MODELACION HIDRAULICA ENTRADA ADICIONAL DE CAUDAL AL RIO MAGDALENA EN PUERTO

SALGAR (SIMULACION POSIBLES ESCENARIOS DE REGULACION SISTEMA BETANIA/QUIMBO)

WORKING PAPER V0.0 Enero 7 2016

Elaboro Jorge Sánchez Lozano I.A. MSc. (C) Hdrosistemas, MSc. (C) Recursos Hidraulicos

Revisó Cesar Cardona I.A. MSc. Hidrosistemas PhD (C)

Aprobó Cesar Garay I.A. MSc. S&W Conservation

CORPORACION CENTRO DE INVESTIGACION CIENTIFICA DEL RIO MAGDALENA ALFONSO PALACIO

RUDAS.

HONDA2016

MODELACION HIDRAULICA ENTRADA ADICIONAL

DE CAUDAL AL RIO MAGDALENA EN PUERTO SALGAR (SIMULACION POSIBLES ESCENARIOS DE REGULACION SISTEMA BETANIA/QUIMBO)

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 2

METODOLOGIA ...................................................................................................... 2

MODELACIÓN HIDRÁULICA .................................................................................. 2

ESCENARIOS ......................................................................................................... 2

MODELACION HIDRAULICA ENTRADA ADICIONAL

DE CAUDAL AL RIO MAGDALENA EN PUERTO SALGAR (SIMULACION POSIBLES ESCENARIOS DE REGULACION SISTEMA BETANIA/QUIMBO)

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El Centro de Investigaciones del Río Magdalena cuenta con un modelo hidráulico 1D-2D en SOBEK, la primera parte de este modelo va desde desde De Puerto Salgar a Regidor (incluyendo El Brazo Santodomingo, El Brazo de Simití y El Brazo Morales).

Figura 1. Subdominio del Modelo. Puerto Salgar – Regidor.

INTRODUCCIÓN

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La elaboración de ejercicio de modelación aquí presentado se basó a partir de registros de nivel hidrométrico de la estación de Puerto Salgar, Puerto Berrío, y El Banco con una ventana de tiempo dada desde el 01 al 31 de Diciembre de 2015, debido a los valores bajos de nivel presentados en este período de tiempo para este tramo del río. La información proviene de la base de datos de RADIO del IDEAM que alimenta en tiempo cuasireal al Servicio de Pronósticos y Alertas de dicha institución.

Como un primer paso, fue necesario a partir de los datos observamos de nivel, emplear las curvas de gastos desarrolladas por el IDEAM sobre cada una de las estaciones a fin de obtener las series de tiempo de caudales. León et al., (2011) define las curvas de gasto, como “herramientas hidrológicas que ponen en evidencia la relación que existe entre una cota del nivel del agua y el caudal correspondiente a dicha cota para una sección dada de un río. Expresadas de forma general como una ley potencial, las curvas de gasto son utilizadas para deducir caudales a partir de registros in situ de niveles del agua tomados sobre las escalas limnimétricas de cada estación”.

Un ejemplo de la aplicación de esta metodología es mostrada a continuación (ver Figura 2), donde claramente se indica que si existe un nivel de aproximadamente 590 cm por encima de la cota de referencia en la estación del EL BANCO, el caudal será de 3200 m3/s.

METODOLOGIA

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Figura 2. Uso de las curvas de gastos

De esta forma se obtuvieron los siguientes resultados:

Figura 3. Serie de tiempo de niveles observada

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

NIV

EL (

m)

PUERTO SALGAR [23037010]

PUERTO BERRÍO [23097030]

EL BANCO [25027020]

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Figura 4. Serie de tiempo de caudales calculada

Con la serie de caudales generada se estimaron los valores mínimos de caudal del

Río Magdalena en las tres estaciones y los períodos de ocurrencia de los mismos.

Siendo estos valores:

Tabla 1. Valores mínimos de Caudales de Diciembre de 2015 en el Río Magdalena. Estaciones Puerto Salgar, Puerto Berrío y El Banco.

Estación Caudal Mínimo (m3/s) Fecha de Ocurrencia

Puerto Salgar 225.42 12/28/2015 6:00:00 PM

Puerto Berrío 832.50 12/28/2015 6:00:00 PM

El Banco 1412.60 12/30/2015 6:00:00 AM

Con estos valores se plantea una modelación hidráulica en estado estable, en la que se va incrementando gradualmente el valor de caudal en Puerto Salgar para ver cómo varían los niveles en este tramo del río ante esta modificación.

0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

3000.00

3500.00

4000.00C

AU

DA

L TO

TAL

(m^3

/s)

PUERTO SALGAR [23037010]

PUERTO BERRÍO [23097030]

EL BANCO [25027020]

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La primera actividad del ejercicio de modelación es el balance de masa, para estimar el caudal aportante de los tributarios más importantes en los diferentes tramos del Río Magdalena bajo estas circunstancias.

El análisis de balance de agua intenta construir uno de los llamados balances cerrados de agua para todas las secciones del río de Magdalena y sus tributarios, delimitando cada sección a ambos lados por una estación con caudales "medidos" (estimados a través de mediciones de nivel de agua y curvas de calibración de caudales). Se compone de los siguientes pasos:

Comenzar en la sección más aguas arriba del río y asegurarse que las dos estaciones tengan suficientes datos en el período de interés. Si hay datos faltantes, estos se deben ser llenados.

Encontrar explicación razonable para cualquier diferencia en los caudales y volúmenes entre las diferentes estaciones de la sección analizada, usando el conocimiento del sistema.

Adicionar el caudal (volumen) faltante a nodos 1D de flujo lateral que representan los términos de caudal faltante (fuentes) como los tributarios. Se decidió no implementar los sumideros, dado que no hay razón física para tenerlos en el modelo.

Continuar con el siguiente tramo del río (aguas abajo), solo cuando el balance de agua para el tramo aguas arriba cierre completamente.

Para este caso se seleccionan dos tramos. El primero de Puerto Salgar a Puerto Berrío en el cual se presentan los siguientes tributarios:

Tabla 2. Tributarios del Río Magdalena entre las estaciones de Puerto Salgar y Puerto Berrío.

Tributario Área de la Cuenca (km2)

Río Negro 4581.91

Río La Miel 2387.03

Río Cocorná 845.91

Río Naré 5653.62

Río Ermitaño 500.88

La diferencia de caudal entre Puerto Berrío y Puerto Salgar es de:

MODELACIÓN HIDRÁULICA

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∆𝑄 = 𝑄𝑃𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜_𝐵𝑒𝑟𝑟í𝑜 − 𝑄𝑃𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜_𝑆𝑎𝑙𝑔𝑎𝑟 = 832.50𝑚3

𝑠⁄ − 225.42𝑚3

𝑠⁄ = 607.08𝑚3

𝑠⁄

Este valor fue distribuido en los diferentes tributarios proporcionalmente con su área de drenaje, obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 3. Tributarios del Río Magdalena y caudal aportante entre las estaciones de Puerto Salgar y Puerto Berrío.

Tributario Área de la Cuenca (km2) Caudal Aportado (m3/s)

Río Negro 4581.91 199.12

Río La Miel 2387.03 103.74

Río Cocorná 845.91 36.76

Río Naré 5653.62 245.70

Río Ermitaño 500.88 21.77

El segundo tramo es entre Puerto Berrío y El Banco, en este tramo se tienen los siguientes tributarios:

Tabla 4. Tributarios del Río Magdalena entre las estaciones de Puerto Berrío y El Banco.

Tributario Área de la Cuenca (km2)

Río San Bartolomé 2542.5

Río Carare 7282.1

Río Opón 3562.8

Río Sogamoso 23766.25

Río Cimitarra 4043.84

Río Lebrija 7288.79

Rio Cesar 21498.3

La diferencia de caudal entre El Banco y Puerto Berrío es de:

∆𝑄 = 𝑄𝐸𝑙_𝐵𝑎𝑛𝑐𝑜 − 𝑄𝑃𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜𝐵𝑒𝑟𝑟í𝑜 = 1412.60𝑚3

𝑠⁄ − 832.50𝑚3

𝑠⁄ = 580.10𝑚3

𝑠⁄

Este valor fue distribuido en los diferentes tributarios proporcionalmente con su área de drenaje, obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 5. Tributarios del Río Magdalena y caudal aportante entre las estaciones de Puerto Berrío y El Banco.

Tributario Área de la Cuenca (km2) Caudal Aportado (m3/s)

Río San Bartolomé 2542.5 21.07

Río Carare 7282.1 60.36

Río Opón 3562.8 29.53

Río Sogamoso 23766.25 197.00

Río Cimitarra 4043.84 33.52

Río Lebrija 7288.79 60.42

Rio Cesar 21498.3 178.20

La condición de frontera aguas arriba está definida por el valor de caudal estimado en la estación de Puerto Salgar y la condición de frontera aguas abajo viene dada por la curva de gasto de la estación Regidor, la cual se muestra a continuación:

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Tabla 6. Curva de Gasto de la estación Regidor.

Nivel (msnm) Caudal (m3/s)

27.432 742.43

27.932 960.93

28.432 1210.36

28.932 1491.35

29.432 1804.46

29.932 2150.24

30.432 2529.18

30.932 2941.77

31.432 3388.44

31.932 3869.62

32.432 4385.71

32.932 4937.08

33.432 5524.11

33.932 6147.14

34.432 6806.51

34.932 7502.54

35.432 8235.55

Con estos valores se construye el modelo y se corre obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 7. Resultado del modelo SOBEK (Caudal)

ESTACION Caudal Simulado (m3/s) Caudal Observado (m3/s)

PUERTO SALGAR 225.42 225.42

PUERTO BERRIO 832.50 832.50

SITIO NUEVO R-11 911.13 No hay datos

REGIDOR 1234.01 No hay datos

Tabla 8. Resultado del modelo SOBEK (Nivel)

ESTACION Nivel Simulado (msnm) Nivel Observado (msnm)

PUERTO SALGAR 166.33 166.94

PUERTO INMARCO 124.60 125.46

PUERTO BERRIO 107.18 106.48

BARRANCABERMEJA 71.81 70.79

PUERTO WILCHES 62.56 61.94

SAN PABLO 59.92 56.73

SITIO NUEVO R-11 47.34 No hay datos

BADILLO 43.91 No hay datos

EL CONTENTO 35.10 No hay datos

GAMARRA 33.00 34.26

LA GLORIA 31.53 No hay datos

REGIDOR 28.43

Se puede observar que a pesar de las diferencias presentadas, el modelo tiene una buena representación de los niveles observados, pues estos se mantienen dentro del orden de magnitud

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Ahora se dispone simular el efecto de los aportes de la represa de El Quimbo, únicamente cambiando los valores de entrada en Puerto Salgar, suponiendo que las demás condiciones hidrológicas permanecen constantes, como los aportes de los tributarios. Se definen 5 escenarios incrementando en 100, 200, 300, 400 y 750m3/s el caudal de entrada en Puerto Salgar, encontrando los siguientes resultados:

Tabla 9. Resultado del modelo SOBEK para los diferentes escenarios (Caudal)

Caudal Simulado (m3/s)

ESTACION Linea Base + 100 m3/s + 200 m3/s + 300 m3/s + 400 m3/s + 750 m3/s

PUERTO SALGAR 225.42 325.42 425.42 525.42 625.42 975.42

PUERTO BERRIO 832.50 932.51 1032.50 1132.23 1232.18 1582.51

SITIO NUEVO R-11 911.13 994.32 1114.13 1213.87 1313.65 1663.94

REGIDOR 1234.01 1332.42 1434.51 1532.00 1633.81 1980.65

Tabla 10. Resultado del modelo SOBEK para los diferentes escenarios (Nivel)

Nivel Simulado (msnm)

ESTACION Linea Base + 100 m3/s + 200 m3/s + 300 m3/s + 400 m3/s + 750 m3/s

PUERTO SALGAR 166.33 166.75 167.13 167.47 167.78 168.73

PUERTO INMARCO 124.60 124.83 125.03 125.20 125.36 125.83

PUERTO BERRIO 107.18 107.29 107.40 107.50 107.59 107.90

BARRANCABERMEJA 71.81 72.07 72.31 72.49 72.66 73.11

PUERTO WILCHES 62.56 62.75 62.82 63.07 63.19 63.60

SAN PABLO 59.92 60.00 60.08 60.14 60.21 60.44

SITIO NUEVO R-11 47.34 47.51 47.68 47.83 48.02 48.59

BADILLO 43.91 44.03 44.15 44.26 44.38 44.75

EL CONTENTO 35.10 35.33 35.62 35.90 36.16 37.18

GAMARRA 33.00 33.24 33.54 33.83 34.09 35.16

LA GLORIA 31.53 31.64 31.74 31.83 31.93 32.25

REGIDOR 28.47 28.65 28.83 29.00 29.16 29.69

Se analiza la diferencia de nivel que produce en cada una de los escenarios con respecto a la línea base, encontrando los siguientes resultados:

Tabla 11. Diferencias de niveles simulados de cada uno de los escenarios (m)

Diferencias de Nivel (m)

ESTACION Linea Base + 100 m3/s + 200 m3/s + 300 m3/s + 400 m3/s + 750 m3/s

PUERTO SALGAR 0.00 0.42 0.80 1.14 1.45 2.40

ESCENARIOS

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PUERTO INMARCO 0.00 0.23 0.43 0.60 0.76 1.23

PUERTO BERRIO 0.00 0.11 0.22 0.32 0.41 0.72

BARRANCABERMEJA 0.00 0.26 0.50 0.68 0.85 1.30

PUERTO WILCHES 0.00 0.19 0.26 0.51 0.63 1.04

SAN PABLO 0.00 0.08 0.16 0.22 0.29 0.52

SITIO NUEVO R-11 0.00 0.17 0.34 0.49 0.68 1.25

BADILLO 0.00 0.12 0.24 0.35 0.47 0.84

EL CONTENTO 0.00 0.23 0.52 0.80 1.06 2.08

GAMARRA 0.00 0.24 0.54 0.83 1.09 2.16

LA GLORIA 0.00 0.11 0.21 0.30 0.40 0.72

REGIDOR 0.00 0.18 0.36 0.53 0.69 1.22

Tabla 12. Diferencias de niveles simulados de cada uno de los escenarios (ft)

Diferencias de Nivel (ft)

ESTACION Linea Base + 100 m3/s + 200 m3/s + 300 m3/s + 400 m3/s + 750 m3/s

PUERTO SALGAR 0.00 1.38 2.62 3.74 4.76 7.87

PUERTO INMARCO 0.00 0.75 1.41 1.97 2.49 4.04

PUERTO BERRIO 0.00 0.36 0.72 1.05 1.35 2.36

BARRANCABERMEJA 0.00 0.85 1.64 2.23 2.79 4.27

PUERTO WILCHES 0.00 0.62 0.85 1.67 2.07 3.41

SAN PABLO 0.00 0.26 0.52 0.72 0.95 1.71

SITIO NUEVO R-11 0.00 0.56 1.12 1.61 2.23 4.10

BADILLO 0.00 0.39 0.79 1.15 1.54 2.76

EL CONTENTO 0.00 0.75 1.71 2.62 3.48 6.82

GAMARRA 0.00 0.79 1.77 2.72 3.58 7.09

LA GLORIA 0.00 0.36 0.69 0.98 1.31 2.36

REGIDOR 0.00 0.59 1.18 1.74 2.26 4.00