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33Revista TecnuraVolumen 16Numero 31Pagina 33 - 44Enero - Marzo de 2012

Aplicacin de la metodologa de caudales bsicos de mantenimiento en la Cuenca Media del ro Tulu - Subcuenca del Ro CaucaAn Application of the Maintenance Basic-Stream Method to the Tulua River Basin Cauca River Sub-Basin Area

Lina Mabel Castro HerediaIngeniera civil, magster en Ingeniera con nfasis en Ingeniera Sanitaria y Am-biental, Estudiante de Doctorado en Ciencias de la Ingeniera. Docente investiga-dor de la Universidad del Valle. Cali, Colombia. [email protected]

Yesid Carvajal EscobarIngeniero agrcola, magster en Suelos y Aguas, doctor en Hidrulica y Medio Ambiente. Docente asociado de la Universidad del Valle. Cali, Colombia. [email protected]

Guillermo Cspedes LpezIngeniero agrcola. Investigador de la Universidad del Valle. Cali, Colombia. [email protected]

Clasificacin del artculo: Investigacin (conciencias)

Fecha de recepcin: 23 de marzo de 2011 Fecha de aceptacin: 29 de agosto de 2011

Palabras clave: Ao hidrolgico, caudal ambiental, caudal ecolgico, caudal bsico de mante-nimiento, variabilidad intranual, variabilidad interanual.

Keywords: Year hydrological, environmental flow, ecological flows, base flow maintenance, inter annual variability, intra annual variability.

RESUMEN

La humanidad ha usado los recursos hdricos de diferentes formas (agricultura, consumo urbano, actividades industriales, entre otros), convirtin-dolo en un motor de desarrollo econmico de las naciones, pero pasando por alto el valor de los ecosistemas que mantienen el medio acutico. Los

caudales ambientales forman parte de una gestin sostenible del sistema hdrico centrado en el man-tenimiento de un buen estado ecolgico.

El propsito de este trabajo consisti en desarro-llar y aplicar una metodologa para la determina-cin del Rgimen de Caudal Ambiental (RQA) en la Cuenca Media del ro Tulu, como cuenca

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Revista TecnuraVolumen 16Numero 31Enero - Marzo de 201234

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piloto en la determinacin del RQA en Colombia. Para ello se recolect informacin hidrolgica, hidrulica, de calidad de agua y de derivaciones y aportes de agua, se us el modelo HEC RAS, en este caso, para simular el comportamiento hi-drulico de la corriente superficial para posterior-mente, contrastar la informacin con un modelo o informacin asociada a aspectos ecolgicos y ambientales del RQA propuesto y verificar las condiciones de habitabilidad, adems de evaluar el RQA con los usos consuntivos de la cuenca. La metodologa result ser consistente para el tramo estudiado, mostrando un RQA variable y conve-niente a lo largo del ao, con las condiciones de habitabilidad impuestas.

ABSTRACT

Mankind has used water in different ways (agricul-ture, urban consumption, industrial activities, etc), making it an engine of economic development of

nations, but ignoring the value of the ecosystems that sustain the aquatic environment. Environ-mental flows are part of a sustainable water sys-tem management focused on maintaining a good ecological status. The purpose of this work was to develop and implement a methodology for deter-mining the environmental flow regime (RQA) in the middle of the river basin Tulua, as a pilot basin in the determination of RQA in Colombia. This in-formation was collected hydrological, hydraulic, water quality and water intake and referrals, we used the HEC RAS model, in this case to simulate the hydraulic behavior of the surface current to la-ter verify the information with a model or informa-tion associated with ecological and environmental aspects of the proposed RQA and verify the con-ditions of habitability, and to assess the RQA with consumptive uses of the basin. The methodology was consistent for the section studied, showing a variable RQA and convenient throughout the year, with living conditions imposed.

1. INTRODUCCIN

El agua es vital para la vida humana y para el de-sarrollo econmico de las naciones desde tiempos remotos, es as como muchas ciudades y civiliza-ciones han crecido cerca de los ros, haciendo de estos el motor de desarrollo, mediante su empleo en la agricultura, la industria, y generacin de energa. Pero ms all de la utilidad econmica del agua en estos sectores, los ros, lagos, humedales y acuferos desempean funciones clave, tanto para la biosfera, como para el sustento y cohesin de las comunidades, al tiempo que representan bie-nes comunes naturales que marcan la identidad de territorios y pueblos.

La mayora de los ros en el mundo han sido mo-dificados en su estructura, forma, composicin y funcionamiento, lo que ha provocado disminucin excesiva de caudales, modificacin en las mag-nitudes, perodos y frecuencias de las crecientes, prolongacin de estiajes y reduccin de crecidas peridicas, lo que ha provocado cambios en la morfologa fluvial, erosin, contaminacin e eu-trofizacin, cambios del transporte de sedimentos,

en definitiva, graves alteraciones ecolgicas, fsi-cas y qumicas, adems de la prdida de bienes y servicios ecosistmicos.

De acuerdo con Carvajal-Escobar [1], los ros son an concebidos como conductos que transportan agua a modo de canales o tuberas, y que sirven de receptores de las aguas residuales, ejerciendo mayor presin sobre el recurso hdrico. Por tan-to, la bsqueda de la sostenibilidad exige cambios profundos en la concepcin de la naturaleza, de actitudes y modos de vida. Exige una nueva cul-tura del agua que reconozca los mltiples valores emocionales, culturales, ambientales y econmi-cos, incluyendo enfoques ticos basados en prin-cipios de equidad y sustentabilidad.

Durante las dos o tres ltimas dcadas, las cons-tantes intervenciones sobre los recursos hdricos han generado una creciente preocupacin ambien-tal sobre las consecuencias negativas que esas in-tervenciones han generado. Estas preocupaciones han ido ganando adeptos, dentro y fuera de nues-tras fronteras, reconociendo que el mantenimiento de los ecosistemas de agua dulce, es un objetivo

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legtimo que debera ser considerado entre las dis-tintas demandas por agua dulce [2]. Esta preocu-pacin se refleja claramente en la exigencia de la sociedad (cada vez mayor) en todo lo que respecta a la conservacin del medio natural y al empleo sostenible de los recursos. Para hacer frente a esas exigencias, los distintos gobiernos han intentado plasmar en sus polticas sectoriales, a travs de las disposiciones legales promulgadas por las distin-tas administraciones y de los compromisos adqui-ridos en la adhesin a mltiples convenios interna-cionales (Convenio de Diversidad Biolgica, Man and Biosphere, Ramsar, entre otros) [3].

La creciente demanda social por un manejo soste-nible de los recursos hdricos ha impulsado a nivel mundial el desarrollo de metodologas para definir un caudal ambiental, ecolgico, de mantenimiento o mejor llamado Rgimen de Caudal Ambiental - RQA (existen diversas denominaciones depen-diendo del objetivo ambiental que se persiga), que debe permanecer en un ro despus de un apro-vechamiento hdrico. La definicin de este caudal se hace a partir de variables hidrulicas, hidrol-gicas, biolgicas, ecolgicas, entre otras. Para el clculo de caudales ambientales (QA), existen di-versas metodologas descritas por varios autores [4] - [9]. En este caso, se presenta la aplicacin del mtodo de los caudales bsicos de mantenimien-to, desarrollado por Palau [10], considerado como un mtodo hidrolgico con aspectos hidrulicos y biolgicos (habitabilidad) [9].

La aplicacin de metodologas hidrolgicas para establecer QA y RQA, no es en muchos casos la ms adecuada, porque representa valores constan-tes y fueron desarrolladas para regmenes hidrol-gicos y especies acucolas (salmnidos) diferentes a las del pas. Sin embargo, su uso es popular por la facilidad de aplicacin en la planificacin del recurso hdrico y porque permite hacer regionali-zacin en zonas con escasa informacin. En Co-lombia, la aplicacin de este tipo de metodologas puede surgir como un punto de partida en el estu-dio de caudales ambientales dadas las limitaciones presupuestales y de informacin local disponible.

Este documento presenta, 1) las bases conceptua-les del mtodo de caudales bsicos de manteni-miento, 2) la descripcin de la zona de estudio,

3) el anlisis exploratorio, de consistencia, de ten-dencias, de homogeneidad, etc, y 4) la aplicacin de la metodologa de caudales bsicos de manteni-miento y la posterior estimacin de los rangos de variacin de los caudales para definir el rgimen de caudal ambiental (RQA). Tambin se realiz modelacin en HEC RAS del RQA estimado, ve-rificando las condiciones de habitabilidad y los usos consuntivos actuales del ro. Finalmente, se analizaron los resultados obtenidos, incluyendo, conclusiones y recomendaciones.

2. MATERIALES Y MTODOS

2.1. Caudales bsicos de mantenimiento (QBM)

Palau [11] define el Caudal bsico de manteni-miento como el caudal que hay que dejar en un ro aguas abajo de cada aprovechamiento de regu-lacin o derivacin para mantener un nivel admi-sible de desarrollo de la vida acutica. El proble-ma est en definir cul es ese nivel admisible de desarrollo. Como primera aproximacin, se pue-de considerar que un nivel admisible tendr que estar dentro del rango de variabilidad natural del sistema considerado (ro) y lo ms alejado posi-ble de eventos hidrolgicos con baja probabilidad de ocurrencia. El nivel admisible para el desarro-llo de la vida acutica se logra con un caudal de mantenimiento representativo que se encuentre entre los valores mnimos y medios de la serie hidrolgica estudiada, afirmacin consistente con los planteamientos de Richter et l [12], [13], Ba-ron et l [2] entre otros.

La variacin hidrolgica tiene un papel importante en la estructuracin de la diversidad bitica en los ecosistemas de los ros, ya que controla las condi-ciones de hbitat dentro del cauce del ro, llanuras aluviales y las zonas hiporricas (aguas subterr-neas afectadas por la corriente).De esta forma, se reconoce que la variacin hidrolgica tiene un fac-tor importante que favorece el hbitat de los eco-sistemas ribereos. Tambin se reconoce que tanto el rango de variacin natural intra e interanual de los regmenes hidrolgicos como las caractersti-cas asociadas de tiempos, duracin, frecuencia y nivel de cambio, son fundamentales para sustentar

Aplicacin de la metodologa de caudales bsicos de mantenimiento en la cuenca media del Ro Tulua - Subcuenca del Ro Cauca

Lina Mabel Castro Heredia / Yesid Carvajal Escobar / Guillermo Cspedes Lpez

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la biodiversidad nativa y la integridad de los eco-sistemas acuticos [13].

En el mtodo del Caudal bsico de mantenimien-to, la fuente primaria de informacin es la serie hidrolgica temporal, porque se parte del supuesto que contiene toda la informacin fsica y biolgica del medio acutico, dado que todas las variables de un tramo del ro dependen intrnsecamente del caudal circulante [11]. El clculo del RQA, invo-lucra primero el clculo del caudal base a partir de la tcnica de "medias mviles" aplicadas so-bre intervalos de datos de amplitud creciente. Una vez calculado el caudal base (Qb), se determina un caudal adicional, llamado "caudal de acondi-cionamiento", el cual se considera un suplemen-to al Qb, que se calcula a partir de la simulacin de secciones representativas del tramo objeto de aprovechamiento y a partir de la comprobacin del cumplimiento de unas condiciones de conser-vacin predefinidas para el uso especfico para el cual se est estimando el RQA. Si el Qb es insufi-ciente para cumplir con condiciones de habitabili-dad o de calidad del agua, se puede establecer un caudal de acondicionamiento (caudal adicional al Qb). El Qb ms el caudal de acondicionamiento, definen el caudal de mantenimiento (definido as por el autor [11], [14]). Sobre el caudal se aplica un factor de variabilidad temporal mensual, obte-nindose un rgimen de caudales ambientales o de mantenimiento para cada unidad de tiempo defi-nida.

2.2. Zona de estudio

La cuenca del ro Tulu se encuentra ubicada en el centro del departamento del Valle del Cauca Colombia Fig. 1, tiene una extensin de 91.485 ha de las cuales el 85,1% del rea corresponde a la zona de ladera y el 14,9% al valle geogrfico del ro Cauca o zona plana. Para la aplicacin del mtodo del QBM, se utilizaron registros diarios de caudal (1975 - 1995) de la estacin Limnigrfica Mateguadua ubicada en el Jardn Botnico del municipio de Tulu y que registra un caudal pro-medio multianual de 14,2 m3.s-1 (Fig. 1). El agua captada del ro Tulu, se emplea para satisfacer la demanda del acueducto del municipio de Tulu, el riego de cultivos de caa de azcar, pastos y abrevaderos de animales principalmente. En total

el caudal derivado desde la estacin Mateguadua hasta la desembocadura al ro Cauca es de 4,7 m3.s-1, que representa el 33 % del caudal prome-dio multianual.

Fig. 1. Localizacin de la zona de estudio

2.3. Anlisis de la informacin hidrolgica

Previo a la aplicacin del mtodo del QBM, se procedi a realizar un anlisis exploratorio grfico y cuantitativo [15], con el fin de confirmar la con-sistencia y homogeneidad de la serie hidrolgica utilizada. Los resultados indican que la informa-cin utilizada no presenta tendencias ni estaciona-riedad en sus parmetros estadsticos. El mtodo del QBM es susceptible a la alta variabilidad hi-drolgica en los registros de caudal, razn por la cual tambin se realiz un chequeo del coeficiente de variacin intranual (CVI) para determinar si la desviacin tpica era significativa con respecto a la media. Los CVI calculados por ao oscilaron en-tre 0,34 y 0,89, indicando una variabilidad normal en ros de esta naturaleza, en los cuales es aplica-ble la metodologa.

En el clculo del caudal bsico por el mtodo de las Medias Mviles, es importante determinar el mes de inicio del ao hidrolgico, ya que puede condicionar el resultado final. Por ello Palau [11] recomienda iniciar el ao en un mes que ni con-tenga el mnimo caudal medio diario anual, ni el caudal medio mensual diario ms bajo. Para el caso del ro Tulu, se analiz la frecuencia y distri-bucin de los meses que contenan el mnimo cau-dal medio en los datos disponibles (1975 - 1995). Desarrollado el proceso, se observ que durante los meses de abril, mayo y junio, no se presenta-ron caudales mnimos dentro del perodo de regis-

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tro. Para definir en cul de esos tres meses se debe comenzar el ao hidrolgico se tuvo en cuenta un fenmeno climtico extremo que se presenta c-clicamente en Colombia y que representa los aos ms secos, el fenmeno de El Nio Oscilacin del Sur, que segn Poveda t l [16] empieza en junio y termina en mayo del siguiente ao, periodo en el que se desarrolla la fase extrema del Fenmeno de El Nio.

2.4. Clculo de medias mviles

Una vez definido el ao hidrolgico, se calcularon las medias mviles (MM) para 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 das consecu-

tivos, entre los aos 1975 y 1995 para la estacin limnigrfica Mateguadua. Para definir el caudal bsico (Qb), se calcularon las medias aritmticas de los mnimos para cada media mvil, y se de-termin el mayor incremento relativo entre cada par de valores consecutivos, siendo el Qb el mayor caudal que define dicho par de valores [17]. En la Tabla 1 se presentan las medias mviles asociadas con caudales, y el incremento relativo en porcen-taje. En la Tabla 1 se observa que el incremento relativo fue mayor que las MM de 15 y 40 das. As mismo, se muestran los resultados del clculo del rgimen de caudal ambiental, a partir de los dos caudales bsicos generados con las medias mviles escogidas.

Tabla 1. Incremento Relativo medias mviles. Estacin Limnigrfica Mateguadua - Periodo: 1975-1995.MM 3 5 7 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100

Qbsico 4,5 4,6 4,8 5,1 5,4 5,7 5,9 6,2 6,6 6,8 7,1 7,5 7,8 8,2 8,6%IR 2,8 4,1 5,8 6,4 5,6 3,7 4,6 6,1 4,0 4,4 5,1 4,7 5,1 4,7

*MM: media mvil de tresdas consecutivos, cinco das, siete das, etc.*IR: incremento relativo (Qbs-Qbs-1)/Qbs-1*Qbsico: media de los caudales mnimos para los distintos retardos de media mvil escogidos de los aos de registro.

2.5. Clculo del ndice de variabilidad

Definido el caudal bsico y sin considerar un cau-dal de acondicionamiento, se procedi a establecer el ndice de variabilidad que determina el rgimen de caudal ambiental, para ello, existen dos mto-dos: el primero consiste en dividir el caudal medio mensual multianual por el caudal medio mensual multianual mnimo (Ec. 1), no recomendable en ros con una alta variabilidad hidrolgica, debido a que las diferencias entre el caudal medio del mes ms seco y los de los meses ms hmedos puede ser significativa. El segundo mtodo atena los ndices mensuales aplicando la raz cuadrada del ndice de variabilidad (Ec. 2).

Q QQQ

min

mi b

mes

mesi= c m

Q QQQ

min

mi b

mes

mesi=

Donde Qmin representa el caudal de mantenimien-to (llamado as por el autor del mtodo Palau [11],

pero que aqu se llamara caudal ambiental), Qb es caudal base obtenido a partir del clculo con medias mviles, Qmesi es el caudal mensual mul-tianual del mes en estudio y Qmesmin mesmines el caudal mensual multianual mnimo. En otros ca-sos se puede emplear Qb ms el caudal de acon-dicionamiento, como caudal multiplicador del n-dice. Para el caso del ro Tulu, se aplicaron los ndices normal y modificado como se presenta en la Tabla 2 y se esquematizan en la Fig. 2, donde es posible observar que el ndice modificado atena la variabilidad intranual propia del ro Tulu. Sin embargo, el ndice sin modificar tiene un compor-tamiento similar a la variacin natural del caudal del ro.

Tabla 2. ndice de Variabilidad.

Mes ndice (ndice)0,5

ENE 1,56 1,25

FEB 1,40 1,18

MAR 1,49 1,22

ABR 2,07 1,44

(1)

(2)



con-ciencias


MAY 2,35 1,53

JUN 1,76 1,33

JUL 1,51 1,23

AGO 1,14 1,07

SEP 1,00 1,00

OCT 1,70 1,30

NOV 2,34 1,53

DIC 2,08 1,44

Fig. 2. ndice obtenido a partir del caudal medio multianual Estacin Limnigrfica Mateguadua - Periodo: 1975-

1995.

3. RESULTADOS

3.1. Clculo del RQA

Una vez obtenido el ndice de variabilidad y el n-dice de variabilidad modificado, los caudales base para la media mvil de 15 das (MM15) y la media mvil de 40 das (MM40), se puede determinar el RQA multiplicando el ndice de cada mes por el caudal base. En la Fig. 3, se muestra la variabi-lidad que presenta cada uno de los regmenes de caudales obtenidos, y en la Tabla 3 se presenta el porcentaje de cada uno de los RQA propuestos en relacin con el caudal medio multianual (QMA). En la misma tabla se observa que el RQA con ma-yor caudal lo representa el encontrado a partir del Qbas: 6,56 m

3/s sin aplicar el ndice modificado. Los caudales propuestos con el anterior rgimen constituyen el 80% del QMA, lo que implica que se dejara para el uso consuntivo, en promedio, el

20% restante. La Fig. 3 muestra cmo el RQA es-timado con el ndice modificado atena la variabi-lidad en el rgimen de caudal, mostrando una cur-va ms suave y poco representativa del rgimen natural del ro. Se considera que el RQA determi-nado a partir del Qbas: 5,4 m3.s-1 y el ndice de variabilidad sin modificar (RQA2), representa el rgimen de caudal ambiental ms adecuado a usar, dado que muestra la variabilidad intranual repre-sentativa del ro Tulu y no constituye un porcen-taje demasiado alto del QMA. Para establecer si el RQA propuesto es adecuado, se realiz una va-loracin hidrulica del mismo en secciones trans-versales sobre el ro, incluyendo el efecto que el RQA produce sobre la disponibilidad del hbitat.

MM40: RQA1 propuesto con Qbas: 6,56 m3.s-1 y el n-dice de variabilidad sin modificar.MM15: RQA2 propuesto con Qbas: 5,40 m3.s-1 y el n-dice de variabilidad sin modificar.MM40_raz: RQA3 propuesto con Qbas: 6,56 m3.s-1 y el ndice de variabilidad modificado.MM15_raz: RQA4 propuesto con Qbas: 5,40 m3.s-1 y el ndice de variabilidad modificado.

Fig. 3. Rgimen de caudal con MM 40 y MM 15 Estacin Limnigrfica Mateguadua - periodo: 1975-1995.

Segn Baeza et l [18], el potencial de supervi-vencia de las polaciones y especies se reduce si el sistema se comporta fuera del rango de variacin natural. De esta manera, una vez especificado el rgimen de caudal ambiental para considerar, se plantea una mejora a la metodologa, mediante la propuesta de un rango de variacin del rgimen planteado, de tal forma que vare segn las condi-ciones climticas impuestas naturalmente, y que esa variacin se conserve dentro de los lmites his-

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Tabla 3. Porcentaje que representa el RQA con respecto a los caudales medios multianuales. Estacin Limnigrfica Mateguadua - periodo: 1975-1995.

QMA* MM40 MM15 MM40_raizMM15_

raiz%MM40/

QMA%MM15/

QMA%MM40_raiz/QMA

%MM15_raiz/QMA

13,02 10,20 8,39 8,18 6,73

78,3 64,5

62,8 51,711,74 9,20 7,57 7,77 6,39 66,2 54,512,45 9,76 8,03 8,00 6,59 64,3 52,917,30 13,55 11,15 9,43 7,76 54,5 44,919,69 15,43 12,70 10,06 8,28 51,1 42,114,70 11,52 9,48 8,69 7,16 59,1 48,712,64 9,91 8,15 8,06 6,64 63,8 52,59,54 7,48 6,15 7,00 5,77 73,4 60,48,37 6,56 5,40 6,56 5,40 78,4 64,5

14,20 11,13 9,16 8,55 7,03 60,2 49,519,62 15,37 12,65 10,04 8,27 51,2 42,117,38 13,62 11,21 9,45 7,78 54,4 44,8

tricos registrados. Dichos lmites se definieron a partir de los coeficientes de variacin mensual multianual. Para el ro Tulu, los lmites de varia-cin se establecieron al multiplicar el RQA pro-puesto por el coeficiente de variacin que present cada mes en el registro histrico de caudales de 1975 1995. En la Tabla 4, se presentan los valo-res obtenidos del RQA establecido, el coeficiente de variacin, el rango de variacin (lim - y lim +) y los caudales mnimos y mximos (denotados por min y max) registrados en la serie histrica.

Como se observa en la Fig. 4, los lmites del caudal propuesto estn por debajo del caudal medio men-sual multianual (QMA) y por encima, en algunos meses, de los mnimos histricos. Comportamien-to deseable para un rgimen de caudal ambiental. Como se observa en la Fig. 4, los lmites del caudal propuesto estn por debajo del caudal medio men-sual multianual (QMA) y por encima, en algunos meses, de los mnimos histricos. Comportamien-to deseable para un rgimen de caudal ambiental.

Tabla 4. Rgimen de caudal propuesto Qbas: 5,4 m3,s-1. Estacin Limnigrfica Mateguadua - Periodo: 1975-1995.

Mes ndice RQA CV (m3,s-1) Desvests min max lim- Lim+Enero 1,56 8,39 0,55 4,62 4,10 26,90 4,10 13,02

Febrero 1,40 7,57 0,57 4,33 4,10 23,00 4,10 11,90Marzo 1,49 8,03 0,50 4,02 3,40 25,90 4,01 12,05Abril 2,07 11,15 0,43 4,74 6,80 32,60 6,80 15,90Mayo 2,35 12,70 0,41 5,22 6,10 32,10 7,48 17,92Junio 1,76 9,48 0,38 3,64 5,50 24,80 5,85 13,12Julio 1,51 8,15 0,34 2,79 3,20 24,00 5,37 10,94

Agosto 1,14 6,15 0,30 1,85 2,20 15,80 4,31 8,00Septiembre 1,00 5,40 0,32 1,73 1,90 13,10 3,66 7,13

Octubre 1,70 9,16 0,40 3,66 5,90 31,50 5,90 12,82Noviembre 2,34 12,65 0,44 5,51 7,70 44,60 7,70 18,16Diciembre 2,08 11,21 0,54 6,00 8,90 46,50 8,90 17,21

Qbas 5,40





con-ciencias


Fig. 4. Rgimen de caudal ambiental y limites de manejo.Estacin Limnigrfica Mateguadua - Periodo: 1975-1995.

3.2. Verificacindelascondicionesdeha-bitabilidad

Segn Palau [17] en el mtodo de QBM, la habi-tabilidad del tramo de un ro se define como una funcin nica de la profundidad o tirante hidru-lico del cauce. El punto esencial entonces, es de-terminar cul es la profundidad mnima que hay que mantener, para conservar el paisaje fluvial, especies o comunidades de fauna y vegetacin bentnica, etc. Debido a la falta de datos biolgi-cos que permita conocer el valor de profundidad requerida por las especies pisccolas del ro Tulu, se propuso trabajar con profundidades mnimas obtenidas a partir de un anlisis de los tirantes con los caudales medios mnimos y mnimos histri-cos. En la Fig. 5 se muestra la profundidad en las 32 secciones transversales con el QMAmin y el Qminhist del mes de septiembre, mes en el cual se presentan las menores profundidades. Como se observa en la Fig. 5, la seccin 22 presenta un comportamiento crtico, dado que su tirante es de 15 cm considerando el Qminhist y un tirante de 20 cm considerando los caudales medios mnimos histricos, QMAmin.

Fig. 5. Variacin de la profundidad a lo largo del ro para el mes de septiembre QMA min y Q min hist.

Estacin Limnigrfica Mateguadua - Periodo: 1975-1995.

A partir del anterior anlisis se defini que la pro-fundidad mnima admisible en condiciones de rgimen de caudal ambiental medio debe ser de aproximadamente 30 cm. Se hace referencia a un caudal ambiental medio, puesto que el RQA vara a lo largo del ao y presenta rangos de variacin mxima y mnima por mes, siendo consistente con el rgimen climatolgico de la zona. En el caso del ro Tulu, 30 cm no se considera un valor obli-gatorio en aos secos o que presenten una varia-bilidad climtica alta (aos Fenmeno del Nio - ENOS). Establecer un RQA variable a lo largo del ao debe ir acompaado de una evaluacin flexi-ble de la variacin en las profundidades, dada su relacin con la habitabilidad de las especies, pues como se observ en la Fig. 5 pueden existir nive-les mnimos extremos en circunstancias naturales.

3.3. Simulacin hidrulica con HEC RAS

A partir de los resultados obtenidos con la apli-cacin de la metodologa del QBM, se simul en HEC-RAS un tramo con una longitud aproximada de 21 km, entre la estacin Jardn Botnico (ubi-cada en la cuenca media del ro Tulu) y la desem-bocadura al ro Cauca. Se estudiaron 32 secciones transversales, separadas entre tramos de longitu-des que varan entre los 158 m y los 3300 m [19]. Se simul en condicin de flujo permanente con profundidad normal con pendiente promedio de

con-ciencias

41

S= 0,01586 como condicin de frontera aguas abajo. En la Tabla 5 se presentan los resultados obtenidos de la simulacin hidrulica de los RQA y la comparacin de los mismos con los caudales

mnimos histricos (Qminhist), caudales medios mnimos (QMA min) y los caudales medios mul-tianuales (QMA). El anlisis se hizo tanto para la variacin en caudal como en nivel.

Tabla 5. Anlisis de la variacin de caudal y nivel con el RQA propuesto.Mtodo Caudal Nivel

Qbas MM 40

El RQA propuesto (QBM MM 40) es inferior en un 22% (aprox.) a los QMA, pero superior en a los QMA min y Qminhist. El RQA propuesto,representa un porcentaje alto del QMA comparado con los de-terminados por los mtodos hidrolgicos [20], pero conservador para aplicarlo al ro en estudio puesto.

La variacin del nivel con el RQA propuesto, com-parado con el QMA es del orden de 1 cm hasta los 19 cm, donde las reducciones de nivel son mayores en algunos meses de verano e invierno en secciones poco anchas (menores de 20 m)y con profundidades menores a los 30 cm (seccin 29 y seccin 1).

Qbas MM 15

El RQA elaborado con el QBM MM 15, es inferior en un 36% (aprox.) de QMA, pero superior en un alto porcentaje a los QMA min y Qminhist (26 % al 554 % aprox). El RQA propuesto es alto, comparado con los determinados con la mayora de los mtodos hi-drolgicos [20].

La variacin del nivel con el RQA propuesto com-parado con el QMA es del orden de 3 cm hasta los 27 cm. Las secciones que se ven menos afectadas con la reduccin de caudal son la seccin 25 y 27, las cuales presentan un ancho que supera los 20 m. Las secciones donde la reduccin de nivel (seccin 8, 11, 12, 21, 29, etc) es elevada comparada con el QMA, fueron aquellas con anchos entre 10 y 20 m.

Respecto a la condicin de profundidad mnima, definida en 30 cm, los dos RQA propuestos con MM15 y MM40, presentan en todas las secciones transversales estudiadas un tirante superior a los 30 cm, situacin que garantizar las condiciones mnimas de habitabilidad de las especies icticas del ro.

3.4. Anlisis del RQA propuesto y la de-manda por uso de agua sobre el ro Tulu

Para determinar si el RQA propuesto satisface la demanda hdrica actual, se hizo un anlisis de las derivaciones y aportes que recibe el ro Tulu den-tro del tramo comprendido entre el Jardn Botni-co, hasta la desembocadura al ro Cauca. A partir de lo anterior, se hizo un anlisis de los cauda-les disponibles en condiciones de caudal medio (QMA) para verificar si los usos consuntivos ac-tuales en el ro Tula se encontraban en el rango determinado para el RQA propuesto por la meto-dologa del Caudal Bsico de Mantenimiento. La

estimacin de caudales por cada tramo (Tabla 6) se estim a partir de la informacin que la CVC tiene de usos consuntivos en la zona [21] adems de los registros medios en la estacin Mateguadua.

Los caudales disponibles en condiciones medias (Tabla 6) cumplen con el RQA propuesto y su ran-go de variabilidad (Tabla 4). El RQA y el rango de variacin propuesto permiten satisfacer las necesi-dades actuales en el ro Tulu en cantidad, pero no necesariamente en calidad de agua. Los dos lti-mos tramos del ro reciben descargas de agua resi-dual que hacen inadecuada cualquier aplicacin de metodologas para determinar el caudal ambiental [19], [22], ya que el problema sale de las compe-tencias de la metodologa y pasa a ser un problema de dilucin y de polticas de saneamiento. El es-tablecimiento de un caudal ambiental, supone una condicin previa de aguas no contaminadas, pues para un ro en alto grado de alteracin en calidad, no habr suficiente agua que permita diluir altas cargas contaminantes.



con-ciencias


Tabla 6. Caudales disponibles en el ro Tulu, en condiciones medias [21].

Mes/EstacinJardn Botnico Barrio Justicia

(1) (m3.s-1)

Barrio Justicia Puente Nuevo

(2) (m3.s-1)

Puente Nuevo Despus Urb Maracaibo

(3) (m3.s-1)

Despus Urb Maracaibo Puente Papayal

(4) (m3.s-1)Enero 8,51 8,65 9,02 8,88

Febrero 7,22 7,37 7,74 7,60Marzo 7,94 8,08 8,45 8,32Abril 12,78 12,92 13,30 13,16Mayo 15,18 15,32 15,69 15,55Junio 10,19 10,33 10,71 10,57Julio 8,13 8,27 8,64 8,51

Agosto 5,03 5,17 5,54 5,41Septiembre 3,86 4,00 4,37 4,24

Octubre 9,69 9,83 10,21 10,07Noviembre 15,11 15,25 15,62 15,49

Diciembre 12,87 13,01 13,38 13,24

El anlisis anterior tambin se realiz estimando el caudal mensual en cada tramo a partir de los usos consuntivos, los cuales son constantes a lo largo del ao, y el caudal medio mnimo. En estas condiciones, el caudal obtenido se encuentra por debajo del RQA propuesto. sta es una situacin crtica en el ro que puede agravar las condicio-nes de habitabilidad de las especies acuticas, la calidad del agua y los servicios provistos por los ecosistemas.

4. DISCUSIN Y CONCLUSIONES

Mediante este trabajo se estableci el RQA para el ro Tulu en Mateguadua y adicionalmente un rango de variacin, definido como el caudal am-biental +/- 1 desviacin estndar. El clculo de dichos valores se hizo con el objeto de determinar un rango de variacin del rgimen de caudal pro-puesto, as el RQA puede variar de acuerdo con las condiciones climticas y no se restringe a un nico valor mensual. Lo que se propuso fue determinar un lmite superior e inferior al rgimen de caudal ambiental propuesto, estos lmites estaran defini-dos por los coeficientes de variacin mensuales multianuales (en la serie histrica) que serviran como metas de manejo, sin restringir el uso del agua y sin exigir, en algunos casos, ms agua de la que en realidad est pasando por el ro. El rgimen de caudal puede variar dependiendo de las condi-

ciones climticas que se presenten, y no pretender establecer un rgimen de caudal estricto, que en algunas pocas del ao ser difcil de mantener.

La mayora de metodologas hidrolgicas propo-nen valores fijos constantes de QA para todo el ao, sin tener en cuenta la variacin hidrolgica de las cuencas hidrogrficas. Para evitar caer en este error y dar un enfoque ms amplio a la propuesta de un RQA para el ro Tulu, se analizaron facto-res de tipo hidrulico, ligados a la habitabilidad en el ro, y el factor de calidad del agua.

Aunque en este trabajo la habitabilidad de un tra-mo se considera una funcin nica de la profun-didad mnima en el ro, se recomienda realizar estudios biolgicos in situ de aquellas especies relevantes o prioritarias, incluyendo las poblacio-nes de macroinvertebrados, bentos, fitoplancton, etctera.

El RQA propuesto cumple en cuanto a la variabi-lidad y cantidad propia de un rgimen hidrolgico natural. Sin embargo, el monitorio en el ro de-bera incluir no solo el registro diario de caudal, sino tambin biolgico y de calidad de agua. El establecimiento de un rgimen de caudal ambien-tal requiere adicionalmente un manejo adecuado de las aguas residuales que se producen en las po-blaciones ribereas y que terminan en las partes

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REFERENCIAS

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bajas de los ros.

La bondad de este mtodo para comparar y con-cluir desde diferentes ramas del conocimiento, es un incentivo para su puesta en prctica, teniendo en cuenta que no requiere de altos costos para su implementacin. Adicionalmente, el anlisis que permite realizar es ms completo que el permitido por la mayora de las metodologas hidrolgicas, ubicndolo en un punto intermedio entre las me-todologas hidrolgicas y las biolgicas, dando un paso hacia adelante en materia de determinacin e implementacin de RQA en Colombia. Con este mtodo se busca aportar una herramienta que ayu-de a las autoridades ambientales en la toma de de-cisiones para conocer asignaciones, cobro de tasa por uso del agua, licencia de construccin de obras

hidrulicas, etc.

5. FINANCIACIN Y AGRADECIMIEN-TOS

Los autores agradecen a COLCIENCIAS y a la Universidad del Valle por la financiacin del pro-yecto Metodologa para la Determinacin del Rgimen de Caudal Ambiental en el Ro Tulua Subcuenca del Ro Cauca, en la modalidad de Jvenes Investigadores e Innovadores 2005. Agra-decemos a la Corporacin Autnoma Regional del Valle del Cauca (CVC) y el IDEAM, entidades que brindaron la informacin hidrolgica utilizada en el estudio.



con-ciencias


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