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DIAGNÓSTICO CUENCA URBANA UBICADA EN LA CIUDAD DE
BOGOTA CON PROBLEMAS DE INUNDACION E IMPLEMENTACIÓN DE
SISTEMAS DE DRENAJE URBANO COMO SOLUCION DE LOS MISMOS
NATALIA DÍAZ CAICEDO
503634
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ
2016
3
DIAGNOSTICO CUENCA URBANA UBICADA EN LA CIUDAD DE
BOGOTA CON PROBLEMAS DE INUNDACION E IMPLEMENTACIÓN DE
SISTEMAS DE DRENAJE URBANO COMO SOLUCION DE LOS MISMOS
NATALIA DÍAZ CAICEDO
503634
Trabajo de Grado para Optar al Título de Ingeniera Civil
Director
Mauricio González Méndez
Ingeniera Civil
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ
2015
5
INDICE
1. ANTECEDENTES ............................................................................................................................. 11
2. OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 12
2.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................... 12
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................................ 12
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................................ 13
3.1 HISTORICO DE LLUVIAS EN BOGOTA ..................................................................................... 13
3.2 LAS PRECIPITACIONES Y EL CAMBIO CLIMATICO .................................................................. 15
3.3 IDENTIFICACION ZONAS DE INUNDACION CUENCA EL SALITRE ........................................... 16
4. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................................... 18
5. MARCO CONCEPTUAL ................................................................................................................... 20
6. PRECIPITACION .............................................................................................................................. 22
6.1 PRECIPITACION ACTUAL ........................................................................................................ 22
6.2 ESCENARIOS ACTUALES Y ESPERADOS FENOMENOS CLIMATOLOGICOS ............................. 23
6.3 ANÁLISIS DE LOS ESCENARIOS CON LOS FENOMENOS DESCRITOS ...................................... 24
7 SIMULACION DRENAJE URBANO SOSTENIBLE .......................................................................... 25
7.1 GENERALIDADES SISTEMAS DE TIPO ESTRUCTURAL SOSTENIBLES UTILIZADOS EN LA
MODELACION .................................................................................................................................... 25
7.2 SIMULACION .......................................................................................................................... 27
7.2.1 DESCRIPCION AREA DE ESTUDIO .............................................................................................. 27
7.2.2 DISTRIBUCION SUBCUENCAS ................................................................................................... 28
La distribución de las subcuencas se realizó teniendo él cuenta el flujo del agua, la amplitud de la
zona, y el detalle del acueducto por lo anterior se decidió establecer un número de nueve cuencas
distribuidas de la siguiente forma ver Gráfico 11 ............................................................................. 28
7.2.3 SERIE TEMPORAL PRECIPITACION ............................................................................................ 29
8 RESULTADOS ............................................................................................................................. 30
9 ANÁLISIS DE RESULTADOS ......................................................................................................... 32
10 CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 34
11 RECOMENDACIONES .................................................................................................................... 35
12 ANEXOS ........................................................................................................................................ 36
13 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 41
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INDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Precipitación (Secretaria Ambiente, 2015) ……...….…………………… 12
Gráfico 2 Histórico Inundaciones (Tiempo, 2016) ………………...….…………… 13
Gráfico 3 Cambio Precipitación (Ruíz Murcia, y otros, 2015) ……………..……… 14
Gráfico 4 Usaquén (google, inc , 2016) ...…………………………..………………. 15
Gráfico 5 Lluvias meteorología (Ruíz Murcia, y otros, 2015) ..……...……………. 17
Gráfico 6 Ficha Departamental (Ruíz Murcia, y otros, 2015) ..……...……………. 18
Gráfico 7 Precipitación estudio (Ruíz Murcia, y otros, 2015) ………….....………. 18
Gráfico 8 Precipitación Análisis (Ruíz Murcia, y otros, 2015)…………….…….… 19
Gráfico 9 Convenciones Estructuras Pavimento (Interpave, 2008) .…………..…. 21
Gráfico 10 Adoquín Prefabricado ……..………………………..………….....…….…21
Gráfico 11 Cuencas (Autora)……………………………………………….....…….…23
Gráfico 12 Lluvias (Meteorología, 2014)……………………………………..……..…24
Gráfico 13 Perfil Elevacion sin Suds (Autora)………………………………..….….29
Gráfico 14 Perfil Elevacion sin Suds (Autora)……………………………...…….…30
Gráfico 15 Caudal vs Hora ambos escenarios……………………………………….31
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GLOSARIO
PRECIPITACIÓN: Cualquier producto de la condensación del vapor de agua
atmosférico que se deposita en la superficie de la tierra.
INUNDACIÓN: Fenómeno natural que se presenta cuando el agua sube mucho su
nivel en los ríos, lagunas, lagos y mar; por tanto, cubre zonas de tierra que
normalmente son secas.
DRENAJE URBANO SOSTENIBLE: Aquellos elementos participantes en el
drenaje de las ciudades que, además de reducir el caudal circulante por la
superficie de la misma, consiguen también disminuir de forma notable la cantidad
de contaminantes que arrastra el agua de escorrentía.
CUENCA HIDROGRAFICA: Área de aguas superficiales o subterráneas que
vierten a una red hidrográfica natural con uno o varios cauces naturales, de caudal
continuo o intermitente, que confluyen en un curso mayor que, a su vez, puede
desembocar en un río principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o
bien directamente en el mar.
CAMBIO CLIMATICO: Cambio del estado del sistema climático,
independientemente de las causas que produzcan el cambio.
FENOMENO EL NINO: Patrón climático recurrente que implica cambios en la
temperatura de las aguas en la parte central y oriental del Pacífico tropical. En
períodos que van de tres a siete años, las aguas superficiales de una gran franja
del Océano Pacífico tropical, se calientan o enfrían entre 1 ° C y 3 ° C, en
comparación a la normal.
FENOMENO LA NIÑA: El fenómeno la Niña puede durar de 9 meses a 3 años, y según su intensidad se clasifica en débil, moderado y fuerte. La Niña es más fuerte mientras menor es su duración, y su mayor impacto en las condiciones meteorológicas se observa en los primeros 6 meses de vida del fenómeno. Por lo general comienza desde mediados de año, alcanza su intensidad máxima a finales y se disipa a mediados del año siguiente.
PAVIMENTO DRENANTE: Los pavimentos drenantes son pavimentos que pueden
ser en concreto o asfalto los cuales se caracterizan por tener un elevado
porcentaje de huecos de aire lo que ofrece ventajas para el usuario en condiciones
de lluvia.
MODELACION: La modelación es el proceso mediante el cual se crea una
representación o modelo para investigar la realidad sobre un tema en específico.
8
TECHOS VERDES: Los Techos Verdes contribuyen a mejorar la calidad del aire y
reducir los niveles de CO2. Ayudan a filtrar el aire, las plantas llegan a filtrar el
85% de las partículas del aire, depositando los metales pesados –como el plomo-
en las plantas y en el sustrato. Son reguladores de temperatura natural. Reducen
el riesgo de inundaciones ya que retienen buena parte del agua lluvia.
ADOQUIN ECOLOGICO: El adoquín ecológico es una división del pavimento
drenante ya que cumple la misma función, filtra el agua proveniente la
precipitación.
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RESUMEN
El principal objetivo de este proyecto de grado es diagnosticar una parte de la
cuenca del salitre, específicamente la zona que limita al norte con la calle 108, al
sur con la calle 100, al oriente con los límites de la localidad de Usaquén y al
occidente con la autopista norte, dicha zona presenta inundaciones constantes
las cuales han aumentado debido a los cambios en la precipitación generados por
las variaciones climáticas; se plantea como solución a esta problemática la
implementación de SUDS (Sistemas de Drenaje Urbano Sostenible) para disminuir
los niveles de inundación.
Palabras clave: Drenaje [685], Inundación [425], Modelo simulación [685],
Precipitación [187].
ABSTRAC
The principal aim of this project of degree is to diagnose a part of the basin of the
saltpeter, specifically the zone that limits in the northern part with the street 108, in
the southern part with the street 100, to the east with the limits of Usaquén's
locality and to the west with the north highway, the above mentioned zone presents
constant floods which have increased due to the changes in the rainfall generated
by the climatic variations; there appears as solution to this problematics SUDS's
implementation (Drainage systems Urbano Sostenible) to diminish the levels of
flood.
Key Words: Drainage [685], Floods [425], Precipitation [187] Simulation models
[685].
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INTRODUCCION
En este documento se realiza el análisis mediante una modelación del impacto
que generan las precipitaciones en una zona ubicada en la cuenca del salitre en la
ciudad de Bogotá y la implementación de SUDS como posible solución a dicha
problemática.
Inicialmente se analiza la precipitación y los problemas que ha presentado la
misma históricamente, así como la variación que se predice mediante estudios
sobre cambio climático, realizando dicho análisis se realiza la selección de zonas
críticas con el diagnóstico y caracterización de las cuencas ubicadas en la ciudad,
basado en documentos emitidos por el distrito.
Teniendo en cuenta lo anterior en el siguiente capítulo se realiza la explicación de
las generalidades de los SUDS, y las generalidades necesarias para el montaje de
la zona seleccionada. Se procede a realizar el montaje en el programa SWMM
(Storm Water Management Model) ubicando allí, la distribución del acueducto, el
flujo y la precipitación de igual manera se representa la distribución de las
subcuencas para realizar el análisis sobre cuál es el volumen de inundación
actual, y la variación del mismo cuando se realice la implementación del drenaje
urbano sostenible.
En la parte final del documento se encuentran los resultados y el análisis de los
mismos, para determinar si es viable o no el uso de los sistemas de drenaje
urbano como solución a las inundaciones presentadas en la zona analizada.
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1. ANTECEDENTES
Este trabajo investigativo el cual se titula “DIAGNOSTICO CUENCA URBANA
UBICADA EN LA CIUDAD DE BOGOTA CON PROBLEMAS DE INUNDACIÓN E
IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMA DE DRENAJE URBANO COMO SOLUCIÓN
DEL MISMO”, nace como propuesta para dar una posible solución a la
problemática de inundaciones, presentada en la ciudad de Bogotá.
Se basa en algunos estudios realizados:
El Plan Estratégico de Transformación del Sistema de Drenaje Pluvial Sostenible
realizado por el Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático
IDIGER. Tiene como objetivo reconocer al sistema de drenaje sostenible como
parte del patrimonio común, como bien de uso público para la recuperación del
ciclo hidrológico y demás servicios ambientales y sociales del Distrito, este
documento presenta una idea de implementación del drenaje sostenible de tipo no
estructural y estructural para la ciudad de Bogotá. (IDIGER, 2014)
Reportes históricos de inundaciones generados por el Instituto Geográfico Agustín
Codazzi IGAC. Tiene como objetivo dar reporte de las áreas afectadas por
inundaciones durante diferentes años, lo que permite realizar una estimación
basada en datos históricos para determinar cuál es el impacto real de las
inundaciones. (Ruíz Murcia, y otros, 2015)
Informe técnico No 01575 DESCRIPCIÓN Y CONTEXTO DE LAS CUENCAS
HÍDRICAS DEL DISTRITO CAPITAL realizado por la Secretaria Distrital de
Ambiente de la ciudad de Bogotá. Esta trata la caracterización de la hidrología de
las cuencas en Bogotá, así como el cubrimiento del servicio de alcantarillado
sanitario y pluvial en la ciudad, a través de este documento es posible caracterizar
diversas zonas y determinar el análisis de las inundaciones en la ciudad. (Perez, y
otros, 2015)
Libro avances en investigación y desarrollo en agua y saneamiento para el
cumplimiento de las metas del milenio realizado por estudiantes de la universidad
del valle, su objetivo principal es el de la implementación de métodos no
convencionales en Colombia para tener un mejor aprovechamiento del recurso
hídrico. (Restrepo, y otros, 2007)
Los documentos descritos sugieren que la temática de afectación por
inundaciones en diversos sectores de Bogotá es crítica y de gran importancia
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2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Proponer soluciones mediante sistemas de drenaje urbano sostenible
para la problemática de inundaciones presentadas por precipitaciones
en la cuenca del salitre, en la ciudad de Bogotá. Así mismo realizar el
estudio de las zonas críticas de precipitación dentro de la misma
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Analizar las precipitaciones y el cambio de las mismas para
determinar las zonas de inundación detectadas en la cuenca del
salitre.
Realizar la modelación en el programa SWMM de la zona crítica
de inundación de la cuenca del salitre con diferentes hidrologías
teniendo en cuenta picos críticos y no críticos de precipitación y
el drenaje con la implementación del drenaje urbano sostenible.
Disminuir el caudal de inundación de las zonas detectadas
mediante la implementación de SUD´S.
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3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1 HISTORICO DE LLUVIAS EN BOGOTA
El promedio de lluvia total anual en Bogotá es de 797 mm. Durante el año las
lluvias se distribuyen en dos temporadas secas y dos temporadas lluviosas. Los
meses de enero, febrero, julio y agosto son predominantemente secos Las
temporadas de lluvia se extienden desde finales de marzo hasta principios de junio
y desde finales de septiembre hasta principios de diciembre. En los meses secos
de principios de año, llueve alrededor de 8 días/mes; en los meses de mayores
lluvias puede llover alrededor de 18 días/mes como se observa en la Gráfica 1
(Precipitación Anual). (Secretaria Ambiente, 2015)
Gráfico 1 Precipitación Anual (Secretaria Ambiente, 2015)
Para dicho análisis histórico se realizó la búsqueda en la base de datos del tiempo
sobre noticias que arrojaran resultados sobre inundaciones en la ciudad de
Bogotá, tal como se muestra en el Gráfico 2 (Histórico Inundaciones)
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Gráfico 2 Histórico Inundaciones (Tiempo, 2016)
Se encontraron 5.450 resultados de noticias que contenían inundaciones en
Bogotá. Teniendo en cuenta que se observan periodos de inundaciones medias
entre [1992 – 2000] (9 años), inundaciones bajas entre 2001 y 2005 (5 años),
inundaciones críticas o altas entre los años [2006- 2015]. (Tiempo, 2016)
Dichos reportes encontrados en la prensa evidencian que las inundaciones son un
problema vigente, que a lo largo de los años han generado diferentes
problemáticas como son caos vehicular por inundaciones en las vías lo que
confluye frecuentemente en accidentalidad.
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3.2 LAS PRECIPITACIONES Y EL CAMBIO CLIMATICO
El análisis de clima presente reveló que, en los últimos 40 años, la década más
lluviosa correspondió al período 2001-2010, cuando aumentaron las
precipitaciones en un 40% respecto a los valores normales. En este aspecto le
siguió la década 1971-1980. El estudio manifestó que bajo condiciones del
fenómeno de la Niña existen altas probabilidades que se presente un aumento
significativo en los niveles de precipitación, esto se hace más evidente hacia los
últimos trimestres del año. Contrariamente, cuando el clima de Bogotá está bajo la
influencia de un fenómeno El Niño, la precipitación presenta altas probabilidades
de la disminución en sus volúmenes, pero en menores proporciones para los
trimestres de final del año. Bajo el fenómeno la Niña, la temperatura media
presenta altas probabilidades de disminuir respecto a los valores normales
especialmente en los trimestres Febrero Marzo-abril y marzo-abril-mayo. No
obstante, bajo condiciones El Niño existen altas probabilidades del aumento de
sus valores respecto a la normal climatológica principalmente a comienzos del
año, en los trimestres 1, 2 y 3. De acuerdo con el promedio multi-escenario de
emisión de gases de efecto invernadero forzado con condiciones iniciales de
algunos modelos del IPCC, se esperaría para 2011-2100 una reducción de las
precipitaciones aproximada del 18% respecto a los valores normales 1971-2000.
No obstante, para el período 2011-2061, los volúmenes de precipitación podrían
ubicarse entre los 500 mm y los 1500 mm anuales en contraste con la última
década del siglo XXI cuando se presentarían precipitaciones entre los 500 mm y
1000 mm anuales como se puede observar en el Gráfico 3 (Cambio Precipitación).
Dichas reducciones en las precipitaciones, se podrían presentar principalmente
sobre las localidades de Suba, Engativá, Kennedy, Bosa, Ciudad Bolívar y
Fontibón. (Ruíz Murcia, y otros, 2015)
Gráfico 3 Cambio Precipitación (Ruíz Murcia, y otros, 2015)
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3.3 IDENTIFICACION ZONAS DE INUNDACION CUENCA EL SALITRE
Áreas con predominancia de áreas susceptibles de remociones en masa en la
parte alta de la cuenca y de inundaciones en la parte media y baja. Las
inundaciones se localizan principalmente en las subcuencas Arzobispo, las
Delicias, Molinos, la Vieja y en el canal Córdoba en las UPZ Niza en la localidad
de Suba, la Floresta en la localidad de Engativá y La Alhambra en la localidad de
Usaquén sobre la Pepe Sierra, además otros sectores donde se presenta
problemas críticos de inundación en la avenida Carlos Lleras Restrepo en el sector
de las UPZ Chicó Lago y Usaquén en la localidad de Usaquén principalmente. En
cuanto a las zonas susceptibles por remoción en masa se caracteriza aquellas
donde se encuentra la formación geológica de Guaduas en las partes altas de la
cuenca, en los Cerros Orientales y los cerros de Suba. (Perez, y otros, 2015)
ZONAS DE INUNDACION CRITICA
Avenida Carlos Lleras Restrepo en el sector de las UPZ Chicó Lago y en la
localidad de Usaquén principalmente, ver mapa localidad de Usaquén Gráfico 4
Gráfico 4 Usaquén (google, inc , 2016)
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ZONA DE INUNDACION CRITICA USAQUEN
Limita al norte, por la calle 240, con el municipio de Chía en el departamento
de Cundinamarca, por el sur con la calle 100 en la localidad de Chapinero, por el
este con los cerros Orientales que lo separan del municipio de La Calera, y por el
oeste con la Autopista Norte, situada en la localidad de Suba.
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4. MARCO TEÓRICO
CAPACIDAD DE DRENAJE DE UNA CUENCA
Ilustración 1 Algunas características hidrológicas de las cuencas pequeñas y grandes. Fuente: (VIDAL, 1988)
El patrón de drenaje de una cuenca es la unión que presentan las vías de
drenaje, que contribuyen a evacuar las aguas superficiales de la cuenca. El patrón
de drenaje es un elemento compuesto, para cuyo análisis es fundamental tener
en cuenta el relieve, la distribución de la vegetación, y las condiciones
estructurales de la zona.
Por las relaciones mencionadas anteriormente, durante el proceso de análisis de
los patrones de drenaje es necesario definir si este tiene o no, y de qué tipo, algún
control que esté orientando la dirección en que se está presentando un
determinado patrón, los patrones de drenaje pueden presentarse dos tipos de
control: uno litológico, debido a las condiciones estructurales de los materiales
sobre los cuales se desarrolla el patrón; y otro topográfico, en el que la pendiente
del terreno obliga a las corrientes a tomar una determinada dirección. Los
patrones de drenaje han sido agrupados en cuatro categorías. Las categorías son:
erosiónales, deposicionales, especiales e individuales. (VIDAL, 1988)
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PANORAMA INUNDACIONES
La precipitación es un recurso indispensable el cual hace parte del ciclo
hidrológico del agua, sin embargo las precipitaciones han presentado cambios en
su frecuencia y su duración lo que ha traído consigo las inundaciones, estas son
uno de los fenómenos que tienen mayor impacto en temas como riesgos en la
ciudad, se han evidenciado cambio en los patrones de la precipitación
principalmente en el incremento precipitaciones medias cerca del 15 % lo que
genera aumento en los caudales (UNIVERSIDAD NACIONAL , 2011)
Las inundaciones son uno de los fenómenos que origina más perdidas y deterioro
social en la ciudad.
Bogotá en la actualidad está bordeada por el oriente por los cerros y por el
occidente por río Bogotá que han restringido su crecimiento en estos costados y
obligado a que crezca y se desarrolle hacia el norte y hacia el sur. La ciudad es
atravesada de oriente a occidente por tres importantes ríos, Juan Amarillo o
Salitre, Fucha o San Cristóbal y el Tunjuelo, los cuales tienen un alto índice de
ocupación en las zonas de ronda y de manejo y preservación ambiental. Muchas
de las viviendas localizadas a lo largo de los cauces lo invaden de manera
inconveniente y utilizan los ríos para el vertido incontrolado de aguas residuales;
esto favorece la inestabilidad de los cauces. La urbanización de las laderas
próximas al cauce, el vertido e inadecuado manejo de aguas residuales y la
obstrucción de los drenajes naturales en la parte alta son las causas principales de
inestabilidades de laderas y de inundaciones. (IDIGER, 2015)
En la ciudad se producen periódicamente inundaciones menores o
encharcamientos a causa de la insuficiencia de los sistemas de alcantarillado de
los barrios que están cercanos a los ríos en especial al río Bogotá y a los ríos
Tunjuelo, Fucha y Juan Amarillo en la parte baja de sus cuencas, ya que no
pueden drenar cuando el nivel del agua de los mismos supera cierto nivel. Los
barrios más afectados por este problema son los localizados en la localidad de
Suba y usaquen. (IDIGER, 2015)
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5. MARCO CONCEPTUAL
TIPOS DE INUNDACIONES Inundación
Es un evento natural y recurrente que se produce en las corrientes de agua, como resultado de lluvias intensas o continuas que, al sobrepasar la capacidad de retención del suelo y de los cauces, desbordan e inundan llanuras de inundación, en general, aquellos terrenos aledaños a los cursos de agua. Las inundaciones se pueden dividir de acuerdo con el régimen de los cauces en: lenta o de tipo aluvial, súbita o de tipo torrencial y encharcamiento. (IDIGER, 2015) Inundación de tipo aluvial (inundación lenta)
Se produce cuando hay lluvias persistentes y generalizadas dentro de una gran cuenca, generando un incremento paulatino de los caudales de los grandes ríos hasta superar la capacidad máxima de almacenamiento; se produce entonces el desbordamiento y la inundación de las áreas planas aledañas al cauce principal. Las crecientes así producidas son inicialmente lentas y tienen una gran duración. (IDIGER, 2015) Inundación de tipo torrencial (inundación súbita)
Producida en ríos de montaña y originada por lluvias intensas. El área de la cuenca aportante es reducida y tiene fuertes pendientes. El aumento de los caudales se produce cuando la cuenca recibe la acción de las tormentas durante determinadas épocas del año, por lo que las crecientes suelen ser repentinas y de corta duración. Estas inundaciones son generalmente las que causan los mayores estragos en la población por ser intempestivas. (IDIGER, 2015) Encharcamiento
Fenómeno a causa de la saturación del suelo producido por lluvias normales, caracterizado por la presencia de láminas delgadas de agua sobre la superficie del suelo en pequeñas extensiones y por lo general, presente en zonas moderadamente onduladas a planas. El fenómeno puede durar desde pocas horas hasta algunos días. En la ciudad, se presentan por deficiencias o falta de drenajes de aguas lluvias. (IDIGER, 2015)
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ALCANTARILLADO
Sistema de tuberías usado para la recolección y transporte de las aguas residuales, industriales y pluviales de una población desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan.
Los alcantarillados se pueden construir de dos modos:
COMBINADO: Se construyen para recibir en un único conducto, mezclando,
tanto las aguas residuales como las pluviales generadas en el área urbana
cubierta por la red.
SEPARADO: Se compone de dos tuberías independientes; una, la red de
alcantarillado sanitario, transporta las aguas residuales domésticas, hasta
una estación depuradora; y la otra, la red de alcantarillado pluvial, conduce las
aguas pluviales hasta el receptor, que puede ser un río, un lago o el mar.
El alcantarillado separado es beneficioso porque
Reduce los costos de depuración y simplifica los procesos, puesto que el
caudal tratado es menor.
la separación reduce la carga contaminante vertida al medio receptor por los
episodios de rebosamiento del alcantarillado unitario.
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6. PRECIPITACION
6.1 PRECIPITACION ACTUAL
La precipitación actual en la ciudad de Bogotá se representa mediante el siguiente
gráfico el cual es resultado de un estudio realizado por el IDEAM durante el año
2014, donde se evidencia la precipitación diaria en milímetros y porcentual
presentada en la ciudad de Bogotá durante las 24 horas del día, esta información
será retomada en el capítulo de modelación como Serie Temporal de
Precipitación.
Gráfico 5 Lluvias (Meteorología, 2014)
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6.2 ESCENARIOS ACTUALES Y ESPERADOS FENOMENOS CLIMATOLOGICOS
Para este análisis se tomó como referencia un documento sobre el cambio
climático realizado por el IDEAM en el cual se tienen en cuenta los siguientes
escenarios basados en el aumento de los gases de efecto invernadero y las
implicaciones que tienen los mismos ver Gráfico 6 (Ficha Departamental). (Ruíz
Murcia, y otros, 2015)
Gráfico 6 Ficha Departamental (Ruíz Murcia, y otros, 2015)
Gráfico 7 Precipitación Estudio (Ruíz Murcia, y otros, 2015)
24
Gráfico 8 Precipitación Análisis (Ruíz Murcia, y otros, 2015)
Lo que se puede concluirse de los Gráficos 7 y 8 acerca de este estudio es que
debido a los efectos del cambio climático se presentaran aumentos de volumen en
las precipitaciones hacia la zona norte, centro y occidente de la ciudad, este
aumento se encontrará entre [10-30] % adicional a los valores de precipitación
presentados actualmente.
6.3 ANÁLISIS DE LOS ESCENARIOS CON LOS FENOMENOS DESCRITOS
El análisis al que se puede llegar teniendo en cuenta la referencia anterior y el
tema a desarrollar en este documento, es que con el cambio climático se verán
cambios de temperaturas no muy fuertes, pero que traerán ciertas implicaciones
es.
Para el caso de la temperatura su variación se verá entre 1-2 grados centígrados
lo cual no genera mayores cambios.
Para otros factores ambientales como la precipitación su variación será más
notoria debido a que actualmente se encuentra entre 500-1000 mm y con este
cambio se encontrara entre 1000-1500 mm lo que indica que las lluvias tendrán
mayor intensidad así mismo se presentaran mayores problemas de inundación en
la ciudad debido a que actualmente y con los niveles mínimos de precipitación las
mismas se generan en las zonas ya mencionadas.
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7 SIMULACION DRENAJE URBANO SOSTENIBLE
La simulación será realizada para la subcuencas de la cuenca el salitre
ubicada entre la Autopista norte y la Calle 108 la cual tiene un área aproximada
de 1.460𝐾𝑚2, lo que se desea demostrar mediante la simulación es la
diferencia en el volumen de agua en un escenario de lluvia fuerte con
elementos constructivos actuales versus sistemas de tipo estructural sostenible
como pavimentos permeables, jardines de bioretencion y techos verdes.
7.1 GENERALIDADES SISTEMAS DE TIPO ESTRUCTURAL SOSTENIBLES UTILIZADOS EN LA MODELACION
PAVIMENTOS PERMEABLES: Los pavimentos permeables son
una solución ecológica la cual trae otros beneficios como la
recarga de acuíferos, el amortiguamiento de la lluvia, el
aprovechamiento de la misma, y un aumento en la seguridad vial
al evitar zonas de encharcamiento y congelamiento.
GENERALIDADES:
Funcionamiento: La escorrentía debe fluir a través de los
pavimentos permeables y salir de ellos de una manera
segura y no erosiva. La escorrentía de las zonas
adyacentes debe ser desviada a un sistema de conducción
ver Gráfico 9.
Las superficies del pavimento deben tener una
permeabilidad de 203.2 mm/h o más para conducir el agua
a la sub-base rápidamente.
La pendiente del pavimento permeable deberá ser de al
menos 1% pero no mayor a 5%.
Funcionamiento: cuando el agua pasa a través de la
superficie hacia el relleno permeable, esto permite que el
agua sea almacenada, tratada y transportada, se tienen
indicios de que este tipo de SUDS entregan una buena
calidad del recurso hídrico, (Perez, 2015)
26
Grafico 9 Convenciones estructura pavimento (Interpave, 2008)
ADOQUIN ECOLOGICO: Los adoquines ecológicos son un
derivado de los pavimentos permeables, su funcionamiento es
igual a de los pavimentos la diferencia radica en que los adoquines
son utilizados para soportar cargas más pequeñas.
GENERALIDADES:
Ayuda en la prevención de inundaciones.
Mantiene el flujo de aguas en épocas de sequía.
Aumenta el filtrado y tratamiento del agua lluvia por medio
de la retención de partículas en suspensión.
Tiene un alto porcentaje de permeabilidad.
Grafico 10 Adoquín Prefabricado (Perez, 2015)
27
7.2 SIMULACION
La modelación fue realizada en el programa SWMM, en el cual se realizó el
montaje del acueducto y alcantarillado de la zona que a continuación será
descrita, se realiza la distribución de las subcuencas para realizar un análisis más
detallado, en el modelo se encontraran variables como son:
Nodos: son puntos donde se realiza recolección de la precipitación
Links: para nuestro caso es la tubería del sistema
Rain Gages: Precipitación presentada
Lid Controls: Sistemas de drenaje urbano
Al realizar el montaje se pone a correr el modelo con una lluvia día y medio el cual
nos mostrara en este tiempo de lluvia cuales son los nodos que presentan
inundación, luego de estos resultados se realizara la implementación de LIDS y se
procederá a correr el modelo con las condiciones anteriores.
7.2.1 DESCRIPCION AREA DE ESTUDIO
Sobre la historia de la localidad se puede decir que inicio con 120 casas en 1952 y
cerca de 1960 ya se encontraban 18 barrios adscritos al pueblo después en 1970
se creó la localidad de Usaquén , y después de esto inició el gran crecimiento de
la localidad.
Actualmente podemos encontrar cerca de 136.180 familias lo que nos permite
aproximar la cantidad de habitantes a 544.724. Se puede inferir que predominan
los estratos 5 y 6.
El suelo urbano de Usaquén, comprende un total de 3.521,7 hectáreas (ha), de las
cuales hay 276,99 ha de áreas protegidas; en este suelo urbano se localizan
533,99 ha de áreas por desarrollar. Para suelo urbanizado son 2.987,67 ha, que
resultan de restarle a la superficie de suelo urbano el área de los terrenos sin
desarrollar.
La zona a modelar se encuentra ubicada hacia el sur en la calle 100, hacia el norte
la calle 108 hacia el este la autopista norte y hacia el oeste los límites de
Usaquén.
28
7.2.2 DISTRIBUCION SUBCUENCAS
La distribución de las subcuencas se realizó teniendo él cuenta el flujo del agua, la amplitud de la zona, y el detalle del acueducto por lo anterior se
decidió establecer un número de nueve cuencas distribuidas de la siguiente forma ver Gráfico 11
Grafico 11 Cuencas y montaje acueducto (Autora)
29
7.2.3 SERIE TEMPORAL PRECIPITACION
Gráfico 12 Lluvias (Meteorología, 2014)
Esta serie temporal muestra gráficamente la precipitación máxima en 24 horas
para los 12 meses del año. Esta simulación se realiza 36 horas y la lluvia a utilizar
se observa en el Gráfico 12
30
8 RESULTADOS
La modelación con la serie temporal de precipitación, el acueducto de la zona y las
subcuencas especificadas corrió en un minuto y doce segundos y se obtuvieron
los siguientes resultados:
Gráfico 13 Perfil Elevacion sin Suds Fuente Autora
Se muestra el perfil de elevación de agua donde los nodos rellenos de coloración
azul clara son los que están inundados, se pueden observar en el perfil seis
nodos inundados, este tramo corresponde al tramo más largo de la tubería
ubicada en la zona.
31
A continuación se va a mostrar el perfil anterior implementando en el modelo
drenaje urbano mediante pavimento permeable.
Gráfico 24 Perfil Elevación con Suds Fuente Autora
Con respecto al resultado mostrado en el grafico anterior Se evidencia que en el
grafico 14 un solo nodo inundado
32
9 ANÁLISIS DE RESULTADOS
La implementación de LIDS disminuye la inundación en los nodos, así como los
caudales en los links.
El caudal
En la siguiente gráfica (Gráfico 15) podemos observar cómo era caudal antes de la
implementación de LIDS a la simulación, y como disminuyó este notoriamente.
Gráfico 15 Caudal VS Hora (Autora)
Al realizar la implementación de pavimento permeable en el modelo se observa
que los nodos que estaban inundados ahora no lo están. Así mismo se observa
una disminución en los caudales, por lo que la modelación nos permite asegurar
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CA
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(LP
S)
TIEMPO (HORAS)
CAUDAL VS HORA
LINK13 S
LINK 13
LINK 2 S
LINK 2
LINK 20835 S
LINK 20835
LINK 20834 S
LINK 20834
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que los sistemas de drenaje urbano son una solución apropiada para los
problemas de inundación presentados en la zona analizada.
34
10 CONCLUSIONES
Se observa que los planteamientos iniciales fueron acertados ya que la
implementación del drenaje urbano, según la modelación es apta para
disminuir las inundaciones en la zona tratada.
Con el aumento esperado en la precipitación según los fenómenos de
cambio climático, la modelación con la implementación de drenaje
urbano, demuestra que no se presentarían inundaciones en la zona. Lo
que permite inferir en que esta es una solución viable para estar
preparados ante los cambios climáticos que ocurrirán y que han venido
ocurriendo.
El acueducto y alcantarillado para la zona data de mucho tiempo, lo cual
está contribuyendo al problema inicial debido a que los diámetros de la
tubería son insuficientes.
La modelación se realizó para un día y medio con la precipitación más
fuerte presentada en la ciudad, si se desea continuar con el análisis
este se puede realizar para los trimestres completos con lluvias
específicas.
35
11. RECOMENDACIONES
El drenaje urbano sostenible puede ser implementado mediante
adoquín ecológico y pavimento permeable en las zonas donde se
evidencia la inundación.
Se recomienda realizar cambios de diámetro en las tuberías
debido a que estos son insuficientes para los caudales
recolectados.
Se recomienda evitar el crecimiento poblacional en la zona para
mantener las zonas permeables y evitar mayores inundaciones
36
12. ANEXOS
Tabla volumen en los conductos arrojada por el programa swmm fuente autora
TABLA VOLUMEN EN LOS CONDUCTOS SIN SUDS
Table - Link Volume
Link Link Link Link
Days Hours 20835 20834 2 21063
0 01:00:00 466.05 454.62 2.61 299.35
0 02:00:00 465.52 410.54 2.18 247.72
0 03:00:00 467.48 366.67 1.8 211.41
0 04:00:00 466.4 326.98 1.53 186.99
0 05:00:00 464.3 291.36 1.39 166.68
0 06:00:00 464.1 260.03 1.21 154.26
0 07:00:00 465.98 232.65 1.06 147.8
0 08:00:00 468.56 208.8 0.92 147.1
0 09:00:00 469.98 188 0.82 150.83
0 10:00:00 469.6 169.84 0.74 157.42
0 11:00:00 467.29 153.96 0.73 163.62
0 12:00:00 463.33 139.98 0.72 171.17
0 13:00:00 459.24 127.67 0.73 179.01
0 14:00:00 455.97 116.83 0.13 233.43
0 15:00:00 454.96 107.18 0 355.55
0 16:00:00 456.16 98.56 0.59 560.32
0 17:00:00 457.06 90.87 1.47 808.24
0 18:00:00 457.89 84.02 2.38 1063.83
0 19:00:00 459.26 77.9 3.31 1341.21
0 20:00:00 463.79 72.4 3.65 1657
0 21:00:00 468.97 67.44 3.65 1984.55
0 22:00:00 487.49 62.93 3.65 2275.03
0 23:00:00 497.17 58.85 3.65 2538.12
37
Tabla inundación nodos arrojada por el programa swmm fuente autora
Node Node Node Node
Days Hours 504 843 5060 354
0 01:00:00 0.2 0.24 0 0.1
0 02:00:00 0.22 0.24 0.05 0.06
0 03:00:00 0.22 0.24 0.09 0.05
0 04:00:00 0.21 0.24 0.13 0.06
0 05:00:00 0.2 0.24 0.14 0.05
0 06:00:00 0.19 0.24 0.17 0.06
0 07:00:00 0.19 0.24 0.2 0.07
0 08:00:00 0.18 0.24 0.24 0.09
0 09:00:00 0.18 0.24 0.27 0.1
0 10:00:00 0.18 0.24 0.3 0.11
0 11:00:00 0.17 0.25 0.31 0.11
0 12:00:00 0.17 0.25 0.33 0.12
0 13:00:00 0.17 0.25 0.34 0.12
0 14:00:00 0.22 0.3 0.56 0.19
0 15:00:00 0.3 0.41 0.93 0.28
0 16:00:00 0.41 0.57 3 0.38
0 17:00:00 0.5 0.73 3 0.47
0 18:00:00 0.58 3 3 0.53
0 19:00:00 0.66 3 3 0.6
0 20:00:00 0.77 3 3 0.68
0 21:00:00 3 3 3 0.75
0 22:00:00 3 3 3 0.8
0 23:00:00 3 3 3 0.87
TABLA INUNDACION NODOS SIN SUDS
Table - Node Depth
38
Tabla volumen en los conductos arrojada por el programa swmm fuente autora sin
Suds
TABLA VOLUMEN EN LOS CONDUCTOS SIN SUDS
Table - Link Flow
Link Link Link
Days Hours 20834 20835 2
0 01:00:00 11.35 9.86 16.59
0 02:00:00 13.25 9.9 13.1
0 03:00:00 13.11 9.82 10.82
0 04:00:00 12.04 10.02 9.17
0 05:00:00 10.78 10.1 7.83
0 06:00:00 9.5 9.95 6.72
0 07:00:00 8.33 9.78 5.8
0 08:00:00 7.27 9.74 5.03
0 09:00:00 6.37 9.87 4.38
0 10:00:00 5.57 10.04 3.84
0 11:00:00 4.9 10.21 3.38
0 12:00:00 4.32 10.3 2.99
0 13:00:00 3.8 10.26 2.66
0 14:00:00 3.37 10.1 2.37
0 15:00:00 3.01 9.87 2.12
0 16:00:00 2.69 9.63 1.9
0 17:00:00 2.4 9.44 1.71
0 18:00:00 2.14 9.33 1.55
0 19:00:00 1.91 9.31 1.4
0 20:00:00 1.73 9.39 1.27
0 21:00:00 1.56 9.53 1.16
0 22:00:00 1.42 9.74 1.05
0 23:00:00 1.29 9.99 0.97
39
Tabla inundación nodos arrojada por el programa swmm fuente autora con Suds
TABLA INUNDACION NODOS CON SUDS
Table - Node Flooding
Node Node Node Node
Days Hours 5060 504 843 182
0 01:00:00 0 0 0 0
0 02:00:00 0 0 0 0
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41
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