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upmeUnidad de Planeacin Minero Energtica
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POTENCIAL HIDROENERGTICODE COLOMBIA
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JUAN MANUEL SANTOS CALDERN
Presidente de la Repblica de Colombia
TOMS GONZLEZ ESTRADA
Ministro de Minas y Energa
GABRIEL VALLEJO LPEZ
Ministro de Ambiente y Desarrollo Sostenible
Unidad de Planeacin Minero Energtica
UPME
Jorge Alberto Valencia MarnDirector general (2015 actual)
ngela Ins Cadena MonroyDirectora general (2012-2015)
Ricardo Humberto Ramrez CarreroSubdirector de energa elctrica (2015-actual)
Alberto Rodrguez HernndezSubdirector de energa elctrica (2013-2015)
Marco Antonio Caro CamargoCoordinador del grupo de generacin
William Javier Henao RamirezHenry Josu Zapata LesmesDora Liliam Castao RamrezMiguel Eduardo Barrera TrivioJairo Alonso Bohrquez BlancoJairo Riao Moreno
Yaneth Giha TovarDireccin general (actual)
Alejandro Olaya DvilaSubdireccin general
Yesid Ojeda PapagalloGestor (E) del Programa Nacional de Investigacinen Energa y Minera
Nelson Obregn NeiraDirector proyecto
Juan Pablo Macas AcevedoBernardo Daz OrjuelaPedro Len Garca ReinosoCarlos Capachero Martnez
Javier Fernando Mndez MonroyAntoine Luis Daniel DefeyerPaula Andrea Villegas GonzlezJessica Daniela Garca GmezMiguel ngel Vanegas RamosIvonne Janeth Moreno BedoyaLuis Joseph Flores ZabalaZulma Milena Useche VargasDeisi Carolina Urquijo MerchnKaren Yisett Fernndez DelgadoAdriana Carolina Salinas TaleroConstanza Carolina Castelblanco
Ponticia Universidad Javeriana
PUJ
Instituto de Hidrologa, Meteorologa y Estudios Ambientales
IDEAM
mar Franco TorresDirector general
Nelson mar Vargas MartnezSubdirector de hidrologa
Mara Teresa MartnezSubdirector de meteorologa
Olga Cecilia Gonzlez
Fabio Andrs Bernal Quiroga
Martha Garca Herrn
Mara Constanza Rosero Mesa
Instituto Geogrco Agustin Codazzi
IGAC
Ana Victoria Rincn Martnez
Carlos Andrs Franco PrietoVilma Luca Ins Perez Valencia
Luz Kelly Garcia Conde
Yenny Carolina Moreno Saboya
DepartamentoAdministrativo de Ciencia, Tecnologa e Innovacin
COLCIENCIAS
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Autor:
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Agradecimientos
Este proyecto hace un reconocimiento a las ocinas administrativas, jurdicas y,en general, a los funcionarios y exfuncionarios de COLCIENCIAS, la UPME, elIGAC
y elIDEAM
, que participaron en este proyecto, sin cuyo aporte no hubiesesido posible la elaboracin del atlas. De igual manera, a todo el equipo detrabajo de la Ponticia Universidad Javeriana y a las entidades que suministraroninformacin cartogrca, social y ambiental del pas: Instituto de investigacinde recursos biolgicos Alexander Von Humboldt y al Instituto Colombiano de
Antropologa e Historia (ICANH).
Un reconocimiento especial a las empresas del sector hidroelctrico por laparticipacin en reuniones y talleres que se realizaron para que el atlas se hicierarealidad.
ChecAutor: Ingfocol Ltda
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Chec
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Autor:
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ContenidoChecAutor: Ingfocol Ltda
Prlogo 15
Presentacin 17
Captulo 1
HIDROENERGA 25
Captulo 2
AGUA SUPERFICIAL 33
Captulo 3
REGIONALIZACIN HIDROLGICA 37
Captulo 4
EVALUACIN DE POTENCIAL HIDROENERGTICO 73
Captulo 5ASPECTOS SOCIALES, ECONMICOS Y AMBIENTALES DEL POTENCIALHIDROENERGTICO 101
Bibliografa 129
Glosario 133
Anexos 137
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Chivor, embalse Esmeralda
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Lista de mapasChivor, embalse EsmeraldaAutor: Ingfocol Ltda
Mapa 3.1. Relieve ........................................................................................................... 49
Mapa 3.2. Estaciones de caudal suministradas por el IDEAM .......................................... 50
Mapa 3.3. Estaciones de caudal utilizadas en la modelacin hidrolgica.......................... 51
Mapa 3.4. Cuencas hidrogrcas .................................................................................... 52
Mapa 3.5. Agrupacin hidrolgica Caribe ........................................................................ 53
Mapa 3.6. Agrupacin hidrolgica Magdalena - Cauca.................................................... 54
Mapa 3.7. Agrupacin hidrolgica Pacco ...................................................................... 55
Mapa 3.8. Agrupacin hidrolgica Orinoco...................................................................... 56
Mapa 3.9. Agrupacin hidrolgica Amazonas ................................................................. 57
Mapa 3.10. Agrupaciones hidrolgicas ........................................................................... 58
Mapa 3.11. Regiones hidrolgicas .................................................................................. 59
Mapa 3.12. Histograma de caudal por zona hidrogrca IDEAM ..................................... 60
Mapa 3.13. Histograma de caudal Caribe ....................................................................... 61
Mapa 3.14. Histograma de caudal Magdalena-Cauca ..................................................... 62
Mapa 3.15. Histograma de caudal Pacco ..................................................................... 63
Mapa 3.16. Histograma de caudal Orionoqua ................................................................ 64
Mapa 3.17. Histograma de caudal Amazona .................................................................. 65
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AtlasPotencial Hidroenergtico de Colombia
Mapa 3.18. Caudal promedio anual ................................................................................ 66
Mapa 3.19. Curva de duracin de caudal por zona hidrogrca IDEAM ........................... 67
Mapa 3.20. Curva duracin de caudal Caribe .................................................................. 68
Mapa 3.21. Curva duracin de caudal Magdalena-Cauca ............................................... 69
Mapa 3.22. Curva duracin de caudal Pacco ................................................................ 70
Mapa 3.23. Curva duracin de caudal Orinoqua ............................................................. 71
Mapa 3.24. Curva duracin de caudal Amazona ............................................................ 72
Mapa 4.1. Caudal con probabilidad de excedencia del 95% (Q95) .................................. 82
Mapa 4.2. Cada hidrulica media por subzona hidrogrca a 200 metros ....................... 83
Mapa 4.3. Cada hidrulica media por subzona hidrogrca a 1 kilmetro ....................... 84
Mapa 4.4. Cada hidrulica media por subzona hidrogrca a 5 kilmetros ...................... 85
Mapa 4.5. Restricciones socioambientales ...................................................................... 86
Mapa 4.6. Potencial hidroenergtico ............................................................................... 87
Mapa 4.7. Potencial hidroenergtico Magdalena- Cauca ................................................. 88
Mapa 4.8. Potencial hidroenergtico Pacco .................................................................. 89
Mapa 4.9. Potencial hidroenergtico Caribe .................................................................... 90
Mapa 4.10. Potencial hidroenergtico Orinoco ................................................................ 91
Mapa 4.11. Potencial hidroenergtico Amazonas ............................................................ 92
Mapa 4.12. Potencial hidroenergtico por subzona hidrogrca (Lc 200 metros) ............. 93
Mapa 4.13. Potencial hidroenergtico por subzona hidrogrca (Lc 1 kilmetro).............. 94
Mapa 4.14. Potencial hidroenergtico por subzona hidrogrca (Lc 5 kilmetros) ............ 95
Mapa 4.15. Grandes centrales ........................................................................................ 96
Mapa 4.16. Pequeas centrales ...................................................................................... 97
Mapa 4.17. Mini centrales ............................................................................................... 98
Mapa 4.18. Micro centrales ............................................................................................. 99
Mapa 4.19. Pico centrales .............................................................................................. 100
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ndice de mapas
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Mapa 5.1. Sistema nacional de reas protegidas ............................................................. 106
Mapa 5.2. Ecosistemas de pramos, humedales y manglares ......................................... 107
Mapa 5.3. Proyectos hidroenergticos ............................................................................ 108
Mapa 5.4. Resguardos indgenas y comunidades afrocolombianas ................................. 109
Mapa 5.5. Recursos pesqueros ..................................................................................... 110
Mapa 5.6. Sitios de hallazgos arqueolgicos ................................................................... 111
Mapa 5.7. Uso del suelo ................................................................................................. 112
Mapa 5.8. Conicto de uso del suelo .............................................................................. 113
Mapa 5.9. Amenaza por deglaciacin y amenaza volcnica............................................. 114
Mapa 5.10. Amenaza por inundacin .............................................................................. 115
Mapa 5.11. Amenaza por deserticacin ........................................................................ 116
Mapa 5.12. Amenaza por erosin ................................................................................... 117
Mapa 5.13. Amenaza por remocin en masa .................................................................. 118
Mapa 5.14. Amenaza por salinizacin ............................................................................. 119
Mapa 5.15. Amenaza ssmica ......................................................................................... 120
Mapa 5.16. ndice de desarrollo humano ........................................................................ 121
Mapa 5.17. Necesidades bsicas insatisfechas ............................................................... 122
Mapa 5.18. ndice de calidad de vida .............................................................................. 123
Mapa 5.19. Cobertura total de energa ............................................................................ 124
Mapa 5.20. Sistema interconectado ................................................................................ 125
Mapa 5.21. Red vial ........................................................................................................ 126
Mapa 5.22. Poblacin ..................................................................................................... 127
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Central Urr
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Autor:
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Lista de guras Central UrrAutor: Ingfocol Ltda
Figura 1.1. Central de Urr .............................................................................................. 25
Figura 1.2. Central hidroelctrica ..................................................................................... 26
Figura 1.3. Central a lo de agua ..................................................................................... 27
Figura 1.4. Central con embalse ...................................................................................... 27
Figura 1.5. Central de acumulacin por bombeo ............................................................. 27
Figura 1.6. Central mareomotriz ...................................................................................... 28
Figura 1.7. Total mundial de la capacidad hidroelctrica instalada (GW) por pas en 2014. 29
Figura 1.8. Vertimientos GWh .......................................................................................... 30
Figura 1.9. Comportamiento de la demanda de energa en Colombia de los ltimos
10 aosb....................................................................................................... 31
Figura 2.1. Ciclo hidrolgico ............................................................................................ 33
Figura 2.2. Ciclo hidrolgico en la cuenca hidrogrca .................................................... 34
Figura 2.3. Limnmetro .................................................................................................... 35
Figura 2.4. Zona conuencia intertropical ........................................................................ 35
Figura 2.5. reas hidrogrcas ........................................................................................ 36
Figura 3.1. Esquema metodolgico de la regionalizacin reas hidrogrcas .................. 38
Figura 3.2. Aspectos biofsicos cuenca ........................................................................... 39
Figura 3.3. Histograma de las diferencias entre el modelo SRTM y alturas geomtricas
IGACbom ...................................................................................................... 40
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AtlasPotencial Hidroenergtico de Colombia
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Figura 3.4. Modelo de elevacin digital SRTM con puntos subestimados y
sobreestimados de la red geodsica .............................................................. 40
Figura 3.5. Esquema metodolgico para el clculo de caudal .......................................... 46
Figura 3.6. Metodologa para el clculo de una curva de duracin de caudal sinttica...... 47
Figura 4.1. Variacin del potencial hidroenergtico con el caudal y la cada hidrulica ...... 74
Figura 4.2. Esquema del proceso de obtencin del mapa de potencial hidroenergtico ... 75
Figura 4.3. Distribucin en reas hidrogrcas del potencial mximo acumulado por
subzona hidrogrca. Longitud (Lc) 0,2 km. Potencial Total: 508 MW ............. 79
Figura 4.4. Distribucin en reas hidrogrcas del potencial mximo acumulado porsubzona hidrogrca. Longitud (Lc) 1,0 km. Potencial Total: 651 MW ............. 79
Figura 4.5. Distribucin en reas hidrogrcas del potencial mximo acumulado por
subzona hidrogrca. Longitud (Lc) 5,0 km. Potencial Total: 959 MW ............. 79
Figura 4.6. Potencial hidroenergtico a lo de agua por rea hidrogrcaen kilovatios ..... 80
Figura 4.7. Relacin entre el potencial hidroenergtico a lo de agua y la longitud de
conduccin .................................................................................................... 81
Figura 4.8. Perl energtico de la cuenca alta del ro Magdalena (20 km) ......................... 81
Figura 5.1. Metodologa para el anlisis de los aspectos sociales, econmicos y
ambientales del potencial hidroenergtico ...................................................... 101
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Lista de tablasCentral UrrAutor: Ingfocol Ltda
Tabla 1.1. Capacidad efectiva neta del SIN a diciembre 31 de 2013 y 2014 ..................... 30
Tabla 3.1. Parmetros empleados en el clculo del caudal medio en el Alto Magdalena ... 41
Tabla 4.1. Cadas hidrulicas en metros por rea hidrogrca .......................................... 75
Tabla 4.2. Subzonas hidrogrcas con mayor potencial hidroenergtico por rea
hidrogrca considerando una longitud Lc de 0,2 km ...................................... 76
Tabla 4.3. Subzonas hidrogrcas con mayor potencial hidroenergtico por rea
hidrogrca considerando una longitud Lc de 1,0 km ...................................... 77
Tabla 4.4. Subzonas hidrogrcas con mayor potencial hidroenergtico por rea
hidrogrca considerando una longitud Lc de 5km .......................................... 78
Tabla 4.5. Potencial hidroenergtico acumulado por tipo de central y por sitioidenticado para aprovechamiento, en kilovatios.............................................. 80
Tabla 5.1. Aspectos sociales, econmicos y ambientales del potencial hidroenergtico ... 103
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Rio Chicamocha
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Autor:
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Ro ChicamochaAutor: Ingfocol LtdaDoctor Luis Eduardo Machado Hernndez
Prlogo
El crecimiento sostenido de la demanda
de energa elctrica, as como la evolucinde los precios de los hidrocarburos,maniestan la necesidad de diversicar lasfuentes de abastecimiento energtico.
Considerando que el agua es un recursonatural fundamental para el sostenimiento
de la vida humana y la explotacindel recurso con diferentes nes esresponsabilidad del Estado, la seleccin
de sistemas de aprovechamientos quepermitan la explotacin racional del recursohdrico, as como su control, la conservacinde su calidad, la compatibilizacin con susdiferentes usos, la denicin de normasy su posterior scalizacin, es tambinresponsabilidad pblica.
En la ltima dcada del siglo XXI se haimpulsado la investigacin, el estudio yel desarrollo de propuestas tecnolgicaspara la obtencin de nuevas y mejoresformas de generacin energtica. Estaspropuestas, a menudo denominadasenergas alternativas, buscancomplementar los sistemas tradicionales
y, en un futuro cercano, contar consoluciones energticas sencillas queperduren en el tiempo, con un mnimoimpacto ambiental, bajos costos y encantidades que satisfagan la crecientedemanda energtica que se genera con eldesarrollo econmico e industrial.
En Colombia esta iniciativa motiv
la expedicin de la ley 1715 de
2014, que tiene por objeto promoverel desarrollo y la utilizacin de lasfuentes no convencionales de energa,principalmente aquellas de carcterrenovable, en el sistema energticonacional, mediante su integracin almercado elctrico, su participacin enlas zonas no interconectadas y en otrosusos energticos como medio necesariopara el desarrollo econmico sostenible,la reduccin de emisiones de gasesde efecto invernadero y la seguridaddel abastecimiento energtico. Dandocumplimiento tambin a compromisosinternacionales asumidos por Colombiapor medio de la aprobacin del estatutode la agenda internacional de energasrenovables mediante la Ley 1665 de 2013.
Para responder a estas necesidades
se estn estudiando alternativas degeneracin de energa hidrulica que, ensu mayora, corresponden a pequeas
centrales hidroelctricas conocidas comoPCH. Con la generacin de energa apartir de PCH se busca dar suministro azonas aisladas que abastecen pequeosasentamientos humanos, en las que llevaruna lnea de interconexin del sistemaelctrico principal puede resultar costosa.
La energa hidroelctrica fue una de lasprimeras formas usadas para producir
electricidad; con esta fuente energticase aprovecha la transformacin de laenerga potencial del agua almacenada
en un nivel superior, en energa cintica.
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Dentro de sus principales desventajasest la dependencia de niveles de aguadados por condiciones meteorolgicas delluvia y sequa, el alto impacto ecolgicoen algunos casos y los altos costos
por la necesidad de construcciones de
obras civiles como presas y embalsesy los estudios previos de factibilidad,usualmente efectuados para las grandes
centrales.
Como una herramienta tcnica, cuyo n esproveer el conocimiento y la experienciapara la valorizacin de sitios con potencialhidroelctrico, el atlas resulta ser una
gua que, a partir de los principios degeneracin hidroelctrica, facilita laidenticacin de proyectos de lo de agua,base para sugerir la viabilidad tcnica deun proyecto hidroelctrico, considerandoaspectos que son fundamentales cuandose realizan evaluaciones tcnicas de estenivel, como son los aspectos ambientalesy sociales vinculados al desarrollo socialbajo el enfoque de sostenibilidad.
Por ello se estima que a partir del atlasse deben desarrollar posteriormente
etapas del proceso de identicacinpara el aprovechamiento energtico, suinterrelacin con los mltiples usos delrecurso e iniciar inversiones en generacinhidroelctrica para cubrir el crecimiento dela demanda de energa a corto, mediano y
largo plazo. Las tareas inherentes a esasetapas son:
Anlisis del recurso hdrico disponibleen la cuenca y su uso energtico.
Planteamiento de alternativas.
Desarrollo de estudios bsicos ytrabajos de campo.
Estudio de optimizacin del uso delrecurso.
Diseo del esquema bsico de lasobras para el aprovechamientohidroelctrico.
Evaluacin tcnica, econmica yambiental.
El atlas potencial hidroenergticode Colombia es fruto de un trabajomultidisciplinario de profesionales queaplicaron las tecnologas recientes en SIG,destinadas al manejo del recurso hdrico,y enfocado a generar energa de lo deagua. Sin embargo, y debido a la formaacelerada como ha venido evolucionadola tecnologa, la informacin contenidaen este atlas requiere de un procesode actualizacin y mejora continua enperiodos de tiempo no muy espaciados,para adaptarlo a los criterios tcnicos,ambientales y econmicos vigentes en unmomento dado.
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Autor:
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PresentacinChecAutor: Ingfocol Ltda
QU ES?
El atlas es un documento de referencia
que, a partir de un conjunto de mapas,presenta la distribucin espacial delpotencial hidroenergtico de Colombia,calculado para generacin hidroelctricade lo de agua, obtenida a partir del caudalmedio y de la topografa del modelo deelevacin digital. Estos mapas incluyen
aspectos hidrolgicos, cartogrcos,sociales, econmicos y ambientales.
De esta manera se convierte en unareferencia importante y herramienta para
quienes trabajan en el sector energtico,de aprovechamiento del recurso hdricoy medio ambiente, aportando conceptostcnicos, elementos para la tomade decisiones y conocimiento de las
condiciones del territorio Colombiano.
El atlas se constituye en un asunto de inters
social, pblico y de conveniencia nacional,fundamental para garantizar la planicacinadecuada de un abastecimiento energticopleno y oportuno, segn las indicacionesestablecidas en la Ley 697 de 2001.
En Colombia, la generacin de energaelctrica se puede obtener a partir delaprovechamiento de diferentes fuentes deenerga, renovables y no renovables. En laPoltica Nacional para la Gestin Integraldel Recurso Hdrico (MAVDT, 2010) elagua es considerada un recurso natural
renovable, por lo tanto la energa elctrica
generada a partir de los aprovechamientoshdricos es considerada una energalimpia y renovable, que provoca menoresimpactos sobre el ambiente.
En el marco jurdico del pas, la Ley 143 de1994 menciona que el abastecimiento deelectricidad debe realizarse segn criterioseconmicos y de viabilidad nanciera,asegurando un uso racional y ecientede los diferentes recursos energticos
del pas, de forma tal que se preserve laintegridad de las personas, de los bienes ydel medio ambiente.
En la ltima dcada se ha venidoimpulsando la investigacin, estudio ydesarrollo de propuestas tecnolgicas parala obtencin de nuevas y mejores formasde generacin energtica, buscandocomplementar los sistemas tradicionales,que perduren en el tiempo, con un mnimoimpacto ambiental, bajos costos y encantidades que satisfagan la crecientedemanda energtica que se genera con eldesarrollo econmico e industrial.
En Colombia esta iniciativa motiv laexpedicin de la Ley 1715 de mayo de2014, que tiene por objeto promoverel desarrollo y la utilizacin de lasfuentes no convencionales de energa,principalmente aquellas de carcterrenovable, en el sistema energticonacional, mediante su integracin almercado elctrico, su participacin en
las zonas no interconectadas y en otrosusos energticos como medio necesario
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AtlasPotencial Hidroenergtico de Colombia
para el desarrollo econmico sostenible,la reduccin de emisiones de gasesde efecto invernadero y la seguridad
del abastecimiento energtico. Dandocumplimiento tambin a compromisosinternacionales asumidos por Colombiaa travs de la aprobacin del estatutode la Agenda Internacional de EnergasRenovables mediante la Ley 1665 de2013.
En el pas se han adelantado estudiossobre el potencial hidroenergtico,entre los que se destacan el Estudiodel Sector de Energa Elctrica (ESEE) 1979 y el Sistema de Informacin de
Potencialidades Tcnicas, Econmicas yAmbientales para el desarrollo del SectorMinero Energtico (SIPR). El primer estudiose orient a la identicacin puntual deproyectos hidroelctricos con potenciasuperior a 100MW. El segundo estudiopermiti denir una metodologa para elclculo del potencial hidroenergtico enun tramo del ro cauca.
El proyecto que soporta las bases delpresente atlas del potencial hidroenergticode Colombia, adems de revisar y ajustarlas metodologas planteadas por la UPME,
identica cuencas hidrogrcas, emula lared de drenaje haciendo uso del modelodigital del terreno SRTM-30, contribuye amejorar el conocimiento de los procesoshidrolgicos que se relacionan con laproduccin de escorrenta supercial y suexpresin a travs de las caractersticassiogrcas del territorio colombiano,establece una metodologa para calcularlos valores de caudal a lo largo de la redde drenaje e implementa una plataformabasada en Sistemas de InformacinGeogrca para sistematizar la evaluacin
de proyectos hidroenergticos de lo deagua.
QU CONTIENE?
El atlas de potencial hidroenergticocontiene cinco captulos, cuyo contenidoprincipal se describe a continuacin:
En el captulo 1, hidroenerga, se deneel concepto de hidroenerga, como segenera la energa potencial a partir de uncauce o cuando se encuentra embalsada,
su transformacin en energa cintica, yen energa elctrica. Clasicacin, tipos ycomponentes principales de las centrales
hidroelctricas, y el desarrollo de lageneracin hidroelctrica en Colombia yen el mundo.
En el captulo 2, agua supercial, sepresenta una sntesis del proceso deformacin del agua supercial a travs delciclo hidrolgico, el procedimiento paramedir el caudal de agua que pasa poruna estacin de aforo o hidromtrica, y sedescriben los factores atmosfricos queinciden en la riqueza hdrica del territorio
colombiano.En el captulo 3, regionalizacin hidrolgica,se consignan los procedimientos utilizadospara identicar las regiones hidrolgicas,a partir de informacin topogrca ehidroclimatolgica obtenida del modelodigital de terreno SRTM 30 y de la basede datos del estudio nacional del agua. Sepresenta la metodologa para cuanticar ladisponibilidad de agua a lo largo de la redde drenaje, mediante un modelo regionalbasado en ecuaciones de regresin, y elclculo de curvas de duracin de caudalregionalizadas.
En el captulo 4, evaluacin del potencialhidroenergtico, se describen los principalescomponentes del potencial: caudal y cadahidrulica. Se presentan mapas con ladistribucin espacial de estas variables, apartir de las cuales se calcul el potencialhidroenergtico a lo de agua. Se consignanestadsticas que muestran la distribucindel potencial hidroenergtico en las reas
hidrogrcas del pas, resaltando los sitiosdonde se presentan los valores mximosaprovechables.
El captulo 5, aspectos sociales,econmicos y ambientales del potencialhidroenergtico, contiene el anlisis deestas variables, importantes a consideraren el aprovechamiento y seleccinde proyectos hidroenergticos, quenalmente pueden ser llevados a estudiosde diseo detallado. Se presenta elproceso metodolgico de seleccin devariables, niveles de importancia de las
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Presentacin
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mismas, y mapas donde se consigna estainformacin.
En el glosario, se relacionan y denen enorden alfabtico los principales trminosutilizados en el atlas, que sirven de apoyopara la comprensin del documento.
En el anexo 1, se presentan los par-metros morfomtricos de las cuencasinvolucradas en el estudio y a partir delos cuales se denieron las ecuaciones deregionalizacin hidrolgica.
CMO SE REALIZ?El trabajo es el resultado de una sinergiaentre el Instituto de Hidrologa, Meteorologay Estudios Ambientales, IDEAM; elDepartamento Administrativo de Ciencia,
Tecnologa e Innovacin, COLCIENCIAS;el Instituto Geogrco Agustn Codazzi,IGAC; la Ponticia Universidad Javeriana,PUJ; y la Unidad de Planeacin MineroEnergtica, UPME, que aportaron susrecursos tcnicos y administrativos. Se
cont con la opinin de los principalesactores nacionales, relacionados conproyectos hidroenergticos. Esteproyecto fue nanciado con recursosdel patrimonio autnomo fondo nacionalde nanciamiento para la ciencia, latecnologa y la innovacin, Francisco Josde Caldas.
Como resultado de esta alianza sepublica por primera vez el atlas potencialhidroenergtico de Colombia, para cuyodesarrollo se llevaron a cabo las actividadesque se describen a continuacin:
Procesamiento del modelo digital de
terreno SRTM-30 para identicar 9,139cuencas hidrogrcas, simulacin de lared de drenaje IGAC a escala 1:100.000y clculo de los parmetros morfolgicospara cada una de las cuencas
identicadas.
Conguracin de una base de datos conparmetros morfolgicos, climticos,hidrolgicos y ambientales, con el n dedesarrollar una metodologa de clculo
de caudales y la valoracin de aspectosambientales.
Denicin de regiones hidrolgicashomogneas en funcin de variablesmorfolgicas e hidrolgicas, usandoherramientas estadsticas de clasicacincomo el anlisis de clster y el anlisisdiscriminante.
Seleccin y caracterizacin de estacionesde caudal, con periodo de registro superiora 20 aos, a partir de la informacincontenida en la base de datos del estudionacional del agua elaborado por el IDEAM.
Implementacin de un modelo regional,basado en ecuaciones de regresin yoperativo con dato tipo rster, que permiteestimar caudales en puntos en donde no
se dispone de registros histricos.
Determinacin de curvas de duracin decaudal regionalizadas, a partir del clculodel coeciente de variacin y del caudalpromedio anual, en cada punto de la red,a partir de metodologas aceptadas en elmedio acadmico a nivel internacional ycolombiano.
Implementacin de un Model Builderen ArcGIS, para el clculo del caudal encuencas sin informacin, y el clculo de losvalores promedio de las variables denidaspor la ecuacin de regionalizacin, paragenerar un valor estimado de caudal.
Se desarroll una metodologa paraestimar la oferta hdrica en UnidadesHidrogrcas de Alta Resolucin (UHAR),ENA 2010.
Se desarrollaron los aspectos funcionalesdel sistema de informacin geogrcay las caractersticas esenciales delaplicativo web. El sistema de informacingeogrca fue concebido con laintencin de almacenar la informacinnecesaria para el desarrollo del estudio,como restricciones ambientales, infor-macin socioeconmica, informacinhidroenergtica y el potencial hidroener-gtico del pas. Adicionalmente cualquierusuario puede vericar a travs de un
visor web la informacin necesariapara establecer un nuevo proyecto
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AtlasPotencial Hidroenergtico de Colombia
hidroenergtico, as como vericar lacartografa temtica que soporta el atlashidroenergtico.
Por las particularidades del proyecto y las
entidades que tendrn acceso al mismo,se trabaj con ArcGIS 10.1., Oracle,sqldeveloper y cartografa base del InstitutoGeogrco Agustn Codazzi (IGAC). Secrearon bases de datos geogrcas(Geodatabase corporativa) acorde con elsistema estndar colombiano, siguiendola proyeccin Magna Sirgas y el aplicativocon los metadatos actualizados segn loindica la norma NTC 4611.
Utilizando los algoritmos del DEM SurfaceReconditioning System, desarrollado en elao 1997 por el Centro de Investigacinde Recursos Hidrulicos de la Universidad
Texas y el D8 (OCallaghan and Mark,1984), se desarrollaron aplicativosespeccos para el procesamiento delmodelo digital del terreno cuyo propsitofue: denir la red de drenaje, identicarreas de drenaje, denir tramos de rorelacionados con rea de aportacin, cota,pendiente y longitud, y la caracterizacin
siogrca de los puntos de cierre decuencas en los sitios donde existenestaciones hidromtricas.
Adicionalmente se desarrollaron dosaplicativos uno va web y uno inhouse;en el aplicativo web, un promotorpuede ingresar los datos del proyecto
hidroenergtico, en cualquiera de susfases, de acuerdo con los requerimientosde las resoluciones 0052 de 2012 y 0638de 2007. Este aplicativo es funcional puessolicita, una vez el promotor cuente conlos documentos necesarios, un conceptode potencial por parte de la UPME.
En este aplicativo web se relaciona elestado de evaluacin de proyectoshidroelctricos, expedicin de certicadosy generacin de reportes. Algunosusuarios podrn realizar slo consultas,otros podrn descargar informacin yotros podrn actualizar las bases dedatos. Se dispondr de un directorio deusuarios activos de la UPME, en el que se
reportarn las actualizaciones y reportesgenerados por el sistema.
Una vez el promotor solicite el conceptode potencial, la UPME puede emitirel concepto de potencial a travs delaplicativo inhouse. Este se desarrollcomo un addin en ArcGIS y all sepueden identicar redes y reas dedrenaje, denicin de tramos de roen cuanto a rea de aportacin, cota,pendiente y longitud, la caracterizacinsiogrca de los puntos de cierre decuencas hidromtricas; y otras variablesque impliquen restriccin o va libre del
proyecto, para el cual el promotor estsolicitando el concepto de potencial.
Metodologa para evaluar proyectoshidroelctricos, implementada en unsistema de informacin geogrca.Esta herramienta facilita las tareas de
evaluacin de proyectos, gracias ala sistematizacin de la informacinrequerida para la evaluacin de losmismos. Se dise una base de datosgeogrca (Geodatabase, GDB),
alfanumrica y documental que facilitael seguimiento y acceso a la informacinpor parte de la autoridad competente en
el mbito local, regional y nacional. EstaGDB almacena la integracin con lasbases de datos del Instituto de Hidrologa,Meteorologa y Estudios Ambientales,del Ministerio de Minas y Energa y delMinisterio de Ambiente y DesarrolloSostenible, en forma de coberturas tiposhape versin 2.0, datos alfanumricos entablas o coberturas rster.
Se realizaron talleres y reuniones con eln de socializar el proyecto y contar conel apoyo y participacin de los actorese instituciones nacionales, de mayorinuencia y conocimiento del sectorhidroenergtico en el pas. El resultadofue positivo respecto a metodologas,modelos para evaluar el potencialhidroenergtico, y valorar las variablesa incorporar en el componente social,econmico y ambiental.
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Reporte de los talleres y reuniones realizados durante el proyecto
Taller o reunin Objetivo Lugar Fecha
1. Taller delanzamiento delproyecto
Contar con el apoyo y participacin delos actores e instituciones nacionales,de mayor inuencia y conocimiento delsector energtico en el pas, en el desa-rrollo del proyecto.Adems el taller incluy una consultaa expertos, a travs de la cual se rea-liz la valoracin de la importancia delos aspectos sociales, econmicos yambientales utilizados para evaluar elpotencial hidroenergtico.
Pontifcia
UniversidadJaveriana
9 de septiembredel ao 2013
2. Taller regional
Contar con el apoyo, retroalimentacin
y participacin de los actores e institu-ciones representativos del sector socialy ambiental, en el desarrollo de la meto-dologa social, econmica y ambiental.
UniversidaddeAntioquia
3 de diciembre delao 2013
3. ReunionesAcolgen
Socializar el enfoque metodolgico delproyecto y recibir retroalimentacin delos avances del proyecto.
Acolgen
15 de agosto delao 2013
16 de junio del ao2014
4. Taller-reunin deexpertos Emgesa
Socializar el enfoque metodolgico delproyecto y recibir retroalimentacin delos diferentes sectores al interior de laempresa (ambiental, social e hidrolgi-co).
Emgesa 9 de agosto delao 2013
5. Reunin de expertoshidrologa
Contar con el apoyo, retroalimentaciny participacin de los actores represen-tativos del componente hidrolgico, enel desarrollo de la metodologa de eva-luacin del potencial hidroenergtico.
Pontifcia
UniversidadJaveriana
21 de marzo 2014
6. Taller de presenta-cin de resultados
Presentar los principales resultados delproyecto a los actores e institucionesde mayor inuencia y conocimiento delsector energtico en el pas.
UPME 26 de junio de 2015
QU APORTA?
El atlas aporta el entendimiento y
acercamiento al potencial hidroenergticoen Colombia y a la disponibilidad delrecurso hdrico del pas, teniendo encuenta los siguientes aspectos:
Modelo digital de terreno SRTM-30,que puede ser muy til para adelantarestudios regionales en diferentes tpicos.
Es posible adelantar investigaciones paramejorar la exactitud vertical, considerandoaspectos como el tipo de coberturadel suelo y la morfologa del terreno,incluyendo datos recolectados de forma
sistemtica y ajustada a un estndarnacional. Comparando la exactitudvertical que ha sido determinada en estainvestigacin, contra la reportada en la
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literatura, se puede recomendar su usoen la reproduccin de la red de drenaje enescalas iguales o superiores a 1:100.000.
Bases de datos geogrcas y cartografa,que representa la variabilidad del caudalmedio anual a travs de la red de drenajeocial del pas, teniendo como unidadde anlisis un tamao de celda de 30 mcorrespondiente a la resolucin espacialdel modelo SRTM a partir del cual segeneraron estos productos.
Fue posible representar un total de 9.139cuencas hidrogrcas, cada una de ellasdescrita por 20 atributos numricos
relacionados con variables topogrcase hidroclimatolgicas asociadas conel comportamiento hidrolgico. Estascuencas se agruparon en 16 clster, dela siguiente forma: siete (7) en Caribe,tres (3) en Magdalena-Cauca, dos (2) enOrinoqua, dos (2) en Amazona y dos(2) en Pacco. Esta agrupacin facilitael desarrollo de un modelo hidrolgicoregional que acepta la extrapolacinde datos a escala local y la estimacinde caudales en sitios sin registro de
informacin.
El modelo fue desarrollado en cada una de
las regiones hidrolgicas, utilizando comofuente de informacin principal la basede datos del estudio nacional del agua y
el modelo digital de terreno SRTM- 30.En la identicacin del modelo regional,fueron seleccionados los caudales medios
mensuales de 472 estaciones que cubrenel periodo comprendido entre enero de
1974 y diciembre de 2011. Se obtuvieronecuaciones de regionalizacin concoecientes de determinacin superioresa 0,90 en cada una de las regioneshidrolgicas. Las variables regresorasque se presentaron con mayor frecuenciafueron el rea de la cuenca, la pendientemedia de la cuenca, la precipitacin,la evapotranspiracin y el rendimientohdrico.
Las regiones hidrolgicas favorecen laimplementacin de un modelo hidrolgicoregional que permite describir elcomportamiento del caudal a lo largo de
dicha red de drenaje. Con el propsito deidenticar una lnea base para caracterizar
adecuadamente regiones hidrolgicashomogneas, en reas menores de 5.000km2, los resultados de la regionalizacin
hidrolgica resultan interesantes paraelaborar proyectos orientados a satisfacerlas necesidades de informacin en laescala regional y consolidar evaluacionesregionales del agua en un marco
geogrco nacional.
En el aspecto hidrolgico se consignan 24mapas asociados con dos componentes
principales: i) Identicacin de regioneshidrolgicas, presenta informacinrelacionada con el modelo digital del
terreno, la localizacin de estaciones demedicin de caudal, la generacin decuencas hidrogrcas, la presentacinde regiones hidrolgicas resultantes delanlisis de clster y la re-agrupacin delas regiones hidrolgicas en las zonashidrogrcas denidas por el Institutode Hidrologa, Meteorologa y Estudios
Ambientales de Colombia (IDEAM) comoresultado del anlisis discriminante; y ii) Elcomportamiento del caudal a lo largo de la
red de drenaje, mediante histogramas decaudal y curvas de duracin de caudal.
En el aspecto relacionado con el potencial
hidroenergtico, se consignan 19 mapascorrespondientes a: caudal Q95; cadahidrulica disponible, obtenida de latopografa del modelo de elevacindigital; potencial hidroenergtico medio ymximo por subzonas hidrogrcas y a lolargo de la red de drenaje; y mapas quefacilitan la identicacin de las zonas delpas con un alto potencial hidroenergticoaprovechable.
Mapas con informacin sobre condicionessociales, econmicas y ambientales, quesirven para la toma de decisiones y paraemitir conceptos tcnicos relacionadoscon la posibilidad de realizar unaprovechamiento hidroenergtico en elterritorio Colombiano. Se consignan 22mapas, que hacen referencia a variablescomo Parques Nacionales Naturales,conicto de uso del suelo, ResguardosIndgenas, entre otros, esenciales parael entendimiento del contexto territorialy sobre el desarrollo de un proyectohidroenergtico.
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Una metodologa de participacin deactores e instituciones para la seleccinde variables a considerar en la evaluacin
de proyectos hidroenergticos.Se implementaron tres aplicativos endonde los promotores pueden ingresarsu informacin directamente por la web yrevisar la informacin del pas de maneracartogrca. Para la UPME se generun aplicativo inhouse, el cual permiteemitir un concepto de potencial. Estosaplicativos facilitan la sistematizacin dela informacin necesaria para evaluarproyectos hidroenergticos.
RESULTADOS
Los resultados ms sobresalientesde este proyecto pueden resumirse acontinuacin:
Un modelo regional basado en ecuacionesde regresin, que determina los caudalesmedios mensuales en diecisiete zonashidrolgicas IDEAM, cuya salida gracapermite la construccin de un raster decaudales a lo largo de la red de drenaje.
Un aplicativo para sistemas de informacingeogrca, que permite el clculoautomatizado de las variables hidrolgicasinvolucradas en la evaluacin del potencialhidroenergtico en cualquier punto de lared de drenaje.
Mapas de la distribucin del potencialhidroenergtico en Colombia, a lo deagua, en cada una de las subzonashidrogrcas.
La seleccin de aspectos sociales,econmicos y ambientales jerarquizados
segn su nivel de importancia para elaprovechamiento hidroenergtico, enel contexto colombiano y a partir de unametodologa de participacin de actores einstituciones.
CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES
Las regiones hidrolgicas fueronidenticadas haciendo uso del anlisisde clster aplicado sobre 9.139cuencas hidrogrcas que fueron
clasicadas con atributos morfolgicose hidroclimatolgicos. Estos resultadospresentan una perspectiva interesantecomo punto de partida para laextrapolacin de informacin a cuencashidrogrcas que carecen de registrosde caudales, con especial aplicacinen el clculo de caudales, desarrollode modelos ambientales regionales ydescripcin de las evaluaciones regionalesde agua en un contexto hidrolgico.
La diferencia entre los 16 grupos no seexplica exclusivamente por parmetrostopogrcos como la pendiente o
elevacin de la cuenca, aunque stostienden a dominar la disimilitud entre losgrupos. Tambin resultan importantesparmetros hidroclimatolgicos comola escorrenta, la precipitacin y laevapotranspiracin, sta ltima con mayorimportancia en algunas cuencas de la
Orinoqua y la Amazona. El resultado nal,como un ejercicio independiente, es unbuen indicador de la funcionalidad quetiene la clasicacin realizada por el IDEAMen reas, zonas y subzonas hidrogrcas.
La clasicacin que se realiz en el anlisisde clster y su posterior re-clasicacin enzonas y subzonas hidrogrcas haciendouso del anlisis discriminante, obedecia las necesidades planteadas en el
proyecto del potencial hidroenergtico deColombia, en el que se pretende maximizarel uso de la informacin hidroclimatolgicadisponible en el IDEAM.
Se reconoce que al re-clasicar las 16regiones hidrolgicas existe una prdida dediversidad, la cual se incrementa al pasar
de subzonas a zonas hidrogrcas. Poresta razn, los resultados podran servir deinsumo para planicar la recopilacin deinformacin hidroclimatolgica de formatal que se satisfagan las necesidadesde planicacin que se derivan en lasdiferentes escalas de anlisis.
En trminos generales, el modelopropuesto para la regionalizacin decurvas de duracin de caudal generarepresentaciones adecuadas para valores
mayores a Q20, valor que resulta muycercano al percentil donde se localizara
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el caudal medio multianual y que esempleado para el clculo de la energasecundara.
La energa rme se calcula con el valordenido por Q95, el cual presentagran variacin en el coeciente dedeterminacin. Aunque entre Q20 y Q95 se alcanzan valores del coeciente dedeterminacin superior a 0,602 (mximo0,836). Es necesario indicar que el modelono reporta los niveles de conanzanecesarios para adoptar ntegramentelos resultados, por lo que se recomiendaque se utilicen los valores calculados
entre Q20 y Q95 como indicadores dela magnitud del caudal que se espera enestos percentiles.
Como resultado del estudio sepuede concluir que Colombia poseecaractersticas topogrcas y decaudales que le permiten garantizar unbuen potencial hidroenergtico a lo deagua. Caracterstica que se maniesta enun gran porcentaje del territorio nacional.Esta caracterstica es ms relevanteactualmente por cuanto, la mayor
cantidad de centrales hidroelctricasconstruidas en el pas funcionan conembalse.
Los sitios identicados con alto potencialhidroenergtico a lo de agua, sedeterminaron mediante la utilizacinde herramientas SIG y a partir declculos tericos tomando como basela informacin cartogrca e hidrolgicadisponible, por lo tanto se requerir de untrabajo de levantamiento de informacinde campo y de ocina para viabilizar suaprovechamiento hidroenergtico.
En este tipo de estudios es fundamental
el trabajo multidisciplinario, con la nalidadde tener un enfoque sistmico sobre lasintervenciones que se lleven a cabo en elterritorio nacional para denir y viabilizarlos aprovechamientos hidroenergticos.
Los espacios de trabajo reportadosresultaron de gran importancia para
consolidar la metodologa y los resultadosdel proyecto. A partir de estos seidenticaron y jerarquizaron las variables
sociales, econmicas y ambientales quefueron reportadas en el aplicativo quese dise para la UPME e incluidas en elatlas.
Es importante mejorar y actualizar lainformacin social, econmica y ambientaldel pas, teniendo en cuenta que la mayorafue levantada en el ao 2005 y puede noser un buen referente en un territorio que secaracteriza por estar en constante cambio.
Adems resulta fundamental la generacinde mecanismos de transferencia de
informacin entre entidades, que permitaacceder a la informacin de forma mseciente y ecaz.
CMO UTILIZAR LOS MAPAS DEPOTENCIAL HIDROENERGTICOEN COLOMBIA?
Para ilustrar sobre el uso de los mapas depotencial hidroenergtico, se debe teneren cuenta lo siguiente.
La disponibilidad de informacinhidroclimatolgica no es la apropiadapara la escala de anlisis que sugiere lasreas hidrogrcas Orinoqua, Amazonay Pacco. En estas reas se observanproyectos interesantes que deben serevaluados con estudios hidrolgicosdetallados que reduzcan la incertidumbreque pueda generar el modelo regional.
Los mapas que ilustran el histograma decaudal y la curva de duracin de caudal,
son ms una herramienta descriptivaque cuantitativa. Con su presentacinse pretenden ilustrar algunos aspectos
asociados con la planicacin delrecurso hidroenergtico, permitiendola lectura a escala nacional de cmo elrgimen ambiental de caudales resultacomplementario entre las diferentes reashidrogrcas. Tambin muestran el ajustegrco de las curvas regionalizadas,situacin que invita a la recoleccin eintegracin de nueva informacin para eldesarrollo de nuevas metodologas.