Modelación Qual2k - Calidad de Agua

CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DEL VALLE DEL CAUCA DIRECCIÓN TÉCNICA AMBIENTAL

Orden de trabajo CVC No. 575 de Abril 21 de 2005

CARACTERIZACIÓN Y MODELACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA DEL RIO TULUÁ TRAMO JARDÍN BOTÁNICO – ANTES DESEMBOCADURA

VOLUMEN I

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Listados

TABLA DE CONTENIDO Pág.

1

INTRODUCCIÓN ..........................................................................................1.1

2

CARACTERIZACIÓN DEL RÍO TULUÁ ....................................................2.1 2.1

Características Generales ................................................................................................... 2.1

2.2

Climatología......................................................................................................................... 2.2 2.2.1 Estadística Descriptiva de Registros Mensuales Multianuales ................................... 2.2 2.2.2 Diferencias Estacionales ........................................................................................... 2.5 2.2.3 Temperatura............................................................................................................. 2.8 2.2.4 Humedad Relativa ................................................................................................... 2.9 2.2.5 Precipitación y Evapotranspiración Total................................................................ 2.10 2.2.6 Radiación Solar...................................................................................................... 2.10 2.2.7 Vientos .................................................................................................................. 2.11 2.2.8 Zonas de Vida ....................................................................................................... 2.11

2.3

Suelos .................................................................................................................................. 2.13 2.3.1 Uso Actual del Suelo.............................................................................................. 2.13 2.3.2 Uso Potencial del Suelo........................................................................................... 2.14

2.4

Hidrología .......................................................................................................................... 2.16 2.4.1 Estación Mateguadua............................................................................................. 2.16 2.4.2 Estación La Rafaela .............................................................................................. 2.19

2.5

Usos del Agua.................................................................................................................... 2.19

2.6

Calidad del Agua ............................................................................................................... 2.23 2.6.1 Estadística Descriptiva ........................................................................................... 2.29 2.6.2 Diferencias Estacionales ......................................................................................... 2.39 2.6.3 Evaluación Espacial por Condición Estacional (1996 – 2005) ............................. 2.51 2.6.4 Índices de Calidad .................................................................................................. 2.55 2.6.5 Índice de Contaminación –ICOMO ....................................................................... 2.60

CVC

i

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

3

Listados

MODELO MATEMÁTICO QUAL-2K...........................................................3.1 3.1

Descripción del Modelo .................................................................................................... 3.1

3.2

Representación Conceptual .............................................................................................. 3.3

3.3

Representación Funcional ................................................................................................. 3.4 3.3.1 Ecuación del Transporte de Masa............................................................................. 3.4 3.3.2 Características Hidráulicas....................................................................................... 3.6

3.4

Modelo de la Temperatura ................................................................................................ 3.7

3.5

Reacciones Fundamentales ............................................................................................... 3.9 3.5.1 Reacciones Bioquímicas............................................................................................. 3.9 3.5.2 Estequiometría de la Materia Orgánica .................................................................... 3.9 3.5.3 Efecto de la Temperatura en las Reacciones............................................................. 3.10

3.6

Reacciones de los Constituyentes .................................................................................. 3.10 3.6.1 Fitoplancton (ap) .................................................................................................... 3.10 3.6.2 Algas (ab).............................................................................................................. 3.12 3.6.3 Detritus (Mo)......................................................................................................... 3.13 3.6.4 DBOC lentamente oxidable (Cs) ........................................................................... 3.14 3.6.5 DBOC rápidamente oxidable (Cf) ......................................................................... 3.14 3.6.6 Nitrógeno Orgánico Disuelto (no) ........................................................................... 3.14 3.6.7 Nitrógeno Amoniacal (na)...................................................................................... 3.15 3.6.8 Amonio Desionizado.............................................................................................. 3.16 3.6.9 Nitratos (nn).......................................................................................................... 3.16 3.6.10 Fósforo Orgánico (po) ............................................................................................. 3.17 3.6.11 Fósforo Inorgánico (pi)............................................................................................ 3.17 3.6.12 Sólidos Suspendidos Inorgánicos (mi) ..................................................................... 3.17 3.6.13 Oxígeno Disuelto .................................................................................................. 3.18 3.6.14 Coliformes .............................................................................................................. 3.22 3.6.15 Constituyentes no Conservativos .............................................................................. 3.23 3.6.16 pH ......................................................................................................................... 3.23 3.6.17 Carbono Inorgánico Total....................................................................................... 3.24 3.6.18 Alcalinidad ............................................................................................................ 3.24

3.7

Entradas del Sistema ........................................................................................................ 3.25

3.8

Solución Numérica ........................................................................................................... 3.25

CVC

ii

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

4

Listados

MODELACIÓN DEL RÍO TULUÁ...............................................................4.1 4.1

Introducción ........................................................................................................................ 4.1

4.2

Definición de la Red........................................................................................................... 4.2

4.3

Fronteras del Modelo......................................................................................................... 4.2 4.3.1 Fronteras Externas .................................................................................................. 4.2 4.3.2 Fronteras Internas .................................................................................................... 4.3

4.4

Red Esquematizada ............................................................................................................ 4.4

4.5

Bases de Datos .................................................................................................................... 4.4 4.5.1 Georeferenciación ...................................................................................................... 4.5 4.5.2 Datos Geográficos y Climatológicos ........................................................................... 4.5 4.5.3 Datos Hidráulicos .................................................................................................... 4.6 4.5.4 Condiciones de Frontera............................................................................................ 4.7

4.6

Calibración y Verificación del Modelo............................................................................ 4.9 4.6.1 Modelo Hidrodinámico ............................................................................................. 4.9 4.6.2 Modelo de Calidad del Agua .................................................................................. 4.10 4.6.3 Análisis de la Calibración y Verificación del Modelo del Río Tuluá ....................... 4.18

4.7

Modelo Parte Alta del Río Tuluá (Jardín Botánico – Puente Nuevo) ..................... 4.19 4.7.1 Fronteras Externas ................................................................................................ 4.20 4.7.2 Fronteras Internas .................................................................................................. 4.21 4.7.3 Bases de Datos ....................................................................................................... 4.21 4.7.4 Calibración y Verificación del Modelo .................................................................... 4.24

4.8

Modelo Parte Baja del Río Tuluá (Puente Nuevo – Desembocadura Vereda El Salto) ................................................................................................................................... 4.27 4.8.1 Fronteras Externas ................................................................................................ 4.27 4.8.2 Fronteras Internas .................................................................................................. 4.28 4.8.3 Bases de Datos ....................................................................................................... 4.29 4.8.4 Calibración y Verificación del Modelo .................................................................... 4.31

5

MODELACIÓN DEL RÍO TULUÁ...............................................................5.1 5.1

Introducción ........................................................................................................................ 5.1

5.2

Escenario Crítico ................................................................................................................ 5.2

CVC

iii

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

5.2.1 5.2.2 5.2.3

Listados

Fronteras Externas .................................................................................................. 5.2 Fronteras Internas .................................................................................................... 5.3 Resultados ................................................................................................................ 5.7

5.3

Escenario Metas de Calidad ............................................................................................ 5.10 5.3.1 Tratamiento Primario............................................................................................. 5.10 5.3.2 Tratamiento Secundario.......................................................................................... 5.17

5.4

Consideraciones Finales................................................................................................... 5.24

6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................6.1

7

BIBLIOGRAFÍA ..............................................................................................7.1

CVC

iv

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Listados

LISTADO DE TABLAS Capítulo 2

Pag.

Tabla 2.1 Resumen Estaciones Climatológicas en la Cuenca del Río Tuluá ........................... 2.2 Tabla 2.2 Resumen de la Curtosis para la Temperatura Mínima, Media y Máxima en la Estación Acueducto Tuluá (CVC)................................................................................. 2.3 Tabla 2.3 Resumen de la Simetría para la Temperatura Mínima, Media y Máxima en la Estación Acueducto Tuluá (CVC)................................................................................. 2.4 Tabla 2.4 Resultado Prueba de Kolmogorov – Smirnov para los Parámetros de Precipitación y Evaporación Total, Humedad Relativa, y Temperatura Mínima, Media y Máxima de la Estación Acueducto Tuluá (CVC)......................... 2.5 Tabla 2.5 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras para Establecer Diferencias Significativas entre las Condiciones Estacionales de Verano e Invierno de los Registros de Evaporación Total y Humedad Relativa Estación: Acueducto Tuluá (CVC)............................................................................... 2.8 Tabla 2.6 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney para establecer Diferencias Significativas entre las Condiciones Estacionales de Verano e Invierno de la Precipitación y Temperatura Mínima, Media y Máxima Estación: Acueducto Tuluá (CVC) ...................................................................................................................... 2.8 Tabla 2.7 Áreas de las Zonas de vida en la Cuenca del Río Tuluá (Caicedo y Medina, 2005). ................................................................................................................................ 2.12 Tabla 2.8 Cobertura y Uso Actual del Suelo.............................................................................. 2.13 Tabla 2.9 Uso Potencial del Suelo en la Zona de Ladera de la Cuenca del Río Tuluá ........ 2.15 Tabla 2.10 Uso Potencial del Suelo en la Zona Plana de la Cuenca del Río Tuluá.............. 2.15 Tabla 2.11 Registros de Aforos Estación: La Rafaela (CVC) (1998 – 2005)......................... 2.20 Tabla 2.12 Georeferenciación Estaciones de Calidad y Vertimientos sobre el Río Tuluá. ................................................................................................................................ 2.26 Tabla 2.13 Parámetros Críticos Identificados para Diferentes Usos en el Río Tuluá (CVC-Universidad del Valle, 2005) ............................................................................. 2.28 Tabla 2.14 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Jardín Botánico (CVC)................................................................................................................................ 2.40 Tabla 2.15 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Barrio Justicia (CVC)................................................................................................................................ 2.41

CVC

v

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Listados

Tabla 2.16 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Puente Nuevo (CVC)................................................................................................................................ 2.42 Tabla 2.17 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Después Urbanización Maracaibo (CVC)................................................................................... 2.43 Tabla 2.18 Resultados de la Prueba de Normalidad Shapiro – Wilks por Condición Estacional de los Parámetros de Calidad del Agua Estación Desembocadura Vereda El Salto (CVC)................................................................................................... 2.44 Tabla 2.19 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras en la Estación Jardín Botánico (CVC)................................................................................................... 2.45 Tabla 2.20 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Jardín Botánico (CVC)................................................................................................................................ 2.46 Tabla 2.21 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras en la Estación Barrio Justicia (CVC) ..................................................................................................... 2.47 Tabla 2.22 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Barrio Justicia (CVC)................................................................................................................................ 2.47 Tabla 2.23 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras en la Estación Puente Nuevo (CVC)..................................................................................................... 2.48 Tabla 2.24 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Puente Nuevo (CVC)................................................................................................................................ 2.49 Tabla 2.25 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras en la Estación Después Urbanización Maracaibo (CVC) .................................................................. 2.50 Tabla 2.26 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Después Urbanización Maracaibo (CVC)................................................................................... 2.50 Tabla 2.27 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras en la Estación Desembocadura Vereda El Salto (CVC) .................................................................... 2.51 Tabla 2.28 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney en la Estación Desembocadura Vereda El Salto (CVC)................................................................................................... 2.52 Capítulo 3

Pag.

Tabla 3.1 Variable del Modelo QUAL2K ................................................................................... 3.11 Tabla 3.2 Datos de Entrada ........................................................................................................... 3.26 Capítulo 4

Pag.

Tabla 4.1 Localización de las Fronteras Internas y Estaciones de Calidad del Agua en la Red Esquematizada del Río Tulúa................................................................................. 4.4 Tabla 4.2 Abscisado de la Red de Trabajo .................................................................................... 4.5 Tabla 4.3 Datos Geográficos ........................................................................................................... 4.6 CVC

vi

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

1

Capítulo 1. Introducción

INTRODUCCIÓN

El recurso hídrico ha sido aprovechado de manera intensa por el hombre para múltiples actividades como el consumo humano, uso agrícola e industrial, generación de energía, navegación, pesca, recreación, etc. Este aprovechamiento puede generar conflictos con las funciones naturales de los ríos, como son la conducción de agua, transporte de sedimentos del cauce y materiales de erosión de la cuenca y las orillas, transporte de sustancias y desechos naturales, soporte del ecosistema acuático y terrestre, etc. A su vez, los ríos también son generadores de grandes desastres tales como inundaciones, avalanchas, contaminaciones y colapso de estructuras como compuertas, presas, diques, puentes y bocatomas. Predecir la respuesta de un río ante la intervención natural de los diferentes fenómenos que pueden ocurrir en él o de forma artificial generados por el hombre es factible en muchos casos sólo por medio de modelos matemáticos o modelos físicos a escala. En la actualidad gracias al gran avance tecnológico en el desarrollo de software, casi sin excepción, toda intervención importante en un río sólo se lleva a cabo después de un estudio previo de modelación matemática, donde se determina y evalúa los posibles efectos hidráulicos, morfológicos y ambientales, lo que permite seleccionar la alternativa que genere los beneficios deseados, sin ir en detrimento del ecosistema para las futuras generaciones. El río Tuluá, objeto del presente estudio, es el principal cauce tributario del río Cauca en términos del deterioro que presenta en la calidad del agua y su influencia sobre el río Cauca de acuerdo con CVC – Universidad del Valle (2004), quienes se basaron en tres criterios de selección basados en la priorización de la ordenación de cuencas planteada por la CVC, aporte de carga contaminante y los niveles de oxígeno disuelto reportados en la desembocadura. El tramo comprendido entre las estaciones de calidad, Jardín Botánico y Antes Desembocadura con 14359 m de longitud, corresponde a la zona de interés del presente estudio. Donde las descargas de agua residual en la zona plana del municipio de Tuluá, son los principales afluentes. Por medio de la Orden de Trabajo No. 575 del 21 de Abril de 2005, se efectuó el Proyecto de Modelación de la Calidad de las Aguas Superficiales de los Ríos Tulúa y Guadalajara, en el cual se adelantaron los estudios para la implementación de un sistema de modelación matemática. El sistema de modelación permitió el análisis y la toma de decisiones para

CVC

1.1

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Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

2 CARACTERIZACIÓN DEL RÍO TULUÁ

2.1

CARACTERÍSTICAS GENERALES

La cuenca hidrográfica del río Tuluá, se localiza en el suroccidente de Colombia en el centro del departamento del Valle del Cauca, está limitada por el Norte con las cuencas de los ríos Morales y Bugalagrande, por el Este con el departamento del Tolima, por el Sur con las cuencas de los ríos Amaime, Guabas, Guadalajara y San Pedro y por el Oeste con el cauce del río Cauca. El río Tuluá nace en el Parque Natural de las Hermosas, a una altura de 4100 m.s.n.m y pertenece a la vertiente de la Cordillera Central en jurisdicción de los municipios de Tuluá, Buga, San Pedro y Cerrito. La cuenca hidrográfica del río Tuluá tiene una extensión de 732 Km2 hasta la estación Mateguadua, constituyéndose en una de las cuencas más grandes tributarias del Río Cauca en el departamento del Valle del Cauca (CVC – Universidad del Valle, 2001). La longitud del cauce principal es de 49.9 Km y son tributarios los ríos Cofre, Loro y San Marcos, y las quebradas Nogales, San Antonio, Peñas, La Magdalena y San Isidro. La subcuenca más grande de la cuenca del río Tuluá es la del Río Cofre, con un área de 199 Km2 y una longitud del cauce de 24.81 Km (CVC – Universidad del Valle, 2001). La Cuenca se extiende desde el río Cauca hasta el Parque Natural Nacional Páramo de las Hermosas en la Cordillera Central, límites con el Departamento del Tolima, con alturas que van desde los 900 hasta los 4100 m.s.n.m. El 85,9% del área corresponde a la zona de ladera y el 14,1% al valle geográfico del río Cauca o zona plana (Caicedo y Medina, 2005). La cuenca esta conformada por áreas pertenecientes a los municipios de Tuluá (41,3%), Buga (45,2%), San Pedro (6,7%) y El Cerrito (6,8%). Contiene el 100% del área urbana de Tuluá y cuenta con ocho concentraciones de población considerables como son: Tres Esquinas, Aguaclara, La Marina, La Moralia, Monteloro, Santa Lucía en Tuluá, La Mesa de Ríoloro en Buga y Buenos Aires en San Pedro (Caicedo y Medina, 2005).

CVC

2.1

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Caracterización y Modelación del Río Tuluá

2.2

Capítulo 2. Caracterización

CLIMATOLOGÍA

De acuerdo con la información disponible en la sección de Monitoreo Ambiental de la Corporación Autónoma del Valle del Cauca – CVC y Cenicaña se seleccionaron tres estaciones climatológicas representativas de la zona de estudio (Tabla 2.1).

Tabla 2.1 Resumen Estaciones Climatológicas en la Cuenca del Río Tuluá Estación

Acueducto Tuluá

Yotoco

Tuluá

Entidad

Ubicación Latitud Longitud

Altitud

Registros

Período

Tipo de Registro

CVC

4.04

76.19

1014

Precipitación Total Evaporación Total Temperatura Mínima Temperatura Media Temperatura Máxima Humedad Relativa

1967-2001

Mensual Multianual

Cenicaña

3.52

76.2

960

Velocidad y Procedencia 1997-1999 del Viento

Mensual Multianual

960

Precipitación Media Temperatura Seca Mínima Temperatura Seca Media Temperatura Seca Máxima Oscilación de Temp. Humedad Relativa Radiación Solar

Mensual Multianual

Cenicaña

4.03

76.1

1993-2003

2.2.1 Estadística Descriptiva de Registros Mensuales Multianuales En el Anexo 1 se presenta el resumen de la estadística descriptiva para los registros mensuales multianuales de los parámetros climatológicos existentes en la estación Acueducto Tuluá donde se muestra la media, error típico, mediana, la moda, desviación estándar, varianza, curtosis, coeficiente de asimetría, rango, mínimo, máximo y número de datos. • Precipitación Total El 16.6% de los meses, correspondientes a febrero y mayo, los registros mensuales multianuales están muy concentrados en torno a la media existiendo pocos valores extremos, comportándose como variables de tipo leptocúrticos donde la curtosis es mayor a cero; durante el mes de abril la curtosis es igual a cero, indicando una distribución para este mes tan apuntada como una distribución normal, y por lo tanto se tiene una variable mesocúrtica. El resto de los meses (75%) se presenta un comportamiento platicúrtico o curtosis menores a cero, teniendo muchos valores extremos para los meses en donde se presentan. CVC

2.2

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

En cuanto a la simetría, se encontró que el 91.7% de los meses (11) se presenta un coeficiente de asimetría positivo, y la media es ligeramente mayor a la mediana, indicando un sesgo positivo o derecho, donde la mayoría de los datos son bajos existiendo pocos datos altos y los valores extremos se presentan a la derecha de la distribución. En el mes de marzo se presenta una distribución simétrica, donde los registros se concentran en torno a la media. • Evaporación Total El 75% de los meses se presentaron curtosis positivas o variables leptocúrticas, indicando que existen pocos valores extremos y los datos se encuentran muy concentrados en torno a la media; el resto del tiempo (25%) correspondiente a los meses de agosto, octubre y diciembre, la curtosis es negativa (variables platicúrticas), o sea que existen muchos valores extremos en estos meses. Durante los meses de enero, noviembre y diciembre se presenta un comportamiento simétrico, por lo que los registros se concentran en torno a la media. En los meses de febrero, abril, junio y julio se presentó una asimetría positiva, en donde los valores extremos se presentan a la derecha de la distribución, por lo tanto la mayoría de los datos son bajos y pocos datos son altos. En el resto de los meses (marzo, mayo, agosto, septiembre y octubre) la asimetría es negativa, donde la mediana es mayor a la media distribuyéndose los datos a la derecha y presentándose los valores extremos a la izquierda de la distribución. • Temperatura Mínima, Media y Máxima Curtosis Se presenta un 66.7 y un 91.7% del tiempo para la temperatura mínima y media respectivamente, un comportamiento platicúrtico donde la curtosis es negativa y por lo tanto se tienen muchos valores extremos para los meses en donde se presentan. En el mes de septiembre para la temperatura media y en los meses de abril, mayo, julio y diciembre en el caso de la temperatura mínima se presenta un comportamiento leptocúrtico o curtosis positiva. La curtosis en el caso de la temperatura máxima presenta un mayor porcentaje del tiempo valores positivos, y en los meses de julio, agosto y septiembre una curtosis negativa (Tabla 2.2). Tabla 2.2 Resumen de la Curtosis para la Temperatura Mínima, Media y Máxima en la Estación Acueducto Tuluá (CVC) Temperatura Mínima Media Máxima CVC

Leptocúrtica (%) 33.3 8.3 75.0 2.3

Curtosis Mesocúrtica (%) 0 0 0

Platicúrtica (%) 66.7 91.7 25.0 María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

Coeficiente de Asimetría El coeficiente de asimetría para la temperatura mínima indica que el 58.3% de los meses se presenta valores extremos mínimos, mientras que el 75% de los meses para la temperatura máxima se presentan valores extremos máximos o a la derecha de la distribución (Tabla 2.3).

Tabla 2.3 Resumen de la Simetría para la Temperatura Mínima, Media y Máxima en la Estación Acueducto Tuluá (CVC) Temperatura Mínima Media Máxima

Asimetría Simétrica (%) 0.0 16.7 0.0

Positiva (%) 41.7 58.3 75.0

Negativa (%) 58.3 25.0 25.0

La temperatura media presenta una distribución variable de los datos durante el año. Durante los meses de julio, noviembre y diciembre (25%) se presentan valores altos pero extremos, mientras que el 16.7% de los meses (mayo y octubre) se presenta una concentración de los datos alrededor de la media; y el resto del tiempo (58.3%) se presentan valores bajos y pocos valores altos pero extremos. La temperatura mínima, media y máxima presenta una variación pequeña, que se ve reflejada en su coeficiente de variación donde se observan valores menores a 10 para los diferentes meses en cada uno de estos parámetros. • Humedad Relativa Durante los meses de febrero, septiembre y octubre se presenta una curtosis positiva o leptocurtosis, es decir, que la distribución de los datos es más apuntada que una distribución normal, y por lo tanto los valores de la variable están muy concentrados en torno a su media y hay pocos valores extremos. El resto de los meses (75%) se presenta una curtosis negativa o platicurtosis, la forma de la distribución es menos apuntada que la normal por lo que se evidencia muchos valores extremos. En el mes de octubre se presenta una asimetría negativa, o una concentración de los registros a la derecha de la media y los valores extremos se concentran a la izquierda; en el mes de septiembre los registros se concentran alrededor de la media, mientras el resto de los meses se presenta una simetría derecha o positiva, presentándose pocos valores altos pero extremos y la mayoría de los datos son bajos o se presentan al izquierda de la media.

CVC

2.4

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

2.2.2 Diferencias Estacionales • Pruebas de Normalidad De acuerdo con la Tabla 2.4 y las Figuras 2.1 y 2.2, se encontró que los registros de evaporación total y humedad relativa para ambas condiciones estacionales, y la temperatura media para la condición de verano proceden de una población de tipo normal, puesto que el nivel de significancia es mayor a 0.05 y los registros se concentran en torno a los datos esperados para una población normal en los gráficos Q-Q.

Tabla 2.4 Resultado Prueba de Kolmogorov – Smirnov para los Parámetros de Precipitación y Evaporación Total, Humedad Relativa, y Temperatura Mínima, Media y Máxima de la Estación Acueducto Tuluá (CVC) Parámetro Precipitación Total Evaporación Total Humedad Relativa Temp. Mínima Temp. Media Temp. Máxima

Verano Estadístico 0.086 0.047 0.069 0.114 0.044 0.121

Significancia 0.000 0.200 0.033 0.000 0.200 0.000

Invierno Normalidad No Si Si No Si No

Estadístico 0.161 0.049 0.081 0.148 0.062 0.147

Significancia 0.00 0.200 0.006 0.000 0.000 0.000

Normalidad No Si Si No No No

Para determinar si existen diferencias estacionales o no para cada uno de los parámetros climáticos evaluados, se realizó pruebas paramétricas y no paramétricas dependiendo de si procedían una población normal o no. En el caso de las pruebas paramétricas se uso la Prueba t Combinada para Dos Muestras para Varianzas Iguales y Diferentes dependiendo cual fuera el caso. Para las estadísticas no paramétricas se uso la Prueba de U de MannWhitney con un nivel de significancia (α) en ambos casos de 0.05 • Pruebas Paramétricas y No Paramétricas En las Tablas 2.5 y 2.6 se presentan los resultados de las pruebas estadísticas paramétricas y no paramétricas respectivamente, para establecer si existían diferencias en las condiciones estacionales de verano e invierno. La evaporación y la temperatura mínima y máxima presentan diferencias en las condiciones estacionales, mientras que la precipitación total, temperatura media y la humedad relativa no presentan diferencias significativas en las condiciones de verano e invierno, que como se puede observar en las tablas ni las medianas ni las medias por condición estacional difieren significativamente.

CVC

2.5

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

a) Precipitación Total Invierno

Verano 500

300

400 300 Valor Normal esperado

Valor Normal esperado

200

100

0

-100 -100

0

100

200

300

200 100 0 -100 -200 -1000

0

1000

2000

Valor observado

Valor observado

b) Evaporación Total Invierno 3

2

2

1

1

0

0 Normal esperado

Normal esperado

Verano 3

-1 -2 -3 40

60

80

100

120

140

160

180

-1 -2 -3 40

Valor observado

60

80

100

120

140

160

180

Valor observado

c) Humedad Relativa Invierno 3

2

2

1

1

0

0 Normal esperado

Normal esperado

Verano 3

-1 -2 -3 60

70

80

90

100

-1 -2 -3 60

70

80

90

100

Valor observado

Valor observado

Figura 2.1 Gráficos Q-Q de Normalidad por Condición Estacional de los Registros de Precipitación Total, Evaporación Total y Humedad Relativa Mensual Multianual en la Estación Acueducto Tuluá (CVC) CVC

2.6

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

a) Temperatura Mínima Invierno 3

2

2

1

1

0

0 Normal esperado

Normal esperado

Verano 3

-1 -2 -3 14

15

16

17

18

19

20

21

-1 -2 -3 14

15

16

17

18

19

20

Valor observado

Valor observado

b) Temperatura Media Invierno 3

2

2

1

1

0

0 Normal esperado

Normal esperado

Verano 3

-1 -2 -3 21

22

23

24

25

26

27

28

-1 -2 -3 21

Valor observado

22

23

24

25

26

27

28

29

Valor observado

c) Temperatura Máxima Invierno 3

2

2

1

1

0

0 Normal esperado

Normal esperado

Verano 3

-1 -2 -3 26

28

30

32

34

36

38

40

Valor observado

-1 -2 -3 26

28

30

32

34

36

38

40

Valor observado

Figura 2.2 Gráficos Q-Q de Normalidad por Condición Estacional de los Registros de Temperatura Mínima, Media y Máxima Mensual Multianual en la Estación Acueducto Tuluá (CVC) CVC

2.7

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

Tabla 2.5 Resultados de la Prueba F de Varianzas de Dos Muestras para Establecer Diferencias Significativas entre las Condiciones Estacionales de Verano e Invierno de los Registros de Evaporación Total y Humedad Relativa Estación: Acueducto Tuluá (CVC) Parámetro Evaporación Total Humedad Relativa

Varianza Ver

1

Inv

Fcal

Ftabla

Relación

Igualdad de Varianza

Medias Ver

Inv

tcal

t tabla

Relación

Igualdad de Medias

438,5

447,4

0.980

0.801

Fcal>Ftab

No

108.3

105.3

1.502

1.648

tcalFtab

No

78.8

80.78

2.856

1.649

tcal>ttablas

No

Tabla 2.6 Resultados de la Prueba de Mann-Whitney para establecer Diferencias Significativas entre las Condiciones Estacionales de Verano e Invierno de la Precipitación y Temperatura Mínima, Media y Máxima Estación: Acueducto Tuluá (CVC) Parámetro Precipitación Total Temperatura Mínima Temperatura Media Temperatura Máxima

Mediana Verano

Invierno

69.0 17.0 24.2 32.9

127.5 17.0 23.95 32.5

Nivel de Significancia (p) 0.000 0.350 0.003 0.178

Relación pα pα

Igualdad de Medianas No Si No Si

2.2.3 Temperatura La temperatura promedio mensual multianual es de 23°C, el promedio mensual multianual máxima asciende a 29.4°C. y el promedio mensual multianual mínima es 18.7°C. Las temperaturas mínimas oscilan entre 18.3 y 19.1°C, mientras que las temperaturas máximas se encuentran del orden de 28.7 a 30.1°C tomando como base la estación climatológica de Tuluá de la red Metereológica Automatizada de Cenicaña (Figura 2.3). En la estación Acueducto Tuluá, monitoreada por la CVC, se presenta valores extremos en cuanto a las temperaturas máximas y mínimas con respecto a la estación Tuluá de Cenicaña. La temperatura promedio, máxima y mínima anual multianual son de 24.1, 32.8 y 16.9°C respectivamente. Las tendencias de variación que presentan en promedio las temperaturas máximas, medias y mínimas mensuales multianuales, pueden considerarse uniformes durante todo el año.

1

Ver = Condición Estacional de Verano; Inv = Condición Estacional de Invierno

CVC

2.8

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

45 Es tació n Tuluá Cenicaña M áxima Pro med io M ínimo

Te mpe ratura (°C)

40

Es tació n Acued uct o Tuluá CVC M áxima Pro med io M í nimo

35

30

25

20

15 Ene

Feb

Ma

Abr

Ma

Jun

Jul

Ag

Sep

Oct

No

Dic

Tie mpo (Me se s)

Figura 2.3 Temperatura Promedio Mensual Multianual

2.2.4 Humedad Relativa

Hume dad Re lativa (%)

Los valores promedios mensual multianual de la humedad relativa para las estaciones de Tuluá (Cenicaña) y Acueducto Tuluá (CVC) son de 84 y 79.8% respectivamente (Figura 2.4). Mayo se destaca como el mes en el cual la humedad relativa presentó los valores más altos del año, y los menores valores de humedad relativa tuvieron lugar en el mes de agosto en ambas estaciones.

100 90 80 70 60 50 Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Tie mpo (Me se s) Estación T uluá

Estación Acueducto T uluá

Figura 2.4 Humedad Relativa Promedio Mensual Multianual CVC

2.9

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

2.2.5 Precipitación y Evapotranspiración Total El régimen de lluvias se encuentra influenciado por las corrientes de aire húmedo que entran a la cuenca por el Norte y por el Sur, encontrando barreras montañosas que provocan su precipitación antes de llegar a la zona central de la cuenca. En el sector del Crucero Nogales, Los Bancos y La Playa del Buey se forma un núcleo subhúmedo en el que circula una corriente de aire húmedo proveniente de la zona plana (CVC – Universidad del Valle, 2001).

200

180 150

175

120

150

90 60

125

30 0

100

Ene Feb Mar Abr May Jun Precipitación

Jul Ago Sep

Evapotranspiración Total (mm)

Precipitación Total (mm)

La zona de estudio presenta un régimen bimodal, caracterizado por dos períodos lluviosos (Marzo – Abril - Mayo y Septiembre - Octubre – Noviembre) y dos períodos secos (Diciembre - Enero – Febrero y Junio – Julio – Agosto). Tomando como referencia la estación Tuluá de Cenicaña, esta zona se presenta un promedio multianual de precipitación de 1134 mm. El mes de abril corresponde al mes más lluvioso durante los períodos evaluados (143 mm), mientras que julio corresponde al mes más seco (35 mm) para el mismo período. En cuanto a la evapotranspiración para el período 1993 – 2003, se presentan en esta zona un promedio multianual de 1919 mm, excediendo el valor de precipitación histórico (Figura 2.5).

Oct Nov Dic

Evapotranspiración

Figura 2.5 Precipitación y Evapotranspiración Total Promedio Mensual Multianual Estación: Tuluá (Cenicaña) Período: 1993 - 2003

2.2.6 Radiación Solar A nivel anual multianual el valor promedio de la radiación solar registrado en la estación Tuluá de la red metereológica de Cenicaña es de 462.3 cal/cm2 d, mientras que su valor máximo y mínimo corresponden a 481 y 430 cal/cm2 d (Figura 2.6).

CVC

2.10

María Fernanda Hernández López

Rad solar (cal/cm2 d)

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

490 475 460 445 430 415 400 Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Figura 2.6 Radiación Solar Promedio Mensual Multianual Estación: Tuluá (Cenicaña) Período: 1993 - 2003

2.2.7 Vientos El flujo general del aire sobre la superficie de la tierra se produce por sistemas de presión a gran escala. La fuerza y la dirección del viento en cualquier punto están determinadas por la posición, intensidad y movimiento de estos sistemas. De acuerdo con la Figura 2.7, en la estación Yotoco de Cenicaña, el viento no tiene una procedencia predominante claramente definida; por el contrario, el viento puede proceder de cualquier orientación, presentándose un rango de frecuencia entre el 5 y el 9%, siendo la dirección SE la de mayor frecuencia (9%), mientras que las direcciones WNW y SW son las direcciones de menor frecuencia de procedencia (4%) (Hernández-López, 2005). La velocidad promedio durante el período 1997 – 1999 fue de 6.9 kph, presentándose valores máximos y mínimos de 15.2 y 3.4 kph a las 18 y 7 horas respectivamente. 2.2.8 Zonas de Vida Según Holdridge (1978) son áreas definidas por parámetros de precipitación (isoyetas), elevación (curvas de nivel) y temperatura (isotermas). La combinación de estos factores define ciertos rangos en donde pueden existir formaciones vegetales particulares, definidas en categorías. En la cuenca del río Tuluá se tienen zonas de vida que van desde el piso tropical hasta el subandino (Tabla 2.7).

CVC

2.11

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

N NNW

20

NNE

15

NW

NE

10 WNW

ENE 5

0

W

E

WSW

ESE

SW

SE SSW

SSE S FREC. (%)

Figura 2.7 Rosa de Vientos Estación: Yotoco (Cenicaña) Período: 1997 – 1999

Tabla 2.7 Áreas de las Zonas de vida en la Cuenca del Río Tuluá (Caicedo y Medina, 2005).

BOSQUE SECO TROPICAL (BS – T)

AREA (ha) 11307.3

12.4

Bosque seco premontano (bs – PM) Bosque seco montano bajo (bs – MB) Bosque húmedo premontano (bh – PM) Bosque húmedo montano bajo (bh – MB) Bosque húmedo montano (bh – M) Bosque muy húmedo montano bajo (bmh – MB) Bosque muy húmedo montano (bmh – M) Bosque muy húmedo subandino (bmh – SA) Total

3089.1 2559.2 11058.2 24527.7 15323.8 613.2 18308.3 4698.6 91485.5

3.4 2.8 12.1 26.8 16.7 0.7 20.0 5.1 100.0

ZONAS DE VIDA

CVC

2.12

%

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

2.3

Capítulo 2. Caracterización

SUELOS

2.3.1 Uso Actual del Suelo El uso actual del suelo comprende las coberturas vegetales establecidas en el suelo o existentes en él y el manejo que se pueda dar a la misma en un momento dado. A lo largo de la cuenca del río Tuluá se presentan diversas actividades basadas en el uso del suelo, las cuales influencian las condiciones medioambientales de la zona y la calidad del recurso hídrico. En esta cuenca se han considerado 6 tipos de cobertura vegetal: vegetación natural, áreas cultivadas, cuerpos de agua, asentamientos, infraestructura industrial, y tierras eriales, los cuales están asociados con los siguientes usos del suelo: protección, agrícola, ganadería, vivienda, industria y extractivo como se muestra en la Tabla 2.8

Tabla 2.8 Cobertura y Uso Actual del Suelo Tipo de Cobertura

Uso

Protección Vegetación Natural Protección Agrícola

Agrícola Áreas Cultivadas

Ganadería Cuerpos de Agua

Protección

Asentamientoa Infraestructura Industrial

Vivienda Industria y comercio

Tierras Eriales

Estructura Vegetación de Páramo Bosque Natural Bosque de Guadua Rastrojo Bosque Plantado Caña Cultivos Permanentes (cacao, plátano, etc) Cultivos Transitorios (soya, maíz, sorgo, algodón, etc) Café Árboles Frutales Pastos Cultivados y Naturales Lagos, Lagunas, Masreviejas Zonas Urbanas Infraestructura Carcava Las Azules Total

Área de Extensión (Ha) 14191.7 13041.4 22.9 14117.0 95.2 7907.6

Porcentaje (%) 15.51 14.26 0.02 15.43 0.10 8.64

54.6

0.06

2853.1

3.12

829.5 89.0

0.91 0.10

37026.6

40.47

142.4

0.16

1028.2

1.13

81.3

0.09

4.9

0.01

91485.5

100

Nota: Modificado de Caicedo y Medina (2005).

De acuerdo con Caicedo y Medina (2005), el uso predominante en la cuenca del río Tuluá es la ganadería extensiva (40.5%), la cual es practicada desde la zona plana hasta las partes más CVC

2.13

María Fernanda Hernández López

Caracterización y Modelación del Río Tuluá

Capítulo 2. Caracterización

altas de la cuenca, donde algunas de estas áreas forman parte de las zonas de reservas. El 29,7% del área de la cuenca corresponde a coberturas de bosques naturales (BN) en diferentes estados de sucesión incluyendo los bosques de guadua (BG) y rastrojos (RA), los cuales se encuentran ubicados hacia las áreas de mayores pendientes y son explotados básicamente para la extracción de leña, estacones y varas, localizados especialmente en pequeñas franjas repartidas en toda la cuenca. El uso predominante en la zona plana corresponde a uso agrícola intensivo con alto grado de mecanización basado en la explotación de la caña de azúcar (8,6 %) y algunos cultivos temporales (3.2%) como sorgo, maíz, soya, piña, y algodón entre otros. Mientras que las plantaciones forestales son muy escasas y se lleva a cabo en áreas muy pequeñas (