Evaluación del impacto ambiental sobre la morfología del cauce de

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Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle 
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería 
1-1-2016 
Evaluación del impacto ambiental sobre la morfología del cauce Evaluación del impacto ambiental sobre la morfología del cauce 
del Río Porce, por retención de sedimentos en los embalses del Río Porce, por retención de sedimentos en los embalses 
Porce II y Porce III, en el tramo comprendido entre el sitio de Porce II y Porce III, en el tramo comprendido entre el sitio de 
presa y el Río Nechí presa y el Río Nechí 
Daniela María Acosta Díaz 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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Citación recomendada Citación recomendada 
Acosta Díaz, D. M. (2016). Evaluación del impacto ambiental sobre la morfología del cauce del Río Porce, 
por retención de sedimentos en los embalses Porce II y Porce III, en el tramo comprendido entre el sitio 
de presa y el Río Nechí. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/405 
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EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL SOBRE LA 
MORFOLOGÍA DEL CAUCE DEL RÍO PORCE, POR RETENCIÓN 
DE SEDIMENTOS EN LOS EMBALSES PORCE II Y PORCE III, EN 
EL TRAMO COMPRENDIDO ENTRE EL SITIO DE PRESA Y EL 
RÍO NECHI. 
 
 
 
 
 
 
 
 
DANIELA MARÍA ACOSTA DÍAZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA 
BOGOTÁ D.C. 
2016 
 
 
 
 
 
 
Evaluación del impacto ambiental sobre la morfología del cauce del Río Porce, por 
retención de sedimentos en los embalses Porce II y Porce III, en el tramo comprendido 
entre el sitio de presa y el Río Nechí. 
 
 
 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero 
Ambiental y Sanitaria 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Director 
ALEJANDRO FRANCO ROJAS 
Ingeniero Civil Msc. Recursos Hídricos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA 
BOGOTÁ D.C. 
2016 
 
 
 
 
 
 
 
Nota de aceptación 
___________________________ 
___________________________ 
___________________________ 
___________________________ 
___________________________ 
___________________________ 
 
 
 
___________________________ 
DIRECTOR 
Alejandro Franco Rojas 
 
 
___________________________ 
JURADO 
Camilo Vargas Terranova 
 
 
 
___________________________ 
JURADO 
Julián David Puerto 
 
 
 
 
 
 
 
Fecha: Marzo 04 de 2015 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
 
Agradezco a Dios primeramente, por todo su infinito e incomparable amor, a mis padres por 
todo el esfuerzo, dedicación, compresión, consejos y su incondicional amor. A mi Director 
de trabajo de tesis, por su gran amabilidad, esfuerzo y dedicación. 
 
Estoy agradecida con Dios y con la vida por tener personas tan especiales que contribuyeron 
en gran medida para cumplir este gran sueño.
 
 
 
 
Dedicatoria 
 
 
 
 
 
 Dedico este sueño a Dios en primer lugar, sé que sin él nada hubiera sido igual. A 
mis padres Daniel Acosta y María Constanza Díaz, pero especialmente a mi mamá; ella 
vivió todas mis alegrías, angustias, trasnochadas y esfuerzos más que yo, siempre 
esperando lo mejor en Dios de cada situación. Mi familia fue un gran motor, siempre 
fueron mi apoyo, y guía en mi camino, soy gracias a ellos lo que soy y seré en el futuro. 
 Soy eternamente agradecida por estar rodeada de tanto amor, a mi hermana Saris, 
mi amiga de por vida, gracias por soportarme todos estos 18 años, espero que cada vez 
seamos más unidas y que haya otros 80 años más de experiencias juntas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Daniela María Acosta Díaz.
 
 
 8 
 
TABLA DE CONTENIDO 
RESUMEN ......................................................................................................................... 15 
ABSTRACT ....................................................................................................................... 19 
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 22 
1. OBJETIVOS. ................................................................................................... 24 
1.2 Objetivo General .......................................................................................... 24 
1.3 Objetivos Específicos ................................................................................... 24 
1.4 Formulación del Problema ........................................................................... 25 
2.GLOSARIO ..................................................................................................................... 26 
3.MARCO DE REFERENCIA ........................................................................................... 30 
3.1 Marco Teórico .............................................................................................. 30 
3.1.1 Transporte de sedimentos ............................................................................ 30 
3.1.2 Transporte de Sedimentos por Escorrentía Superficial: .............................. 31 
3.1.3 Transporte de Sedimentos en Cauces Naturales .......................................... 31 
3.1.4 Distribución del Transporte de Sedimentos................................................. 32 
3.1.5 Equilibrio de fondo en Presencia de Transporte .......................................... 34 
3.1.6 Morfología de los Depósitos en un Embalse ............................................... 36 
3.1.7 Criterio de Brune, retencion teoórica de sedimentos en un embalse. .......... 38 
3.1.8 Variaciones Geomorfológicas Aguas Abajo de la Presa ............................. 39 
4. DELIMITACIÓN ........................................................................................................... 41 
4.1Selección de Afluentes .................................................................................. 41 
4.2 Definición de Sectores de Estudio ............................................................... 42 
5. METODOLOGÍA ........................................................................................................... 44 
5.1 Fase 1: Reconocimiento Del Área De Estudio ............................................. 44 
5.2 Fase 2: Obtención de la Información ........................................................... 44 
5.3 Fase 3: Análisis de la Información. .............................................................. 46 
5.4 Fase 4: Conclusión ....................................................................................... 56 
6. ANTECEDENTES ......................................................................................................... 63 
7. MARCO LEGAL............................................................................................................ 66 
 
 
 9 
 
8.ANÁLISIS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Y CAUDALES LÍQUIDOS ....... 70 
8.1 Análisis y Resultados ...................................................................................70 
8.2 Retención De Sedimentos En Los Embalses Porce II Y Porce III ............... 71 
9. HIDROMORFOLOGIA DEL TRAMO DE ESTUDIO DEL RIO PORCE. ................. 94 
9.1 Resultados Morfométricos ........................................................................... 94 
9.2 Análisis Morfométrico ................................................................................ 95 
10. EVALUACION DE LOS IMPACTOS AMBIENTALES ASOCIADOS A LOS 
CAMBIOS MORFOLOGICOS DEL RÍO PORCE Y NECHÍ ........................................ 107 
10.1 Identificación de Impactos Ambientales Asociados al Cambio 
Morfológico 107 
10.2 Evaluación de Impactos Ambientales ...................................................... 115 
11. GUÍA METODOLÓGICA PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL POR 
RETENCIÓN DE SEDIMENTOS EN EMBALSES ....................................................... 121 
11.1 Descripción General ................................................................................. 121 
11.2 Contenido Temático ................................................................................. 122 
11.2.1Caracterización General del Proyecto y de la Zona de Estudio ............... 124 
11.2.2Identificación de Cambio de Caudal Sólido en el Cauce del Río ............. 124 
11.2.3Evaluación de la Dinámica y Morfología Fluvial Aguas Abajo del Sitio de 
Presa 125 
11.3Ejemplos Gráficos ..................................................................................... 127 
11.3.1Anexos de la Guía .................................................................................... 127 
12. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 142 
13. RECOMENDACIONES............................................................................................. 145 
14.REFERENCIAS .......................................................................................................... 147 
15. ANEXOS .................................................................................................................... 151 
 
 
 
 10 
 
LISTA DE TABLAS 
 
Tabla 1 Caso hipotético de Retención de Sedimentos Anual .............................................48 
Tabla 2 Probabilidad de Ocurrencia del Impacto. ............................................................59 
Tabla 3 Magnitud Relativa del Impacto .............................................................................59 
Tabla 4 Nivel de Vulnerabilidad del Impacto .....................................................................60 
Tabla 5 Duración del Impacto. ...........................................................................................60 
Tabla 6 Calificación de Importancia ..................................................................................60 
Tabla 7 Calificación de Importancia del Impacto Ambiental ............................................61 
Tabla 8 Marco legal del proyecto ......................................................................................66 
Tabla 9 Información de las estaciones empleadas en el estudio ........................................70 
Tabla 10 Concentración anual de sedimentos en afluentes a Porce II ..............................71 
Tabla 11 Concentración de sólidos suspendidos en la estación descarga Porce II ..........73 
Tabla 12 Resultados de retención anual de sedimentos por el embalse Porce II ..............74 
Tabla 13 Retención global de concentración de solidos suspendidos desde el año 2005-
2012. ...................................................................................................................................75 
Tabla 14 Concentración de sólidos en suspensión en la estación entrada Porce III ...........79 
Tabla 15 Cálculo de retención teórica de sedimentos por el método de Brune. ................81 
Tabla 16 Datos de estación Esperanza. .............................................................................82 
Tabla 17 Distancias entre sitios de estaciones ...................................................................86 
Tabla 18 Concentración de sólidos suspendidos en el río Porce en distintos sitios de interés.
 ............................................................................................................................................87 
Tabla 19 Tasa de recuperación anual de sedimentos del río Porce ..................................89 
 
 
 11 
 
Tabla 20 Resultados de sinuosidad y % de variación entre los años 1983 y 2013. ...........94 
Tabla 21 Ancho de Divagación y porcentaje de variación del año 1983 y 2013. ..............95 
Tabla 22 Clasificación de fallas .......................................................................................108 
Tabla 23 Distribución de los focos de erosión por coberturas vegetales en el área de 
influencia directa del embalse Porce II ............................................................................109 
Tabla 24 Distribución de los focos de erosión por municipio y vereda en el área de 
influencia directa del embalse Porce II. ...........................................................................109 
Tabla 25 Evaluación del impacto ambiental del indicador del régimen sedimentológico.
 ..........................................................................................................................................116 
Tabla 26 Evaluación del impacto ambiental del indicador de alteración morfológica ...117 
Tabla 27 Evaluación del impacto ambiental del indicador de ecosistemas estratégicos 119 
Tabla 28Ejemplo de datos de caudales y carga del afluente ...........................................127 
Tabla 29Ejemplo de datos de caudales y carga del efluente............................................127 
Tabla 30 Ejemplo Precipitación de línea base .................................................................128 
Tabla 31 ejemplo Precipitación en fase de operación .....................................................128 
Tabla 32 Ejemplo de cálculo de datos de sinuosidad.......................................................137 
Tabla 33 Ejemplo de ancho de divagación. ......................................................................140 
 
 
 
 
 
 
 
 12 
 
LISTA DE ILUSTRACIONES 
Ilustración 1 Representación Esquemática del Concepto de Sinuosidad y de sus Grados .29 
Ilustración 2 Transporte de sedimentos ..............................................................................33 
Ilustración 3 Analogía de balanza de Lane ........................................................................35 
Ilustración 4 Representación de sedimentación en un embalse .........................................37 
Ilustración 5 Curva de Brune .............................................................................................39 
Ilustración 6 Área de estudio de trasporte de sedimentos...................................................42 
Ilustración 7 Área de estudio de dinámica fluvial por retención de sedimentos ................43 
Ilustración 8 Gráfica de retención de sedimentos ton/año, caso hipotético .......................49 
Ilustración 9 Ejemplo de análisis multitemporal de dinámica fluvial. ...............................52 
Ilustración 10 Unidades morfodinámicas ...........................................................................53 
Ilustración 11 Esquema para la evolución y clasificación de meandros ............................54 
Ilustración 12 Ejemplo de ancho de divagación .................................................................56 
Ilustración 13 Entrada y distribución de los sedimentos en el vaso de un embalse. ..........76 
Ilustración 14 Concentración anual de solidos suspendidos en la entrada y descarga del 
embalse Porce II .................................................................................................................77 
Ilustración 15 Concentraciónanual de sedimentos en la estación Esperanza ..................84 
Ilustración 16 Concentraciones de Sedimentos en el Trayecto del Rio Porce ...................90 
Ilustración 17 Perspectiva General de Distancias entre Embalse P2 y Confluencia Rio 
Nechí ...................................................................................................................................92 
Ilustración 18 Sector del rio Porce con mayor grado de sinuosidad. .................................97 
Ilustración 19 Tramo 2, análisis ancho de divagación. ......................................................98 
Ilustración 20 Sección 4 Análisis de ancho de divagación ................................................99 
 
 
 13 
 
Ilustración 21 Análisis detallado de dinámica fluvial. Detalles 1 y 2. .............................100 
Ilustración 22 Analisis detallado de dinamica fluvial. Detalles 4 y 5 ..............................101 
Ilustración 23 Análisis detallado de dinámica fluvial. Detalles 6 y 7 ..............................102 
Ilustración 24 Análisis detallado de dinámica fluvial. Detalles 8 y 9 ..............................103 
Ilustración 25 Análisis detallado de dinámica fluvial. Detalles 10 y 11 ..........................104 
Ilustración 26 Radio externo e interno de socavación......................................................106 
Ilustración 27 Complejo de Ciénagas río Nechí ...............................................................112 
Ilustración 28 Complejo de Ciénagas río Nechí ...............................................................113 
Ilustración 29 Influencia Directa de la Minería Ilegal Sobre Ecosistemas de Ciénagas .114 
Ilustración 30 Diagrama de flujo guía metodológica. ......................................................123 
Ilustración 31 Ejemplo de Precipitación anual ................................................................129 
Ilustración 32. Ejemplo Comportamiento de carga en línea base. ...................................130 
Ilustración 33 Ejemplo de datos de caudales y carga en fase de operación .....................130 
Ilustración 34 Ejemplo grafica carga anual en operación ................................................131 
Ilustración 35 Ejemplo de grafica de porcentaje de retención .........................................132 
Ilustración 36 Gráfica de Método de Brune .....................................................................133 
Ilustración 37 esquema para la evolución y clasificación de meandros ..........................134 
Ilustración 38 Ejemplo de trazado de río en ambas orillas y distintas fechas ..................135 
Ilustración 39 Medición de sinuosidad para un río con épocas distintas .........................136 
Ilustración 40 Representación esquemática del concepto de sinuosidad y de sus grados 138 
Ilustración 41 Ejemplo de Medición de Ancho de Divagación .......................................139 
Ilustración 42 Ejemplo de gráfica de porcentaje de variación. .........................................141 
 
 
 
 14 
 
 
LISTA DE ECUACIONES 
Ecuación 1 ..........................................................................................................................33 
Ecuación 2 ..........................................................................................................................50 
Ecuación 3 ..........................................................................................................................58 
Ecuación 4 ..........................................................................................................................73 
Ecuación 5 ..........................................................................................................................74 
Ecuación 6 ..........................................................................................................................81 
Ecuación 7 ..........................................................................................................................88 
Ecuación 8 ..........................................................................................................................88 
Ecuación 9 ..........................................................................................................................89 
Ecuación 10 ........................................................................................................................91 
Ecuación 11 ........................................................................................................................93 
Ecuación 12 ......................................................................................................................131 
Ecuación 13 ......................................................................................................................131 
Ecuación 14 ......................................................................................................................133 
Ecuación 15 ......................................................................................................................138 
 
 
 
 15 
 
RESUMEN 
Los embalses Porce II y Porce III hacen parte del grupo de centrales 
hidroeléctricas de Empresas Públicas de Medellín, E.S.P. Están ubicados en la cuenca del 
río Porce al nordeste de Antioquia y generan el 16% de la energía eléctrica del país. La 
cuenca se caracteriza por ser una subzona hidrográfica prioritaria, sin embargo se observa 
alta intervención del régimen hidrológico asociado a la construcción de embalses. En 
primera instancia ocurre un desequilibrio entre el caudal sólido y caudal líquido, este a su 
vez genera sedimentación en los embalses y aumento de la velocidad en el río, 
incrementando de esta manera la capacidad erosiva del efluente del embalse, entre más 
decantada es el agua, mayor es su potencial de erosión del cauce y de las riberas río abajo. 
Como resultado de lo descrito anteriormente, se presenta una significativa alteración en la 
morfología del cauce del río hacia aguas abajo del sitio de presa, incluyendo variación del 
perfil del cauce y de la pendiente longitudinal, reducción de abundancia y riqueza vegetal 
y faunística, como también creación de humedales y eutrofia en el ecosistema (SIERRA 
LEÓN, 2010). 
La finalidad de este proyecto fue evaluar la influencia de los embalses Porce II y 
Porce III, relacionando los posibles cambios morfológicos con la capacidad de retención 
de sedimentos, identificando las variaciones de transporte de sedimentos a través del río. 
Lo anterior se realizó mediante un análisis histórico de caudales y transporte de 
sedimentos aguas abajo del sitio de construcción de los embalses, por medio de la 
información adquirida en el IDEAM. 
 
 
 16 
 
De igual forma, se consideraron las características de cada uno de los proyectos 
Porce II y Porce III, cómo: fecha de inicio de operación, volumen, área inundada, 
capacidad de retención, etc. La documentación concerniente a los proyectos fue obtenida 
de la base de datos de la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA). 
El porcentaje de retención en el embalse Porce II se calculó por medio de un 
balance de masa de solidos suspendidos, encontrando un alto porcentaje de retención de 
sedimentos, equivalente al 98,96 %, una de las repercusiones sobre la infraestructura es 
que hay disminución de la vida útil del embalse por colmatación de sedimento, 
eutrofización en el ecosistema y alteración del régimen de caudal sólido aguas abajo de la 
presa. Posteriormente se calculó el porcentaje de retención ( 57%) en el embalse Porce III 
por medio de la curva de Brune usando datos de caudal y volumen. 
Para conocer los valores de erosión de la cuenca a través de la trayectoria de flujo 
del cauce del río Porce hasta la confluencia del río Nechí, se calculó un promedio de la 
tasa de recuperación de la cuenca desde el año 2005 al 2012,la cual fue de 6 (mg/L*km), 
es decir, que por cada kilómetro recorrido la cuenca, recupera 6 (mg/L). Finalmente, se 
calculó el valor de aporte de sedimentos por parte del río Nechí el cual fue de 38,4 %, este 
aporte de concentración favorece la disminución del efecto erosivo de la corriente, 
aportando sedimentos que ayudan a equilibrar el caudal sólido y liquido de la cuenca, tal 
como se describe en la Analogía de la Balanza de Lane. 
Además, se analizó el cambio morfológico en el tramo comprendido desde el sitio 
de presa hasta once kilómetros río abajo, mediante fotografías aéreas e imágenes 
 
 
 17 
 
satelitales con el fin de realizar un análisis multitemporal de la dinámica fluvial del cauce 
del río Porce, utilizando como herramienta AutoCAD®. Se encontró poca variación 
morfológica del cauce en la zona estudiada, respecto a los resultados que se esperaban 
hallar; ya que al retener casi el 100 % de los sólidos, se preveía un efecto de alto nivel 
erosivo sobre la cuenca, sin embargo, a causa del control estructural (encañonamiento del 
cauce) y el material geológico, el flujo de agua de descarga de los embalses no tuvo un 
efecto devastador, sin embargo se identificaron cambios poco significativos en los 
parámetros morfométricos: ancho de divagación y sinuosidad. 
De acuerdo con los resultados obtenidos de alteración del régimen hidrológico 
producido por la retención de los embalses Porce II y Porce III, se realizó una 
identificación de los impactos ambientales asociados al cambio morfológico a través del 
tiempo. Posteriormente se evaluó mediante la metodología de Arboleda el impacto sobre 
el régimen de caudales, cambios geomorfológicos asociados a la retención de sedimentos, 
y ecosistemas vulnerables. La evaluación de cada impacto se realizó en dos zonas, la zona 
A corresponde desde el embalse Porce II hasta la confluencia con el río Nechí, y la zona B 
abarca desde la confluencia del río Nechí hasta la estación esperanza. Se realizó de esta 
manera ya que la zona A se caracteriza por tener control estructural y régimen de solidos 
variable, la zona B, se destaca por ser un sector plano, fácilmente erosionable con 
ciénagas y mayor concentración de sólidos en la corriente de agua. 
Por último, se diseñó una guía metodológica práctica, a partir de la experiencia de 
trabajo, la cual busca guiar a la persona natural o jurídica a realizar un estudio relacionado 
al cambio morfológico sobre una cuenca por retención de sedimentos, en un embalse o 
 
 
 18 
 
cadenas de embalses. Esta guia, tiene el objetivo de ayudar al profesional a seguir una 
secuencia de procedimientos que le facilitará en el proceso de ejecución del estudio a 
realizar. 
 
 
 19 
 
ABSTRACT 
Porce II and Porce III reservoirs are conform the part of group of hydroelectric 
power plants (Empresas Publicas de Medellin, E.S.P). They are located in the basin of the 
river Porce northeast of Antioquia and generate 16% of electricity in the country. The 
basin is characterized as a priority hydrographic subzone, is observed that the high 
intervention in the hydrological regime associated with the construction of dams. In first 
instance an disproportion between the solid flow and liquid flow, this in turn leads to 
sedimentation in reservoirs and increased speed in the river occurs, thereby increasing the 
erosive capacity of effluent reservoir, when more decanted is water , greater its potential 
for erosion of the riverbed and the banks downstream. As a result of the above, a 
significant alteration occurs in the morphology of the riverbed downstream of the dam 
site, including variation of the channel profile and longitudinal slope, reduction of 
abundance and plant and faunal wealth, as well eutrofia creation of wetlands and the 
ecosystem (SIERRA LEÓN, 2010). 
The purpose of this project was to evaluate the influence of Porce II and Porce III 
reservoir, relating the possible morphological changes with sediment retention capacity, 
identifying variations in sediment transport across the river. This was done through a 
historical analysis of flow and sediment transport downstream of the construction site of 
reservoirs, through information acquired in the IDEAM. 
Similarly, it was considered the characteristics of each :Porce II and Porce III 
project, start date of operation, volume, flooded area, retention, etc. The documentation 
 
 
 20 
 
concerning the projects was obtained from the database of the National Environmental 
Licensing Authority. 
The retention rate in Porce II was calculated using a mass balance of suspended 
solids, finding a high percentage of sediment retention, equivalent to 98.96%, the impact 
on the infrastructure is the decreased of the life of the reservoir by sediment siltation, 
eutrophication and ecosystem alteration solid flow regime downstream of the dam. 
Subsequently, the retention rate (57%) in Porce III reservoir was calculated by Brune 
curve using data flow and volume. 
An average recovery rate of the basin was calculated from 2005 to 2012 to values 
the erosion of the basin through the flow path of the riverbed Porce to the confluence of 
the Nechí river, which was 6 (mg / L * km), for every kilometer basin, recovers 6 (mg / 
L). Finally, was calculated the value of sediment from the river Nechí, which was 38.4%, 
this contribution concentration favors the reduction of erosive effect of the current, 
providing sediments that help balance the solid and liquid flow the basin, as described in 
the Lane´s Analogy balance. 
In addition, the morphological change was analyzed in the stretch from the dam 
site up to eleven kilometers downstream, using aerial photographs and satellite images in 
order to carry out a multi-temporal analysis of river dynamics riverbed Porce, using as a 
tool AutoCAD ®. The minimum morphological runway variation was found in the study 
area, regarding the results expected to find; as to retain nearly 100% of solids, it was 
expected a high erosive level effect on the basin , however, did not have a devastating 
 
 
 21 
 
effect because of structural control and the geological material, water flow discharge of 
reservoirs, though insignificant changes were identified in the morphometric parameters: 
width and sinuosity digression. 
According to the results of the hydrological regime alteration produced by the 
retention in Porce II and Porce III reservoir, environmental identification impacts 
associated with morphological change over time was performed. Subsequently it 
evaluated by the Arboleda´s methodology impact on the flow regime, associated 
geomorphological changes with sediment retention, and vulnerable ecosystems. Each 
impact assessment was conducted in two zones, zone A corresponds Porce II from the 
dam to the confluence with Nechí river, and the area B extends from the confluence of the 
Nechí river to Esperanza station. It was done this way since the area A is characterized by 
structural control and a variable system solids, Zone B, is known for being an easily 
erodible with w and greater concentration of solids in the water current level sector. 
Finally, a methodological practice guide was designed from work experience, 
which seeks to guide the natural or legal person to conduct a study related to 
morphological change on a basin for sediment retention, in a reservoir or chains 
reservoirs. This guide aims to help professionals to follow a sequence of procedures that 
facilitate you in the process of implementing the study to be performed 
 
 
 
 22 
 
INTRODUCCIÓN 
Los embalses son elementos esenciales en la explotación de los recursos hídricos a 
nivel mundial, ya que permiten administrar el suministro de agua para diferentes usos. Sin 
su presencia, grandes cantidades de agua dulce llegarían a los océanos sin beneficio 
económico alguno y, en el caso de la generación hidroeléctrica, seríanecesario un uso 
mayor de combustibles de origen fósil para compensar la ausencia de los mismos (Mesa, 
2013). 
El sector eléctrico en Colombia está mayormente dominado por generación de 
energía hidráulica, las centrales hidroeléctricas generan el 64% de la energía total del país 
(Acción Global S.C, 2013). Estas se ubican a lo largo de todo Colombia, ya que al tener la 
cadenas de montañas de la Cordillera de los Andes y poseer riqueza hídrica, genera un 
potencial eléctrico elevado. Las principales centrales hidroeléctricas del país están 
ubicadas en el departamento de Antioquia, donde se ubican la cadena de embalses de 
Miraflores, Troneras, Guadalupe, Porce II y Porce III entre otros. 
La implementación y operación de un proyecto hidroeléctrico conlleva a la 
generación de múltiples impactos ambientales; los sedimentos procedentes de las cuencas 
de drenaje, son retenidos en su gran mayoría por los embalses producto de la disminución 
de la velocidad. El balance de esta regulación tiene como resultado una retención neta de 
todos estos materiales en forma de sedimentos, dando lugar la colmatación del embalse, el 
desequilibrio de caudales líquidos y sólidos, la regresión de deltas, variaciones 
limnológicas y alteración de la dinámica fluvial (Ybars, 2011). 
 
 
 23 
 
Aunque los estudios de variación morfológica y cambio del paisaje aluvial por 
retención sólidos en los embalses resultan de gran importancia para la conservación de 
ecosistemas tropicales, en Colombia no se evidencian dichos estudios, a pesar de la 
existencia de múltiples ecosistemas que se caracterizan por la formación de paisajes 
heterogéneos, una mezcla de hábitats naturales que son intervenidos en forma tamaño y 
distribución en el espacio, con implicaciones para la conservación de la biodiversidad y 
recuperación del estado original (Mesa, 2013) . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 24 
 
1. OBJETIVOS. 
Mediante el procesamiento y análisis de información secundaria se da 
cumplimiento a los siguientes objetivos. 
1.2 Objetivo General 
 
Evaluar los impactos ambientales sobre la morfología del cauce del río Porce por 
retención de sedimentos en los embalses Porce II y Porce III, entre el sitio de presa y el 
río Nechí; asociados a la variación del régimen de caudal. 
1.3 Objetivos Específicos 
 
 Estudiar el comportamiento histórico del régimen de caudales líquidos y sólidos 
del río Porce, entre el sitio de presa de los embalses Porce II y Porce III y la confluencia 
con el río Nechí, identificando una línea base (antes de la construcción de los proyectos 
hidroeléctricos) y su comparación con series posteriores a la construcción (identificación 
y evaluación de impactos. 
 Comparar la retención teórica de sedimentos de los embalses Porce II y Porce III, 
a partir de la curva de Brune, con la retención práctica, obtenida de datos históricos de 
estaciones limnigráficas y limnimétricas. 
 
 
 
 25 
 
 Estudiar los cambios en la morfología del río Porce asociados a la construcción de 
embalses en los tramos donde se identifiquen variación de caudal sólido y caudal líquido. 
 Identificar los posibles impactos asociados a los cambios morfológicos en la 
cuenca del río Porce. 
 Realizar una propuesta metodológica para revisión de Informes de Cumplimiento 
Ambiental – ICA e información hidrológica con el objetivo de evaluar impactos sobre el 
régimen sedimentológico y la morfología de los cauces aguas abajo de presas. 
1.4 Formulación del Problema 
 
¿La retención de sedimentos en los embalses Porce II y Porce III, ha ocasionado 
impactos ambientales en la morfología del río Porce y en su régimen de caudal sólido, en 
el tramo comprendido entre el sitio de presa y el río Nechí? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 26 
 
2.GLOSARIO 
Centrales hidroeléctricas: Son las centrales generadoras de electricidad a partir 
del embalsamiento de gran cantidad de agua y/o del aprovechamiento de una diferencia de 
nivel (caída) considerable. El agua es forzada a pasar por unas tuberías que en su 
recorrido se encuentran con los álabes de las turbinas que transforman la energía 
hidráulica (potencial) en energía eléctrica. (Edward J. Tarbuck, 2011). 
Represa: Es una construcción que tiene la finalidad de detener y/o desviar el curso 
natural de un río. Consiste en una muralla o dique que atraviesa el cauce de un río, 
generalmente en un estrechamiento y aguas abajo de una zona con pendiente pronunciada 
(Wolfgang Volkheimer, 2015). 
Embalse: Es el lago artificial que se crea como consecuencia de la construcción 
de una represa. La altura de sus aguas suele ser muy variable, ya que está en función del 
régimen hidrológico del río que la alimenta y del uso que el hombre hace de ellas. El 
agua contenida en un embalse puede ser utilizada para (Wolfgang Volkheimer, 2015): 
Generar energía eléctrica. 
Riego. 
Regularizar el caudal aguas abajo de la represa. 
Navegación 
Consumo de agua potable. 
Deportes y recreación. 
Pesca. 
Refrigeración de centrales nucleares o térmicas de electricidad. 
 
 
 27 
 
Sedimentación: Es el proceso mediante el cual se acumulan partículas de tierra o 
suelo en el fondo de los cuerpos de agua por acción de la gravedad, haciendo que 
disminuya el espacio disponible para el almacenaje en cuerpos de agua. (Andrade, 2011). 
Captura: Desviación del cauce de una corriente de agua como resultado de la 
erosión remontante de otra corriente (J.Tarbuck, 2005). 
Competencia: Es el tamaño de los granos más grandes que una corriente de agua 
puede transportar; factor dependiente de la velocidad (J.Tarbuck, 2005). 
Capacidad de Carga de rio: La materia sólida transportada por una corriente se 
denomina carga del río. Esta carga puede ser transportada en disolución, en suspensión, o 
como carga de fondo (por rodadura, deslizamiento o saltación). Se llama capacidad de 
carga a la carga máxima que puede transportar un río en un punto de su perfil en un 
momento dado (incluyendo la carga en suspensión y la de fondo). La capacidad de carga 
aumenta considerablemente con la velocidad de la corriente, ya que cuanto más rápida es 
ésta, más intensa es la turbulencia y mayor es la fuerza de arrastre sobre el fondo (Coruña, 
2015). 
Carga de fondo: Sedimento desplazado a lo largo del fondo de un río por 
movimiento del agua, o partículas desplazadas a lo largo de la superficie del suelo por el 
viento (J.Tarbuck, 2005). 
Carga disuelta: Porción de la carga de una corriente de agua transportada en 
solución (J.Tarbuck, 2005). 
Carga en suspensión: Sedimento fino transportado dentro de un cuerpo de agua o 
aire que fluye (J.Tarbuck, 2005). 
 
 
 28 
 
Corriente en equilibrio: Corriente que tiene las características de canalización 
correctas para mantener exactamente la velocidad necesaria para el transporte de material 
de que es abastecida (J.Tarbuck, 2005). 
Erosión: Es el proceso de arranque de materiales por los procesos geológicos. Es 
el mecanismo geológico de denudación de los continentes. Se ve favorecida por la 
meteorización, alteración y disgregación previa de las rocas por un agente dinámico, 
como el agua, el viento y el hielo (Codazzi, 2015). 
Sedimento: Partículas no consolidadas creadas por la meteorización y la erosión 
de rocas, por precipitación química de soluciones acuosas o por secreciones de 
organismos, y transportadas por el agua, el viento o los glaciares (J.Tarbuck, 2005). 
Geomorfología: Ciencia que estudia el relieve terrestre: su estructura, origen, 
historia y dinámica actual (Codazzi, 2015). 
Dinámica fluvial: Es el proceso por el que la acción de los ríos (erosión y 
sedimentación, principalmente) modifica de alguna manera el relieve terrestre y el propio 
trazado de los ríos (Codazzi, 2015). 
Caudal: Volumen de fluido que pasa en la unidad de tiempo por una sección 
determinada (Rocha, 2007). 
Caudal Sólido: Es el volumen de sólidos (sedimentos)que pasa por una sección 
transversal de una corriente de agua en una unidad de tiempo. Constituye un parámetro 
para estimar el volumen de erosión (Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras, 
2015).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. 
 
 
 29 
 
Impacto: Cualquier alteración en el medio ambiental biótico, abiótico y 
socioeconómico, que sea adverso o beneficioso, total o parcial, que pueda ser atribuido al 
desarrollo de un proyecto, obra o actividad (Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo 
Sostenible, 2014). 
Sinuosidad: La sinuosidad de un río es el grado de curvatura del plano del curso 
del mismo. Se mide por la relación entre la longitud del talweg y la longitud del valle 
(Enciclopedia Libre Universal en Español, 2016). El Talweg es la línea que une las 
máximas profundidades de cada sección transversal de un río. Talweg es una palabra 
alemana que literalmente significa camino (Weg) del valle (Tal) (Felices, 2009). 
Los valores de sinuosidad pueden variar entre 1 y 4, entre más pequeño es el número más 
recto es, y entre más grande la sinuosidad del río su grado de sinuosidad es mayor. 
 
Ilustración 1 Representación Esquemática del Concepto de Sinuosidad y de sus Grados 
Fuente: Felices, 2009 
 
 
 
 30 
 
3.MARCO DE REFERENCIA 
3.1 Marco Teórico 
3.1.1 Transporte de sedimentos 
 
El movimiento de los sedimentos en las corrientes y ríos presenta dos formas, la 
carga en suspensión y la carga de fondo. Los sedimentos en suspensión están constituidos 
por las partículas más finas y sólo se asientan cuando la velocidad de la corriente 
disminuye, o cuando el lecho se hace más liso, o la corriente descarga en un pozo o lago, 
mientras que las partículas sólidas de mayor tamaño son arrastradas a lo largo del lecho de 
la corriente y se designan con el nombre de arrastre de fondo. 
Existe un tipo intermedio de movimiento en el que las partículas se mueven aguas 
abajo dando rebotes o saltos, a veces tocando el fondo o avanzando en suspensión hasta 
que vuelven a caer al fondo. A este movimiento se le denomina saltación, sin embargo en 
la corriente líquida la altura de los saltos es tan reducida que no se distinguen realmente 
del arrastre de fondo. 
Las cantidades relativas de sedientos que avanzan en suspensión y el arrastre de 
fondo varían considerablemente. Concentraciones elevadas de sedimento como las que se 
dan en algunos ríos, pueden causar cambios significativos en las propiedades de 
resistencia del agua, es así, que la viscosidad será mayor y la velocidad de asentamiento 
de las partículas inferior, por lo que el umbral entre el sedimento en suspensión y el 
arrastre del fondo resulta confuso (Departamento de Desarrollo Sostenible, s.f.). 
 
 
 31 
 
3.1.2 Transporte de Sedimentos por Escorrentía Superficial: 
 
En un río, la mayor parte del agua durante las crecientes se origina como 
escurrimiento y proviene de las laderas vecinas; además, el agua que se mueve sobre sus 
superficies produce erosión de los materiales de las pendientes laterales del río y forman 
parte del material que es transportado en el cauce. El escurrimiento o escorrentía 
superficial puede ser lo suficientemente poderoso para vencer la resistencia del suelo a la 
erosión y transportar gran cantidad de material pendiente abajo hacia los cauces de los 
ríos. 
La importancia de la erosión de las laderas a causa del agua que escurre en la 
superficie pasa con frecuencia inadvertida, sin embargo, desempeña un papel importante 
en el proceso general de erosión de cauces. 
3.1.3 Transporte de Sedimentos en Cauces Naturales 
 
El área total que es cubierta por los cauces de las corrientes es sólo una proporción 
muy pequeña de la superficie total del terreno drenado por tales corrientes (puede ser < 
1%), sin embargo, los mecanismos de transporte de sedimentos en el cauce son los más 
destacados. El agua que fluye a lo largo de los cauces de los ríos realiza varios trabajos, 
como erosión del cauce, ya sea profundizándolo y/o ampliándolo; también ocurre 
transporte y depositación de sedimentos. 
La naturaleza y extensión de estas actividades depende de la energía cinética de la 
corriente, y ésta, a su vez, depende de la cantidad de agua, de la forma y tipo de cauce y 
del gradiente de la corriente. Una corriente gasta su energía de varias maneras: la mayor 
 
 
 32 
 
parte se consume en la fricción del agua sobre el cauce y entre partículas del fluido. La 
energía de la corriente sobrante ocasiona la erosión y transporte de material. La 
depositación tiene lugar cuando disminuye la energía y la corriente no puede mover por 
más tiempo el material que ha estado trasladando. 
En un cauce natural se pueden identificar tres clases de materiales, considerando 
únicamente la resistencia que ofrecen a ser transportados por una corriente; los primeros 
son los materiales no cohesivos o granulares, materiales cohesivos y rocas. El material 
granular está formado por partículas sueltas; la fuerza del líquido debe mover las 
partículas en función del peso de cada partícula y del coeficiente de fricción interna. En el 
caso del material cohesivo, está formado de partículas muy pequeñas que ofrecen 
resistencia al flujo de agua, siendo necesario velocidades de corriente más altas para 
erosionar estas partículas más pequeñas del tamaño de arcilla y limo ya que la fuerza de 
cohesión impide el transporte de las partículas por una corriente es considerablemente 
mayor que el peso de la partícula, pero una vez que esta fuerza es vencida, la partícula se 
puede comportar como si fuera granular y es transportada fácilmente en suspensión 
debido a su peso y tamaño reducido. El material rocoso es trasportado principalmente 
durante crecientes y puede comportarse como granular si está fracturado y si la energía 
del flujo es muy alta (Universidad Del Cauca, s.f.) 
3.1.4 Distribución del Transporte de Sedimentos 
 
El transporte de sedimentos se puede clasificar en dos grandes grupos de acuerdo 
con su origen: carga de lecho y carga lavada. 
 
 
 33 
 
La carga de lecho depende de las características hidráulicas del flujo y de las 
características físicas de los materiales, puede ser transportada sobre el fondo del río o en 
suspensión en toda la columna de agua. 
La carga lavada depende más de las condiciones de la cuenca hidrográfica, 
corresponde al material de la cuenca, o pueden provenir de la erosión que el mismo río 
produce. Las arcillas y limos son transportados en suspensión y en zonas sin turbulencia, 
como en embalses donde el material muy fino puede sedimentarse. 
 
Ilustración 2 Transporte de sedimentos 
Fuente:El Autor 
Ecuación 1 
La carga de lecho total = carga de lecho del fondo + carga de lecho en suspensión 
La ilustración 2, muestra el transporte de sedimentos en una corriente; se compone 
por la carga de lecho de fondo y la carga de lecho en suspensión. 
 
 
 34 
 
3.1.5 Equilibrio de fondo en Presencia de Transporte 
 
El fondo de un cauce de río está en equilibrio cuando al mismo tiempo se 
presentan condiciones de transporte de sedimento y erosión siempre que las partículas que 
ocasionan estos dos fenómenos sean las mismas, de manera que el fondo no modifica su 
cota. Al referirse a equilibrio móvil, se consideran ciclos de manera que al cerrarse uno de 
ellos no haya exceso ni faltante de sedimento, y el fondo se pueda considerar en 
equilibrio; lo anterior no implica que no se presenten procesos de depositación o de 
socavación, sino que los dos procesos se compensan mediante ciclos sucesivos. 
En una vertiente con comportamiento estable, aunque a escala local se presenten 
procesos de erosión y socavación, morfológicamente conserva su perfil y sección 
transversal, evidenciandotan solo un ligero cambio del perfil a través del tiempo. 
Una vez se altera la condición de equilibrio de un cauce, este busca una nueva 
condición de equilibrio por medio de alteraciones morfológicas debido al comportamiento 
variable de factores independientes como el caudal del cauce y los sedimentos que este 
contenga, por lo tanto el equilibrio dinámico en el río se logra por medio de la 
transformación de la sección transversal, la pendiente del cauce y su alineamiento en 
planta. 
 Una herramienta sencilla para entender el fenómeno de equilibrio de fondo es la 
Balanza de Lane, que propone una relación entre cuatro variables: el caudal líquido 
unitario q que depende de la cantidad de agua que transporta y de la intensidad de las 
precipitaciones. El caudal sólido unitario de fondo qs, está en función de las 
 
 
 35 
 
características geológicas de la cuenca, la pendiente i y el tamaño del sedimento D. (Ver 
ilustración 3). 
 
Ilustración 3 Analogía de balanza de Lane 
Fuente: Department of Environmental Resources Engineering, 2016 
La analogía de la balanza de Lane, permite determinar el comportamiento de la 
variación de las condiciones de equilibrio natural de un río, por ejemplo, ante un aumento 
en el caudal sólido producto de la deforestación de la cuenca, sin un correspondiente 
aumento en el caudal líquido, la balanza se inclinaría hacia la izquierda dando inicio a un 
proceso de depositación de sedimentos (formación de playas y barras de sedimentos); en 
este escenario la respuesta del cauce en la búsqueda de una nueva condición de equilibrio, 
es el aumento de su pendiente y la reducción del tamaño del material transportado. Pero 
en contraposición, si aumenta el caudal líquido respecto al sólido, la balanza se inclinará 
 
 
 36 
 
hacia la derecha, indicando la aparición de un proceso erosivo (socavación del fondo y 
ampliación de la sección transversal), como consecuencia, el cauce buscará reducir su 
pendiente para disminuir el potencial erosivo o aumentar el tamaño del sedimento 
transportado. 
Para cada problema específico se debe valorar qué factores de la balanza han 
provocado el desequilibrio y cuáles se pueden reajustar para reestablecer el equilibrio. 
Cuando los caudales líquido y sólido de un río no están equilibrados se tendrá un exceso 
de transporte de fondo, llamado “sobrealimentación”, o un déficit en el transporte de 
sedimentos, “subalimentación”, y por eso se producirá una sedimentación o erosión 
respectivamente. Si ocurre un desequilibrio de caudales, el fondo evolucionará hacia una 
nueva situación de equilibrio variando su pendiente hasta conseguir una nueva pendiente 
de equilibrio. 
Por último se indica que el equilibrio también depende del tamaño del sedimento, 
ya que para un mismo caudal líquido y sólido la pendiente de equilibrio será más alta en 
la medida que el sedimento sea de mayor diámetro. 
3.1.6 Morfología de los Depósitos en un Embalse 
 
Cuando el flujo de agua de un cauce entra en la corriente de un embalse el material 
transportado se irá depositando a lo largo del recorrido que este realiza a través de esta 
infraestructura dependiendo del tipo de material de sedimento. El material grueso se 
sedimentará en la medida que la velocidad de flujo de agua disminuya por efecto de 
ampliación del área del embalse y el crecimiento del tirante, formando en la “cola” del 
vaso una acumulación de sedimento grueso denominado delta. Los sedimentos 
 
 
 37 
 
correspondientes a partículas muy finas como son limos y arcillas se sedimentarán muy 
lentamente en el vaso del embalse, y generalmente forman turbidez en el agua cuando aún 
están en suspensión, dando lugar a una corriente de densidad que se mueve lentamente 
hacia la base de la presa (ver ilustración 4). En conjunto, la depositación de sedimentos en 
el vaso del embalse ocupa un gran volumen, el cual en muchos casos deteriora la vida útil 
del embalse. 
 
Ilustración 4 Representación de sedimentación en un embalse 
Fuente: Ybars, 2011 
El mecanismo de sedimentación descrito anteriormente es un sistema complejo, 
ya que depende de muchos otros factores como son la estratificación de temperaturas, 
forma, dimensiones y características del embalse, operación, características 
fisicoquímicas del sedimento y las características del ingreso del agua, entre otros 
(UNAM). 
Las presas en su operación retienen gran cantidad de solidos sedimentables, dando 
lugar a la colmatación del embalse, este a su vez incrementa la capacidad erosiva de las 
aguas salientes, entre más decantadas mayor es su capacidad de erosionar el cauce y las 
riberas río abajo, afectando el hábitat físico de las comunidades naturales acuáticas, 
productores primarios y secundarios. De igual forma presenta modificaciones del régimen 
 
 
 38 
 
hidrológico y sedimentológico, causando así cambios de la pendiente y alteración 
geomorfológica del cauce 
3.1.7 Criterio de Brune, retencion teoórica de sedimentos en un embalse. 
 
El porcentaje de la aportación de sedimentos que retiene el vaso del embalse, es 
una función de la relación entre la capacidad del vaso y el volumen de aportación total. 
Un vaso pequeño sobre una gran corriente, pasa la mayor parte de su aportación tan 
rápidamente que las partículas más pequeñas no se depositan, sino que se descargan aguas 
abajo. En cambio un almacenamiento grande, puede retener agua por años y permitir la 
remoción casi total de todas las partículas en suspensión. 
La curva de Brune, es una herramienta que permite relacionar el cociente entre la 
capacidad total del embalse y el escurrimiento medio anual (ambos con las mismas 
unidades) y la eficiencia de retención de sedimentos por el embalse (Ver Ilustración 5). 
El método se basa en un gran número de mediciones de la distribución de sedimentos, 
efectuadas en embalses de los Estados Unidos. La grafica tiene tres líneas, la primera 
línea se emplea cuando el sedimento está compuesto por arenas gruesas o finas altamente 
floculadas, la segunda línea, corresponde al diseño del embalse cuando está totalmente 
lleno, por último, la línea envolvente inferior, se usa cuando el sedimento retenido está 
compuesto por grano fino y coloidal disperso (Tesis Uson , 2015). 
 
 
 39 
 
 
Ilustración 5 Curva de Brune 
Fuente:Tesis Uson , 2015 
Para obtener el dato teórico porcentual de retención de sedimentos en un embalse, 
se debe obtener el cociente entre la capacidad del embalse para el nivel medio de 
operación (Millones de m3) y el volumen anual afluente al mismo, correspondiente al 
caudal medio (Millones de m3/año). 
3.1.8 Variaciones Geomorfológicas Aguas Abajo de la Presa 
 
Las variaciones geomorfológicas producidas por los procesos de sedimentación en 
los embalses generan aguas abajo fenómenos de socavación, en algunos casos la 
geomorfología se ve alterada a cortas distancias de la salida de agua del embalse; sin 
embargo no en todos los casos el impacto sobre el paisaje se limita a distancias cercanas, 
sino que la afectación puede abarcar cientos de kilómetros. Algunos de los impactos 
generados es la insuficiencia de limos y arcillas, de igual manera se observa menor 
 
 
 40 
 
cantidad de especies faunísticas debido a la disminución de abundancia y riqueza vegetal, 
por otro lado, se genera variación del perfil del cauce y de la pendiente longitudinal, como 
también creación de humedales y propensión a efectos de eutrofia. 
 
 
 41 
 
4. DELIMITACIÓN 
A continuación se presenta los cauces estudiados y su influencia sobre la dinámica 
fluvial, se definen las zonas de estudio específicas con base en valores de concentración 
del río Porce y se delimitan áreas de estudio de parámetros morfométricos 
multitemporales del río Porce. 
4.1Selección de Afluentes 
Los afluentes estudiados fueron los relacionados directamente con los embalses 
Porce II y Porce III; es decir, los querealizan la alimentación hídrica de los embalses. En 
este caso puntual, el cauce del río Porce. Sin embargo, aguas abajo de la descarga de 
Porce II, la corriente hídrica en estudio recibe la descarga de agua del efluente proveniente 
de los antiguos embalses de Guadalupe, construidos hace más de 30 años. 
No obstante, la información de línea base tomada como referencia de estudio 
(fotografías aéreas y datos anuales de concentración de sólidos en el cauce del río Porce), 
está influenciada por los embalses Guadalupe; por lo tanto se estudió concretamente el 
cambio y el efecto en el paisaje fluvial de los embalses que fueron construidos 
posteriormente al año 2000. 
Por otro lado, 192 km aguas abajo de la descarga de Porce II, en su recorrido, el 
río Porce se encuentra con la confluencia del río Nechí; otro sitio de interés de estudio 
para analizar el comportamiento de caudales líquidos y sólidos en la interacción de ambos 
ríos. 
 
 
 42 
 
4.2 Definición de Sectores de Estudio 
Los sectores de estudio se definen en dos temas generales basados en la 
información que se obtuvo en diferentes fuentes. El primer tema, está relacionado al 
comportamiento de régimen de caudales líquidos y sólidos, retención y transporte de 
sedimentos. Este capítulo se estudió en el área que comprende desde la alimentación del 
embalse Porce II hasta 93 kilómetros aguas abajo de la confluencia con el río Nechí, 
donde está ubicada la estación Esperanza. (Ver Ilustración 6) 
 
Ilustración 6 Área de estudio de trasporte de sedimentos 
Fuente: Google Earth 
 
 
 43 
 
El sector o área de estudio asociado a dinámica fluvial por retención de 
sedimentos, se realizó desde la descarga de Porce II hasta 11 kilómetros de trayecto del 
cauce del río Porce. Se llevó a cabo de esta manera, dado que se podía anticipar que los 
cambios morfométricos no iban a ser significativos mientras haya control estructural en 
gran porcentaje de su recorrido; por lo tanto, donde más se puede afectar la morfología 
con topografía encañonada, es en los primeros kilómetros a la salida del embalse. Por otro 
lado, el estudio de paisaje hidrodinámico está limitado a la información que se pueda 
obtener, en este caso, se encontraron fotografías aéreas que coinciden con la selección del 
área de estudio. ( Ver ilustración 7) 
 
Ilustración 7 Área de estudio de dinámica fluvial por retención de sedimentos 
Fuente: Google Earth 
 
 
 44 
 
5. METODOLOGÍA 
 5.1 Fase 1: Reconocimiento Del Área De Estudio 
Esta primera fase buscó en primera instancia realizar la identificación del área de 
estudio para reconocer las características principales de los proyectos hidroeléctricos 
Porce II y Porce III, se inició por identificar los afluentes y red de drenaje del río Porce y 
los respectivos embalses mediante la herramienta de mapas hidrográficos en el programa 
ArcGIS, los mapas fueron tomados de los Informes de Cumplimiento Ambiental de las 
Empresas Públicas de Medellín que reposan en la Autoridad Nacional de Licencias 
Ambientales (ANLA). Por último en el mismo mapa hidrográfico se ubicaron las 
estaciones limnimétricas empleadas en el estudio. 
5.2 Fase 2: Obtención de la Información 
La fase 2 tuvo el propósito de reunir la información necesaria para poder ejecutar 
el posterior análisis de la información; de esta manera, se consultó información de los 
proyectos hidroeléctricos Porce II y Porce III (Volumen, energía producida, área 
inundada, fecha de inicio de operación). Posteriormente se obtuvo información 
característica de la cuenca del río Porce (precipitación, caudales sólido y líquido, caudales 
máximos). 
La obtención de información de caudal sólido se realizó a partir de la consulta de 
información pública que reposa en ANLA concerniente a los expedientes LAM 3823 y 
LAM 1582, correspondiente a los proyectos Porce II y Porce III respectivamente; 
 
 
 45 
 
específicamente se tomó información de los Informes de Cumplimiento Ambiental- ICAs 
remitidos por las Empresas Públicas de Medellín desde el año 2007 al 2014; de estos 
documentos se utilizó la información de retención de sedimentos registrada en el 
“programa de seguimiento y monitoreo de sedimentos del río Porce al embalse Porce II”, 
en el cual se registran datos de caudales y concentración de sólidos en suspensión y 
sólidos de fondo desde el año 2005 (previo a la operación de la central hidroeléctrica) 
hasta el año 2012. 
Los datos en el programa citado, no son suficientes para realizar un balance de 
entrada, salida y retención de sedimentos por el embalse Porce II, ya que sólo contiene 
información de caudales y concentración de las fuentes hídricas que alimentan el embalse 
y no reportan aforos de caudal ni resultados de muestreos de sólidos aguas abajo del 
embalse Porce II. Por tal motivo se debió complementar la información con los reportes 
del estudio de “registro multianual de variables físicas, químicas y biológicas tomadas 
desde el 2005 al 2012, correspondientes al muestreo de tipo general en el embalse Porce 
II” contenida en el ICA número 8 del año 2013, expediente LAM 3823, en el cual se 
presenta información de calidad del agua hacia aguas abajo de la descarga de Porce II, 
incluyendo la concentración de sedimentos. 
En el año 2013 la ANLA trasladó los requerimientos de los programas de 
“seguimiento y monitoreo de sedimentos del río Porce al embalse Porce II” y “registro 
multianual de variables físicas, químicas y biológicas tomadas desde el 2005 al 2012, 
correspondientes al muestreo de tipo general en el embalse Porce II” (expedientes LAM 
3823), para el estudio de navegabilidad y transporte de sedimentos del embalse Porce III 
(expediente LAM 1582); sin embargo, de acuerdo con la información que reposa en estos 
 
 
 46 
 
dos expedientes, no han sido remitidos los Informes de Cumplimiento Anual de 
seguimiento y monitoreo en la fase de operación, y en consecuencia, no se dispone de 
información sedimentológica posterior al año 2013. 
Por último se obtuvo la información geográfica multitemporal de la cuenca del río 
Porce la cual fue obtenida en el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, correspondiente a 
las fotografías aéreas del año 1983 vuelo R973, sobre 6843. Por su parte, las imágenes 
satelitales corresponden al año 2012 tomadas desde Google Earth Versión 7.1.5.1557. 
5.3 Fase 3: Análisis de la Información. 
La fase 3 reunió los resultados obtenidos en las dos primeras fases para el análisis 
de la información, el primer procedimiento fue verificar si la información obtenida de 
caudales sólidos y líquidos de las estaciones limnimétricas estaban completos, en este 
caso fue así, por lo tanto, no hubo la necesidad de completar datos faltantes de las 
estaciones y realizar pruebas de validez de las series de datos. 
El siguiente procedimiento consistió en establecer como línea base el 
comportamiento del caudal líquido y el caudal sólido antes de la construcción de los 
proyectos Porce II y Porce III; se clasificó la información de cada una de las estaciones en 
dos fechas: Antes de la construcción y después de la construcción de los embalses, para 
luego realizar análisis comparativos. 
Para poder procesar la información obtenida en los expedientes citados 
anteriormente, fue necesario obtener un dato anual de concentración de sedimentos por 
 
 
 47 
 
cada estación de muestreo con el fin de poder conocer el valor de retención de sedimentos 
anual en dicho embalse. 
En las estaciones Diamante, Gabino, salida Porce II, y entrada Porce III, EPM se 
realizaron muestreos de concentración de solidos suspendidos (ppm) trimestralmente o 
semestralmente, de forma que se obtuvo 2 o 4 datos anuales para cada estación. 
Dado que la concentración registrada por EPM refleja únicamente la concentración 
diaria en cada muestreo (2 o 4 datos anuales), se realizó un promedio de los valores 
obtenidos de concentración de cada año,posteriormente se multiplicó ese valor promedio 
por 365 días para obtener un dato anual de concentración de sedimentos año tras año, 
desde 2005 hasta 2013. 
Posteriormente se realizó un análisis estadístico de las series históricas de caudal 
líquido y el caudal sólido de las estaciones seleccionadas para el área de estudio, teniendo 
en cuenta los años de construcción y operación de los embalses Porce II y Porce III. 
Luego se compararon los datos obtenidos de retención de sedimentos, calculados 
teóricamente mediante la curva de Brune, y práctica; mediante los datos obtenidos en las 
estaciones, posteriormente se realizó el análisis estadístico. 
Consecutivamente se determinaron las variaciones en el caudal líquido y sólido 
desde la construcción y operación de los embalses Porce II y Porce III, mediante el 
análisis de curvas históricas de transporte de sedimentos. 
En la Tabla 1, se da un ejemplo del comportamiento esperado para los resultados 
de análisis estadístico de transporte de sedimentos en los complejos hidroeléctricos; en el 
ejemplo que se da a continuación, se usaron datos hipotéticos, para ejemplificar la 
construcción de la línea base del proyecto, y el posterior análisis estadístico en el cual se 
 
 
 48 
 
podrán comparar los datos obtenidos de concentración de sedimentos previamente y 
posteriormente a la fase de construcción y operación de cada proyecto hidroeléctrico. 
Tabla 1 Caso hipotético de Retención de Sedimentos Anual 
Año Sedimentos 
(mg/L) 
Promedio 
(mg/L) 
Año Sedimentos 
(mg/L) 
Promedio 
(mg/L) 
1990 2300 2660,91 2002 1400 1361,67 
1991 2600 2003 750 
1992 1800 2004 1800 
1993 2450 2005 1095 
1994 3100 2006 900 
1995 2800 2007 1610 
1996 2360 2008 1220 
1997 3600 2009 1380 
1998 1700 2010 800 
1999 3100 2011 1350 1028.0 
2000 3460 2012 1042 
2001 2100 2013 920 
Fuente: El Autor 
Posteriormente, con base en la recolección de información obtenida (ver Tabla 1), 
se realizó una gráfica que evidencia la retención de sedimentos en los embalses a través 
de los años de operación de estos, se tuvo en cuenta la variación y comparación de 
caudales líquidos y sólidos con respecto a la línea base. 
 
 
 49 
 
 
Ilustración 8 Gráfica de retención de sedimentos ton/año, caso hipotético 
Fuente: El Autor 
La ilustración 8 del caso hipotético, demuestra el fenómeno que se quiere analizar 
en el presente proyecto, es decir, la disminución de concentración de sedimento anual 
aguas abajo de sitio de presa, por el efecto de depositación de material en el vaso del 
embalse. 
En la ilustración 8, la primera línea roja constante indica la cantidad de sedimento 
promedio anual previo a la construcción de Porce II, la segunda línea roja, corresponde a 
la “segunda línea base” con la cual se podrá identificar la variación de retención de 
sedimentos a partir de la construcción y operación de Porce II. Se puede inferir de la 
ilustración 8 y de la tabla 1, que en este caso hipotético hubo una retención de sedimentos 
del 48% en el embalse de Porce II y del 24,5% en Porce III. 
Para determinar la retención de sedimentos por el embalse Porce II, se realizó un 
balance entre las afluencias y descargas, inicialmente se restó a la concentración total de 
entrada (Diamante más Gabino) la concentración de salida (Descarga Porce II), 
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1990 1995 2000 2005 2010 2015
Se
d
im
en
to
s 
(m
g
/L
)
Año
sedimentos
Promedio
 
 
 50 
 
obteniendo la retención de sedimentos expresada en (mg/L), posteriormente se determinó 
el valor porcentual respecto a la concentración de entrada al embalse. 
Para calcular la retención de sedimentos en el embalse Porce III, se aplicó el 
método de Brune, empleando para ello los datos de caudal de operación y volumen del 
embalse, necesarios para utilizar la gráfica de Brune y obtener el valor teórico de 
retención de sedimentos, se empleó este método ya que no había datos adquiribles de la 
estación localizada en la descarga del embalse Porce III. 
Posteriormente se calculó la tasa de recuperación de la concentración aguas abajo 
de los embalses, para esto se analizaron los registros de concentración de sedimentos de 
las estaciones localizadas entre los embalses Porce II y Porce III. 
Finalmente, aguas abajo de la confluencia con el río Nechí, se analizaron los 
registros de la estación Esperanza, buscando establecer si la retención de sedimentos en 
los embalses Porce II y Porce III logra alterar el régimen del río Nechí. 
Con los datos brindados por el IDEAM sobre carga sólida (kTon/año) para la 
estación Esperanza, se determinó la concentración (mg/L) mediante la siguiente ecuación. 
Ecuación 2 
𝑘
𝑄
= 𝐶 
Donde k representa la carga de sedimentos del río (KTon/m3), Q el caudal (m3/s) y 
C la concentración (mg/L). 
Posteriormente para calcular la tasa de recuperación del río fue necesario obtener 
el cambio de la variación en la concentración de solidos suspendidos en una distancia 
 
 
 51 
 
determinada, mediante las ecuaciones que se muestran en el capítulo “recuperación de la 
carga solida aguas debajo de los embalses Porce II y Porce III” 
A partir de los cálculos de tasa de recuperación, se puede conocer el valor de la 
concentración de sólidos en cada sitio de interés de la cuenca. Con base en estos datos, se 
construyó la gráfica: Concentración de sedimentos en el trayecto del río Porce mostrada 
en la Ilustración 16 
Una vez terminados los cálculos de concentraciones de solidos suspendidos en el 
trayecto del río Porce, se procedió a identificar las variaciones en las unidades 
morfodinámicas y parámetros geométricos por medio de un análisis multitemporal de 
información geográfica tomada de fotografías aéreas del IGAC y de Google Earth ®. 
Para poder llevar a cabo el análisis multitemporal de la dinámica fluvial del río, se 
hizo un trazado del río Porce, previo al año 2001, durante la operación de Porce II, y 
posteriormente al año de operación de Porce III. El trazado de cauce se realizó en 
AutoCAD®, con el fin de identificar unidades morfodinámicas que estén en proceso de 
evolución y de esta manera realizar la medición de cambios en los parámetros 
geométricos del río a través de los años, ya sea meandros, playas, barreras, ambientes 
transicionales como madre vieja, humedales, pantanos entre otros. 
En la ilustración 9, que se mostrará a continuación, es un ejemplo del análisis 
multitemporal del trazado del río con el fin de evidenciar la hidrodinámica del cauce del 
río Porce, como consecuencia de cambio del régimen hidrológico y sedimentológico. 
 
 
 52 
 
 
Ilustración 9 Ejemplo de análisis multitemporal de dinámica fluvial. 
Fuente :El Autor. 
En la ilustración 10, muestra un ejemplo de identificación de la variación de las 
unidades morfodinámicas de un cauce, se puede observar un cambio en el trazado del río, 
en el cual existían dos meandros, los cuales fueron abandonados por el flujo de agua del 
cauce y crearon madres viejas, este espacio puede ser considerado como humedal. Por 
medio de imágenes satelitales y fotografías aéreas, se pretende identificar las unidades 
morfodinámicas en evolución existentes en el cauce del río Porce. 
 
 
 53 
 
 
Ilustración 10 Unidades morfodinámicas 
Fuente: INGETEC S.A 
En la Ilustración 11, muestra un ejemplo de las variables de medición 
correspondientes a los parámetros geométricos de un meandro, en cual se mide la 
longitud, altura y amplitud para determinar la sinuosidad; entre mayor sea el radio, más 
recto es el trazado del río, y menor será el índice de sinuosidad del meandro. 
 
 
 
 54 
 
 
Ilustración 11 Esquema para la evolución y clasificación de meandros 
Fuente:INGETEC S.A 
Para realizar el análisis de la dinámica fluvial del río Porce fue necesario obtener 
fotografías aéreas de años anteriores y posteriores a la construcción del embalse Porce II, 
de forma quese pudiese desarrollar un análisis multitemporal y establecer las diferencias 
morfométricas producidas a través de los años. 
Para empezar con el análisis multitemporal, se debieron superponer correctamente 
las fotografías aéreas e imágenes satelitales de la misma zona, con el uso de la 
herramienta de AutoCAD®, se procedió a escalar tanto las imágenes satelitales como las 
fotografías aéreas, en el caso particular de las fotografías del IGAC, estas tuvieron que ser 
ampliadas y rotadas hasta lograr que coincidan perfectamente con las imágenes satelitales, 
para lo cual se deben tener puntos de referencia, como vías, puentes, ya que estos no van a 
cambiar de posición con el tiempo. 
 
 
 55 
 
Posteriormente se delineó el contorno del río en AutoCAD con poli línea teniendo 
cuidado al dibujar las curvas, de forma que se diferencie el cauce para los años 1983 y 
2013.Una vez terminado el delineado del río, se procedió al inicio del cálculo de 
sinuosidad y ancho de divagación del cauce del río. 
Los cálculos de parámetros morfométricos se realizaron desde la descarga de 
Porce II hasta 11 kilómetros río abajo, tramo que corresponde con mayor alteración en la 
concentración de sedimentos en suspensión. 
Para calcular la sinuosidad se siguió el trayecto del cauce del río Porce midiendo 
cada 1000 metros, tanto la distancia recta como la longitud de cauce (talweg), se tomó 
siempre como punto de referencia inicial la descarga de Porce II, de forma que la 
sinuosidad se determinó con distancias acumulativas, es decir, que se midieron distancias 
que iban aproximadamente de mil metros en mil metros hasta llegar alrededor a los 11 
kilómetros empleando el software AutoCAD® 
Posteriormente se calculó el ancho de divagación del río, se tomaron las márgenes 
del río trazando una línea tangencial de los laterales más sobresalientes en los dos 
constados del río, luego se trazó una línea perpendicular entre las dos líneas paralelas y se 
toma la distancia existente entre las dos. Este proceso busca encontrar diferencias del 
ancho de divagación entre el año 1983 y el año 2013. 
La ilustración 12, que se muestra a continuación muestra cómo se realiza el 
procedimiento. 
 
 
 56 
 
 
 
Ilustración 12 Ejemplo de ancho de divagación 
Adoptando los cambios de dirección como puntos de control, se dividió el tramo 
de río analizado en 5 sub tramos, en cada uno de estos se identifican cuáles son las curvas 
que más sobresalen de cada margen del río en su respectivo trayecto, luego se trazó una 
línea recta de inicio a fin de cada tramo, sí esta línea corta con una margen del río, 
entonces se toma la última orilla donde cortó la línea como punto de referencia más lejano 
para realizar el trazado. 
5.4 Fase 4: Conclusión 
La fase 4 tiene como objetivo evaluar los impactos ambientales sobre la morfología del 
río Porce basado en los resultados y análisis de las fases previas, por otro lado, se aporta 
 
 
 57 
 
una metodología de estudio de evaluación del impacto ambiental sobre la morfología de 
un cauce por retención de sedimentos en embalses desde la experiencia de trabajo 
realizado. Para iniciar a evaluar el impacto ambiental se comenzó por analizar la 
afectación en la morfología de la cuenca relacionada a la variación de los caudales 
líquidos y sólidos según el análisis multitemporal de la cuenca realizado en la fase 3. 
Posteriormente se identificaron los posibles impactos acumulativos y sinérgicos debido 
al cambio morfológico en la cuenca de río, como son la afectación sobre obras de 
infraestructura que estén circundantes a la ribera del cauce, deslizamientos de las orillas 
del río, entre otros. 
Después de identificar los impactos generados sobre la morfología del cauce asociado a 
la retención de sedimento, se procede a evaluar el impacto generado, en la cual se 
utilizaron los datos obtenidos de los cálculos realizados y se determinó una escala de 
magnitud para cada impacto identificado, posteriormente se asignó un porcentaje 
ponderado para hallar la calificación de importancia de este mismo. 
Para la evaluación cuantitativa de los impactos, se propone la metodología de Arboleda 
como herramienta básica. El resultado de la alimentación de los parámetros permite la 
obtención de un indicador llamado calificación de importancia (CI), cuya ponderación 
permite alcanzar una evaluación sobre el área de los impactos tomando como base la 
relevancia que tienen los elementos que hacen parte de los componentes ambientales en el 
área del proyecto. Así mismo, posibilita el establecimiento de paralelos comparativos por 
impacto entre los diferentes componentes. 
Luego de elaborar la lista de impactos generados por las actividades del proyecto, la 
cual es el resultado de la agrupación de las interacciones actividad-elemento, se procede a 
 
 
 58 
 
su evaluación individual, pues la sola identificación no expresa en sí, el grado de 
alteración del medio ambiente. Para ello se propone emplear una expresión denominada 
calificación de importancia (CI), obtenida con base en cinco criterios característicos de 
cada impacto, los cuales se definen de la siguiente forma (Arboleda, 1994) 
La fórmula se basa en cinco criterios característicos de cada impacto: probabilidad de 
ocurrencia - PO, magnitud relativa - MR, nivel de vulnerabilidad – NV y duración - D, 
relacionados como se presenta a continuación en la calificación de importancia - CIA: 
Ecuación 3 
𝐶𝐼 = 𝐶𝐴 [𝑃𝑂({𝑎 𝑥 𝑁𝑉 𝑥 𝑀𝑅} + {𝑏 𝑥 𝐷𝑈})] 𝑥 10 
En donde los criterios para cada impacto son: 
CI = calificación de importancia. 
CA =carácter positivo o negativo del impacto 
PO = probabilidad de ocurrencia. 
MR = magnitud relativa del impacto 
NV = nivel de vulnerabilidad. 
DU = duración. 
 
Factores de ponderación: 
 
a = 0,7. Pondera la magnitud relativa, la incidencia no cuantificable o nivel de riesgo y la 
vulnerabilidad 
b = 0,3. Pondera la duración del impacto. 
 
Por estos factores, la formulación asume que el 70% de la importancia del impacto está 
dada por la magnitud relativa, la incidencia no cuantificable y el nivel de vulnerabilidad, mientras 
que el 30% restante corresponde en importancia a la duración del impacto. 
 
 
 59 
 
La escala de valores asignada a cada uno de los criterios de evaluación de cada impacto es 
la siguiente: 
Carácter del impacto (CA) 
Determina si el impacto es de tipo positivo o negativo. 
 
Probabilidad de ocurrencia (PO) 
Cuando existe alteración de algún componente del ambiente producto de una acción o 
actividad del proyecto, se evalúa la probabilidad de presencia del impacto. Varía entre 0,1 y 1,0 
como se presenta en la siguiente escala de valoración: 
Tabla 2 Probabilidad de Ocurrencia del Impacto. 
Probabilidad de ocurrencia Escala de valoración 
Seguro 0,9 < PO  1,0 
Muy probable 0,7 < PO  0,9 
Probable 0,3 < PO  0,7 
Poco Probable 0,1 < PO  0,3 
Fuente: Arboleda, 2008 
 
Magnitud relativa (MR) 
Manifiesta el grado de alteración de un impacto sobre los factores ambientales afectados, 
mediante la relación comparativa entre la dimensión del impacto y el entorno de afectación, 
expresada en porcentajes. Varía entre 0,01 y 1,0 y su escala de valoración es: 
Tabla 3 Magnitud Relativa del Impacto 
Magnitud relativa Escala de valoración 
Muy alta 0,6 < MR  1,0 
Alta 0,4 < MR  0,6 
Media 0,2 < MR  0,4 
Baja 0,05 < MR  0,2 
Muy baja 0,01 < MR  0,05 
 
Fuente: Arboleda, 2008 
 
 
 
 
 60 
 
Nivel de Vulnerabilidad (NV) 
Evalúa la capacidad del elemento afectado para afrontar los cambios que genera el 
impacto identificado. Varía entre 0,1 y 1,0 y su escala de valoración es: 
Tabla 4 Nivel de Vulnerabilidad del Impacto 
Nivel de vulnerabilidad Escala de valoración 
Alta 0,8 < NV  1,0 
Media 0,4 < NV  0,8 
Baja 0,1 < NV  0,4 
 
Fuente: Arboleda, 2008 
Duración (DU) 
Se refiere a la persistencia del impacto a través del tiempo.