mente construir la gráfica de frecuencia de caudales máximos. Como se muestra a continuación.
Prueba distribuciones de probabilidad implementadas y bondad y ajuste chi- cuadrado Tr
NORMAL
GUMBEL
años 2 2.5 3.33 5 10 20 50 100
3
m /s 2.8 2.6 2.3 1.9 1.5 1.2 0.8 0.6
3
PEARSON LOG- PEAR LOG-NOR
m /s 2.7 2.4 2.1 1.9 1.5 1.3 1.0 0.8
3
m /s 3.0 2.7 2.4 2.0 1.5 1.0 0.4 0.1
3
m /s 3.1 2.7 2.3 1.8 1.2 0.8 0.5 0.4
3
EV3
m /s 2.6 2.4 2.2 1.9 1.7 1.5 1.3 1.2
m 3/s 2.8 2.6 2.2 1.9 1.4 1.0 0.7 0.4
chi 2
2.2
3.6
1.3
0.9
3.9
1.9
4.3. Niveles mínimos, medios y máximos diarios en los puntos de toma. Una vez adquiridas las series, se analizó la serie histórica de niveles medios, mínimos y máximos mensuales multianuales para la estación, contrayendo la siguiente gráfica. Figura 12.Niveles mensuales multianuales. Estación Mompa
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_____________________________ EDWIN ADOLFO PARRA VARGAS INGENIERO CIVIL T.P 15202185772 BYC
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ANEXOS
AÑO 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 MEDIOS MAXIMOS MINIMOS
EST 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
ENT 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Fecha de proceso: 2010/10/23 Latitud: 0619 N Longitud: 7234 W Elevación: 2150 m.s.n.m
14 10.4 32.4 38.8 2.1 18.8 56.4 18.5 23.2 13.4 23.6 30.8 8.2 10.8 1.3 24.7 11 26.5 11.3 35.6 48.6 17.2 23.8 13.4 28.4 19 41
9 10 13 30.3 11.5 16.8 6.4 15.6 12.8 12 37.6 21.5 3.6 3.2 23.5 22 12.4 18 19.2 27.5 28.8 9 26.6 11.5 0 24.5 21 18.5 19 36.2 8.5 26 7.8 25 34.5 17.8 37.6 0 11 29.5 14 19 19 2 26.5 21.3 56.4 1.3
FEBRE *
ENERO * 18.7 23 39.7 26.2 21 15.6 18.5 28.7 16.8 54.8 16.2 35.3 36 36 22.5 48.3 56.2 32.4 42 35.8 22.8 16.8 13.5 38.4 34.5 34.4 9 29 15 21 21 25 19.5 38.5 32 28.4 56.2 9
MARZO * 36 28 48.2 42.4 23 19.9 32.5 56.9 27.2 34 51.1 39.9 22.5 35 34 52.3 43.4 37.5 19.5 34 31.6 13.5 15 29.5 57 41.5 61.5 47 22.6 41.5 40 49.6 35.5 45.1 36 36.7 61.5 13.5
ABRIL *
Tipo Estación: AM Entidad: 01 IDEAM Regional 06 Boyacá - Casan
130 22 45.2 29.8 46 43.4 24.4 21.5 45.9 27.4 44.6 34 31.6 43.4 24 28.5 25.9 18.5 31.5 34 18.2 15.8 27.5 12.4 11.5 22 45 39 13.5 21.5 41 35 25.9 15.5 39 32.4 130 11.5
MAYO * 24.1 16.3 25.7 5.8 17.2 33.5 18.7 10.8 43.8 18.3 19.8 19 8.8 13.6 6 7.8 22 34 23.4 7.5 8 32.2 38 23.5 21 7 35.4 18 6.2 21 19.5 20 26.3 10 8.5 19.2 43.8 5.8
JUNIO * 43.3 4 15.6 9.2 8.3 13.6 17.5 7.3 30 11.2 11.4 7 15.4 5.8 13 28.2 18.3 13.5 4.4 13.8 17.2 19.6 17.8 8 14 8.5 32.5 11 27.5 18.6 10 18.2 23 13 8.5 15.4 43.3 4
JULIO *
AGOST * 25 20 35 13.5 6.2 14.2 9.1 13.6 8.7 10 24.8 21.7 16 12.4 17 15.5 32.2 11.8 34.6 5.6 23.8 19.4 16.4 15 7 5.8 9 11 19 19.2 23 11.5 32.5 19.1 21 22 17.3 35 5.6
Departamento: Boyacá Municipio: Boavita Corriente: Quebrada Ocalaya
VALORES MÁXIMOS MENSUALES DE PRECIPITACIÓN EN 24 HORAS (mms)
13 7 14.5 31 23.5 32 15.4 9 15.4 24.5 84 4.7
SEPTI * 20.7 30 84 29.3 29.8 4.7 28.9 20 54.2 29 17.3 13.8 13.4 18.2 24.6 14.9 18.2 24.2 7.6 50.5 21.5 24.6 51.2 22.5 18.2 26 37.8 17 11.5 32 28.2 34.5 62.5 23.8 27.2 57.6 41.8 50.5 45.6 31 22.5 27 20.5 28.5 12 20 27.6 24.2 23.8 12 31.7 62.5 11.5
OCTUB * 38 39 30.5 31.8 37.9 35.2 25 30.9 54.2 41 27
DICIE * 13.6 11.5 15 34.1 17.1 13.7 15.8 12.1 5 8.8 17 14.4 25 18.2 16.8 16.6 21.5 27 7.2 7.5 0 40 22 25.8 16.5 28.5 5 18.5 29.5 17.5 7.2 7 18.5 25.5 16 17 40 0
NOVIE * 19.1 24 39.1 17.2 28.3 26.3 26.9 30.5 39.4 76 36.5 39.2 41.7 22.2 24 45 42.5 27.8 34.5 64.4 21 25.4 13.4 12.5 20 26 37.8 26 32 38 51 35.5 23.5 35.5 34.4 32.5 76 12.5
Estación: 24035330 Boavita Fecha de Instalación: 1978 AGO Fecha Suspención VR ANUAL 38 130 84 48.2 42.4 46 43.4 56.4 56.9 76 54.8 51.1 41.7 36 43.4 45 52.3 56.2 62.5 64.4 35.8 57.6 51.2 50.5 45.6 57 41.5 61.5 47 38 51 41 49.6 35.5 45.1 39 24.5 130 0
CARACTERIZACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA MUNICIPIO DE SOATÁ
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