Índice de alteración de la carga sólida del Río Magdalena entre e

•

SIN SIGLA

Lusbin CABALLERO GONZALEZ

3/2/2024

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Ingeniería Civil

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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2017
Índice de alteración de la carga sólida del Río Magdalena entre el Índice de alteración de la carga sólida del Río Magdalena entre el
embalse de Betania y el Río Bogotá determinado en ArcGIS embalse de Betania y el Río Bogotá determinado en ArcGIS
Estefanía Bastidas González
Universidad de La Salle, Bogotá
Johan Sebastian Henao Matias
Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada
Bastidas González, E., & Henao Matias, J. S. (2017). Índice de alteración de la carga sólida del Río
Magdalena entre el embalse de Betania y el Río Bogotá determinado en ArcGIS. Retrieved from
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ÍNDICE DE ALTERACIÓN DE LA CARGA SÓLIDA DEL RÍO MAGDALENA
ENTRE EL EMBALSE DE BETANIA Y EL RÍO BOGOTÁ DETERMINADO EN
ArcGIS.

ESTEFANÍA BASTIDAS GONZÁLEZ
JOHAN SEBASTIAN HENAO MATIAS

UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C
2017

Índice de alteración de la carga sólida del río magdalena entre el embalse de Betania y el
río Bogotá determinado en ArcGIS.

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil.

Director temático
Msc ALEJANDRO FRANCO ROJAS

UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C
2017

Agradecimientos

Agradecemos a Dios por ser el principal participe de nuestras vidas.

Agradecemos a nuestro director y tutor de proyecto de grado Ingeniero Alejandro Franco
Rojas docente de la Universidad de la Salle, por el tiempo invertido, por su dedicación, su
apoyo, por sus conocimientos, paciencia y perseverancia, por ser un guía fundamental
durante el desarrollo del trabajo y de nuestras carreras.
A los ingenieros del plantel institucional de la Universidad de la Salle, que con sus
conocimientos forjaron dos nuevos profesionales íntegros, enseñándonos a amar la ingeniería
civil y fomentar grandes expectativas para nuestro desarrollo.
A nuestros padres, pues nos ofrecieron la oportunidad de tener una educación superior,
por enseñarnos a valorar cada esfuerzo y sacrificio para obtener un título, por sus enseñanzas
y conocimientos, los cuales están cargados de amor y bendiciones.
Agradecemos a nuestros amigos quienes, con su consistencia, buen humor, nos apoyaron
para lograr cumplir un sueño y una meta que nos une, por la paciencia y por ilustrarnos a lo
largo de la carrera.
A nuestras familias, quienes colaboraron en brindarnos opiniones y palabras de aliento
cuando más las necesitábamos, por confiar y demostrar con sonrisas que podíamos ser más
de lo que soñábamos y pensábamos, por insistir en que podíamos, y brindarnos aquel apoyo
y fortaleza para ser cada día mejores.

Gracias a Todos…

Dedicatoria

Inicialmente a Dios quien es el guía de mi camino y decisiones.
A mis padres Luis Antonio Bastidas y Martha González pues gracias a ellos pude cumplir
uno de mis sueños de ser profesional, por ser mi motor, mi impulso, mi fortaleza, por su
apoyo incondicional, por sus enseñanzas, amor, comprensión y sabiduría, por guiarme en
cada etapa de mi vida, a mi hermana Luisa Bastidas González por ser un ser de luz y de
alegría quien me motiva día a día a ser mejor, demostrándole que soy un ejemplo a seguir.
A mi compañero de tesis, quien es una persona importante para mi vida, con paciencia,
amor y dedicación me ayudo a construir y aprender lo valioso que son los sueños y lo
importante que es luchar para lograrlos al lado de las personas indicadas.
Dedico mi esfuerzo y perseverancia a personas maravillosas que confiaron en mis
capacidades y nunca perdieron la fé para lograr la meta de ser ingeniera civil.

Estefanía Bastidas González.

Dedicatoria.

Esta dedicatoria principalmente la dirijo a mis padres Jaiver Henao y Amparo Matias que fueron
el motor para haber realizado este gran sueño que tenía que es mi carrera profesional, por su
apoyo y paciencia en todo este proceso. Como segundo lugar mi familia y mis amigos que
estuvieron en momentos difíciles en este proyecto de vida y por tercero y no menos importante mi
compañera de tesis quien fue persona importante para la totalidad de mi carrera y de mi vida.
Muchas gracias a todos.

Johan Sebastián Henao Matías.

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 12
1. DEFINICION DEL PROBLEMA ............................................................................................ 14
1.1. Contexto. ........................................................................................................................... 14
1.2. Formulación del problema. ............................................................................................... 15
2. JUSTIFICACIÓN...................................................................................................................... 16
3. OBJETIVOS ............................................................................................................................. 17
3.1. Objetivo General. .............................................................................................................. 17
3.2. Objetivos Específicos. ....................................................................................................... 17
4. ESTRUCTURA ......................................................................................................................... 18
5. MARCOS DE REFERENCIA .................................................................................................. 20
5.1. Marco conceptual. ............................................................................................................. 20
5.2. Marco teórico. ................................................................................................................... 21
5.3. Marco legal. ....................................................................................................................... 34
5.4. Antecedentes. .................................................................................................................... 37
6. DESARROLLO DEL ESTUDIO Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS. ......................... 39
6.1. Desarrollo. ......................................................................................................................... 39
6.2. Fases. ................................................................................................................................. 39
6.2.1. Fase I – Definición del área de estudio. ....................................................................39
6.2.2. Fase II – Definir el caudal sólido y líquido del río Magdalena y sus afluentes. ........ 47
6.2.3. Fase III – Representación en ArcGIS. ....................................................................... 71
7. ANÁLISIS DE RESULTADO DEL ESTUDIO. .................................................................... 121
7.1. Análisis de Resultados. ................................................................................................... 121
7.2. Recomendaciones. ........................................................................................................... 128
7.3. Conclusiones. .................................................................................................................. 132
8. BIBLIOGRAFIA. .................................................................................................................... 136
9. ANEXOS. ................................................................................................................................ 137

CONTENIDO DE TABLAS.

Tabla 1.Ecuacion para obtener el caudal sólido en un cauce. .............................................. 26
Tabla 2.Ríos de interés (ríos tributarios) para el proyecto, con los datos de relevancia. ..... 40
Tabla 3.Datos de embalses existentes en el tramo de estudio. ............................................. 40
Tabla 4. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas ubicadas en el tramo de
estudio. .................................................................................................................................. 42
Tabla 5. Correlación para las estaciones El Casil, Pte Mulas y Guayabo. ........................... 45
Tabla 6. Correlación para las estaciones Guayabo y San Alfonso. ...................................... 45
Tabla 7. Correlación para las estaciones Anchique, San Agustín y Purificación 1. ............. 46
Tabla 8. Correlación para las estaciones San Agustín, Purificación 1, Pavo Real y
Cucunuba. ............................................................................................................................. 46
Tabla 9. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas descartadas y escogidas en el
tramo de estudio. Fuente: Propia. ......................................................................................... 49
Tabla 10. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas descartadas y escogidas en el
tramo de estudio. .................................................................................................................. 51
Tabla 11. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas con valores de sedimentos y
caudal líquido. ...................................................................................................................... 52
Tabla 12. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas con valores de sedimentos y
caudal líquido empleados para la elaboración de la curva de caudales. ............................... 55
Tabla 13. Afluentes y estaciones que hacen parte del tramo de estudio. ............................. 57
Tabla 14. Afluentes y estaciones que hacen parte del tramo de estudio con sus respectivas
áreas de aporte. ..................................................................................................................... 60
Tabla 15. Afluentes y estaciones que hacen parte de la gráfica área estación vs caudal
líquido. .................................................................................................................................. 61
Tabla 16.Datos de los valores de los caudales líquidos de las sub cuencas que hacen parte
del tramo de estudio. ............................................................................................................. 64
Tabla 17.Datos finales de los valores de los caudales líquidos de las sub cuencas y los
cauces de aporte que hacen parte del tramo de estudio. ....................................................... 65
Tabla 18. Valores de los caudales sólidos de las sub cuencas y los cauces de aporte que
hacen parte del tramo de estudio. ......................................................................................... 66
Tabla 19. Datos finales de los valores de los sedimentos de las sub cuencas y los cauces de
aporte que hacen parte del tramo de estudio......................................................................... 68
Tabla 20. Datos de valores ponderados del tramo de estudio. ............................................. 70
Tabla 21. Datos de errores que hacen parte del tramo de estudio. ....................................... 71
Tabla 22. Datos del primer escenario – sin construcción de embalses y los errores que
hacen parte del tramo de estudio. ......................................................................................... 73
Tabla 23. Caracteristicas del embalse de Betania................................................................. 74
Tabla 24.Caracteristicas del embalse Hidro Prado. .............................................................. 74
Tabla 25. Capacidad de retención según Brune para Betania e Hidro Prado. ...................... 76
Tabla 26. Datos del segundo escenario – con construcción de embalses existentes y los
errores que hacen parte del tramo de estudio. ...................................................................... 77
Tabla 27. Caracteristicas para la construcción de un proyecto hidráulico. .......................... 78
Tabla 28. Datos de área, altura y volumen de las alternativas de embalse para el río Bache.
.............................................................................................................................................. 80
Tabla 29. Datos de área, altura y volumen de las alternativas de embalse para el río Pata.. 81
Tabla 30.Datos de área, altura y volumen de las alternativas de embalse para el río Cabrera.
.............................................................................................................................................. 82
Tabla 31. Datos de área, altura y volumen de las alternativas de embalse para el río
Saldaña. ................................................................................................................................ 83
Tabla 32. Datos de caudal liquido del embalse. ................................................................... 84
Tabla 33. Capacidad de retención de embalses planteados. ................................................. 84
Tabla 34. Datos de estaciones el Quimbo proyectados. ....................................................... 86
Tabla 35. Datos de ponderación del incremento debido a Quimbo. ..................................... 87
Tabla 36. Escenarios propuestos para representación en ArcGIS. ....................................... 94
Tabla 37. Escenario I – Embalse Betania e Hidro-Prado. .................................................... 97
Tabla 38. Escenario II – Escenario Actual – Río Pata. ...................................................... 102
Tabla 39.Escenario III – Escenario Actual – Río Pata – Río Cabrera. ............................... 106
Tabla 40. Escenario IV – Escenario Actual – Río Pata – Río Cabrera – Río Bache. ......... 110
Tabla 41. Escenario V – Escenario Actual – Río Pata – Río Cabrera – Río Bache – Río
Saldaña. .............................................................................................................................. 114
Tabla 42.Escenario VI – Escenario Actual – Río Pata – Río Cabrera – Río Bache – Río
Saldaña – Embalsé El Quimbo. .......................................................................................... 118
Tabla 43. Análisis de los escenarios. .................................................................................. 127

CONTENIDO DE FIGURAS.
Figura 1. Estructura generaldel trabajo de grado. ................................................................ 18
Figura 2.Interface de ArcGIS. .............................................................................................. 22
Figura 3.Tipos de transporte de sedimentos (MazaInterface de ArcGIS). ........................... 23
Figura 4.Curva caudal liquido-caudal sólido. ....................................................................... 26
Figura 5.Balanza de Lane. Rosgen. ...................................................................................... 28
Figura 6.Cambios en el canal debidos a la construcción de una presa. ................................ 30
Figura 7.Cambios en la pendiente del canal en respuesta a la presa en el punto C. ............. 31
Figura 8.Curva de Eficiencia de Retención de G. M. Brune. ............................................... 32
Figura 9.Estaciones ubicadas en el área de estudio. ............................................................. 43
Figura 10. Estaciones seleccionadas para trabajar en el tramo de estudio. .......................... 53
Figura 11.Áreas de cuencas del tramo de estudio. ............................................................... 60
Figura 12. Trapecio truncado................................................................................................ 78
Figura 13.Áreas inundables de las alternativas propuestas sobre el río Bache. ................... 80
Figura 14.Áreas inundables de las alternativas propuestas sobre el río Pata. ...................... 81
Figura 15.Áreas inundables de las alternativas propuestas sobre el río Cabrera. ................. 82
Figura 16.Áreas inundables de las alternativas propuestas sobre el río Saldaña. ................. 83
Figura 17.Índice Parcial Hidrológico. .................................................................................. 89
Figura 18.Índice Parcial Hídrico. ......................................................................................... 89
Figura 19.Índice Parcial Hidráulico. .................................................................................... 90
Figura 20.Curva de duración de carga sólido. ...................................................................... 91
Figura 21.Indicadores de calidad de caudal sólido. .............................................................. 92
Figura 22. Indice Espacial de la Alteración Sólida. ............................................................. 93
Figura 23.Cuenca alta del rio Magdalena – Área de estudio. ............................................... 95
Figura 24.Escenario I - Betania e Hidro Prado. .................................................................... 99
Figura 25.Escenario II - Betania, HidroPrado y Pata. ........................................................ 103
Figura 26.Escenario III - Betania, Hidro Prado, Pata y Cabrera. ....................................... 107
Figura 27.Escenario VI - Betania, HidroPrado, Pata, Cabrera y Bache. ............................ 111
Figura 28.Escenario V - Betania, Hidro Prado, Pata, Cabrera, Bache y Saldaña. .............. 115
Figura 29.Escenario VI - Betania, HidroPrado, Pata, Cabrera, Bache, Saldaña y Quimbo.
............................................................................................................................................ 119

CONTENIDO DE ECUACIONES
Ecuación 1. Transporte de lecho total o Carga de material en fondo. .................................. 24
Ecuación 2. Carga total en suspensión. ................................................................................ 25
Ecuación 3. Carga total de sedimentos. ................................................................................ 25
Ecuación 4. Balance de masas. ............................................................................................. 32
Ecuación 5. Variación de balance de masas. ........................................................................ 33
Ecuación 6. Determinación de balance volumétrico. ........................................................... 33
Ecuación 7. Ecuación arrojada por la gráfica de Caudal Líquido vs Caudal Sólido. ........... 56
Ecuación 8.Ecuación arrojada por la gráfica de Área vs Caudal Líquido. ........................... 62
Ecuación 9. Rendimiento. ..................................................................................................... 62
Ecuación 10. Rendimiento aplicado para la determinación del caudal de una cuenca. ....... 63
Ecuación 11. Promedio ponderado de cada tramo. .............................................................. 68
Ecuación 12. Aplicación de la metodología de Brune.......................................................... 75
Ecuación 13. Trapecio Truncado. ......................................................................................... 79

CONTENIDO DE GRAFICAS.

Grafica 1.Curva de caudal líquido vs Caudal sólido ............................................................ 56
Grafica 2. Curva de área de estación vs caudal líquido ........................................................ 61

INTRODUCCIÓN

El principal aporte de este proyecto es la construcción y evaluación de un índice de
alteración de la carga sólida por retención de sedimentos en embalses, aplicado para el río
Magdalena en el tramo comprendido en el sitio de presa del embalse de Betania y la
confluencia con el río Bogotá. El índice diseñado permitió valorar el régimen de caudal
sólido del río Magdalena tanto para la condición actual, como para posibles escenarios
futuros consistentes en la combinación de embalses en las cuencas afluentes. Los resultados
obtenidos son representados espacialmente por medio de ArcGIS, lo que permitió delimitar
la zona con mayor impacto y establecer rangos críticos para aquellos afluentes en donde se
desee implementar obras hidráulicas con capacidad para retener sedimentos.
La alteración en la carga sólida está sustentada en la capacidad que tienen los
embalses en retener sedimentos, provocando un desbalance de masa en el río hacia aguas
abajo, derivando en procesos de socavación del lecho y de las márgenes del cauce, lo cual
repercute en la operación, estabilidad y durabilidad de estructuras fluviales como puentes,
protección ante inundaciones y puertos fluviales, entre otros.
La zona de estudio se encuentra en los departamentos de Huila y Tolima, desde el
embalse de Betania hasta la desembocadura del río Bogotá, en este tramo se utilizan los
registros de caudal líquido y sólido de estaciones limnimétricas y limnigráficas ubicadas en
el río Magdalena y afluentes, prestando especial atención a las afectaciones que se han
generado por la implementación de estructuras hidráulicas como lo son los embalses a lo
largo de estos años, considerando que en el tramo de estudio actualmente se cuenta con tres

embalses de importancia como lo son Betania, Prado y Zanja Honda, localizados sobre los
ríos Magdalena, Prado y Saldaña respectivamente.
Las herramientas utilizadas incluyen el balance de masas y la curva de eficiencia de
atrapamiento de Brune, estas aportan un mayor entendimiento sobre el transporte de
sedimentos que fluyen por un río y sobre los factores que hacen que el río altere su
condición de equilibrio e inicie procesos como la socavación para recuperar el caudal
solido necesario para su balance.

1. DEFINICION DEL PROBLEMA

1.1.Contexto.

La construcción de embalses constituye una intervención humana en la
dinámica de los ecosistemas fluviales con el propósito de satisfacer diferentes
necesidades de consumo de agua, producción de energía eléctrica, regulación de
caudales entre otras; sin embargo, este tipo de estructuras hidráulicas afectan
directamente el equilibrionatural y así mismo genera impactos ambientales
relacionados a aspectos climáticos e hidrológicos, forestales y sedimentológicos,
puesto a que los embalses además de garantizar la acumulación de grandes volúmenes
de agua también se les confiere la capacidad de atrapar hasta un 95% la carga de
fondo y en suspensión que transportan los ríos afluentes.
El río Magdalena es de importancia en la región andina ya que este es una de
las más grandes cuencas que se encuentran en el país, así mismo representa
importancia en las actividades económicas de la zona; por lo tanto, los cambios que
se presentan en su morfología pueden condicionar la sostenibilidad de dichas
actividades socioeconómicas, del medio natural e incluso de los asentamientos
rivereños.
El conocimiento de los cambios en el régimen de caudal, líquido y
sedimentológico, resulta transcendental para gestionar procesos de mitigación y de
intervención. Sin embargo, aún es incipiente el uso de las herramientas
tecnológicas, como es el caso de los sistemas de información geográfica –SIG, para

garantizar un estudio detallado de las implementaciones que traería el cambio de la
carga sólida en los afluentes y en el mismo cauce del río Magdalena.
Dichas afectaciones asociadas a los cambios efectuados por la construcción de
embalses a lo largo del río Magdalena generan un proceso de degradación del lecho
del río hacia aguas abajo, que comienza inmediatamente después del cierre de la
presa y se prolonga durante los años de operación, de manera que la carga sólida sea
variable hasta que esta estabiliza la superficie por las nuevas condiciones de carga y
pendiente creada en el lecho por la socavación que se presenta a lo largo del tramo
de análisis.

1.2.Formulación del problema.

¿De acuerdo con los cambios relacionados con la variación del balance de
masa en el río Magdalena ocasionados por la construcción de obras hidráulicas
como son los embalses, es posible determinar e ilustrar un índice de alteración de
carga sólida utilizando el software especializado ArcGIS 10.1?

2. JUSTIFICACIÓN

Se entiende que el río Magdalena es uno de los cauces más grandes e
importantes en la región Andina de Colombia, presentando gran transcendencia en
los ámbitos sociales y económicos de la región.
El fin de este proyecto de investigación es por medio de una representación en
un software especializado, construir un índice de alteración de carga sólida y así
mismo conocer los puntos críticos de alteración de la carga sólida en la cuenca alta
del río Magdalena, es por eso que, uno de los puntos de referencia es el embalse de
Betania, pues es, de los principales responsables del cambio en el balance solido del
cauce debido a la retención de sedimentos que se presenta en ese punto de la
cuenca, es por ello que la representación en ArcGIS permitirá detectar el posible
cambio en el caudal solido que se representara en la cuenca ante distintos escenarios
y con ello anticipar posibles procesos de degradación del lecho.

3. OBJETIVOS

Mediante el procesamiento y análisis de información secundaria se da
cumplimiento a los siguientes objetivos.
3.1.Objetivo General.

Determinar un índice de alteración de carga sólida del río Magdalena entre el
embalse de Betania y la desembocadura del río Bogotá teniendo en cuenta los datos
registrados en las estaciones limnimétricas y limnigráficas, así como la capacidad de
retención de sedimentos por embalses.
3.2.Objetivos Específicos.

• Definir el caudal sólido y líquido del río Magdalena y sus afluentes en el tramo
comprendido entre aguas abajo del embalse de Betania hasta la desembocadura
del río Bogotá, a partir de registros de estaciones limnimétricas y limnigráficas
del IDEAM.
• Realizar el balance de masas de caudal sólido (carga o concentración) y caudal
líquido de las estaciones seleccionadas tanto en el río Magdalena como en sus
afluentes.
• Determinar un índice de alteración de la carga sólida en el río Magdalena, que
permita valorar el impacto asociado a la construcción de un embalse con
capacidad para alterar la carga sólida del río.
• Representar en ArcGIS la carga solida del río Magdalena y sus afluentes,
involucrando los datos registrados en las estaciones limnimétricas y
limnigráficas, así como la capacidad de sedimentos retenidos por embalses.

4. ESTRUCTURA

El documento se estructura en tres partes como se detalla a continuación:

Figura 1. Estructura general del trabajo de grado.
Fuente: propia.

Primera parte – Marcos de referencia: En la primera parte se presenta la base
teórica y conceptual del diseño del programa que permite desarrollar los objetivos
propuestos y refiere las condiciones del contexto para su posterior aplicación a la
población seleccionada.
Conformada por:
• Marco teórico-conceptual.
• Marco legal.
• Antecedentes.
• Marco teórico - conceptual.
• Marco legal.
• Antecedentes.
Primera parte - Marcos de
referencia.
• Metodología.
• Desarrollo.
• Representación en ArcGIS.
Segunda parte - Desarrollo
del estudio y presentación
de resultados.
• Análisis de resultados.
• Conclusiones y recomendaciones.
Tercera parte - Análisis de
resultados del estudio.

Segunda parte – Desarrollo del estudio y presentación de resultados: Se
expone el paso a paso para el desarrollo de la construcción del índice de alteración
de carga sólida que permite aportar un punto de partida para el control y mitigación,
realizando una exploración a los puntos centrales del planteamiento de estudio y con
éste dar respuesta a los objetivos propuesto al inicio de este trabajo.
Está compuesta por:
• Metodología.
• Desarrollo.
• Representación en ArcGIS.
Tercera parte – Análisis de resultados del estudio: Se presenta el análisis de
los resultados y las conclusiones finales a las que se llega después de la puesta en
marcha del proyecto a través de los diferentes escenarios representados en ArcGIS.
Se indica si el diseño cumple los objetivos propuestos inicialmente y se dan algunas
recomendaciones para futuros trabajos en el ámbito ingenieril.
Conformada por:
• Presentación y análisis de resultados.
• Conclusiones y recomendaciones.

PRIMERA PARTE
5. MARCOS DE REFERENCIA

5.1. Marco conceptual.

Capacidad de transporte: Es la carga máxima de partículas sólidas que una
corriente puede transportar y está en función del caudal ya que cuanto mayor sea la
cantidad de agua que fluye en una corriente, mayor es la capacidad de la corriente para
arrastrar el sedimento (Edward J. Tarbuck, 2011).
Caudal Líquido: Volumen de líquido que pasa por una sección normal de una
corriente de agua en una unidad de tiempo (TECSUP).
Caudal Sólido: Se define como el volumen de sólidos por unidad de tiempo que
cruza una sección transversal del cauce y cuyo peso es soportado por las fuerzas que el
fluido ejerce sobre él. (Universidad del Cauca, 2005).
Embalse: a la acumulación de agua producida por la construcción de una presa
sobre el lecho de un río o arroyo, la cual cierra parcial o totalmente su cauce. Los
embalses se construyen para regular el caudal de un río o arroyo, almacenando el agua
de los períodos húmedos para utilizarlos durante los períodos más secos, la generación
de energía eléctrica, el abastecimiento de agua potable para la población (consumo
humano) y contener y atenuar los caudales extremos de las crecidas (función de
regulación de crecientes). (EPM. 2010).
Hidráulica Fluvial: Es la rama de la hidráulica que estudia las interacciones
entre flujos de agua y sedimentos (García & Maza, 1996).
Sedimentación: proceso mediante el cual se acumulan partículas de tierra o suelo
en el fondo de los cuerpos de agua por acción de la gravedad (Toro, 2005).
Sedimento: Los sedimentos son materiales fragmentadosque se forman
básicamente por la desintegración física y química de las rocas de la corteza terrestre, y
son transportados por una corriente de agua. (Universidad del Cauca, 2005)

Socavación: tendencia a la degradación que el lecho presenta a lo largo del
tiempo debido a causas externas, ya sean naturales o inducidas por el hombre, sin tener
en cuenta eventos extremos o crecientes (Universidad del Cauca, 2005).

5.2.Marco teórico.

El siguiente marco teórico abarcará los términos empleados a lo largo del
proyecto.
ArcGIS: ArcGIS es un completo sistema que permite recopilar, organizar,
administrar, analizar, compartir y distribuir información geográfica, así mismo, se
define esta como la plataforma líder mundial para crear y utilizar sistemas de
información geográfica (SIG), ArcGIS es utilizada por personas de todo el mundo
para poner el conocimiento geográfico al servicio de los sectores del gobierno, la
empresa, la ciencia, la educación y los medios. ArcGIS como software libre permite
publicar la información geográfica para que esté accesible para cualquier usuario.
El software ArcGIS será la plataforma principal para el desarrollo del estudio,
pues este representará cada uno de los datos recopilados, desarrollando cada uno de
los ítems especificados a lo largo del estudio.

Figura 2.Interface de ArcGIS.
Fuente: Servidor de ArcGIS.

Transporte de sedimentos: El transporte de sedimentos desde el punto de
vista de la hidráulica fluvial se puede clasificar en dos grandes grupos de acuerdo
con su origen: carga de arrastre y carga en suspensión; la principal diferencia entre
el uno y el otro es que la carga de arrastre depende de las características hidráulicas
del flujo y de las características físicas de los materiales, en tanto que la carga en
suspensión depende más de condiciones de la cuenca hidrográfica, como es la
cobertura vegetal, pendiente y geología. (Corporación Autonoma Regional del Valle
del Cauca, 2002).
Los diferentes tipos de transporte de sedimentos se pueden clasificar
dependiendo de su origen o su modo de transporte (arrastre o suspensión). El
transporte total de sedimentos de un río se encuentra en función del caudal líquido,
comprendiendo el arrastre de lecho y de lavado, tal como se muestra en la Figura 3.

Figura 3.Tipos de transporte de sedimentos (MazaInterface de ArcGIS).
Fuente: Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca, 2002.

El transporte total del lecho (Sb) comprende los procesos erosivos del fondo y
las bancas del cauce debido a la abrasión y capacidad de transporte del río, por otro
lado, el transporte de lavado (Sl) incluye los procesos erosivos en la cuenca del
cauce principal y sus tributarios a causa de la escorrentía y la remoción en masa o
deslizamientos de material sólido que se han concentrado en zonas inestables. En
este sentido el caudal líquido, así como la hidráulica del río influyen directamente
sobre el transporte de fondo, por lo que se puede considerar que a mayor velocidad
en el flujo mayor es el tamaño de material de lecho que es puesto en suspensión y
arrastrado (Corporación Autonoma Regional del Valle del Cauca, 2002).
Transporte de lecho total o carga de material de fondo (Sb): Los
sedimentos tienen origen en el lecho del cauce y pueden ser transportados como
carga de lecho en el fondo (Sbb), o como carga de lecho suspendida (Sbs). La carga
de lecho es generalmente granular de tipo piedras, gravas, y arenas. (Universidad
del Cauca, 2005).

Sb = Sbb + Sbs
Ecuación 1. Transporte de lecho total o Carga de material en fondo.
Fuente: (Universidad del Cauca, 2005).

Donde:
Sbb = carga de lecho en el fondo o carga de fondo.
Sbs = carga de lecho en suspensión o carga en suspensión.

Transporte de lecho en el fondo o carga de fondo (Sbb): Es el material del
lecho que es transportado en una capa próxima al fondo ya sea por deslizamiento,
rodamiento o saltación, y tiene un espesor aproximado igual a dos veces el diámetro
de la partícula considerada. La carga de lecho en el fondo varía entre el 5% y 25%
de la carga en suspensión, aunque puede representar porcentajes mayores en
materiales gruesos. (Universidad del Cauca, 2005).
Transporte de lecho en suspensión o carga en suspensión (Sbs): Es el
material del lecho que es transportado en suspensión por el flujo de agua. El líquido
levanta las partículas debido a su velocidad y turbulencia. Las partículas se
mantienen en suspensión hasta que caen nuevamente al cesar las condiciones de
velocidad y turbulencia.
Una muestra de agua tomada en ríos de cuencas muy bien conservadas que
aportan muy poca carga lavada es representativa de la carga de lecho en suspensión.
(Universidad del Cauca, 2005).
Transporte de sedimentos en suspensión o carga total en suspensión (Ss):
La carga de sedimentos en suspensión está formada por la combinación de carga de
lecho en suspensión y la carga lavada. (Universidad del Cauca, 2005).

Ss = Sbs + Sl
Ecuación 2. Carga total en suspensión.
Fuente: (Universidad del Cauca, 2005).

Transporte total de sedimentos o carga total de sedimentos (St): La carga
total de sedimentos está dada por las siguientes expresiones:
St = Sb + S
St = Sbb + Sbs + Sl
St = Sbb + Ss
Ecuación 3. Carga total de sedimentos.
Fuente: (Universidad del Cauca, 2005).

Transporte de sólidos: La medida del transporte de sólidos depende de los
caudales líquidos circulantes, razón por la cual resulta imprescindible la medida de
los caudales líquidos para poder obtener los caudales de sólidos. Si se quiere estimar
el transporte de manera continua, la medida de los sólidos debe realizarse con el
apoyo de una estación de aforos de caudales líquidos.
Con una estación de aforos líquidos es posible determinar los caudales
líquidos medios diarios y, consecuentes, los caudales medios mensuales y anuales.
Si se consigue establecer la correspondencia caudal sólido-caudal líquido, pueden
determinarse los correspondientes caudales sólidos medios diarios, mensuales y
anuales. Los caudales sólidos se expresan en g/seg, ton/mes, ton/año, obteniéndose
la degradación específica de la cuenca en kg/km2/año.
Curva de caudal líquido – caudal sólido: La concentración de sedimentos
de un río se mide directamente a partir de las muestras tomadas en campo. Las
cargas de sedimento o caudal sólido se obtienen multiplicando la concentración por

el caudal líquido del río, lo cual supone un aforo simultáneo para el caudal líquido y
la concentración.
Gs = CP * Q [t/dia]

Tabla 1.Ecuacion para obtener el caudal sólido en un cauce.
Fuente: Propia.

La curva de calibración de sedimentos en suspensión o la curva de caudal
liquido-caudal sólido es aquella que relaciona estos dos caudales, como se muestra
en la figura 4.

Figura 4.Curva caudal liquido-caudal sólido.
Fuente: (Rubio,2011).

La curva de calibración se utiliza para establecer aproximadamente la carga
media de sedimentos en t/día de un determinado río, conociendo el valor de caudal

medio (líquido) multianual. En general, se usa para establecer el caudal solido
correspondiente a cualquier caudal líquido conocido. (Rubio, 2011).
Equilibrio y Régimen en Cuerpos Fluviales - Balanza de Lane: Los ríos
tienen la capacidad de autorregularse frente a variaciones de factores externos y así
mantener una cierta estabilidad. Este régimen se produce mediante cambios en los
procesos morfológicos y dinámicos gobernados por variables independientes como
el caudal o los sedimentos. En este sentido, un cauce estable o en régimen es aquel
en el cual su estructura en planta y en perfil se mantienen o tienen una variación
poco significativa en el tiempo, a pesar de que a escala local se presenten procesos
de erosión y socavación.
Según Lane, la dinámica de unrío, en condiciones de flujo uniforme y
permanente, depende principalmente de cuatro variables: caudal líquido, cantidad
de material del lecho transportado (caudal sólido), tamaño del sedimento y la
pendiente del lecho, en general si estas variables se mantienen constantes se puede
considerar que el tramo del río está en equilibrio. En contraste, si alguna de estas
variables se modifica ya sea por alteraciones naturales o artificiales, las condiciones
iniciales cambian y el río buscará mediante la variación de los otros factores nuevas
condiciones para el equilibrio.
Lo anterior se puede representar gráficamente mediante la analogía de la
balanza de Lane Figura 5, en la cual el desplazamiento del medidor depende del
peso en exceso en alguno de los dos extremos en los que se encuentran el caudal
líquido y el caudal sólido o de un brazo en exceso en los cuales se representa la
pendiente y el tamaño del sedimento, dependiendo del comportamiento de estas

cuatro variables la balanza mostrará si se presentan condiciones de erosión o
sedimentación en el cauce para volver al equilibrio.

Figura 5.Balanza de Lane. Rosgen.
Fuente: Universidad del Cauca, 2005.

Una de las características de la balanza de Lane se puede definir a
continuación: En una cuenca con fuertes procesos erosivos y de remoción en masa,
se presenta aumento del caudal sólido (Qs), con lo cual la balanza de Lane se
inclinará hacia la izquierda y empezará un proceso de sedimentación. Para alcanzar
una nueva condición de equilibrio sin modificación del caudal líquido (Ql), el cauce
buscará aumentar la pendiente (i) mediante la reducción de su longitud (corte de
meandros, reducción del diámetro de curvatura y reducción de sinuosidad) con lo
cual aumenta la capacidad de transporte.
Al realizar el transvase de una cuenca hacia otra, aumenta el caudal líquido
(Ql) dando lugar a procesos erosivos en el cauce que se evidencia en una inclinación
de la balanza de Lane hacia la derecha. Para alcanzar una nueva condición de
equilibrio, el río puede iniciar el transporte de partículas de mayor diámetro

buscando aumentar el caudal sólido (Qs), lo cual puede progresar hasta alcanzar el
nivel de roca en el lecho.
En este mismo sentido, se dice que un río está en equilibrio cuando la
pendiente longitudinal, y en consecuencia su potencial energético, es suficiente para
transportar el material que se le suministra a través del sistema fluvial, sin embargo,
estas condiciones se dan únicamente en pequeños intervalos de tiempo, ya que no es
posible que un río este de manera permanente en equilibrio; para esto se hace
referencia a que un cauce se encuentra en régimen cuando no se presenta
sedimentación ni erosión en su cauce en un lapso de tiempo largo.
Degradación del cauce como respuesta del río a la construcción de una
presa: Una vez el flujo de una corriente es retenido por una presa y se conforma un
depósito de agua, la velocidad del flujo disminuye en tal magnitud que se ocasiona
la decantación o sedimentación de las partículas transportadas por el río, incluyendo
el material granular y semillas, entre otros, así que aguas arriba de la presa, en el
embalse, se presenta depositación, por tanto, el lecho se agradará como se aprecia
en la Figura 6. El agua que sale del embalse estará libre de sedimento, por lo cual se
presenta una reducción en Qs. Asumiendo que el caudal líquido sea el mismo (el
embalse retiene temporalmente el agua, pero hacia aguas abajo garantiza el flujo del
mismo volumen líquido, pero con alteraciones en su distribución temporal) y que el
diámetro medio permanece constante, entonces la pendiente S debe disminuir aguas
abajo para equilibrar la balanza, proceso conocido como degradación o incisión de
lecho.

Figura 6.Cambios en el canal debidos a la construcción de una presa.
Fuente: Universidad del Cauca, 2005.

En síntesis, la construcción de una presa ocasiona un desequilibrio
sedimentológico en los tramos aguas arriba donde se produce sedimentación y
aguas abajo de la misma donde hay una tendencia a la socavación.
La socavación que se produce aguas abajo está asociada con varios
fenómenos, principalmente a la profundización del lecho del río que en ocasiones
alcanza algunos kilómetros a lo largo del río, además puede generar una
disminución en la pendiente y en el acorazamiento del lecho del río producto del
arrastre de las partículas finas hasta el punto de dejar expuestas las partículas más
gruesas y el lecho rocoso.
Los cambios mencionados anteriormente se relacionan en la Figura 7, donde
se puede observar que hay una disminución en la pendiente y la profundidad del
lecho en donde la línea CA que representa la pendiente original del canal cambia a
C´A, esto ocurre como consecuencia de la remoción de material a causa de la
ausencia del aporte sólido del río.

Figura 7.Cambios en la pendiente del canal en respuesta a la presa en el punto C.
Fuente: Simons, Lagassee, & Richardson, 2001.

Al aumentar el caudal las partículas más gruesas que conformaban el lecho
acorazado empiezan a ser transportadas por la corriente, permitiendo el movimiento
de partículas finas que se encontraban debajo de dicho lecho, aumentando así el
caudal sólido hasta alcanzar nuevamente un equilibrio (Rocha,1998, p 43).
Criterio de G. M. Brune: Con referencia de 44 embalses normalmente
llenos, Brune construyó en 1953 unas curvas en las cuales relacionó el cociente
entre la capacidad total del embalse y la escorrentía media anual, respecto a la
eficiencia de retención del embalse, obteniendo los resultados que se muestran en la
Figura 8, donde se representan además dos curvas envolventes y una central de
diseño para embalses normalmente llenos, razón por la cual este criterio no se debe
aplicar a embalses semisecos, de retención de sedimentos, en estructuras de control
de avenidas.

Figura 8.Curva de Eficiencia de Retención de G. M. Brune.
Fuente: G. M. Brune.

Posteriormente, este criterio fue adaptado por diversos autores, como
Szechowycz y Qureshi los cuales sugieren que la curva envolvente superior se
utilice para sedimento compuesto de partículas gruesas o finas altamente floculadas
y la curva envolvente inferior para sedimento de granos finos o coloidal disperso, en
cambio la curva central se utilice para sedimentos medios (Anaya, 1982)
Balanza de Masa: Este concepto establece que, en un tiempo determinado,
para un sistema sin almacenamiento, la masa de las sustancias que entran debe ser
igual a la masa de las sustancias que salen de él.
Entradas = salidas
Ecuación 4. Balance de masas.
Fuente: Universidad del Cauca, 2005.

De forma que si el material se acumula dentro del sistema se determina que:

Variación = Entrada – Salidas
Ecuación 5. Variación de balance de masas.
Fuente: Universidad del Cauca, 2005.

Para este caso en necesario conocer los caudales líquidos y sólidos de entrada
aportados por los afluentes del río Magdalena y conocer los caudales de salida
aguas abajo de la desembocadura del río Bogotá para conocer su variación.
En términos generales un problema de balance de masas estará constituido por
una ecuación de balance volumétrico más una ecuación de balance másico para cada
una de las especies o parámetros de calidad que se requiera:
𝑑𝑉
𝑑𝑡
= ∑ 𝑄𝑒𝑛𝑡, 𝑖
𝑁
𝑖=1
− ∑ 𝑄𝑠𝑎𝑙, 𝑗
𝑀
𝑗=1

𝑑
𝑑𝑡
(𝑉 ∗ 𝐶𝑠𝑖𝑠, 1) = ∑ 𝑄𝑒𝑛𝑡, 𝑖 ∗ 𝐶𝑒𝑛𝑡, 𝑖, 1
𝑁
𝑖=1
− ∑ 𝑄𝑠𝑎𝑙, 𝑗
𝑀
𝑗=1
∗ 𝐶𝑠𝑎𝑙, 𝑗, 1 + ∑ 𝑉 ∗ 𝑟1
𝐿
𝑘=1

𝑑
𝑑𝑡
(𝑉 ∗ 𝐶𝑠𝑖𝑠, 2) = ∑ 𝑄𝑒𝑛𝑡, 𝑖 ∗ 𝐶𝑒𝑛𝑡, 𝑖, 2
𝑁
𝑖=1
− ∑ 𝑄𝑠𝑎𝑙, 𝑗
𝑀
𝑗=1
∗ 𝐶𝑠𝑎𝑙, 𝑗, 2 + ∑ 𝑉 ∗ 𝑟2
𝐿
𝑘=1

𝑑
𝑑𝑡
(𝑉 ∗ 𝐶𝑠𝑖𝑠, 3) = ∑ 𝑄𝑒𝑛𝑡, 𝑖 ∗ 𝐶𝑒𝑛𝑡, 𝑖, 3
𝑁
𝑖=1
− ∑ 𝑄𝑠𝑎𝑙, 𝑗
𝑀
𝑗=1
∗ 𝐶𝑠𝑎𝑙, 𝑗, 3 + ∑ 𝑉 ∗ 𝑟3
𝐿
𝑘=1Ecuación 6. Determinación de balance volumétrico.
Fuente: Universidad del Cauca, 2005.

Donde:
Caudal de entrada (Qent).
Caudal de salida (Qsal).
i y j variables que van desde i hasta j.
Velocidad (V).

5.3.Marco legal.

Artículo 8 (Constitución Política de Colombia): Artículo 8o. Es obligación
del Estado y de las personas proteger las riquezas culturales y naturales de la
nación.
Artículo 79 (Constitución Política de Colombia): Todas las personas tienen
derecho a gozar de un ambiente sano. La ley garantizará la participación de la
comunidad en las decisiones que puedan afectarlo. Es deber del Estado proteger la
diversidad e integridad del ambiente, conservar las áreas de especial importancia
ecológica y fomentar la educación para el logro de estos fines.
Articulo 80 (Constitución Política de Colombia): El Estado planificará el
manejo y aprovechamiento de los recursos naturales, para garantizar su desarrollo
sostenible, su conservación, restauración o sustitución. Además, deberá prevenir y
controlar los factores de deterioro ambiental, imponer las sanciones legales y exigir
la reparación de los daños causados. Así mismo, cooperará con otras naciones en la
protección de los ecosistemas situados en las zonas fronterizas.
Decreto 2811 de 1974: Por el cual se dicta el Código Nacional de Recursos
Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente. En el cual define que “el
ambiente es patrimonio común. El Estado y los particulares deben participar en su
preservación y manejo, que son de utilidad pública e interés social.”, en el cual en el
Artículo 3 dice “el presente Código regula: Las aguas en cualquiera de sus estados;
los recursos biológicos de las aguas y del suelo y el subsuelo del mar territorial y de
la zona económica de dominio continental e insular de la República”. El artículo 8

dice “Se consideran factores que deterioran el ambiente: La sedimentación en los
cursos y depósitos de agua; los cambios nocivos del lecho de las aguas”. El artículo
25 dice “En el presupuesto Nacional se incluirá anualmente una partida especial y
exclusivamente destinada a financiar los programas o proyectos de preservación
ambiental.”
Ley 99 de 1993. Se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se organiza el
Sistema Nacional Ambiental SINA. En el cual define que “En la utilización de los
recursos hídricos, el consumo humano tendrá prioridad sobre cualquier otro uso y
los estudios de impacto ambiental serán el instrumento básico para la toma de
decisiones respecto a la construcción de obras y actividades que afecten
significativamente el medio ambiente natural o artificial. El artículo 5 dice
“Corresponde al Ministerio del Medio Ambiente: Regular las condiciones generales
para el saneamiento del medio ambiente, y el uso, manejo, aprovechamiento,
conservación, restauración y recuperación de los recursos naturales, a fin de
impedir, reprimir, eliminar o mitigar el impacto de actividades contaminantes,
deteriorantes o destructivas del entorno o del patrimonio natural”. El artículo 33
dice “La administración del medio ambiente y los recursos naturales renovables
estará en todo el territorio nacional a cargo de Corporaciones Autónomas
Regionales: Corporación Autónoma Regional del Alto Magdalena, CAM: tendrá su
sede principal en la ciudad de Neiva; su jurisdicción comprenderá el Departamento
del Huila”.
Decreto 1729 de 200: Se reglamenta el Decreto 2811 de 1974 sobre cuencas
hidrográficas. En cual define que “El uso de los recursos naturales y demás

elementos ambientales de la cuenca, se realizará con sujeción a los principios
generales establecidos por el Decreto 2811 de 1974, Ley 99 de 1993. El artículo 4
dice “La ordenación de cuencas se hará teniendo en cuenta, entre otros, los
siguientes principios y directrices: Prevención y control de la degradación de la
cuenca, cuando existan desequilibrios físicos o químicos y ecológicos del medio
natural que pongan en peligro la integridad de la misma o cualquiera de sus
recursos, especialmente el hídrico”. En artículo 24 dice “Sanciones. La violación de
lo dispuesto en el plan de ordenación y manejo de la cuenca hidrográfica, acarreará
para los infractores, la imposición de las medidas preventivas y/o sancionatorias”.
Decreto 2041 de 2014: Se reglamenta la Ley 99 de 1993 sobre licencias
ambientales. En la cual define que “Consagró la obligatoriedad de la licencia
ambiental para la ejecución de obras, el establecimiento de industrias o el desarrollo
de cualquier actividad, que, de acuerdo con la ley y los reglamentos, pueda producir
deterioro grave a los recursos naturales renovables o al medio ambiente o introducir
modificaciones considerables o notorias al paisaje”. El artículo 8 dice “La
Autoridad Nacional de Licencias Ambientales -ANLA- otorgará o negará de manera
privativa la licencia ambiental para los siguientes proyectos, obras o actividades:
Ejecución de proyectos en la red fluvial nacional referidos a rectificación de cauces,
cierre de brazos, meandros y madreviejas; desviación de cauces en la red fluvial”.
El artículo 18 dice “Los interesados en los proyectos, obras o actividades que se
describen a continuación deberán solicitar pronunciamiento a la autoridad ambiental
competente sobre la necesidad de presentar el Diagnóstico Ambiental de
Alternativas (DAA): La construcción de presas, represas o embalses”.

Los anteriores decretos y leyes, cumplen un papel de muy bajo rango, en el
desarrollo del presente proyecto, por cuanto ninguno de estos supervisa, revisa y
controla los cambios que existe en el balance de carga sólida en los ríos y más
cando existe obras hidráulicas como lo son las presas que son las causantes de la
retención y desequilibrio del caudal solido del río.
5.4.Antecedentes.

El Impacto de la Deforestación en la Erosión de la Cuenca del Río Magdalena
– Juan D. Restrepo A. – Universidad EAFIT y Escuela de Ciencias – Medellín,
Colombia. En este informe se realiza una exhaustiva investigación sobre la cuenca
del río Magdalena, enfocándose en la pérdida de cobertura y el aumento de la carga
sólida, estos hechos pueden ser producto del cambio climático o la intervención
humana, ocasionando la aceleración de los procesos hidrogeológicos superficiales
en la cuenca como la denudación de los suelos, la generación de sedimentos, los
deslizamientos, las inundaciones y la colmatación de ríos.
Índices de Alteración Hidrológicas – Manual de Referencia Metodológica –
Carolina Martínez Santa, José Fernández Yuste – Universidad Politécnica de
Madrid. Desarrolla un índice para la evaluación de cambios hidrológicos en ríos;
por lo que explica en gran amplitud cómo realizar un índice de alteración teniendo
en cuenta el cambio que se realiza en una fuente hidrológica debido a la
intervención humana o cambio climático; cuantificando objetivamente, evaluando e
interpretando la alteración que induce el aprovechamiento de los recursos hídricos
del río sobre su régimen de caudales.

Evaluación del impacto de los embalses por retención de sedimentos sobre la
morfología del cauce del río Magdalena mediante el análisis de tramos
representativos en el comportamiento sedimentológico entre el embalse de Betania
y el municipio de regidor (Mesa, 2010). Documento de tesis analiza la retención de
sedimentos en la cuenca del río Magdalena en embalses existentes y proyectados en
el trayecto comprendido entre la central de Betania y el municipio de Regidor; el
estudio utiliza la curva de Brune y los registros históricos de caudales líquidos y
caudales sólidos que son transportados por el cauce del río Magdalena para
cuantificar la alteración de la carga sólida.
Impactos Ambientales Sobre Ríos y Ecosistemas Acuáticos por Construcción
de Embalses (Mesa, 2010). En el siguiente informe resalta los impactos
ambientalessobre el cauce del río Magdalena por la construcción de embalses que
realizan un desbalance en masa de caudales sólidos. Evalúa el impacto por retención
de sedimentos en los embalses ubicados en el tramo Embalse de Betania y
Municipio de Regidor, entre Urra y el golfo de Morrosquillo y entre la presa de
Porce II y el río Nechi.
Los antecedentes mencionados son de utilidad para el proyecto de construir el índice de
alteración de carga sólida por medio de la modelación en ArcGIS, debido a que cada
documento entrega información necesaria cómo el estudio de erosión del río Magdalena,
como se debe realizar el índice de alteración evaluando e interpretando cambios del río y
por último conociendo el impacto que produce la retención de sedimentos en embalses
ubicados en el cauce del río, su afectación en el ecosistema aguas abajo del río.

SEGUNDA PARTE
6. DESARROLLO DEL ESTUDIO Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS.

6.1.Desarrollo.

El presente proyecto incluye como etapas fundamentales un desarrollo y
presentación de resultados con el propósito de construir, determinar y representar un
índice de alteración, involucrando diferentes escenarios para observar las posibles
variaciones en el río.
6.2. Fases.

Se siguieron unas fases organizadas secuencialmente de acuerdo a la
importancia y al avance del estudio.
6.2.1. Fase I – Definición del área de estudio.

6.2.1.1.Definición del tramo de estudio.

Se definieron los ríos de interés para el proyecto, es decir, los ríos tributarios
que se encuentran entre aguas abajo del embalse de Betania y la desembocadura del
río Bogotá, teniendo como criterio principal la relevancia de estos en cuanto al
transporte de sedimentos como se puede ver en la tabla 2, en base a la información
obtenida por el artículo “Efectos naturales y antrópicos en la producción de
sedimentos de la cuenca del río Magdalena” (J.C. Restrepo, 2005).

Cuenca Área (Km2) Q líquido (m3/s)
Neiva 1068,40 36,11
Loro 77,66 7.52
Las Ceibas 526,13 5.83
Bache 1216,92 16,56
Villa – vieja 526,23 10,77
Aipe 699,10 15,15
Pata 545,27 10,93
Cabrera 2754,74 76,80
Anchique 278,04 19,26
Prado 1714,07 27,85
Chenche 278,87 10.83
Saldaña 10011,52
Luisa 773,86 16,30
Sumapaz 3064,21 55,96
Tabla 2.Ríos de interés (ríos tributarios) para el proyecto, con los datos de relevancia.
Fuente: Propia.

Se definieron los proyectos existentes de embalses en el tramo de estudio, de
los cuales se obtuvo información del transporte de sedimentos afluentes, caudal
líquido, volumen, área inundada, niveles de operación y el área de cuenca aportante,
como se muestra en la tabla 3.
Estructura
hidráulico embalse
Caudal
líquido (m3/s)
Volumen
líquido
(m3/año)
Volumen (m3) Fuente
Betania 463 14601168000 1971000000
INGETEC
S.A, 2011
HidroPrado 280 1019515102 1010000000
SIERRA,
2013
Tabla 3.Datos de embalses existentes en el tramo de estudio.
Fuente: Propia.

Se identificaron las estaciones limnimétricas y limnigráficas ubicadas en el
tramo aguas abajo de la presa de Betania hasta el río Bogotá, para esto se tuvo en
cuenta los datos registrados por las estaciones del IDEAM, resaltando que este fue el
único ente que presentaba estaciones medidoras de caudal ubicadas en el área de
estudio, teniendo en cuenta lo mencionado, se estableció que serían los datos de las
estaciones del IDEAM las que se emplearían para el presente estudio, en la tabla 4 se
muestran aquellas estaciones reconocidas ubicadas en la cuenca alta del río
Magdalena, y seguida a esto la figura 9 estas aportan los datos necesarios de caudal
líquido y sólido fundamentales para el desarrollo del proyecto.
No. de estación Nombre de estación Ubicación
2107703 Vichecito Río Magdalena – entre Quimbo y Betania
2108708 Venecia HDA Río Yaguara
2109712 La Esperanza Río Magdalena – después de Betania
2109708 El Manso Río Magdalena – después de Betania
2109701 El Juncal Río Magdalena – después de Betania
2110702 Pte Mulas Río Neiva
2110703 El Casil Río Neiva
2111708 Guayabo Rio Las Ceibas
2109707 Pte Santander
Río Magdalena – después del Río Neiva y
Las Ceibas
2112702 El Socorro Río Bache
2113703 Pte Carretera Río Aipe
2111709 Polonia
Río Magdalena – después del Río Bache y
Aipe
2111706 Río Magdalena – después del Río Pata
2114701 San Alfonso Río Cabrera
2113705 Angostura Río Magdalena – después del Río Cabrera
2113704 Anchique Río Anchique
2116702 Boquerón Río Prado
2113701 Purificación
Río Magdalena – después del Río
Anchique y Prado
2113702 Purificación 1 Río Chenche
2113708 San Agustín Río Chenche
2205709 Bocatoma Triangulo Río Saldaña – antes de Zanja Honda
2205707 Pte Colache Río Saldaña – después de Zanja Honda
2205701 Piedra Cobre
Río Saldaña – después de Zanja Honda y
Río Ortega
2207704 Corea Río Cucuana
2205703 Mira 5 Río Saldaña – después del Río Cucuana
2118702 Pavo Real Río Luisa
2118703 Cucunuba Río Luisa

No. de estación Nombre de estación Ubicación
2119715 El Limonar Río Sumapaz
2120796 Pte Portillo Río Bogotá
2118704 Girardot 1
Río Magdalena – después del Río Saldaña,
Luisa, Sumapaz y Bogotá
Tabla 4. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas ubicadas en el tramo de estudio.
Fuente: Propia.

Figura 9.Estaciones ubicadas en el área de estudio.
Fuente: propia.

6.2.1.2. Datos Faltantes de las estaciones ubicadas en el tramo de estudio.

Se analizó cada uno de los registros históricos de caudales medios, los valores
medios de sedimentos, y junto con ello, los valores totales mensuales de transporte
de sedimentos de las estaciones del IDEAM ubicadas en el tramo de estudio.
Como se especificó anteriormente, las estaciones que cuentan con datos de
caudales en la cuenca alta del río Magdalena son del IDEAM debido a que es el
único ente encargado que presenta estaciones Limnigráficas y Limnimétricas
distribuidas sobre el cauce del río y adicional a esto a los ríos tributarios que
conforman la zona de estudio.
Por otra parte, al identificar los datos registrados por las estaciones, se
entiende que estos presentan interferencias, es decir, contienen datos faltantes a lo
largo de los meses respecto a los 30 años de registros, estipulados para el estudio, es
por esta razón que se busca la manera de completar aquellos meses que no presentan
registros de caudal o sedimentos, a partir de esto, se identifica que para rellenar los
datos faltantes, es necesario contar con estaciones que se encuentren ubicadas cerca
a la estación o estaciones que presenten intermitencia en sus datos, esto se debe a
que la ubicación de estaciones cercanas permiten y garantiza que los valores de
registro pueden ser similares, contando con condiciones vegetales y
geomorfológicas, entre otras, que permitan la implementación de estas para obtener
mayor precisión respecto a los valores de caudales líquidos y sólidos que se
implementaran en el estudio.

Para llevar a cabo el proceso de completar datos, se realiza un proceso, en el
cual especifica la intervención de correlaciones entre estaciones cercanas, esto se
realizó con el fin de observar si existen datos similares los cuales puedan facilitar el
llenado de datos faltantes en las estaciones, el proceso se efectuó para aquellas
estaciones que se encuentren en el área de estudio y que presenten concordancia con
respecto a las características geomorfológicas presentes en las cuencas aledañas
(ANEXO A), en la tabla 5 se encuentran tres estaciones ubicadas en los ríos Neiva
(El Casil y Pte Mulas), y Las Ceibas (Guayabo).
Ríos Estaciones El Casil Pte Mulas Guayabo
Neiva El Casil 1
Neiva Pte Mulas 0.21 1
Las Ceibas Guayabo 0.36 0.49 1
Tabla 5. Correlación para las estaciones El Casil, Pte Mulas y Guayabo.
Fuente: propia.

El mismo proceso se realizópara las estaciones que se encuentran ubicadas
en los Ríos Luisa, Anchique, Aipe, y Chenche, en las tablas 6, 7, 8 se muestran las
correspondientes correlaciones de estaciones cercanas entre sí.
Ríos Estaciones Guayabo San Alfonso
Las Ceibas Guayabo 1
Cabrera San Alfonso 0.31 1
Tabla 6. Correlación para las estaciones Guayabo y San Alfonso.
Fuente: propia.

Ríos Estaciones Anchique San Agustín Purificación 1
Anchique Anchique 1
Chenche San Agustín 0.33 1
Chenche Purificación 1 0.28 0.50 1
Tabla 7. Correlación para las estaciones Anchique, San Agustín y Purificación 1.
Fuente: propia.

Río Estaciones San Agustín Purificación 1 Pavo Real Cucunuba
Chenche San Agustín 1
Chenche Purificación 1 0.50 1
Luisa Pavo Real 0.25 0.54 1
Luisa Cucunuba 0.30 0.59 0.75 1
Tabla 8. Correlación para las estaciones San Agustín, Purificación 1, Pavo Real y Cucunuba.
Fuente propia.

Se encontró que las correlaciones de datos entre estaciones cercanas no superan
el 80% de relación, por lo tanto, se estipula que a causa de no presentar correlaciones
que garanticen la efectividad y la similitud entre los registros de estaciones no es
posible implementar el proceso de completar datos faltantes de aquellas estaciones
que no presenten datos de caudal y sedimentos, de esta manera, se define que el
proyecto se ejecuta de tal manera, que son los datos registrados y existentes con los
cuales se trabajan respecto a la obtención de cálculos, y graficas que desarrollan el
estudio.

6.2.2. Fase II – Definir el caudal sólido y líquido del río Magdalena y sus
afluentes.

6.2.2.1. Análisis de registros de caudales.

Se analizó cada uno de los registros históricos de caudales medios mensuales
de sedimentos, y junto con ello los valores totales mensuales de transporte de las
estaciones encontradas en el tramo de estudio dadas por el IDEAM.
Teniendo cada uno de los datos se realizó la clasificación de estas con el fin
de descartar aquellas que no registraran los parámetros necesarios o que no contara
con registros suficientes para tener un análisis completo de caudal sólido y líquido.
Con los registros de cada estación y la cantidad de años desde que entra en
funcionamiento y/o entra en suspensión, se determinó un porcentaje de datos
faltantes para cada estación, con el fin de clasificar a aquellas que tengan un valor
superior al 20% y con ello descartarlas, pues los datos que se registran no aportaran
una información confiable al estudio y análisis del proyecto.
Cabe resaltar que se manejó un periodo de tiempo específico de 30 años para
obtener así un balance general entre estaciones, es decir, se toma desde el año 1985
hasta el 2015. Esto se implementa debido a que la totalidad de datos de registro de
caudal sólido y líquido se encuentran en este intervalo de tiempo, lo que indica que
se tendrán datos con relevancia para optar por las estaciones que no presenten un
porcentaje alto de datos faltantes. En la tabla 9 se muestra los valores de medios
mensuales de caudales (caudal líquido) en donde se presentarán las estaciones
descartadas y seleccionadas acorde a los valores de datos faltantes.

VALORES MEDIOS MENSULAES DE CAUDALES (m3/seg)
Ubicación Estación Nombre
% Datos
Faltantes
Estado Observación
Quimbo 2107703 Vichecito 3.03 --
Se descarta ya que esta
se encuentra fuera del
área de estudio.
Río Yaguara 2108708
Venecia
HDA
4.03 X
Río Magdalena-
Betania a Río
Neiva
2109712
Esperanza
La
1.14 X
Río Neiva 2110702 Pte Mulas 6.67 X
Río Neiva 2110703 Casil El 4.60 X
Río Las Ceibas 2111708 Guayabo 4.32 X
Río Bache 2112702 Socorro El 6.03 X
Río Aipe 2113703 Pte Carretera 3.61 X
Río Magdalena-
después del Río
Aipe
2111709 Polonia 8.33 --
Cuenta con pocos
registros, presentan
inconsistencia en
registros
Río Cabrera 2114701 San Alfonso 3.50 X
Río Magdalena-
después del Río
cabrera
2113705 Angostura 2.69 X
Río Anchique 2113704 Anchique 6.94 X
Río Prado 2116702 Boquerón 0.98 X
Río Magdalena-
después del Río
prado
2113701 Purificación 0.00 X
Río Chenche 2113708 San Agustín 4.17 X
Río Chenche 2113702
Purificación
1
6.72 X
Antes de Zanja
Honda
2205709
Bocatoma
Triangulo
10.50 X
después de
Zanja Honda
2205707 Pte Colache 0.81 X
Río Saldaña-
después de
Zanja Honda
2205701 Pied. Cobre 4.03 X
Río Cucuana 2207704 Corea 13.10 --
Presenta intermitencia
en los registros.
Río Saldaña 2205703 Mira 5 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Luisa 2118702 Pavo Real 0.81 X
Río Luisa 2118703 Cucunuba 5.11 X
Río Sumapaz 2119715 Limonar El 6.67 X
Río Bogotá 2120796 Pte Portillo 6.90 X
Río Magdalena-
Después del
Río Bogotá
2118704 Girardot 1 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%

Río Magdalena-
Después Río
Neiva
2109701 Juncal El 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Magdalena-
Después Río
Ceibas
2109707
Pte
Santander
1.07 X
NOTA: (X) Representa la estación limnigráfica o limnimétrica que fue seleccionada para el estudio.
(--) Representa la estación limnigráfica o limnimétrica que fue descartada para el estudio.

Tabla 9. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas descartadas y escogidas en el tramo de estudio.
Fuente: Propia.

En la tabla anterior se muestran aquellos valores en donde se presentan las
condiciones escogida (valores inferiores al 20%), y descartada (valores superiores al
20% ) lo que indica cuales se implementan y cuales no para permitir mayor precisión
en el estudio, para el caso de la estación Corea ubicada en el río Cucuana se obtuvo
un porcentaje faltante del 13,1% evidenciando que debe ser una estación con
condición de ESCOGIDA, sin embargo, esta presenta una condición
DESCARTADA, esto se debe a que la estación o estaciones no presentan registros
necesarios que permitan realizar un análisis correcto, es decir, cuentan con muy pocos
datos anuales y esto se debe a que la estación entro en receso y su funcionamiento no
fue continuo como se deseaba.
Según los datos obtenidos de porcentaje de faltantes, 22 estaciones cuentan con
los valores de datos necesarios para dar así relevancia al estudio para el cálculo de
caudal sólido.
Consecuentemente, la tabla 10 muestra los valores medios mensuales de
sedimentos (caudal sólido) en donde se muestran las estaciones descartadas y
seleccionadas acorde a los valores de datos faltantes.

VALORES MEDIOS MENSUALES DE SEDIMENTOS (Kg/m3)
Ubicación Estación Nombre
% Datos
Faltantes
Estado Observación
Quimbo 21077030 Vichecito 29.4 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Yaguara 2108708
Venecia
HDA
11,49 X
Río Magdalena-
Betania a Río
Neiva
2109712
Esperanza
La
100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Neiva 2110702 Pte Mulas 13.14 X
Río Neiva 2110703 Casil El 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Las Ceibas 2111708 Guayabo 8.06 X
Río Bache 2112702 Socorro El 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Aipe 2113703
Pte
Carretera
100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Magdalena-
después del Río
Aipe
2111709 Polonia 38.89 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Cabrera 2114701
San
Alfonso
8.60 X
Río Magdalena-
después del Río
cabrera
2113705 Angostura 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Anchique 2113704 Anchique 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Prado 2116702 Boquerón 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Magdalena-
después del Río
prado
2113701 Purificación 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Chenche 2113708
San
Agustin
100.00 --
Supera el porcentaje
establecidodel 20%
Río Chenche 2113702
Purificación
1
100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Antes de Zanja
Honda
2205709
Bocatoma
Triangulo
8.33 X
después de Zanja
Honda
2205707 Pte Colache 50.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Saldaña-
después de Zanja
Honda
2205701 Pied. Cobre 7.53 X
Río Cucuana 2207704 Corea 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Saldaña 2205703 Mira 5 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Luisa 2118702 Pavo Real 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Luisa 2118703 Cucunuba 12.32 X
Río Sumapaz 2119715 Limonar El 16.63 X
Río Bogotá 2120796 Pte Portillo 13.99 X

VALORES MEDIOS MENSUALES DE SEDIMENTOS (Kg/m3)
Ubicación Estación Nombre
% Datos
Faltantes
Estado Observación
Río Magdalena-
después del Río
Bogotá
2118704 Girardot 1 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Magdalena-
después Río
Neiva
2109701 Juncal El 100.00 --
Supera el porcentaje
establecido del 20%
Río Magdalena-
después Río
Ceibas
2109707
Pte
Santander
16.67 X
NOTA: (X) Representa la estación limnigráfica o limnimétrica que fue seleccionada para el estudio.
(--) Representa la estación limnigráfica o limnimétrica que fue descartada para el estudio.

Tabla 10. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas descartadas y escogidas en el tramo de estudio.
Fuente: Propia.

En la tabla anterior se muestran valores inferiores al 20% presentan una
condición favorable para trabajar con dichas estaciones, con los datos obtenidos de
porcentajes faltantes indican que son 10 las estaciones que se utilizaron pues
cuentan con los valores de datos necesarios para dar así relevancia al estudio para el
cálculo de caudal sólido.
6.2.2.2. Calculo de caudales líquidos y sólidos.

Se calculan los caudales sólidos de acuerdo a un promedio ponderado
realizado para las estaciones seleccionadas con los 30 años de registro ubicadas en
el río Magdalena y sus afluentes a partir de los registros de aquellas estaciones que
tienen tanto caudales líquidos como sólidos y que cumplían con los requisitos
evaluados anteriormente, obteniendo para cada caso la concentración respectiva
(kg/m3). Con los resultados se construyó una curva de caudal líquido vs caudal
sólido, que posteriormente se utiliza para estimar el caudal sólido que transporta
cada sub cuenca que no cuente con registros (ver tabla 11 y figura 10).

Ubicación Estación Nombre Sedimentos
(Kg/m3)
Caudal
(m3/s)
Río Yaguara 2108708 Venecia
Hda
0.49 17.88
Río Neiva 2110702 Pte Mulas 0.30 14.21
Río Las Ceibas 2111708 Guayabo 0.30 4.82
Río Cabrera 2114701 San Alfonso 0.35 75.78
Antes de Zanja
Honda
2205709 Bocatoma
Triangulo
0.27 253.15
Río Saldaña-
Después de Zanja
Honda
2205701 Pied. Cobre 0.66 331.82
Río Luisa 2118703 Cucunuba 0.28 7.70
Río Sumapaz 2119715 Limonar El 0.11 46.97
Tabla 11. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas con valores de sedimentos y caudal líquido.
Fuente: Propia.

Figura 10. Estaciones seleccionadas para trabajar en el tramo de estudio.
Fuente: propia.

Seguidamente, se analizó la consistencia de los registros, descartando aquellas
estaciones cuya relación caudal líquido vs caudal sólido no guarda relación con el

resto de la cuenca, es decir, el número de estaciones se reduce a ocho puesto a que
los valores de sedimentos y caudal líquido registrado en la estación Pte Portillo
ubicada en el río Bogotá generaban incertidumbre respecto a la carga sólida en ese
punto, pues la carga hidrológica sobre este río es relativamente baja y los registros
apuntaban a valores altos respecto a trasporte de sedimentos, de la misma manera la
estación Pte Santander no se toma en cuenta debido a que los valores generaban
incertidumbre con respecto a las condiciones en ese punto, de esta manera se
permitió descartar aquellos valores atípicos que afectaran considerablemente el
comportamiento de la gráfica.
Las estaciones que no se tendrán en cuenta son: la estación VENECIA HDA
que se encuentra en el río Yaguara pues esta se ubicada antes del tramo de estudio,
es decir, se encuentra ubicada antes del embalse de Betania, localizándose por fuera
del área de estudio; la estación BOCATOMA TRIANGULO que se encuentra antes
del embalse de Zanja Honda, debido a que el valor registrado de sedimentos resulta
ser atípico respecto al valor de caudal líquido que se transporta en ese afluente. Por
otra parte, la ubicación que presenta no cuenta con la suficiente confiabilidad; por
último la estación EL LIMONAR que se encuentra en el río Sumapaz, cuyos valores
de sedimentos frente al caudal líquido no presentan coherencia, pues de acuerdo con
la geología es de esperar tener valores de sedimentos más altos que los registrados
por la estación, debido al predomino de “conglomerados intercalados con arenitas
de grano medio a grueso y lodolitas carbonosas (Rocas sedimentarias); k1k6-Stm,
shales, calizas y cuarzoarenitas, facies (Rocas sedimentarias); Q-g, depósitos
glaciares; e6e9-Sc, Intercalaciones de capas rojas de conglomerados arenitas líticas

conglomeraticas y arcillolitas (Rocas sedimentarias); e8n3-Sc,arcillolitas
abigarradas y cuarzoarenitas de grano fino aconglomeraticas (Rocas sedimentarias);
K6E1-Stm, Arcillolitas rojizas con intercalaciones de cuarzoarenitas de grano fino,
mantos de carbón a la base (Rocas Sedimentarias); n4n6-Sc, arenitas líticas con
intercalaciones de arcillolitas de color gris verdoso y conglomerados (Rocas
sedimentarias); Q-t, terrazas aluviales (Rocas sedimentarias) y Q2-Vc, flujos
vulcanoclasticos por piroclasos y epiclastos de composición andesitica y dacitica
(Rocas Ígneas)”. (Colombiano, 2015).
Descartando aquellas estaciones consideradas atípicas, se dispone de cinco
estaciones mostradas en la tabla 12, y con ello en la gráfica 1 se evidencia la manera
en como la curva queda constituida con una correlación de 0.98.
Tabla 12. Datos de estaciones Limnimétricas y Limnigráficas con valores de sedimentos y caudal
líquido empleados para la elaboración de la curva de caudales.
Fuente: Propia.

Ubicación Estación Nombre Sedimentos
(Kg/m3)
Caudal
(m3/s)
Río Neiva 2110702 Pte Mulas 0.30 14.21
Río Las Ceibas 2111708 Guayabo 0.29 4.82
Río Cabrera 2114701 San
Alfonso
0.32 75.78
Río Saldaña-
Después de
Zanja Honda
2205701 Pied.
Cobre
0.58 331.82
Río Luisa 2118703 Cucunuba 0.28 7.70

Gráfica 1.Curva de caudal líquido vs Caudal sólido
Fuente: Propia.

𝑦 = 0,2823𝑒0,0021𝑥
Ecuación 7. Ecuación arrojada por la gráfica de Caudal Líquido vs Caudal Sólido.
Fuente: Propia.

La elaboración de la curva indica que la tendencia más apropiada es
exponencial pues los valores obtenidos presentan un comportamiento casi perfecto
frente a la ubicación que presenta cada una de estas estaciones, esta curva juega un
papel importante frente a la determinación de caudal sólido pues conociendo el
caudal líquido de cada una de las sub cuencas que conforman la cuenca alta del río
Magdalena, se pueden estimar los sedimentos de cada una de estas, a igual como se
muestra en la figura 4 el comportamiento de esta debe ser e orden exponencial lo
que verifica y precisa los valores de las estaciones.
Para determinar el caudal sólido de cada una de las sub cuencas, es preciso
conocer previamente el caudal líquido. Con este propósito se construyó una nueva
curva que relaciona el área y el caudal registrado en las estaciones.

Para determinar las áreas de las sub cuencas se involucra el software ArcGIS
pues este permitió delimitar las cuencas de los principales afluentes en términos de
transporte sólido y de área aportante. En la tabla 13 se encuentran los afluentes
seleccionados.