Por la cual se adopta la metodología para el cálculo del índice de escasez para aguas superficiales a que se refiere el Decreto 155 de 2004 y se adoptan otras disposiciones




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c) Curvas isoyetas.  Es el método más preciso. Las isoyetas son líneas que unen puntos de igual precipitación; se trazan usando información de estaciones localizadas dentro y fuera de la cuenca, la metodología del trazado de estas curvas es similar a la usada para las curvas de nivel, pero aquí la altura de agua precipitada reemplaza la cota del terreno. La Figura 3.2 muestra las isoyetas en la cuenca hidrográfica.

 

Figura 3.2 Curvas isoyetas



Este método promedia la precipitación de dos isoyetas consecutivas y se le asigna un peso o ponderación proporcional a la subárea entre las dos isoyetas.

    (3.7)

Donde:

n = Número de curvas de igual precipitación

Pi = Precipitación correspondiente a la curva de igual precipitación i

Pi+1 = Precipitación correspondiente a la curva de igual precipitación i+1

Ai, i+1 = Area entre las curvas de igual precipitación i e i+1

 

3.1.2 Evapotranspiración

 

La evapotranspiración es la combinación de evaporación desde la superficie del suelo y la transpiración de la vegetación. El volumen de agua que se ha evapotranspirado entra a formar parte de la humedad atmosférica como vapor, y representa una pérdida de agua en el balance hídrico de una cuenca.

 

Los factores que intervienen en la evapotranspiración son los mismos que afectan la evaporación a saber: el suministro de energía, el transporte de vapor y la humedad de la superficie.

 

La evapotranspiración potencial, es la pérdida de agua observada en una superficie liquida o sólida saturada, por evaporación y por transpiración de las plantas, que ocurriría en caso de existir un adecuado abastecimiento de humedad de agua al suelo en todo momento.

 

La evapotranspiración real es la pérdida de agua observada en una superficie liquida o sólida en las condiciones atmosféricas y de humedad del suelo dominantes, por fenómenos de evaporación y transpiración.

 

Para un área determinada la evapotranspiración potencial es mayor a la evapotranspiración real siempre y cuando no se suministre agua a la superficie para reemplazar la que ya se evaporó. Es decir:

 

ETR = k ETP                                (3.8)

 

Donde:

 

ERT = Evapotranspiración Real (mm)

K =      Coeficiente que depende de la distribución temporal de las lluvias en el mes y de la capacidad del suelo para almacenar humedad. Su valor oscila entre 0.5 0.9.

ETP = Evapotranspiración Potencial (mm)

 

En la estimación de la evapotranspiración a pesar de existir varios métodos, en este documento, se cita algunos de orden práctico y de fácil aplicación, sobre todo en áreas con poca información climatológica y de usos del suelo, la cual es necesaria en la mayoría de los métodos para estimar la evapotranspiración (radiación, humedad relativa del suelo, horas de luz, tipo de vegetación, etc).

 

a) Ecuación de TURC.  Como una ayuda para verificar la ETR en regiones con deficiencias de información se utiliza la fórmula de TURC. Está ecuación calcula directamente la evapotranspiración real teniendo en cuenta la temperatura y la precipitación. Este es un método de cálculo aproximado y además de fácil aplicación, puesto que no requiere variables difíciles de medir, cuya expresión es la siguiente:

 

            (3.9)

 

En donde:

ETR = Evapotranspiración Real media anual (mm)

P =      Precipitación media anual (mm)

L(t) =   Parámetro heliotérmico expresado así: 300 + 25t+0.05 t2

T =       Temperatura media anual (°C)

 

si £ 0.1 ³ ETR = P                

 

Para obtener los valores de precipitación y temperatura de una forma densa en todo un territorio, se superpone sobre el mapa de isoyetas el correspondiente de isotermas y los cruces de estas dos isolíneas serán los datos para obtener la ETR en ese punto. Identificados así todos los cruces se elaborarán las isolíneas de ETR mediante la eciación de TURC.

 

Esta fórmula presenta diferencias hasta el 15% en relación con el valor resultante de la diferencia entre la precipitación media y la escorrentía media (ETR = P Esc. Total), parámetros ya considerados de buena confiabilidad.

 

b) Ecuación de TURC modificada. Por intermedio de la ecuación de TURC modificada se calcula la evapotranspiración potencial, cuya expresión está en función de la temperatura, radiación, humedad relativa y una constante que depende del mes o período considerado.

 

Para una humedad relativa media mensual superior al 50% se aplica la ecuación:

               (3.10)

 

Para una humedad relativa media mensual inferior al 50% se aplica la ecuación:

               (3.11)

 

NOTA: El término de corrección interviene solo en caso de climas desérticos o subdesérticos.

 

Donde:

ETP = evapotranspiración potencial expresada en mm/mes.

K =      es la constante igual a 0.4 para meses de 30 o 31 días y 0.37 para el mes de febrero y 0.13 para períodos de diez días.

T =       temperatura media mensual en grados centígrados.

Rg =    radiación solar global incidente del mes considerado expresada en cal/ cm2/día.

 

c) Otras expresiones matemáticas.  Cuando por determinadas características de una región o cuenca hidrográfica no se ajusten las anteriores expresiones matemáticas para el cálculo de la evapotranspiración tanto real como potencial, estas deberán obtenerse por medio de otras expresiones ajustadas en dichas regiones o cuencas hidrográficas.

 

3.1.3 Escorrentía total

 

La escorrentía total está representada por los flujos superficial y subterráneo, estos son medidos en las estaciones hidrométricas que conforman una red hidrológica y que por tal circunstancia es conjuntamente con la precipitación los parámetros medidos directamente y con mayor precisión.

 

De tal forma la escorrentía superficial es el agua que escurre hacia la corriente de drenaje de la cuenca después que la precipitación se ha repartido en intercepción, retención e infiltración. El estado inicial de humedad de la cuenca regula las magnitudes relativas intercepción, retención e infiltración.

 

El cálculo de la escorrentía se hace con la ecuación (3.4), método recomendado por la Unesco1, que a partir de los parámetros observados directamente como la precipitación y la escorrentía que mediante la aplicación de la ecuación simple de balance hídrico simplificado se obtienen los valores medios de ETR para las cuencas hidrográficas o regiones de interés.

 

Esc = P ETR

Donde:

 

Esc. =    Escorrentía media (mm)

P =         precipitación media multianual (mm)

ETR =    evapotranspiración Real media multianual (mm)

 

3.2 CAUDAL MEDIO PUNTUAL

 

Para conocer el caudal disponible de utilización en una corriente, es necesario conocer con que frecuencia ocurren caudales iguales o superiores de un valor determinado (caudal medio).

 

La caracterización de la corriente implica conocer los caudales máximos, mínimos y medios registrados en la estación Limnimétrica. El caudal medio se define como:

                                                       (3.12)

 

Donde:

Q =   Es el caudal medio (m3/s)

Qi = Caudal medido en el período de estudio

n =    Número total de datos de caudal (suficientemente grande)

 

Los datos de caudal se pueden agrupar en intervalos menores que la amplitud total Qmax-Qmin obteniendo una serie de n valores que permite un manejo más racional de la información. Si se ordena la serie de menor a mayor sin tener en cuenta el orden cronológico de los valores, se obtiene la frecuencia absoluta[1] (f) de los valores comprendidos en cada intervalo.

 

La curva de duración de caudales medios diarios que se muestra enseguida, permite observar la variabilidad de dichos caudales en el tiempo, con lo cual se puede tener un mejor conocimiento en el manejo de la disponibilidad del agua y explicar igualmente la relación demanda-oferta, sobre un presupuesto de decisión para almacenar un determinado volumen de agua que podría ser aprovechado en las épocas de estiaje.

 

La tabla 3.2 para el ingreso de los datos se construye de la siguiente manera:

 

Tabla 3.2 Distribución de frecuencias

Intervalo de clases

(m³/s)

Frecuencia parcial



Frecuencia acumulada



Frecuencia acumulada

%

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

 

Una vez construida la tabla de ingreso de los datos de la tabla anterior, se procede a elaborar la curva de duración de caudales medios, como se muestra en la siguiente figura 3.3



 

Para calcular el índice de variabilidad se leen en la curva construida los caudales a diferentes porcentajes y para adelantar el análisis se construye la tabla 3.3 para ingresar los valores.

 

Tabla 3.3 Cálculo del Indice de variabilidad (IV)

No.

Porcentaje (%)

Caudal (Qi) (M3/s)

Log Qi

(Log Qi – x)2

1

5

.

.

.

2

15

.

.

.

3

25

.

.

.

4

35

.

.

.

5

45

.

.

.

6

55

.

.

.

7

65

.

.

.

8

75

.

.

.

9

85

.

.

.

10

95

.

.

.

 

 

.

Z= 1/nå(log Qi)

W= 1/n-1å(log Qi – x)²

 

Para calificar el estado de la cuenca y la variabilidad de los caudales disponibles, se extrae la raíz cuadrada de W y se obtiene de esta manera el índice de variabilidad, I.V. = .

 

3.3 RELACIÓN LLUVIA ESCORRENTÍA

 

El Servicio de Conservación de Suelos de Estados Unidos (Soil Conservation Service, SCS), desarrolló un método para el cálculo de las abstracciones iniciales de una tormenta, las cuales incluyen la intercepción, la detención superficial y la infiltración denominada número de curva de escorrentía.

 

La escorrentía es función de la profundidad total de precipitación y de un parámetro de abstracción referido al número de curva de escorrentía o CN. Este método es aplicable para cuencas menores a 250 km2 y se puede aplicar para conocer la escorrentía mensual y generar mapas de isolíneas de escorrentía como ayuda para el cálculo de la oferta hídrica superficial.

 

3.3.1 Número de curva de escorrentía CN

 

El número de curva de escorrentía CN del Soil Conservation Service, SCS, fue desarrollado como un índice que representa la combinación de los grupos hidrológicos del suelo, el uso y la clase de tratamiento de la tierra. Análisis empíricos condujeron a deducir que el CN es función de tres factores: Clase de suelo, la cobertura y las condiciones de humedad antecedente (5 días).

 

3.3.2 Clasificación hidrológica de los suelos

 

El SCS clasificó hidrológicamente más de 4.000 suelos basándose en su potencial de escurrimiento para lo cual los agrupó en cuatro grupos de suelos hidrológicos, los cuales se identifican con las letras A, B, C y D.

 
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