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Modelación hidrológica e hidráulica para un 
distrito de riego a pequeña escala con tres 
tecnologías en la zona agrícola del municipio 
de Santa María-Huila 
 
 
 
 
 
 
Javier Eduardo Bonilla Perdomo 
 
 
 
 
 
 
 
 
Universidad Nacional de Colombia 
Facultad de Ingeniería y Arquitectura 
Maestría en Ingeniería – Recursos Hidráulicos 
Manizales, Colombia 
2020 
 
 
 
 
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Modelación hidrológica e hidráulica para un 
distrito de riego a pequeña escala con tres 
tecnologías en la zona agrícola del municipio 
de Santa María-Huila 
 
 
 
 
 
Javier Eduardo Bonilla Perdomo 
 
 
 
Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título 
de 
Magister en Ingeniería – Recursos Hidráulicos 
 
 
Director (a) 
Ph. D. Jorge Julián Vélez Upegui 
 
Universidad Nacional de Colombia 
Facultad de Ingeniería y Arquitectura 
Maestría en Ingeniería – Recursos Hidráulicos 
Manizales, Colombia 
2020 
 
 
 
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A mi esposa, por ser la persona incondicional y 
mi principal apoyo en esta etapa tan importante 
en mi vida, A mi familia, por los valores y 
principios inculcados, los cuales me fortalecieron 
en mi formación académica y profesional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Agradecimientos 
 
 
 
 
El autor expresa sus agradecimientos a la Universidad Nacional de Colombia por los 
conocimientos y herramientas suministradas en este proceso de aprendizaje. Asimismo, 
agradecimientos al Ph. D. Jorge Julián Vélez Upegui por sus valiosos conocimientos 
aportados durante este proceso de investigación. 
A la Universidad Surcolombia por prestar su laboratorio en aras de la construcción de 
academia. 
Empresa Fundispros por aportar sus conocimientos y asesorar al autor en distritos de riego. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Resumen 
 
 
 
Este documento presenta la problemática de abastecimiento del recurso hídrico para 
mantener los cultivos en la zona alta del municipio de Santa María (Huila). El objetivo 
principal de este trabajo es realizar la modelación hidrológica e hidráulica para un distrito 
de riego a través de tres alternativas tecnologías de abastecimiento de agua en la zona de 
cultivo del municipio de Santa María (Huila). La metodología propuesta consistió en realizar 
un análisis hidrológico e hidráulico en la región con información disponible en el área de 
estudio. El estudio inició con un modelamiento para estimar la oferta y demanda. 
Posteriormente, se realizó el modelamiento hidráulico que evaluó el desempeño de tres 
alternativas tecnológicas (aspersión, microaspersión y goteo) para riego. Los resultados 
presentan el análisis de caudal medio estimado mediante el modelo de tanques, el cual 
arrojó un valor de 1.03 m3/s que permitió desarrollar el modelo hidráulico de red del distrito 
para estimar la mejor alternativa tecnológica de riego por goteo. 
 
Palabras clave: Abastecimiento, cuenca, cultivos, modelamiento, hidráulica, hidrológico, 
tecnologías, variabilidad climática. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
 
Hydrological and hydraulic modeling for a 
small scale irrigation district with three 
technologies in the agricultural area of the 
municipality of Santa María-Huila 
 
 
 
 
Abstract 
 
This document presents the problem of water supply to maintain crops in the upper area of 
the municipality of Santa María (Huila). The main objective of this work is to carry out 
hydrological and hydraulic modeling for an irrigation district through three alternative water 
supply technologies in the cultivation area of the municipality of Santa María (Huila). The 
proposed methodology consisted of performing a hydrological and hydraulic analysis in the 
region with information available in the study area. The study began with a modeling to 
estimate supply and demand. Subsequently, hydraulic modeling was carried out that 
evaluated the performance of three technological alternatives (sprinkler, microaspersion and 
drip) for irrigation. The results show the estimated average flow analysis using the tank 
model, which yielded a value of 1.03 m3/s that allowed the development of the hydraulic 
network model of the district to estimate the best drip irrigation technology alternative. 
 
Keywords: Supply, Modeling, Climatic variability, Hydrological, basin, hydraulics, 
technologies, crops. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabla de contenido 
Introducción ..................................................................................................................... 15 
1.1 Planteamiento del problema ...................................................................................... 16 
1.2 Hipótesis .................................................................................................................... 17 
1.3 Objetivo ..................................................................................................................... 18 
1.3.1 General ................................................................................................................... 18 
1.3.2 Específicos ............................................................................................................. 18 
1.4 Justificación ............................................................................................................... 18 
2 Marco Teórico ............................................................................................................... 19 
2.1. Estado del Arte ......................................................................................................... 19 
2.1.1 Estudios de Variabilidad Climática .......................................................................... 19 
2.2 Trabajos en Modelación Hidrológica .......................................................................... 22 
2.3 Trabajos en Modelación Hidráulica ............................................................................ 24 
3. Marco conceptual ........................................................................................................ 28 
3.1 Modelos hidrológicos ................................................................................................. 28 
3.1.2 Modelos hidráulicos ................................................................................................ 30 
3.1.2.1 Distrito de riego .................................................................................................... 30 
3.1.2.2 Redes de riego ..................................................................................................... 31 
3.1.3 Caracterización fisiográfica y morfométrica del área de estudio de la cuenca 
hidrográfica del río Bache ................................................................................................ 34 
3.1.3.1 Características fisiográficas ................................................................................. 34 
3.1.3.2 Características morfométricas. ............................................................................. 37 
3.1.4 Método de transferencia hidrológica de caudales ................................................... 40 
3.1.5 Estudio de caudales máximos y mínimos ................................................................ 40 
3.1.6 Cálculo de evapotranspiración Potencial y Real (ETP y ETo) ................................. 41 
3.1.7 Estimación de parámetros de riego (módulo de riego) ............................................ 42 
3.1.7.1 Lámina de agua aprovechable ............................................................................. 42 
3.1.7.2 Lámina neta de riego (LN).................................................................................... 42 
3.1.7.3 Lámina bruta ........................................................................................................43 
3.1.7.4 Frecuencia de riego ............................................................................................. 43 
3.1.7.5 Módulo de riego ................................................................................................... 43 
3.1.8 Demanda hídrica ..................................................................................................... 43 
3.1.9 Oferta hídrica total .................................................................................................. 44 
3.1.9.1 Oferta hídrica neta disponible .............................................................................. 44 
3.1.10 Escenarios de cambio climático en la cuenca del río Bache ................................. 45 
3.1.10.1 Escenarios de cambio climático (cambios para el período 2071-2100 respecto al 
período 1976-2005) ......................................................................................................... 45 
4 Metodología ................................................................................................................. 46 
4.1 Definición del área de estudio .................................................................................... 46 
4.2 Análisis hidrológico de la cuenca de estudio .............................................................. 47 
4.3 Ubicación y selección de las estaciones meteorológicas ........................................... 48 
5 Resultados y Discusión ................................................................................................ 53 
5.1 Objetivo I: Identificar la estimación de la oferta y de la demanda hídrica en la zona de 
estudio ............................................................................................................................. 53 
5.1.1 Compendio de la información climatológica ............................................................ 53 
5.1.2 Análisis de precipitación .......................................................................................... 54 
5.1.3 Análisis de Caudales .............................................................................................. 58 
5.1.4 Análisis de la Temperatura...................................................................................... 60 
 
 
 
8 
 
 
5.1.5 Organización, homogenización y complementación de la información climatológica
 ........................................................................................................................................ 63 
5.1.6 Niveles asociados a caudales máximos y mínimos en un tramo de estudio del punto 
de captación. ................................................................................................................... 66 
5.1.7 Metodología de estimación de caudales máximo y mínimo ..................................... 66 
5.1.8 Estudio de caudales máximos ................................................................................. 67 
5.1.9 Estudio de caudales mínimos ................................................................................. 69 
5.1.10 Ajuste a la función de distribución de probabilidad de Gumbel .............................. 72 
5.1.11 Ajuste a la función de distribución de probabilidad Log Normal ............................. 74 
5.1.12 Aplicación de las pruebas de bondad de ajuste .................................................... 75 
5.1.13 Estimación de parámetros de ETO (Evapotranspiración de Referencia y ETR 
(Evapotranspiración Real) para la demanda de los cultivos ............................................. 76 
5.1.14 Selección de modelos hidrológicos y climatológicos que mejor se ajusten a la zona 
de estudio, teniendo en cuenta la disponibilidad del recurso hídrico en periodos de estiaje
 ........................................................................................................................................ 79 
5.1.14.1 Balance Hidrológico ........................................................................................... 79 
5.1.14.2 Calibración del modelo ....................................................................................... 81 
5.1.14.3 Validación del modelo ........................................................................................ 83 
5.1.14.4 Simulación hidrológica de la cuenca del Bache .................................................. 85 
5.1.14.5 Oferta hídrica de la cuenca del río Bache .......................................................... 90 
5.1.15 Balance de la oferta vs demanda del cultivo actual de la cuenca del río Bache, con 
el fin de conocer la disponibilidad del recurso hídrico para la zona de estudio ................. 92 
5.1.15.1 Balance oferta vs demanda ................................................................................ 94 
5.1.15.2 Demanda hídrica ................................................................................................ 94 
5.1.15.3 Oferta hídrica total.............................................................................................. 94 
5.1.15.4 Oferta hídrica neta disponible ............................................................................ 94 
5.1.16 Escenarios de cambio climático en la cuenca del río Bache ................................. 94 
5.1.17 Identificación de parámetros requeridos para cuantificar requerimientos hídricos. 95 
5.1.17.1 Suelo.................................................................................................................. 96 
5.1.17.2 Clima ................................................................................................................ 96 
5.1.17.3 Clasificación climática ........................................................................................ 96 
5.1.17.4 Cultivos ............................................................................................................. 99 
5.1.17.5 Uso consuntivo o evapotranspiración del cultivo .............................................. 100 
5.1.17.6 Balance hídrico con fines de riego ................................................................... 100 
5.1.17.7 Estimación de parámetros de riego (módulo de riego) ..................................... 100 
5.2. Objetivo 2: Realizar un modelamiento hidráulico que evalué el desempeño de tres 
diferentes alternativas tecnológicas de riego en la zona ................................................ 101 
5.2.1 Estudio de niveles de la cuenca del río Bache, según resultados del modelo 
hidrológico. .................................................................................................................... 101 
5.2.2 Niveles asociados a caudales máximo. ................................................................. 102 
5.2.3 Geometría del río Bache ....................................................................................... 102 
5.2.4 Coeficiente de rugosidad ...................................................................................... 104 
5.2.5 Perfil longitudinal del flujo ..................................................................................... 104 
5.2.6 Niveles asociados a caudales mínimos. ................................................................ 105 
5.2.7 Perfil longitudinal del flujo ..................................................................................... 106 
5.2.8 Flujo en las secciones transversales ..................................................................... 107 
5.2.9 Condiciones hidráulicas ........................................................................................ 107 
5.2.10 Estudio hidráulico de la obra de captación del proyecto de riego Bache. ............ 108 
5.2.11 Estudio hidráulico del desarenador del proyecto de Riego Bache. ...................... 119 
 
 
 
9 
 
 
5.2.12 Estudio de modelamiento hidráulico de la red de conducción y distribución del 
proyecto. ........................................................................................................................128 
5.2.12.1 Simulación de la línea de Conducción principal y secundaria. ......................... 129 
5.2.12.2 Dimensionamiento de las redes de conducción y distribución. ......................... 130 
5.3. Objetivo 3: Proponer la mejor alternativa de riego para la región. ........................... 132 
5.3.1 Evaluación de alternativas tecnológicas de riego (Aspersión, microaspersión y goteo).
 ...................................................................................................................................... 132 
5.3.2 Evaluación de la mejor alternativa adecuada para la región................................ 144 
5.4 Objetivo 4: Establecer la programación de riego para la mejor alternativa tecnológica.
 ...................................................................................................................................... 146 
5.4.1 Turnos de riego en la mejor alternativa tecnológica. ............................................. 146 
5.4.2 Estimación de parámetros de riego. ...................................................................... 147 
5.4.3 Conservación de suelo y proyección de cultivo en la zona. ................................... 148 
5.4.4 Manejo y automatización de las válvulas de riego en la mejor alternativa tecnológica.
 ...................................................................................................................................... 149 
6 conclusiones ............................................................................................................... 151 
6.1 Recomendaciones ................................................................................................... 152 
ANEXO .......................................................................................................................... 153 
 
 
Lista de figuras 
 
Figura 1. Incidencia de incendios forestales en el Huila. .................................................. 16 
Figura 2. Zona con problemas productivos en la región. ................................................. 17 
Figura 3. Variación de la temperatura media mensual registrada en las cuatro altitudes de 
Colombia. ........................................................................................................................ 19 
Figura 4. Cambio de porcentaje de precipitación entre 2011-2040, Colombia. ............... 21 
Figura 5. Clasificación de redes a presión en función de la tipología. ............................. 27 
Figura 6. Esquema general del Modelo........................................................................... 29 
Figura 7. Esquema de un sistema hidrológico, mostrando entrada y salidas. ................. 29 
Figura 8. Clasificación de redes a presión en función de la tipología. ............................. 31 
Figura 9. Función de distribución de probabilidad log- Normal ajustada a los registros de 
caudales máximos anuales del río Negro (Estación Colorado, Cundinamarca). .............. 33 
Figura 10. Clasificación de índice de lluvia. .................................................................... 34 
Figura 11. Criterio de estudio de J.W Alvord. ................................................................... 36 
Figura 12. Localización general del área de influencia del proyecto de riego. ................. 46 
Figura 13. Perímetro general del proyecto de riego. ....................................................... 47 
Figura 14. Área de estudio de la cuenca hidrológica del río Bache. ................................. 48 
Figura 15. Localización de estaciones y polígonos de Thiessen para el proyecto. .......... 49 
Figura 16. Esquema de Modelos Hidrológicos. ............................................................... 50 
Figura 17. Esquema de programación de riego (WaterCAD). ......................................... 51 
Figura 18. Esquema de Modelos Hidráulico con turno de riego. ..................................... 52 
Figura 19. Registros de precipitación mensual multianual de 1972 – 2015 en la estación 
Santa María. .................................................................................................................... 54 
Figura 20. Registros de precipitación mensual de 1972 – 1998 de la estación Santa María.
 ........................................................................................................................................ 55 
 
 
 
10 
 
 
Figura 21. Registros de precipitación acumulada de 2001 – 2015 en la estación Santa 
María. .............................................................................................................................. 56 
Figura 22. Registros de precipitación mensual multianual efecto climático (ENOS) de 1972 
– 2015 estación Santa María. .......................................................................................... 57 
Figura 23. Registros de caudal mensual multianual de 1972 – 2012 de la estación Santa 
María ............................................................................................................................... 58 
Figura 24. Registros de caudal mensual multianual efecto climático (ENOS) de 1972 – 2012 
de la estación Santa María. ............................................................................................. 59 
Figura 25. Registros de temperatura mensual multianual de 1978 – 1998 en la estación 
Santa María. .................................................................................................................... 60 
Figura 26. Registros de Temperatura mensual multianual 1999 – 2015 en la estación Santa. 
María. .............................................................................................................................. 61 
Figura 27. Registros de Temperatura Anual de 1998 – 2015 en la estación Santa María.
 ........................................................................................................................................ 61 
Figura 28. Registros de Temperatura Anual de 1978 – 2009 en la estación Santa María.
 ........................................................................................................................................ 62 
Figura 29. Curva de acumulación de precipitación de las estaciones El volcán, Peña Rica, 
la Mina contra la estación Santa Maria. ........................................................................... 65 
Figura 30. Isoyetas de precipitación y polígono de Thiessen en la cuenca del río Bache 65 
Figura 31 FDP GEV para los caudales máximos anuales estimados en el punto de 
captación, para un Tr:200 años. ...................................................................................... 67 
Figura 32. Caudales mínimos mensuales multianuales estimados en el sitio de captación 
distrito de riego. ............................................................................................................... 70 
Figura 33. Evapotranspiración de referencia para el área de influencia del distrito de riego.
 ........................................................................................................................................ 77 
Figura 34. Resultado de ETo de la estación Santa María por el método de Penman – 
Monteith. .......................................................................................................................... 78 
Figura 35. Evapotranspiración real para el área de influencia del distrito de riego. ......... 78 
Figura 36. Modelo de elevación de terreno de la cuenca Santa María. ........................... 79 
Figura 37. Esquema general del modelo. ........................................................................ 80 
Figura 38. Calibración del modelo de tanques para el periodo diario de Enero/2002 a 
diciembre 2006. ............................................................................................................... 82 
Figura 39. Curva de duración de caudales – Calibración el periodo diariode Enero/2002 a 
diciembre 2006. ............................................................................................................... 83 
Figura 40. Validación del modelo de tanques para el periodo diario de Enero/2007 a 
diciembre 2011. ............................................................................................................... 84 
Figura 41. Curva de duración de caudales – Validación el periodo diario de Enero/2007 a 
diciembre 2011. ............................................................................................................... 85 
Figura 42. Caudales observados vs simulados del periodo diario de Enero/1982 a diciembre 
2012. ............................................................................................................................... 86 
Figura 43. Curva de duración de caudales – Simulación el periodo diario de Enero/1982 a 
diciembre 2012. ............................................................................................................... 87 
Figura 44. Curva de flujo base - entrada de caudales en el periodo diario de Enero/1982 a 
diciembre 2012. ............................................................................................................... 88 
Figura 45. Curva de almacenamiento de caudales en el periodo diario de Enero/1982 a 
diciembre 2012 ................................................................................................................ 89 
Figura 46. Curva de caudales medios anuales de la cuenca del río Bache entre 1985-2012.
 ........................................................................................................................................ 90 
 
 
 
11 
 
 
Figura 47. Curva de caudales medios mensuales de la cuenca del río Bache entre 1985-
2012. ............................................................................................................................... 91 
Figura 48. Curva duración de caudales medios mensuales de la cuenca del río Bache entre 
1985-2012. ...................................................................................................................... 92 
Figura 49. Registros de escenarios de precipitación de la zona de estudio 2018-2100. .. 95 
Figura 50. Registros de escenarios de temperatura de la zona de estudio 2014-2018. .. 95 
Figura 51. Balance hídrico climático del área de estudio. ............................................... 98 
Figura 52. Punto de Captación del proyecto de Riego. ................................................. 101 
Figura 53. Geometría del río Bache modelamiento en HEC RAS 5.0.3......................... 103 
Figura 54. Geometría de sección del río Bache modelada en HEC RAS 5.0.3. ............ 103 
Figura 55. Perfil longitudinal del flujo máximo del río Bache para diferentes periodos de 
retorno. .......................................................................................................................... 105 
Figura 56. Perfil en planta del flujo máximo del río Bache. ............................................ 105 
Figura 57. Perfil longitudinal del flujo mínimo del río Bache para diferentes periodos de 
retorno. .......................................................................................................................... 106 
Figura 58. Perfil en planta del flujo mínimo del río Bache. ............................................ 106 
Figura 59. Geometría de sección del río Bache modelada en HEC RAS 5.0.3. ............ 107 
Figura 60. Inundación del Caudal máximo y mínimo para diferente periodo de retorno. 108 
Figura 61. Zona de captación para un caudal máximo de 25 años para el proyecto de riego 
Bache. ........................................................................................................................... 117 
Figura 62. Sección de la bocatoma para el caudal máximo a 25 años del proyecto de riego.
 ...................................................................................................................................... 118 
Figura 63. Esquema de la vista isométrica de la estructura de captación. .................... 118 
Figura 64. Esquema de la vista isométrica de la estructura del desarenador. ............... 128 
Figura 65. Localización del proyecto de riego. .............................................................. 128 
Figura 66. Trazado de la red de conducción y distribución del proyecto. ...................... 129 
Figura 67. Trazado de la red de conducción y distribución del proyecto. ...................... 129 
Figura 68. Diseño de la red de conducción con los diámetros de tubería PVC para el 
proyecto. ........................................................................................................................ 132 
Figura 69. Microaspersor DAN-JET PC seleccionado parcela tipo 1. ............................ 133 
Figura 70. Detalle posiciones de riego predio 1. ........................................................... 134 
Figura 71. Gotero en línea PCJ seleccionado parcela tipo 2. ....................................... 137 
Figura 72. Aspersor LF1200 seleccionado parcela tipo 3. ............................................. 140 
Figura 73. Detalle conexión aspersor parcela tipo 3...................................................... 140 
Figura 74. Esquema instalación riego por goteo. .......................................................... 145 
Figura 75. Esquema sistema de filtrado riego por goteo. .............................................. 145 
Figura 76. Esquema sistema de fertirriego. ................................................................... 146 
Figura 77. Esquema de distribución espacial de turnos en el predio. ............................ 147 
Figura 78. Automatización de válvulas hidráulicas. ....................................................... 149 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
Lista de tablas 
 
Tabla 1 Principales cultivos del Huila, por área sembrada, 2004-2006 .......................... 17 
Tabla 2. Ventajas y desventajas de las redes ramificadas y malladas ............................. 32 
Tabla 3. Variables para considerar en el diseño de redes en distrito de riego ................ 32 
Tabla 4. Forma de la cuenca según el índice de Gravelius .......................................... 38 
Tabla 5. Cálculo del tiempo de concentración .................................................................. 40 
Tabla 6. Escenario de cambio climatico 2011-2100 ......................................................... 45 
Tabla 7. Microcuencas que constituyen la cuenca hidrográfica del río Bache .................. 47 
Tabla 8 Estaciones seleccionadas para el análisis climático del área de influencia de 
proyecto. .......................................................................................................................... 53 
Tabla 9 Compendio de información climatológica de la estación Santa María. ................ 53 
Tabla 10. Registros medios mensual multianual para un período de diez años de registro 
de precipitación 1972-1998 de la estacion Santa María. ................................................. 55 
Tabla 11. Registros medios mensual multianual para un período de diez años de registro 
de precipitación 2001-2005 de la estacion Santa María .................................................. 56 
Tabla 12. Registros medios mensual multianual de precipitación efecto climático (ENOS) 
para los períodos 1972 - 2015 de la estación Santa María. ............................................ 57 
Tabla 13. Registros medios mensual multianual de caudal. Efecto climático (ENOS) para 
los periodos entre 1972 - 2012 de la estacion Santa María............................................. 59 
Tabla 14. Registros medios mensual multianual de Temperatura para los periodos entre 
1978 - 2009 de la estacion santa. Maria. ........................................................................ 62 
Tabla15. Estaciones meteorológicas empleadas para la homogenización y 
complementación de la serie de precipitación de la estación Santa María. ...................... 63 
Tabla 16. Homogenización de la serie de precipitación de la estación Santa María. .. 64 
Tabla 17. Carácterísticas fisiográficas y morfométricas del área de estudio de la cuenca 
hidrográfica del río Bache ................................................................................................ 66 
Tabla 18. Resultados de cuantiles y verosimilitud del modelo GEV, para los cauldales 
máximos de la estación Santa María. .............................................................................. 68 
Tabla 19. Caudales máximos asociados a diferentes periodos de retorno ....................... 69 
Tabla 20. Caudales mínimos mensuales multianuales estimados en el sitio de captacion del 
distrito de riego. ............................................................................................................... 69 
Tabla 21. Caudales mínimos anuales registrados por la estación Santa María y 
estimados en el sitio de captación distrito de riego .......................................................... 70 
Tabla 22. Prueba outliers aplicada a la serie de caudales mínimos estimada en el punto 
de captación distrito de riego ........................................................................................... 71 
Tabla 23. Ajuste a la función de distribución de probabilidad Gumbel de la serie de caudales 
mínimos estimada. ........................................................................................................... 73 
Tabla 24. Ajuste a la función de distribución de probabilidad Log Normal de la serie de 
caudales mínimos estimada. ............................................................................................ 74 
Tabla 25. Resultados de la aplicación de las pruebas de ajuste ...................................... 75 
Tabla 26. Caudales mínimos asociados a diferentes periodos de retorno ........................ 76 
Tabla 27. Evapotranspiracion de referencia para el area de influencia del proyecto de 
riego. 76 
Tabla 28. Parámetros de la cuenca ................................................................................. 80 
Tabla 29. Parámetros de calibracion del modelo de tanques ........................................... 81 
Tabla 30. Parámetros de validacion del modelo de tanques ............................................ 83 
 
 
 
13 
 
 
Tabla 31. Registro de caudales medios mensuales entre 1985-2012. ............................. 91 
Tabla 32. Caudales estimados en la resolución CAM Nº 3481......................................... 93 
Tabla 33. Parámetros físicos unidades cartograficas de suelo en el área de influencia. .. 96 
Tabla 34. Resultados de índices de requerimiento de riego ............................................. 99 
Tabla 35 Parámetros de los cultivos proyectados .......................................................... 100 
Tabla 36 Parámetros de riego ........................................................................................ 101 
Tabla 37 Parámetros de los cultivos proyectados .......................................................... 104 
Tabla 38 Coordenadas de la bocatoma ......................................................................... 108 
Tabla 39 Tipos de Rejillas .............................................................................................. 109 
Tabla 40 Dimensionamiento de las Varillas. .................................................................. 109 
Tabla 41 Tipo de limpieza de la Rejilla. .......................................................................... 110 
Tabla 42 Especificaciones de limpieza Manual y Mecanico. .......................................... 110 
Tabla 43 Dimensionamiento para el calculo de la tuberia. ............................................. 116 
Tabla 44 Dimensiones de la camara de derivacion. ....................................................... 116 
Tabla 45 Dimensiones del vertedero interno. ................................................................. 117 
Tabla 46 Parámetros de diseño del desarenador. .......................................................... 119 
Tabla 47 Relacion entre diametro de particulas y Velocidad de Sedimentacion. ............ 120 
Tabla 48 . Valores de a/t - Tiempo de retención "a" ....................................................... 121 
Tabla 49 . Dimensionamiento para el calculo de la tuberia Lavado. ............................... 126 
Tabla 50 . Dimensionamiento para el calculo de la tuberia Excesos. ............................. 127 
Tabla 51 . Características tubería de PVC ..................................................................... 131 
Tabla 52 . Clasificación de tecnologías de riego según el tipo de cultivo ....................... 133 
Tabla 53 . Micro aspersor seleccionado ......................................................................... 133 
Tabla 54 . Datos del sistema de riego por microaspersion predio 1 ............................... 134 
Tabla 55 . Requerimiento de cultivo predio 1 ................................................................. 135 
Tabla 56 . Calculo frecuencia de riego en el predio 1..................................................... 136 
Tabla 57. Chequeo tiempo de riego vs frecuencia en el predio 1 ................................... 136 
Tabla 58 . Goteo seleccionado ...................................................................................... 137 
Tabla 59 . Requerimiento de cultivo predio 2 ................................................................. 138 
Tabla 60 . Calculo frecuencia de riego en el predio 2..................................................... 138 
Tabla 61. Chequeo tiempo de riego vs frecuencia en el predio 2 ................................... 139 
Tabla 62 . Aspersor seleccionado en el predio 3 ............................................................ 140 
Tabla 63 . Distribucion del cultivo en el predio 3 ............................................................ 141 
Tabla 64 . Datos del sistema de riego por aspersion en el predio 3 ............................... 141 
Tabla 65 . Datos del espaciamiento maximo permisible en el predio 3 .......................... 141 
Tabla 66 . Datos para el calculo de requerimiento del cultivo en el predio 3 .................. 142 
Tabla 67 . Requerimiento del cultivo en el predio 3 ........................................................ 142 
Tabla 68 . Chequeo tiempo de riego vs frecuencia de riego en el predio 3 .................... 143 
Tabla 69 . Dsitribución de caudal por turno de riego ...................................................... 146 
Tabla 70 . Parámetros de riego para la mejor alternativa tenológia ............................... 147 
Tabla 71 . Cultivos establecidos en el distrito de riego ................................................... 148 
Tabla 72 . Esquema de programacion de riego intrapredial por turno para el distrito de riego.
 ...................................................................................................................................... 150 
Tabla 73 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal maximo en el periodo de retorno 2.33 años .......... 153 
Tabla 74 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal maximo en el periodo de retorno 5 años ............... 154 
Tabla 75 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal maximo en el periodo de retorno 10 años ............. 155 
 
 
 
14 
 
 
Tabla 76 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal maximo en el periodo de retorno 25 años ............. 156 
Tabla 77 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RASdel tramo en 
estudio del río Bache para el caudal maximo en el periodo de retorno 50 años ............. 157 
Tabla 78 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal maximo en el periodo de retorno 100 años ........... 158 
Tabla 79 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal minimo en el periodo de retorno 2.33 años ........... 159 
Tabla 80 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal minimo en el periodo de retorno 5 años ................ 160 
Tabla 81 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal minimo en el periodo de retorno 10 años .............. 161 
Tabla 82 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal minimo en el periodo de retorno 25 años .............. 162 
Tabla 83 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal minimo en el periodo de retorno 50 años .............. 164 
Tabla 84 Resultados hidraulicos obtenidos de la modelacion en HEC-RAS del tramo en 
estudio del río Bache para el caudal minimo en el periodo de retorno 100 años ............ 165 
Tabla 85 Balance hidrico climatico para el proyecto de Riego ....................................... 166 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
 
Introducción 
 
Durante los últimos años se han estudiado, de manera considerable en el departamento del 
Huila, los distritos de riego como una alternativa para el suministro de agua en sus cultivos. 
Asimismo, se promueven inversiones para el adecuado manejo del agua a través del 
desarrollo de pequeños proyectos de riego y drenaje con el propósito de mejorar la 
competitividad de los productores agropecuarios, mitigar los efectos climáticos adversos y 
reducir la estacionalidad de la producción agrícola en la región. 
En este orden de ideas, la Secretaría de Agricultura y Minería del departamento del Huila 
entregó, en el año 2011, “un balance exitoso en la implementación del programa Agua para 
que la tierra produzca durante lo corrido del cuatrienio, el programa se ha destacado por su 
aceptabilidad en las comunidades beneficiarias y por su alto impacto debido al gran aporte 
al mejoramiento de la calidad de vida. La identificación de nuevas áreas potenciables para 
riego, el seguimiento al desarrollo de obras en ejecución, la sistematización de la 
información, y la preparación y puesta en marcha de obras, que permiten manifestar con 
mayor seguridad el éxito rotundo de este programa dentro del Plan de Desarrollo 
Departamental” (Paola & Álvarez, 2011,p.2). Con respecto a la implementación de dicho 
programa, el municipio de Santa María, cuyas principales actividades económicas son la 
agricultura la ganadería y la piscicultura, de la mano con los grupos asociativos, ha hecho 
esfuerzos por mejorar la infraestructura de riego, plataforma importante para alcanzar la 
competitividad en los mercados del sector con productos agrícolas y pecuarios. 
En aras de identificar (y, además, proponer una posible solución) la problemática de 
abastecimiento del recurso hídrico para mantener los cultivos de la zona alta del municipio 
de Santa María, el presente documento tiene como objetivo principal realizar la modelación 
hidrológica e hidráulica para un distrito de riego a través de tres alternativas tecnológicas 
de abastecimiento de agua (aspersión, microaspersión y goteo) en la zona de cultivo del 
municipio de Santa María (Huila). Con respecto a la metodología, esta se realizó en dos 
fases: en la primera se realizó un modelamiento hidrológico a la cuenca del río Bache, para 
determinar el índice de regulación hídrica, la oferta del recurso hídrico disponible y la 
variabilidad climática de la región; en segundo lugar, se realizó un análisis de la demanda 
para proceder con el estudio hidráulicos de los sistemas de riego. 
El uso de estas herramientas de modelación hidrológica permitió realizar un análisis 
comparativo de la información sobre los caudales máximos y mínimos, teniendo en cuenta 
los fenómenos climáticos que se presentan en la región: el ENOS (El Niño, Oscilación del 
sur) y La ZCIT (Zona de Influencia Intertropical) en la cuenca del río Bache. 
Este trabajo se encuentra dividido en seis capítulos. El primero presenta el problema de 
investigación; el segundo capítulo expone el estado del arte; el tercer capítulo presenta el 
marco conceptual; el cuarto capítulo presenta la metodología aplicada en este trabajo; en 
el quinto capítulo presenta la sección Resultados y Análisis. Finalmente, en el sexto 
capítulo, se presentan las conclusiones y recomendaciones. 
 
 
 
 
16 
 
 
 1.1 Planteamiento del problema 
 
La escasez del recurso y las altas temperaturas se han consolidado como causas de la 
problemática económica de la zona occidental del departamento del Huila, el estudio 
incidencia de incendios, realizado en el 2015 por el Ministerio de Agricultura y la Secretaria 
de Gobierno del Huila, evidenció los municipios con incidencia de incendios por causa de 
los fenómenos de El Niño (Figura 1). Adicionalmente, se afirma que “históricamente hay 
diez municipios que han presentado vulnerabilidad más alta que en otros municipios al 
padecer desabastecimiento de agua potable por causas del clima, por lo que cuando se 
inició el fenómeno de El Niño, a principios de año, se establecieron unos planes de 
contingencia para poder atender estas emergencias”(La Nación, 2015,párr 2). Entre estos 
municipios se encuentra Santa María: los campesinos de las veredas cercanas a la cuenca 
del río Bache (zona alta) presentan dificultades de abastecimiento del recurso hídrico para 
mantener sus cultivos. 
 
 
 
Figura 1. Incidencia de incendios forestales en el Huila. 
Fuente: La nacion (2018) 
 
Sin embargo, a pesar de esta problemática, para los años 2004, 2005 y 2006 el 
departamento del Huila se caracterizó por ser una despensa agrícola importante (Tabla 1), 
según lo expone el estudio de la CAM (corporación autónoma regional del alto magdalena): 
“En particular el área sembrada de granadilla creció en un 178% en los últimos 3 años, 
pasando de 1.308 a 2.326 ha; en el último año registró un crecimiento del 10%. Esta 
actividad se desarrolla por encima de los 1.800 m.s.n.m” (CAM, 2007,p.7). En este orden 
de ideas, el departamento del Huila puede convertirse en un referente agrícola importante 
en el país (en particular el municipio de Santa María, ya que sus cultivos están dentro de 
las veredas identificadas en el estudio mencionado). 
 
 
 
 
Municipio 
Santa María 
 
 
 
17 
 
 
Tabla 1 Principales cultivos del Huila, por área sembrada, 2004-2006 
 
Cultivo Área Sembrada (ha) 
2004 2005 2006 
Fríjol tradicional 10.017 8.379 8.506 
Maíz 19.065 18.976 20.352 
Café 93.917 96.274 95.646 
Lulo 1.581 1.512 1.711 
Mora 858 899 1.125 
Granadilla 1.308 2.113 2.326 
Fuente: CAM (2018) 
 
Adicionalmente, la topografía de la región también es considerada como una causa de la 
problemática: al estar ubicada en la cordillera central, sus terrenos presentan pendientes 
muy altas, por lo que, generalmente, las fuentes hídricas están más bajas que los predios 
cultivables, aspecto que dificulta el acceso al riego intrapredial. (Figura 2). 
 
 
Figura 2. Zona con problemas productivos en la región. 
Fuente: Fundispros, (2018) 
 
En ese orden de ideas, se proponen mejoras con alternativas tecnológicas (aspersión, 
microaspersión y goteo) que cumplan con los parámetros hidrológicos e hidráulicos, para 
determinar los efectos en el ámbito ambiental, técnico y económico, para cumplir con la 
oferta hídrica requerida en la zona de estudio. 
 
Con base en el problema expuesto anteriormente, se formulala siguiente pregunta de 
investigación: 
 
 ¿Cuáles son las alternativas tecnológicas de riego que pueden cumplir con los parámetros 
hidrológicos e hidráulicos de la zona de estudio del municipio de Santa María? 
 
1.2 Hipótesis 
 
Es posible y conveniente realizar un modelamiento hidrológico e hidráulico en la zona de 
estudio del municipio de Santa María, aplicando tres tecnologías de riego (aspersión, 
microaspersión y goteo) para abastecer de agua los predios de cultivo y poder optimizar 
el recurso hídrico. 
 
 
 
 
18 
 
 
1.3 Objetivo 
 
1.3.1 General 
 
Realizar la modelación hidrológica e hidráulica para un distrito de riego a través de tres 
alternativas tecnológicas de abastecimiento de agua en la zona de cultivo del municipio de 
Santa María (Huila). 
 
1.3.2 Específicos 
 
1. Identificar la oferta y la demanda hídrica en la zona de estudio. 
 
2. Realizar un modelamiento hidráulico que evalúe el desempeño de tres diferentes 
alternativas tecnológicas de riego en la zona. 
 
3. Proponer la mejor alternativa de riego para la región. 
 
4. Establecer la programación de riego para la mejor alternativa tecnológica. 
 
 
1.4 Justificación 
 
Este trabajo surge de la necesidad de los usuarios del municipio de Santa María (Huila) de 
tener el recurso hídrico para regar sus cultivos. El alto relieve de la zona y la ubicación de 
sus siembras han desencadenado la escasez de agua para las zonas de parcelas, lo cual 
ocasiona pérdidas de sus productos y bajo rendimiento económico para sus tierras: “se está 
secando el café y la granadilla ya no tiene buen sustento para que florezca. Las pérdidas 
son numerosas y nuestros campesinos nos han hecho un clamor para que en este aspecto 
se atienda la emergencia que tenemos”(Diario del Huila, 2016). 
 
El estudio de modelamiento hidrológico e hidráulico permitirá que, a pesar de adversidades 
medioambientales como las expuestas anteriormente, se desarrolle un sistema de riego 
adecuado con la mejor alternativa tecnológica de riego a implementar (aspersión, 
microaspersión y goteo). Estudiar alternativas de riego que van de la mano con los avances 
tecnológicos como la programación de riego (automatización de válvulas hidráulicas) 
intrapredial, permitirá al agricultor un mejor control en los cultivos de la zona de Santa María 
(Huila) optimización del recurso hídrico. 
 
El presente trabajo impactará directamente a la población de Santa María (Huila), en 
especial los agricultores de las veredas Bache, Bachecito, el Vergel y el Encanto. Los 
beneficios que aporta este trabajo de maestría se verán reflejados, en primer lugar, en 
aspectos sociales y económicos: incentivar a los campesinos de la región, donde existen 
métodos de riego más eficientes, a que generen mayor producción de sus cultivos, lo que 
 
 
 
19 
 
 
genera mayores ingresos económicos a las familias campesinas. En segundo lugar, un 
aporte disciplinar a la ingeniería, especialmente la agrícola, en lo que respecta a 
implementación de nuevos productos agrícola, la rotación de estos y el buen manejo del 
suelo. 
 
2 Marco Teórico 
 
El presente capítulo está dividido en dos secciones, a saber: el Estado del Arte y el Marco 
Conceptual. El primero presenta y discute aquellos estudios y metodologías desarrolladas 
sobre los temas de variabilidad climática y modelación hidrológica e hidráulica. El segundo, 
esta asociados a los conceptos temáticos, como también el desarrollo de las ecuaciones y 
teorías que sustenta este trabajo. 
 
2.1. Estado del Arte 
 
2.1.1 Estudios de Variabilidad Climática 
 
Constantino et al. (2011) evaluaron la variabilidad climática en la dinámica de infestación 
de la broca del café en cuatro localidades de Colombia: desde 1218 m.s.n.m hasta los 1700 
m.s.n.m. Se evalúo el porcentaje de infestación de broca en árboles cubiertos con jaula 
entomológica a partir de frutos brocados infestados de una misma edad colocados en el 
plato del árbol durante varios ciclos productivos en cuatro periodos climáticos diferentes 
(Periodo Neutro 2.007; Periodo La Niña 2.008, Periodo El Niño 2.009 - 2.010) (Figura 3). 
 
Figura 3. Variación de la temperatura media mensual registrada en las cuatro altitudes de 
Colombia. 
Fuente: Constantino et al., 2011, p8. 
 
En la primera fase del proyecto las lluvias presentaron un comportamiento bimodal y los 
meses de enero y julio fueron los más secos. Sin embargo, para la segunda fase del 
proyecto, el periodo climático La Niña se presentó muy intenso: fue el más lluvioso 
 
 
 
20 
 
 
registrado en los últimos 50 años para la zona central cafetera, finalmente en el tercer y 
cuarto periodo se registró El Niño en agosto y febrero con gran intensidad; según los 
promedios históricos de lluvias reportados para cada una de las localidades del estudio. 
Este trabajo cubrió un periodo de variabilidad climática amplio, definido en periodos de 
tiempo extensos. 
El cambio y la variabilidad climática fueron considerados como ejes principales para control 
de los cultivos de café. De acuerdo con su estudio, la temperatura permitió el desarrollo de 
la broca, causante de la baja producción de café y de su calidad. Se concluye de este 
estudio que es relevante identificar los fenómenos de variabilidad climática y sus efectos en 
los cultivos. 
Pinilla H. et al. (2012) realizaron una encuesta a 487 campesinos del sector cacaotero y 
cafetero del centro de Santander (Colombia) con el propósito de conocer las percepciones 
sobre los fenómenos de variabilidad climática y el cambio climático. El 89% de los 
encuestados afirmó que el clima ha presentado cambios, especialmente en los últimos 8 
años. Este estudio centró su investigación en la percepción humana de la variabilidad 
climática e incertidumbre sobre el comportamiento de la temperatura y la precipitación en 
zonas de cultivo de cacao y café. 
El análisis de variabilidad climática interanual expuesta por Edgar y Bocanegra (2012) 
expone una síntesis de los aspectos a tener en cuenta en la variabilidad climática. Los 
resultados demuestran que el mayor efecto climático ocurre durante el primer trimestre de 
1938, donde el efecto de los fenómenos climáticos (El Niño y La Niña), sobre la precipitación 
de Cundinamarca, se presenta en temporadas secas. Este estudio proporciona una 
metodología de trabajo que permite predecir los eventos climatológicos en cualquier campo 
de la agricultura actual. 
Arango, Dorado, Guzmán y Ruíz (2012) presentaron la caracterización del ENOS (El Niño, 
Oscilación del sur) y la evaluación de la precipitación trimestral mediante la correlación de 
Pearson para Colombia. Los resultados mostraron que los índices ENOS de los trimestres 
de NDE, DEF y EFM tienen la mayor precipitación. Este estudio correlacionó datos de 
precipitación en Colombia con 16 índices de gran escala asociados al ENOS. La 
metodología utilizada en esta investigación es base de estudio para abordar las 
correlaciones más significativas de ciertos índices para las subregiones de interés en el 
marco del trabajo de la maestría. 
García, Piñeros, Bernal y Ardila (2012) analizaron la variabilidad climática y el cambio 
climático en Colombia y su relación con el recurso hídrico. Colombia no ha sido ajena a los 
cambios dramáticos del clima global. En el año 2010, el país evidenció uno de los periodos 
más críticos en términos de anomalías en precipitación frente al promedio anual. El mes de 
julio de 2010 fue el más lluvioso de los últimos 30 años, debido a que persistieron las lluvias 
por encima de lo normal en la región Caribe, Andina y Pacífica. Así mismo, en diciembre de 
2010, se presentaron inundaciones severas por los efectos de La Niña (Figura 4). Se 
concluye en el estudio que la variabilidad climática cada vez tiene mayor incidencia sobre 
los recursos hídricos en el territorio nacional. 
 
 
 
21 
 
 
 
Figura 4. Cambio de porcentaje de precipitación entre2011-2040, Colombia. 
Fuente: García, Piñeros, Bernal, & Ardila, 2012 
 
Gomez y Peluha (2014) estudiaron la variabilidad climática y el impacto económico de esta 
en los cultivos de arroz en Colombia. Este estudio se realizó con el modelo de función Cobb 
Douglas. La investigación analizó el concepto de temperatura y cómo puede afectar los 
cultivos asociados. Aunque los resultados derivados de la aplicación de las metodologías 
son importantes, no es un estudio que valide la información completa de variabilidad 
climática en Colombia. 
González (2016 ) resalta el impacto de la variabilidad climática y sus actividades. Elaboró 
un modelo hidrológico lluvia- escorrentía bajo diferentes escenarios climáticos con el 
objetivo de evaluar el efecto en los cultivos agrícolas y la piscicultura. Esta investigación 
refleja la necesidad de un estudio hidrológico en el lago Tota, teniendo en cuenta la 
variabilidad climática, ya que de este se benefician los cultivos agrícolas como la papa y la 
arveja, entre otros. 
 
 
 
 
22 
 
 
2.2 Trabajos en Modelación Hidrológica 
 
Mintegui y Robredo (1994) afirmaron en su estudio que en las montañas las precipitaciones 
son más abundantes y que, además, es importante tener en cuenta las de origen orográfico 
(incluidas las de carácter ciclónico y convectivo). Concluyeron que en este tipo de 
precipitación los fenómenos torrenciales se desencadenan con mayor intensidad, se dirigen 
hacia las áreas dominadas y se extienden en por toda la cuenca hidrográfica. Usaron en 
su investigación el modelo H.Y.M.O. (modelo matemático de lluvia-escorrentía). 
 
Teixeira (2003) define la gestión de los recursos hídricos en Brasil como la gestión de 
reglamentación y de poder de políticas sobre el agua en el corregimiento de Brasil, el cual 
es responsable del otorgamiento del uso de los recursos hídricos y licencias para la 
construcción de obras. El objetivo de este estudio fue establecer una propuesta de 
perfeccionamiento enfocada en la caracterización de las funciones hídricas y modelos que 
garanticen un análisis hidrológico, social y económico. 
El estudio propuesto por Abraham et al. (2005) sobre la caracterización y valoración 
hidrológica de la cuenca de río Mendoza mediante un modelo conceptual de evaluación 
que permita un conocimiento sistematizado tanto de la oferta como demanda hídrica es de 
relevancia para este trabajo de maestría. La investigación analiza la disponibilidad hídrica 
que, por lo general, se concentra en las zonas altas de riego y su disminución en zonas de 
sequía (donde es limitado el acceso al agua). Si bien no expone un modelo y no se observa 
un análisis gráfico en diferentes periodos, es relevante esta investigación para el presente 
trabajo porque relaciona la oferta hídrica con la importancia de esta para los cultivos. 
En su investigación Sandino (2010) implementó una herramienta de planificación 
hidrológica para estimar los caudales máximos en una cuenca y así evaluar las pérdidas 
económicas y las causas de inundación que presenta esta zona. Sin embargo, no se 
estudiaron varios escenarios que soportaran un análisis más completo al problema de 
investigación. 
Stehr et al. (2010) utilizaron el modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) con el 
objetivo de analizar una cuenca en Chile (Biobío) y percibir y predecir los impactos del clima 
y los fenómenos antropogénicos. El modelo es una herramienta útil que puede ser utilizada 
en los impactos potenciales de uso de la tierra y cambios climáticos en la hidrología de las 
cuencas. 
Ocampo y Vélez (2013) afirmaron en su investigación que la modelación hidrológica es la 
base para la gestión integral del recurso hídrico en cuencas de alta montaña que involucra 
una serie de procesos fisicoquímicos. Para el caso concreto, mencionan la cuenca del río 
Chinchiná en el departamento de Caldas, Colombia: su topografía es compleja (5278 – 767 
msnm), los suelos son heterogéneos y su uso está relacionado con actividades pecuarias, 
agrícolas y forestales, la ortografía y la zona de confluencia intertropical determinan el 
régimen de lluvias, la temperatura varía entre -2°C a 25°C, la precipitación oscila entre 555 
mm y 1350 mm. 
 
 
 
23 
 
 
En este estudio se usaron los modelos Tetis, Témez, Abcd, T, P, y Autorregresivos (ARMA). 
(Salas y Smith). Los resultados indicaron, en primer lugar, que una de las principales 
desventajas de los modelos conceptuales es la equifinalidad, es decir, la existencia de 
diferentes valores de parámetros del modelo con las principales medidas de ajuste. Para 
mejorar el ajuste entre las observaciones y las simulaciones de las variables recurrieron a 
la calibración y validación. En segundo lugar, los modelos TETIS, Abcd y ARMA (Salas & 
Smith) fueron calibrados satisfactoriamente. En tercer lugar, la validación los modelos 
TETIS, Abcd y Témez y los autorregresivos fue satisfactoria, sin embargo, la de los modelos 
T y P no lo fue. En cuarto lugar, la simulación obtuvo resultados satisfactorios para los 
modelos TETIS, Abcd, ARMA (Salas & Smith) con errores de balance de 1,8%, 7,8% y 
11,5%, respectivamente. En quinto lugar, Los modelos T y P, Témez y Arma no fueron 
satisfactorios porque el estadístico RSR (raíz cuadrada del error medio) no tuvo buen 
desempeño. En sexto lugar, con las curvas de duración de caudales se corroboró que los 
modelos TETIS, Abcd y ARMA (Salas & Smith) simulan de manera satisfactoria los valores 
medios porque presentan, en valores máximos, diferencias para probabilidades mayores al 
90%. En séptimo lugar, el modelo Témez presentó menor error en la modelación de 
caudales máximos, pero se vio limitado en la modelación de los mínimos. Finalmente, 
concluyen que la modelación de la curva de duración de caudales es necesaria para facilitar 
la comprensión de la escorrentía. La validación realizada con la curva de duración de 
caudal es necesaria para dar sentido físico e hidrológico. 
Cabe agregar, que en Colombia, según Rivera y Umanets ( 2013), existe una metodología 
para la prevención del riesgo por abastecimiento del recurso hídrico, mediante el pronóstico 
hidrológico como eje principal. Bajo este proceso, se exponen las propiedades del modelo 
hidrológico para la prevención en tiempo real del abastecimiento de agua en distritos de 
riego para la agricultura. 
Con base en lo anterior, se concluye que las propiedades de los modelos hidrológicos son 
importantes, dado que permiten prevenir el riesgo de desabastecimiento del recurso hídrico. 
Es meritorio destacar que poco a poco se presenta los estudios y modelos que contribuyan 
al desarrollo de la agricultura en Colombia, en especial a las tecnologías para el riego. 
En lo que respecta a los estudios de vulnerabilidad hídrica en la Cuenca, cabe destacar la 
investigación de Marin (2016), quien indicó que, durante los últimos años, la población 
mundial se ha duplicado, lo que ocasiona un alto nivel de vulnerabilidad ante los cambios 
de clima y cambios del uso de suelo, debido a las alteraciones directas sobre la 
disponibilidad del agua y, a su vez, en la producción alimentaria y demás grupos 
productivos. 
El área de estudio fue la cuenca del Rio Ángel, ubicada en la provincia de Ecuador. Su 
principal problema se centra en la inadecuada gestión del agua con fines para riego, es 
considerada una zona alta de difícil acceso para las actividades agrícolas por falta del 
recurso natural (alturas por encima de los 3000 metros). La investigación planteó 
herramientas hidrológicas capaces de analizar el comportamiento de la cuenca bajo 
diferentes escenarios de uso de suelo como es el modelo hidrológico, utilizado en este 
trabajo de maestría, modelo físico y semidristribuido, este último es calibrado. Esta 
investigación expone un análisis amplio en relación con los problemas de vulnerabilidad 
 
 
 
24 
 
 
existentes para las zonas altas de la zona de Ecuador,además de ser un modelo aplicable 
en el caso de estudio de este trabajo de maestría. 
Moncayo, Losada y Cruz (2016) presentaron en su estudio una modelación hidrológica para 
la cuenca del río Bache, utilizando una herramienta de planificación del recurso hídrico. A 
diferencia de dicho estudio, este trabajo de maestría se centra en la utilización de la 
herramienta WEAP para la generación de escenarios en el crecimiento poblacional del 
municipio de Santa María. La investigación no comparó diferentes escenarios con modelos 
hidrológicos. 
En lo que respecta a los distritos de riego, López (2016) presenta una revisión del 
funcionamiento de un distrito de riego a pequeña escala en el municipio de Potosí- Nariño, 
empleando software de simulación. Se concluyó que, para implementar el distrito de riego 
pensado para el mejoramiento de 110 hectáreas de cultivos en la zona Yamuesquer, es 
necesario evaluar los distritos de riego desde un modelamiento hidrológico que represente 
con claridad los fenómenos de variabilidad climática y su afectación a los cultivos de la zona 
que se tenga para irrigar. 
 
El principal paso para construir un modelo hidrológico es establecer un modelo perceptual 
con el objetivo de decidir cuáles son los principales procesos y variables que intervienen en 
la generación de caudales. Según Juan Cabrera (2016) es importante tener en cuenta “los 
procesos de observación, análisis y características del suelo, subsuelo y clima. Una vez 
reconocidos se incluyen coeficientes y parámetros a los cuales posteriormente se les 
deberá asignar valores adecuados mediante un proceso de calibración” (Cabrera, 
2016,p.1). Es relevante este estudio para el presente trabajo de maestría por la utilización 
de herramientas estadísticas que buscan validar los valores simulados y los observados. 
 
 2.3 Trabajos en Modelación Hidráulica 
 
Losada Villasante (1994) expresaron que, mientras a principios de 1940, el regadío no 
había llegado todavía a 1.500.000 Ha, la superficie regada actual es del orden de 3.000.000 
Ha. El incremento experimentado durante los últimos veinte años ha sido de unas 30.000 
Ha/año y aún se prevén importantes aplicaciones. Según este estudio, se ha presentado 
un incremento en la utilización de agua para riego, lo que permite ser considerado como un 
recurso útil e indispensable para los cultivos. Es importante capacitar a los usuarios en las 
buenas prácticas agrícolas en relación con las operaciones de riego: en primer lugar, el 
agua ha de ser captada, transportada y distribuida; en segundo lugar, el caudal será función 
de los requerimientos de riego del campo de cultivo, y el agricultor ha de tener capacidad 
para manejarlo con cierta flexibilidad; y, en tercer lugar, el factor agua interviene en un 
proceso de producción con objetivos económicos. 
 
Clop y Esteban (1997) presentaron indicadores de eficiencia económica en el uso del agua 
de riego en el área de los canales de Urgell (España). A partir del análisis de costo y 
beneficio en diferentes cultivos que serían irrigados por superficie, se concluyó que, desde 
los inicios de este uso, se ha utilizado el riego en piscina o gravedad. Así mismo, el estudio 
indicó algunos beneficios de este tipo de riego (eficiencia-costo) no sin antes mencionar el 
aumento del consumo de los recursos hídricos para dichos cultivos. 
 
 
 
25 
 
 
 
Según Planells, Ortega, Valiente, Montero y Tarjuelo (1999) los sistemas de riego surgen 
como alternativa al abastecimiento del recurso hídrico mediante redes colectivas que 
desarrollan metodologías en el ahorro de agua y comodidad de manejo. Se analizaron las 
repercusiones de los distintos criterios de diseño y manejo de zona semiáridas con riego en 
aspersión. Los resultados indicaron que el uso de válvulas hidráulicas con piloto regulador 
son dispositivos ideales en este tipo de diseño. Cabe destacar que los resultados 
presentados son relevantes para este trabajo de maestría, ya que los sistemas de riego 
utilizados actualmente en Colombia son controlados por válvulas, las cuales permiten un 
ahorro del recurso hídrico y un trabajo eficiente del mismo. 
 
Dueñas, Giovanni y Cruz (2005) presentaron la automatización de sistemas de riego para 
cultivos de flores. En su trabajo, exponen que los cultivos de flores constituyen en Colombia 
una de las actividades con mayor incremento de exportación. La metodología utilizada fue 
el modelo de conexión abierta, el cual permite la implementación de las aplicaciones de 
comunicación de datos. Es meritorio destacar que, gracias a una adecuada automatización 
del sistema de riego, se pueden manejar eficientemente los tiempos de riego y la operación, 
lo que permite un bajo costo de operación. Actualmente, los sistemas de riego son 
automatizados. Aunque el costo inicial es un poco mayor, esto trae a corto y largo plazo 
resultados positivos en aspectos hidráulicos y económicos. 
Ocampo y Escobedo (2006) realizaron una investigación en la región de Atlixco, localizada 
en la zona centro-oeste del estado de Puebla, México. El estudio se enmarcó en el enfoque 
agroecológico con el objetivo de exponer acertadamente los agroecosistemas complejos 
de la agricultura de riego. En lo que respecta a la metodología, se recopiló información, a 
través de encuestas y entrevistas, sobre las prácticas de “vareo” y el “tuneleado” para la 
detección de agua subterránea. Según este estudio, la pérdida de agua ocurre por 
lixiviación (filtración). De acuerdo a lo anterior, se están utilizando diferentes estrategias de 
manejo y conservación del agua como tanques o depósitos para lavaderos, manejo de 
achololes y el uso de sistemas de riego modernos: como el riego por aspersión 
(microaspersiones) y sistemas de goteo (mangueras) para frutales, como el durazno y el 
guayabo, que han sido introducidos recientemente dentro del área de estudio del presente 
trabajo de maestría. Las tecnologías de riego condicionan otras técnicas para su manejo 
(construcciones de depósitos de agua –subterránea-, la utilización de filtros y un óptimo 
sistema de bombeo). 
Según Gruber y Blanco (2007) el comportamiento hidráulico del riego por goteo artesanal 
se fundamenta en la elaboración de emisores y el aprovechamiento de alturas de carga 
para evitar el uso de motobomba. Estos diseños no presentan costos elevados: no disponen 
de elementos hidráulicos como accesorios y válvulas de regulación. Según lo mencionado, 
se trabaja con goteo como alternativa importante en la metodología del riego por que 
permite la optimización y mayor eficiencia en la producción de sus cultivos. 
 
En lo que atañe al modelado hidráulico, Garcia (2009) indicó en su investigación la 
problemática del recurso agua para el riego de los cultivos al norte de México. Como 
alternativa planteó el diseño hidráulico de una red cerrada a presión utilizando un modelo 
 
 
 
26 
 
 
matemático. El estudio presenta vacíos asociados al análisis completo de la oferta y la 
demanda hidrológicas. 
Petillo (2010) evalúo el criterio del riego por gravedad en las zonas de Uruguay. Demostró 
que no existe el mejor método de riego, sino el más apropiado para cada situación. A partir 
de este hallazgo, se deduce que los métodos por gravedad también tienen ventajas con 
respecto a los métodos presurizados en relación con el costo de inversión y operación; sin 
embargo, el autor aclara que es recomendable el presurizado. Bajo este contexto, Petillo 
(2010), afirma que: 
 
a) El riego por superficie es poco uniforme. 
b) Es muy ineficiente y, por lo tanto, desperdicia mucha agua. 
c) Es muy difícil de instrumentar y, por ello, es necesario tener mano de obra muy 
calificada. 
 
Partiendo de lo expuesto por Petillo (2010), en el caso concreto de Colombia, es difícil la 
implementación de riego por superficie, debido a las condiciones de alta pendiente que se 
presentan en el país. Aunque en las zonas bajas se utiliza este método y el costo de 
inversiónes alto, el autor indica que para Uruguay este método es ideal. El estudio presentó 
un análisis comparativo que permite evaluar las zonas de riego en zonas altas con las zonas 
de baja pendiente, en especial en el riego por gravedad. 
 
Negrete (2010) analiza la optimización de una red de riego por aspersión utilizando el 
EPANET (software hidráulico). Este trabajo se enmarcó, principalmente, en el uso 
razonable del riego. Se considera una limitante evaluar un solo tipo de metodología de riego, 
debido a que existen otras que permiten reducir dichas pérdidas a un porcentaje aún menor. 
 
La investigación de Rodriguez (2012) evaluó el distrito de riego Llano Grande, ubicado en 
el municipio de Buesaco (Nariño). La investigación integró aspectos sociales, económicos, 
técnicos y ambientales. Su metodología se basó en la participación, con miras a 
concientizar a los usuarios en la operación, conservación y explotación de los distritos de 
riego que permiten el control de los recursos hídricos. 
La modelación se ha desarrollado notablemente en el campo de la hidráulica, según Rivera 
(2013), existen evidencias de estudios de diseños hidráulicos realizados desde tiempos 
antiguos, mediante pequeñas representaciones de estructuras y máquinas (considerados 
como los principios fundamentales en la hidráulica). Actualmente, la experimentación 
hidráulica se llevaba a cabo habitualmente a situaciones reales, ya sea en vertederos, 
canales, tuberías y presas construidas sobre el terreno: “en hidráulica la modelación se 
utiliza para simular situaciones reales que se produce en el prototipo y cuyo comportamiento 
se desea conocer” (Rivera, 2013,p.11). 
Granados (2013) señaló los criterios para el dimensionamiento de redes de riego robustas 
frente a cambios en la alternativa de cultivos. Esta investigación resalta la transformación 
de los sistemas de riego a partir de los años 50 y 60 en Europa: se pasó del riego de 
superficie al presurizado. Esta investigación es relevante para el presente trabajo de 
maestría porque el autor utilizó metodologías relacionadas con el sistema de riego 
presurizado que es base importante para este trabajo. 
 
 
 
27 
 
 
La investigación de Lapo (2013) permite conocer la mejor propuesta metodológica en 
diseño de redes presurizadas para el abastecimiento de riego. Adicionalmente, se centró 
en la optimización de métodos híbridos, donde se fusiona la programación lineal con la 
dinámica. Cabe agregar que, durante su estudio, se desarrolló la optimización de turnos de 
riego en redes abiertas o ramificadas (Figura 5) que permitió un menor costo y un buen 
comportamiento en la hidráulica del sistema. Los resultados presentados en esta 
investigación son base para este trabajo de maestría. 
 
Figura 5. Clasificación de redes a presión en función de la tipología. 
Fuente: Lapo, 2013 
Brown y de la Paz (2013) analizaron la economía cubana a la luz de la importancia del 
incremento de la eficiencia de los sistemas de riego superficial: a pesar de ser los más 
usados en todo el mundo, su eficiencia en la aplicación es baja, sin embargo, propusieron, 
para su mejoramiento, la técnica de riego intermitente. 
Para Perez (2015) el riego ha pasado de ser manejado por redes colectivas a trabajar 
actualmente por turnos y, demandas. Lo que exige una evolución permanente de los 
equipos y las técnicas de aplicación de riego orientadas productividad. Basándose en esta 
afirmación, el autor simuló las de redes de riego mediante el modelo Clément (1966) para 
la provincia de Perú. 
 
 
 
 
 
 
28 
 
 
3. Marco conceptual 
 
3.1 Modelos hidrológicos 
 
La comprensión del ciclo hidrológico es una de las bases del estudio hidrológico, de sus 
procesos e interrelaciones tanto superficiales como subsuperficiales que parte de las 
mediciones de caudales y precipitaciones que se presentan en el tiempo. 
 
Según Cabrera (2016) los modelos hidrológicos se presentan como una necesidad y una 
herramienta para conocer el funcionamiento y comportamiento de los diferentes 
componentes del ciclo hidrológico en una cuenca. 
 
Los modelos hidrológicos se utilizan para los siguientes procesos: 
 
• Como herramientas para la gestión y planeamiento. 
• Para comprender el rol de los componentes del ciclo hidrológico en una determinada 
cuenca. 
• Para extrapolar potenciales condiciones futuras a partir de condiciones actuales. 
• Como base para la modelación de otros procesos, como la calidad de agua, erosión, 
etc. 
 
 
Los modelos, según Johanna y Jimenez (2011) son importantes en un análisis estadístico 
de hidroclimatología, lo que permite la conceptualización de un sistema real, el cual 
conserva la esencia de dicho sistema para un propósito en particular. Este debe ser lo 
suficientemente simple para entenderlo y utilizarlo, pero, al mismo tiempo, debe ser lo 
suficientemente complejo para representar adecuadamente el sistema que se pretende 
estudiar. 
 
En lo que respecta a un modelo de cuenca, como su nombre lo indica, es un grupo de 
abstracciones matemáticas que describen fases relevantes del ciclo hidrológico, como lo 
afirma Ponce (1989), “su objetivo es simular la conversión de la precipitación en 
escurrimiento, con base a las técnicas de modelación de cuencas, son aplicables a 
cuencas de cualquier tamaño, ya sean pequeñas (pocas hectáreas), de tamaño medio 
(cientos de kilómetros cuadrados) o grandes (miles de kilómetros cuadrados)”. Sin 
embargo, las aplicaciones de la modelación son generalmente confinadas al análisis de 
cuencas para el cual la descripción de variaciones espaciales temporales y variaciones 
espaciales de precipitación está garantizada. 
 
En este trabajo se empleó el modelo hidrológico de tanques propuesto en Amaya, Restrepo, 
Vélez, & Álvarez (2009), este reduce valores de escorrentía superficial directa a una 
resolución diaria en un lapso de tiempo adecuado para los registros de precipitación 
disponible. 
El modelo se basa en el balance hídrico en la cuenca, asumiendo que el agua se distribuye 
en cuatro tanques o niveles de almacenamiento conectados entre sí, como se observa en 
la Figura 6. 
 
 
 
29 
 
 
 
Figura 6. Esquema general del Modelo 
Fuente: Amaya et al.,(2009) 
 
Sistema hidrológico “cuenca” 
 
En el ciclo hidrológico se definen los componentes de precipitación, evaporación, 
escorrentía y otras fases del cambio climático, donde, según Cabrera (2016), pueden 
agruparse en subsistemas del ciclo total. Por lo tanto, posee una estructura (o volumen) en 
el espacio, rodeada por una frontera, que acepta agua y otras entradas. De tal manera que 
opera en ellas internamente y produce salidas (Figura 7). 
 
 Figura 7. Esquema de un sistema hidrológico, mostrando entrada y salidas. 
Fuente: Cabrera, 2016 
 
Modelo 
 
 
 
30 
 
 
La Figura 7 representa una cuenca hidrográfica. El agua que ingresa se representa por 
medio de la precipitación y la cantidad de agua que sale de la cuenca ocurre gracias a su 
escorrentía en el cauce principal. 
Proceso de modelación 
 
Una vez reconocidos “se debe relacionar estos procesos y variables principales entre sí por 
medio de ecuaciones, obteniéndose un “modelo conceptual”. En esta etapa se incluyen 
coeficientes y parámetros a los cuales posteriormente se les deberá asignar valores 
adecuados mediante un proceso de calibración” (Cabrera, 2016,p.1). 
El proceso de calibración es la etapa donde le asignan valores a todos los parámetros del 
modelo. Cabrera (2016) afirma que las salidas se ajustan lo mejor posible a los datos 
históricos registrados, esto implica que es necesario utilizar herramientas estadísticas 
minimizar la diferencia entre valores simulados y observados, mediante el proceso de 
optimización del modelo. 
3.1.2 Modelos hidráulicos 
 
En hidráulica, la modelación se utiliza para simular situaciones reales que se producen en 
el prototipo y cuyo comportamiento se desea conocer, donde se presentan