DOSSIER 77

Valoración de cambios hidrológicos en la cuenca del río * Assessment of Hydrologic Changes in the Bogotá River Basin

Mario A. Díaz-Granados Ortiz(1)* y Luis A. Camacho Botero(2)* (1) MSCE, Profesor Titular, [email protected] (2) PhD, Profesor Asociado, [email protected] * Universidad de los Andes, Bogotá, ,

Palabras claves Key words cuenca del río Bogotá, estacionaridad, diseño hidrológico.. Bogotá river basin, hydrologic design, stationary.

Resumen Abstract - hidrológico asociado a eventos extremos, algunas consi- logic design related to extreme events, with some consi- deraciones sobre la suposición de estacionaridad, e impli- derations regarding stationarity, and implications of the caciones de la no estacionaridad en el diseño hidrológico. nonstationarity on hydrologic design. Some analyses are Se muestran algunos análisis que pretenden ilustrar varia- shown to illustrate hydrologic variations in the Bogotá ri- ciones hidrológicas en la cuenca del río Bogotá, mediante ver basin, using statistical tests for trends and step jumps pruebas estadísticas de tendencias y saltos; cambios en in the mean, changes in soil uses and urbanization proces- el uso del suelo y procesos de urbanización; agradación ses, sedimentation of streams in some reaches, and inclu- del fondo del cauce en algunos tramos, e inclusión de fe- sion of macroclimatic phenomena in frequency analysis nómenos macroclimáticos en el análisis de frecuencia de ! caudales máximos. Por último, se presentan algunas con- """- - ces that affect hydrologic systems. Likewise, it presents rales y antrópicas que afectan los sistemas hidrológicos. the need of historical data analysis with contextual sup- Asimismo, plantea la necesidad de análisis de los registros porting information, and the importance of incrementing hidrológicos existentes, junto con información contextual, hydrologic measurements, analysis and modeling in the y la importancia de incrementar los esfuerzos de medición, Bogotá river basin. análisis y modelación en la cuenca del río Bogotá.

Introducción tividades antropogénicas que afectan contaminación se basan en una magni- notoriamente el balance hídrico de la tud hidrológica de diseño, que permite Este artículo tiene por objeto mostrar cuenca. Antes de estos análisis, y con el dimensionar la estructura. Esta magni- algunos análisis básicos y simples que objetivo de enfocarlos al contexto del tud tiene dos características importan- pretenden ilustrar lo que puede estar Foro “Hidrología de extremos y cambio tes: (1) un valor límite superior, y (2) pasando en la cuenca del río Bogotá en climático”, se considera importante re- una estructura probabilista representa- relación con la magnitud y frecuencia cordar algunos conceptos de hidrología da por una función de densidad de pro- de eventos hidrológicos, debido no sólo relacionados con el riesgo hidrológico babilidad asociada, con base en la cual a la variabilidad climática y el cambio que está presente en los diseños de es- I climático, sino también a la dinámi- tructuras hidráulicas e infraestructura. a diferentes magnitudes hidrológicas. ca de la ocupación del espacio y usos Los diseños de estructuras para control En algunos casos, se utiliza –como va- del suelo asociada a las diferentes ac- de inundaciones, drenaje y control de lor de diseño– el valor límite superior,

* Éste artículo es el resultado de la ponencia de Mario A. Díaz-Granados y Luis Camacho, que se llevó a cabo en el foro “Hidrología de extremos y cambio climático”, realizado en la Universidad de los Andes el día 28 de junio de 2011.

#36 Revista de Ingeniería. Universidad de los Andes. Bogotá D.C., Colombia. rev.ing. ISSN. 0121-4993. Enero - junio de 2012, pp. 77-85. 78 DOSSIER Mario Díaz-Granados et al. / Revista de Ingeniería, #36, 2012, pp. 77-85

por ejemplo, en el diseño de vertederos de grandes presas donde éstos se dise- ñan para la creciente máxima probable (conceptualmente no habría ninguna Riesgo amenaza residual). Sin embargo, en la mayoría de los casos, los diseños se realizan con base en el concepto de pe- ríodo de retorno de diseño. El período V 23 de años que en promedio la magnitud hidrológica es igualada o excedida y, por lo tanto, los diseños hidrológicos basados en períodos de retorno conlle- van intrínsecamente una amenaza hi- 6 drológica residual. Reiterando, muchas 42 63 estructuras hidráulicas se diseñan con 4 32 63 OI retorno de diseño y, consecuentemente, 3 22 33 44 tienen amenaza hidrológica residual 2 4 26 34 expresada como una probabilidad de que la estructura sea hidrológicamente R sobrepasada [1]. Así, si una estructura diseñan hasta para 10.000 años [4], y donde representa la probabilidad de se diseña para un período de retorno de los diques de primer nivel entre 1250 que ocurra al menos un evento mayor o 100 años, se espera que sea sobrepasa- y 10.000 años [2]. En hidrología urba- igual que el de diseño (el cual tiene un da en promedio 1 vez cada 100 años, lo na los períodos de retorno de diseño período de retorno TD) durante la vida N A cual es equivalente a decir que la pro- pueden ser tan bajos como 2 o 3 años. útil esperada de la estructura. partir babilidad de que en cualquier año –de El Reglamento Técnico del Sector de de la Ecuación 1, la expresión para el la vida útil de la estructura– se presente Agua Potable y Saneamiento Básico período de retorno de diseño es: un evento igual o mayor que el de dise- (RAS) [5] prescribe períodos de retor-

ño es de 1/100. no de diseño de alcantarillado pluvial 1 T = (2) o combinado según características del D 1– (1– R )1/N Selección del Período de área de drenaje (área, uso y pendiente) Retorno De Diseño y nivel de complejidad del sistema, con De acuerdo con la Ecuación 2, en valores que varían entre 2 y 50 años. la Tabla 1 se presentan valores de TD Existen varias maneras de escoger el El Instituto Nacional de Vías (INVIAS) valor del período de retorno [1]. La para diferentes niveles de adopción [6] prescribe períodos de retorno de di- de riesgo y valores de vida útil espe- primera y más fácil es la que se puede seño de acuerdo con el tipo de obra de denominar por prescripción, en la cual rada. Se observa que entre menor sea drenaje de carreteras así: 5 años para el riesgo asumido, T debe ser mayor, " ' cunetas; 10 años para alcantarillas de D del período de retorno a utilizar. En el y que a mayor vida útil esperada (es 0.9 m de diámetro y 20 años para diá- decir mayor exposición) T debe ser caso de diques de protección de zonas metros mayores; 50 años para puentes D urbanas, por ejemplo, en los Estados mayor para un mismo nivel de riesgo con luz entre 10 y 50 m; y 100 años hidrológico. Nótese que diseños con T Unidos, se diseñan para 50 a 200 años para luces mayores que 50 m. D de período de retorno (el diseño están- igual a N implican un riesgo de 63%. +"' En el diseño del sistema ataguía-túnel dar del Cuerpo de Ingenieros del Ejér- del período de retorno adoptando un ni- cito de los Estados Unidos (USACE) de desviación para la construcción de vel de riesgo hidrológico aceptable du- es de 200 años con borde libre míni- presas es usual adoptar un caudal de rante la vida útil de la estructura. El ries- mo de 0.9 m) [2]. Pero, debido a que diseño con TD de 50 años, el cual junto "O"<=>?JK el Programa Nacional de Seguros de con un período de exposición de 5 años Inundaciones cubre daños dentro de las N (equivalente a su vida útil), implica un 1 planicies de inundación que, estén pro- R = 1– 1 (1) riesgo hidrológico de 9.6%. El sismo T tegidas con diques diseñados para pe- D de diseño en las normas colombianas ríodos de retorno de al menos 100 años de construcción sismorresistente es de

[3], este valor es ampliamente adopta- Con la suposición de que los eventos TD igual a 475 años, obtenido al asumir do. En Holanda, los diques costeros se extremos anuales son independientes, y un nivel de riesgo sísmico del 10% en Mario Díaz-Granados et al. / Revista de Ingeniería, #36, 2012, pp. 77-85 79

un lapso de 50 años [10]. Para el caso Lo anterior, nos deja una lección im- el futuro, e implica que cualquier va- de los diques holandeses con período portante: pocas estructuras hidráulicas riable hidrológica (por ejemplo caudal) de retorno de diseño de 10.000 años, se diseñan para soportar el peor evento tiene una función de densidad de pro- la Tabla 1 podría indicar un riesgo asu- hidrológico posible. Por el contrario, la babilidad invariante en el tiempo, cuyas mido de tan sólo 1% para una vida útil mayoría se diseñan para un determina- propiedades pueden ser estimadas de esperada de 100 años. En contraste, un do período de retorno y, por lo tanto, registros históricos [11]. Esta condición dique diseñado para 100 años de pe- existe una probabilidad de que sean so- implica que no hay tendencias, ni saltos ríodo de retorno, con una vida útil de brepasadas hidrológicamente en uno o en la media, y la varianza es constante 50 años, conllevaría un riesgo de 0.4, más momentos de su vida útil, trayen- a lo largo del tiempo. Esta suposición equivalente a decir que la probabilidad, do afectaciones a personas y bienes. puede ser inapropiada por [12,13]: durante su vida útil, sea sobrepasado al Entre mayor sea el período de retorno 1. Alteraciones antropogénicas en el menos una vez es del 40%. En el con- de diseño, menor es esta probabilidad. sistema hidrológico (por ejemplo en texto urbano, donde se diseñan compo- Esto es válido tanto para los diques ho- una cuenca) debido a procesos de ur- nentes del alcantarillado con períodos landeses como para los del río Bogotá, ZO X de retorno del orden de 5 años, el ries- o los del canal del Dique, aunque, esa impermeables); cambios en el uso go es total, aunque las consecuencias probabilidad es mayor en estos dos úl- del suelo (expansión de la frontera negativas asociadas son en promedio timos, pues sus períodos de retorno de agrícola, deforestación, minería); "' diseño han sido de algunas decenas de explotación de aguas subterráneas + - años. Desde el punto de vista económi- X \^ - ríodo de retorno es mediante análisis co, cada estructura tiene un contexto trucción de infraestructura hídrica y económico, por ejemplo, con base en lo X- vial (presas y embalses, diques, ca- rreteras, puentes, etc.), entre otros, siguiente: la Figura 1a muestra la rela- ducción de daños), por lo cual debería que afectan las relaciones en el ciclo ción entre período de retorno de diseño =I- hidrológico (por ejemplo la relación y costo de construcción CC, indicando zación de éstos, dentro de soluciones lluvia-escorrentía). que entre mayor sea TD mayor será este integrarles regionales de problemáticas 2. Variabilidad climática natural; el sis- último; la Figura 1b representa la rela- IX- tema climático terrestre es altamente ción entre TD y el valor esperado de los nes). En ocasiones lo que fue diseñado complejo y no lineal [14]. Cambios daños a lo largo de su vida útil DE, el bajo un determinado contexto de cos- en un factor cualquiera (por ejemplo cual disminuye con TD; la suma de las - dos curvas anteriores resulta en el costo la actividad volcánica) pueden ser minado uso del suelo– puede volverse " - total CT (ver Figura 1c), el cual se quiere progresivamente inapropiado debido a diante retroalimentaciones en algu- sea mínimo. Por lo tanto, el TD óptimo condiciones cambiantes de tipo climá- debe cumplir con la siguiente ecuación: nas variables climáticas afectables. tico. También de ocupación del espacio La variabilidad climática natural y de cambio en el uso del suelo. puede deberse a factores externos o dC T dCC dDE (3) internos a lo largo de diferentes esca- =+ = 0 Estacionaridad y no dTD dTD dTD las de tiempo (por ejemplo, los ciclos estacionaridad de Milankovic, la actividad solar, la Otra forma, con bases económicas, + O actividad volcánica, los fenómenos de establecer el período de retorno períodos de retorno tienen la suposición macroclimáticos como el calenta- óptimo de diseño es maximizando los de estacionaridad. Ésta acepta que el E`I = pasado represente la mejor información la zona de convergencia intertropi- - disponible para estimar lo esperable en cal, las oscilaciones intra estacio- cios ver [1]. nales, etc.), que pueden en algunos casos mostrar cuasi-periodicidad y Cc DE CT persistencia hidrológica. 3. Variaciones climáticas inducidas por acción antrópica (cambio climático antropogénico), asociadas, principal- mente, a emisión de gases de inver-

TD TD TD nadero. En los últimos 100 años el ^_^G_ ^_ planeta ha mostrado un incremento de 0.7°C en su temperatura media. De acuerdo con los modelos climáticos Figura 1. Análisis de costo mínimo 80 DOSSIER Mario Díaz-Granados et al. / Revista de Ingeniería, #36, 2012, pp. 77-85

globales, un incremento de 1°C en O [21], o análisis de frecuencia discrimi- la temperatura incrementaría el agua y tendencias, deberían tener causas co- nados, según extremos anuales asocia- precipitable en aproximadamente 7% nocidas y predecibles para estimar con- dos a eventos Niño, Niña y períodos y el promedio de lluvia en 2% [13], diciones futuras. Pese a que los saltos y normales [22, 23]. con tendencia en las regiones húme- tendencias son usualmente detectados Es evidente que la variabilidad y cam- das a ser más húmedas y en las secas estadísticamente, esto no representa bio climático pueden opacar la suposi- a ser más secas [14]. Hoy en día las bases sólidas para su extrapolación ha- ción de estacionaridad –o hasta matarla, discusiones sobre los impactos en los cia el futuro [18]. Indudablemente, los ver [11]– pero ésta para muchos proble- extremos hidrológicos indicarían en análisis pueden ser más robustos si se mas de recursos hidráulicos permanece general mayor variabilidad hidroló- utiliza un enfoque regional [19]. como un modelo operacional útil [16], gica (lluvias intensas más frecuentes, En relación con la posibilidad y per- pues aún hoy en día no es claro qué mé- crecientes más grandes y sequías más tinencia de involucrar la no estaciona- todos alternativos deberían usarse en su fuertes y prolongadas). ridad en los análisis de frecuencia para reemplazo para ser involucrados en nor- Consecuentemente, si se considera diseño hidrológico, existen variadas mas de diseño [16]. Dada la precisión que el caudal producido por una cuenca posiciones al respecto. En general se actual de las mediciones hidrológicas, corresponde a un proceso estacionario, acepta que matemáticamente se pueda especialmente de caudal, puede hacer implicaría que la cuenca misma debe desarrollar análisis de frecuencia consi- que la no estacionaridad esté enmasca- ser un sistema estacionario (ante una derando la no estacionaridad. Un ejem- rada y que por lo tanto no pueda ser de- misma entrada produce siempre la mis- plo de esto es la propuesta de Stedinger tectada, haciendo que el uso de modelos ma salida), lo cual no sería cierto dadas €<‚J estacionarios sea la alternativa a pesar las no linealidades presentes en ésta, modelo log-Pearson tipo 3 del Boletín de ser consientes de aquella. Clarke, además de la eventual presencia de 17B de los EE.UU (que reglamenta los [12] argumenta que, mientras que la tasa cambios en el uso del suelo, urbaniza- análisis de frecuencia de extremos hi- de cambio climático sea baja y nuestra ción, regulación de caudales, trasvases, drológicos en ese país) haciendo que la atención se centre en la predicción de '"O media y/o la desviación estándar y/o el eventos extremos en los próximos 100 "O ' ' I O años o similar, los métodos existentes antrópicos, explotación de agua subte- del tiempo, con soporte en bases cau- basados en la suposición de estacionari- rránea, etc. Adicionalmente, para que I + dad no estarían en gran error, particular- el caudal sea estacionario es necesa- este tipo de procedimientos radica en mente, si el horizonte de planeamiento rio que la precipitación sobre la cuen- la modelación de la no estacionaridad. no es mayor que 50 años. ca también los sea, y consideraciones En el caso de que ésta esté relaciona- como variabilidad y cambio climático da con cambios en el uso del suelo, Algunos análisis en la contribuirían a que no lo fuera. por ejemplo, Clarke, [12] describe la cuenca del Río Bogotá Si el caudal producido por una cuen- siguiente aproximación: si (a) hay re- Dados los elementos previamente pre- ca no es estacionario, debe ser posible gistros disponibles que muestren cómo sentados, en este numeral se muestran detectar cambios en la frecuencia de la deforestación y las áreas urbanas algunos análisis y consideraciones para eventos extremos analizando los regis- se han incrementado progresivamente el caso de la cuenca del río Bogotá. En tros históricos [15]. En 1998, Bradley en el tiempo; si (b) se logra establecer la Figura 2 se presenta un diagrama de planteaba los siguientes interrogantes cómo los caudales máximos cambian la cuenca que resalta los principales ele- con respecto a los registros históricos con las tasas de cambio del uso del mentos que la componen en sus partes de eventos extremos disponibles [16]: suelo; si (c) hay límites superiores a la alta y media, destacándose los embal- ¿Hasta dónde hay una señal climática extensión espacial de la deforestación ses existentes de Sisga, Tominé, Neusa, en los registros de eventos extremos hi- y áreas urbanas impermeables que se Chingaza, San Rafael, Chisacá, La Re- drológicos?; ¿son las variaciones en los Z gadera y Muña, los municipios de aguas ' entonces, (d) se pueden hacer análisis de frecuencia año tras año y, asimismo, arriba y aguas abajo de la ciudad de Bo- aleatorias para poder distinguir de un predecir frecuencia de ocurrencia de gotá, las plantas de potabilización de Ti- proceso aleatorio estacionario?; ¿son máximos, luego de que se llegue al es- bitoc, Wiesner y , y el distrito los registros históricos disponibles lo tado estable. El efecto en la frecuencia de riego de La Ramada. Tibitoc aprove- " de extremos hidrológicos de la variabi- cha el agua del río Bogotá, mientras que ~" lidad climática, asociada, por ejemplo, Wiesner, trata el agua proveniente del se enmarcan dentro de los análisis de a fenómenos macroclimáticos puede páramo de Chingaza constituyéndose en no estacionaridad que buscan detectar ser incorporada mediante análisis de un trasvase que surte de agua potable al saltos y tendencias en las series de da- frecuencia con distribuciones mixtas 70% de la ciudad. Las poblaciones ribe- tos hidrológicos [17]. Lo fundamental Mario Díaz-Granados et al. / Revista de Ingeniería, #36, 2012, pp. 77-85 81

cipitación y caudales en la cuenca del río Bogotá. En las Figuras 3 (a, b y c) se muestra un esquema de la cuenca alta y media, sectorizada con base en las estaciones hidrométricas seleccio- nadas del río Bogotá, y donde además están las estaciones de medición de precipitación, las poblaciones, los em- balses, las plantas de tratamiento, los '- trito de riego y los caudales de retorno +  tanto a la izquierda como a la derecha de cada estación hidrométrica y de llu- via indican la tendencia observada en la correspondiente serie de tiempo de valores anuales (izquierda) y de valores máximos mensuales anuales (derecha). Flechas ascendentes indican presencia de tendencia monotónica creciente con Fuente. Tomado de [24] el tiempo (lo contrario para las descen- Figura 2. Cuenca media río Bogotá dentes), y la intensidad del color de és- "" la prueba estadística (blanco amari- Saucio < Chocontá llo claro amarillo ocre berme- Saucio O\=" según esta secuencia. 7??7 La Iberia Sisga Además, en el caso de las estacio- nes de caudal se muestra si la serie co- Santa Rosita O " Guatativa relación con saltos (indicándose salto 866; 9:X X ascendente o descendente con colores Suesca Gachancipá similares a los descritos para el grado Consuelo Tocancipá " =

Carrizal Encanto anota el año de detección del salto). Carupa Neusa 7?>? En la estación hidrométrica de Saucio Barrancas Checua Cogua Tibitoc se observa que hay una tendencia de Acandí disminución de los caudales anuales al El Espino igual que del caudal máximo mensual 7?>= del año. Esta tendencia se mantiene Figura 3a.._<1< hacia aguas abajo hasta Puente Vargas, " I las estaciones de Tocancipá y El Es- reñas aprovechan el agua del río Bogo- Existen varias pruebas estadísticas pino. De El Espino hacia aguas abajo, tá para diferentes usos y generan verti-  los valores anuales muestran tendencias mientos que afectan su calidad de agua, tendencias y saltos aplicables a series decrecientes con excepción notoria en destacándose las aguas residuales de la de tiempo de variables hidrológicas, en la estación Las Huertas, ubicada aguas capital. Además, están la cadena de ge- particular, pruebas de tendencia como abajo de la ciudad de Bogotá. Esta ten- neración hidroeléctrica Pagua con 600 las de Mann-Kendall, Ro de Sperman dencia decreciente, ¿se debe a una dis- MW instalados y otras plantas menores y pendiente Sen, y de saltos como la de minución de la lluvia? La respuesta no que aprovechan el caudal del río Bogotá Suma Acumulada, Desviación Acumu- es evidente, pues en las estaciones de y 2000 m de diferencia de elevación en- lada y Verosimilitud de Worsley [25, lluvia en estas sub-áreas se observan tre la Sabana de Bogotá y la población 26, 27]. Estas pruebas se aplicaron a tendencias tanto decrecientes como cre- de Mesitas del Colegio. varias estaciones de medición de pre- '" 82 DOSSIER Mario Díaz-Granados et al. / Revista de Ingeniería, #36, 2012, pp. 77-85

El Espino muy altos en general. Es posible pen- Zipaquirá 9 sar que, en el comportamiento descrito, 7?>= Teusacá el uso del suelo y del agua pueda estar .= Zipaquirá Chingaza contribuyendo a lo observado. Así, la San Rafael La Calera San Rafael tendencia ascendente que muestran los  caudales anuales en las estaciones La Sector Chía Balsa y Las Huertas podría estar aso- 7?=< Torca ciada al incremento gradual de los apor- Guaymaral Sector Bogotá Cajicá tes de agua residual provenientes de la cuenca del río Torca y las cuencas de los La Balsa ríos Fucha y Tunjuelo, respectivamente.

 La Figura 4 muestra el análisis de

Sector Chía Frío tendencia mediante la pendiente Sen para la estación de lluvia de La Rama- da, representada por la línea continua. K Puede observarse una tendencia cre- ciente, enmarcada dentro de bandas de ._<1< ?†??‡"

K casos es posible observar tendencia opuesta a la pendiente Sen en alguna de La Ramada Y. Cota Tabio estas bandas límite, indicando la incer-

San Diego Salitre tidumbre que podría estar presente en la prueba estadística correspondiente. Sector Bogotá La Ramada El Granizo +"†X\ Pte Cundinamarca el cambio en el suelo urbano en la ciu- Fucha dad de Bogotá. Lo anterior, correspon- K Primavera Sector Bogotá de a las imágenes Landsat de 1991 y Tunjuelo Pradera El Bosque Tibitoc 2002 procesadas para resaltar las áreas

Regadera Chisacá verdes urbanas. Para el mismo períme- El Dorado Balsillas tro de análisis, en 1991 había 31% de El Delirio  áreas verdes mientras que para 2002  Regadera  El Hato San Luis éstas se redujeron al 19%, equivalente, a 380 hectáreas por año. El efecto de Las Huertas urbanización en los caudales es clara- 7?>= mente un factor de relevancia en los Figura 3c._<1< análisis del comportamiento de sus se- ries de tiempo. En la Figura 6 (a, b, c y d) se muestran 7:6666 las condiciones reportadas por la Em- presa de Acueducto y Alcantarillado de 786666 Bogotá de nivel de agua en el río Bogo- 766666 tá para el día 5 de octubre de 2011 (en plena ola invernal reciente) en las esta- >6666 Data Sen´s estimate ciones Puente La Virgen, La Alameda, <6666 ??Q La Isla y Las Huertas. En cada uno de ??Q6 :6666 - ?;Q La Ramada 86666 ?;Q6 ciones entran los ríos Salitre, Fucha y Residual Tunjuelo, respectivamente. En Puente 666 La Virgen, con un caudal estimado de 3 R86666 45 m /s, hubo desbordamientos hacia la margen izquierda e inundaciones. En R:6666 Year La Alameda (luego del ingreso del río Salitre) el caudal estimado fue de 66 95KM m3/s, y en (luego de la entrada Mario Díaz-Granados et al. / Revista de Ingeniería, #36, 2012, pp. 77-85 83

desbordes. De acuerdo con trabajos re- cientes de la Universidad Nacional, los vertimientos de la ciudad al río Bogotá en tiempo seco (agua residual urbana) de sólidos suspendidos totales se esti- man en 455 toneladas por día, mientras que aguas debajo de la ciudad, se regis- tran 210 toneladas por día. Esto signi- O- tidad apreciable de sólidos que pueden representar el orden de 2.3 centímetros por año de agradación promedio del lecho del río en un tramo de aproxima- damente 66 kilómetros. En 2011 se dra- garon 414000 m3 en el tramo Tunjuelo – Canoas [28], valor que arroja una tasa de sedimentación de aproximadamente 6.6 centímetros por año en ese tramo de 21 kilómetros. Es decir, la agradación está presente en el río a su paso por la ciudad, y esto contribuye a una mayor incidencia de desbordamientos. Figura 5a.w5 w5 La variación climática asociada a fenómenos macroclimáticos como El M1<RR;L76L777877< M1<RK}R;L76L7778797 8;:;66 8;:96 8;::66 :|<_R8;:8=> Niño y La Niña, evidentemente es- 8;::;6 {R8;::=? :€R8;::<: 8;:8; 8;::8; 8;:86 :€R8;:869 8;::66 :|<_R8;::7 8;:9=; 8;:7; tuvieron presentes en la ola invernal 8;:9;6 8;:98; 8;:76 8;:966 8;:6; 8;:8=; reciente. Es posible considerar estos 8;:8;6 8;:66 8;:88; 8;9?; {R8;9?; 8;:866 8;:7=; 8;9?6 fenómenos dentro de un marco de su- 8;:7;6 8;9>; 8;:78; 8;:766 8;9>6 8;:6=; posición de estacionaridad con mezcla 8;:6;6 8;9=; 8;:68; 8;9=6 8;:666 Y^G_ de poblaciones (una población asocia- Y^G_ 8;9?=; 8;9<; 8;9?;6 8;9<6 8;9?8; 8;9?66 8;9;; da a caudales en períodos Niño, otra a 8;9>=; 8;9;6 los que se presentan en períodos Niña, Figura 6a.9 Figura 6d.9K K^LL_ }^LL_ y una tercera a los de períodos norma- les). Con esta perspectiva, la Figura M1<RK{R;L76L7778797 8;:;6 :|<_R8;::?9 del río Fucha) el nivel estuvo cercano 8 muestra las curvas de frecuencia de 8;::; :€R8;:::; 8;::6 8;:9; {R8;:99> a desborde (nótese el caudal contenido caudales máximos en la estación Puen- 8;:96 8;:8; 8;:86 en el cauce restringido por los jarillo- te Vargas en el río Bogotá. La curva ob- 8;:7; 8;:76 nes). En Las Huertas (luego del ingreso tenida con todos los datos disponibles 8;:6; 8;:66 8;9?; del río Tunjuelo) el caudal estimado fue supone que todos éstos provienen de 8;9?6 3 8;9>; de 100 m /s. Estos valores claramente una misma población (esta curva es la 8;9>6 Y^G_ 8;9=; 8;9=6 indican los aportes por escorrentía que que generalmente se utiliza para con- 8;9<; 8;9<6 la ciudad de Bogotá entrega al río, y sideraciones de diseño), mientras que

9K que contribuye progresivamente con su las otras tres los discriminan en tres {^LL_ crecimiento a la observación de tenden- poblaciones diferentes según el estado M1<RK|R;L76L77787:< 8;:9; :|<_R8;:998 cias crecientes en las series de tiempo macroclimático (13 Niños, 12 Niñas y 8;:96 :|<_R8;:8>9 8;:8; {R8;:8:? de caudales. 15 Normales). Debe mencionarse que 8;:86 8;:7; En la Figura 7 (a y b) se presentan las mayores magnitudes de caudal no 8;:76 8;:6; 8;:66 curvas de calibración hidrométrica en necesariamente están asociadas a Ni- 8;9?; 8;9?6 algunas estaciones. Puede observarse ñas, y también se pueden tener valores 8;9>; 8;9>6 que Saucio es estable, mientras que La altos de caudales máximos anuales en Y^G_ 8;9=; 8;9=6 Balsa, luce con aparentes procesos de períodos Niño y Normal. La Figura 8 8;9<; 8;9<6 agradación (ascenso del lecho) que dis- muestra, a su vez, que para períodos

Figura 6c.9K| minuyen la capacidad de conducción de de retorno de más de 20 años, la curva ^LL_ agua y que acrecienta la frecuencia de de frecuencia de caudales con períodos 84 DOSSIER Mario Díaz-Granados et al. / Revista de Ingeniería, #36, 2012, pp. 77-85

7??7 2120719 - Saucio 7??8 La mayor incertidumbre hidrológica 7??9 =66 7??: 7??; debe conllevar a diseños más conser- 7??< <66 7??= vativos (mayores factores de seguri- 7??> ;66 7??? dad) que representen alternativas más 8666 :66 8667 apropiadas para la adaptación a am- 8668 966 8669 bientes cambiantes. 866: 866 866; 866< En la cuenca del río Bogotá es necesa- 866= 766 866> rio incrementar esfuerzos de medición, 866? 6 8676 análisis y modelación para conocer más 6768696:6;6<68677 !3L adecuadamente su comportamiento in- tegral e intentar estimarlo a futuro. Figura 7a.{9

 R() 7??7 7??8 Bibliografía ;66 7??9 :;6 7??: 7??; :66 7??< [1] M. Díaz-Granados. (Marzo, 2011). 9;6 7??= 7??> ˆ" 966 7??? 8;6 8666 diseño hidrológico a propósito 8667 866 8668 8669 de la reciente ola invernal”: XIX 7;6 866: 766 866; Seminario Nacional de Hidráulica 866< ;6 866= e Hidrología y el I Foro Nacional 6 866> 866? sobre la Seguridad de Embalses. 6768696:6;6<6=68676 8677 !3L {K1 [2] M. T. Van der Meer, R. F. Wol- >6 Niña Niño dringh y K. Knuuti. (Junio, 2009). =6 Normal “Comparison of Dutch and Ame- L <6 Todos 3 rican Levee Safety Approach”: ;6 ASFPM Conference. Available: :6 http://www.fugrowaterservices. 96 com/downloads/innovations/Mvd- 86 MeeretalComparisonDutchandU- !<6m 76 SA.pdf 6 776 766 7666 [3] G. Galloway Olsen. “If Stationarity Periodo de retorno (años is Dead, what do we do now?” Figura 8.Y<65 Workshop on Nonstationarity Frequency Analysis, and Water Niña produce mayores magnitudes de nes a diferentes escalas temporales y Management. Laurie Schmidt caudal, mientras que la curva de pe- espaciales. Dependiendo de casa caso, (ed). Colorado: Water Institute ríodos Niño lo hace para períodos de Information, 2010. Series No. 109. menos de 20 años. En consecuencia, diferenciada. podría decirse que la envolvente supe- Los registros históricos e informa- <ŒJ!'"- rior de las curvas de frecuencia de la ción contextual son una fuente funda- ges: guidance and recommenda- Figura 8 podría ser una alternativa de mental para analizar el comportamien- tions on principles and methods”, curva de frecuencia para consideracio- to de sistemas hidrológicos. Wallingford, UK: FLOODsite nes de diseño de estructuras hidráulicas Frecuentemente la longitud, calidad y Consortium, 2007 de mitigación de inundaciones, mejor continuidad de los registros hidrológi- [5] Reglamento técnico del sector que, la tradicionalmente usada, bajo la ' de Agua potable y Saneamiento suposición básica de una sola pobla- ' básico, RAS. Sistemas de Potabili- ción muestral. 'Oˆ- zación Dirección de Agua Potable mente, está presente la incertidumbre y Saneamiento Básico, Reglamen- Comentarios Finales asociada a los datos y a su procesamien- to Técnico del Sector de Agua to para generar información pertinente Los sistemas hidrológicos son afecta- Potable y Saneamiento Básico. (por ejemplo aforos, curvas de calibra- - Bogotá: Ministerio de Desarrollo ción, extrapolación, etc.). gen natural y antrópico, con variacio- Económico, Noviembre 2000. Mario Díaz-Granados et al. / Revista de Ingeniería, #36, 2012, pp. 77-85 85

[6] Instituto Nacional de Vías, [16] A. Bradley. “Regional Frequency 2249. Analysis Methods for Evaluating INVIAS. Manual de Drenaje de [23] O. Gaitán “Análisis de frecuencia Changes in Hydrologic Extre- Carreteras. Bogotá: Ministerio de con más de una población, versión mes”, Water Resources Research, Transporte, Diciembre 2009. preliminar”. Bogotá: Universidad Vol., 34, No. 4, April, 1998. pp de los Andes, 2011. [7] G. Kite. Frequency and Risk 741-750. Analyses in Hydrology, Califor- [24] J. Rodríguez, M. Díaz-Granados, [17] R. Smith, C. Campuzano. (2000) nia: Water Resources Publications L.Camacho, M. Rodriguez, I. Análisis Exploratorio para la 1977. Raciny, C. Maksimovic, N. McIn- Detección de Cambios y Tenden- tyre, S. Achleitner, M. Möderl [8] R. Linsley, M. Kohler y J. Paul- cias en Series Hidrológicas: XIV and W. Rauch. Chapter 10 - Case hus, Hydrology for Engineers, Seminario Nacional de Hidráulica Study III: The case of Bogotá city. Tercera Edición, New York: e Hidrología. McGraw-Hill, 1982. K. Vairavamoorthy, N. Thygesen [18] B. Faber. “Current Methods for and H. Bregnhoj (eds). Integrated [9] V. Chow, D. Maidment y L. Hydrologic Frequency Analysis” Urban Water System Interactions. Mays, Applied Hydrology, New in Workshop on Nonstationarity, UNESCO Book of the Internatio- York: McGraw Hill, 1988. Hydrologic Frequency Analysis, nal Hydrological Program (IHP), [10] Asociación Colombiana de and Water Management, Boulder, in press. Colorado: Water Institute, Infor- Ingeniería Sísmica, AIS, Nor- [25] R. Hirsch, J. Slack y R. Smith. mation Series No. 109, 2010. mas Colombianas de Diseño y “Techniques of trend analysis for Construcción Sismo Resistente, [19] T. Ouarda. “Bayesian Nonstatio- monthly water quality data” Water Bogotá: NSR-98, 1998. nary Frequency Analysis of Hy- Resources Research”, Vol., 18 [11] P. Milly, D. Betancourt, M. Falk- drological Variables” in Workshop No.1, November, 1982. pp. 107 – enmark, R. Hirsch, Z. Kundzewi- on Nonstationarity, Hydrologic 121. Frequency Analysis, and Water cz, D. Lettenmaier y R. Stouffer, [26] C. Libiseller. “A Program for Management, Boulder, Colorado: “Stationarity is Dead: Whither the Computation of Multivariate Colorado Water Institute, Informa- Water Management?”. Science, and Partial Mann-Kendall Test”, tion Series No. 109, 2010. Vol. 319, Febrero 2008. pp 573- Departamento de Matemáti- 574 <‚J’“"”€ cas, Universidad de Linköping. [12] R. Clarke. “Stochastic Hydrology “Getting from here to where?” Consultado el 10-05-2011. http:// Revisited”, Revista Brasileira de in Workshop on Nonstationarity, www.mai.liu.se/~cllib/welcome/ Recursos Hídricos, Vol. 7, No. 4. Hydrologic Frequency Analysis, PMKtest.html. and Water Management, Boul- Out/Dez, 2002. pp. 97-104 [27] Chiew, C. y L. Siriwardena, der, Colorado: Colorado Water [13] R. Hirsch, M. “Perspective on Trend: trend/change detection Institute, Information Series No. Nonstationarity in Water Manage- software, CRC for Catchment 109, 2010. ment”, Colorado Water, Volume Hydrology, 2005. [21] C. Escalante-Sandoval. “A Mixed 27, Issue 2, Marzo/Abril 2010. pp [28] HMV Ingenieros. “Interventoría Distribution with EV1 and GEV 5-6 Dragado de Emergencia Río Bo- Components for Analyzing Hete- [14] D. Jacob, D. Karoly y A. Seed. gotá entre Alicachín – Río Tunjue- rogeneous Samples”. Ingeniería, (February 2009) “Rainfall Fre- lo”. Informe de Avance, 2011. Investigación y Tecnología, Vol. 8, quency Analysis: The Assump- No. 3, Julio/Septiembre, 2007, pp. tion of Stationarity Still Valid?”: 123-133 9th International Conference on Southern Hemisphere Meteorolo- [22] G. Poveda, D. Álvarez y O. gy and Oceanography, Melbourne, Rueda. “Hydro-climatic variabi- Australia. lity over the Andes of Colombia associated with ENSO: a review [15] J. Olsen, J. Kiang and R. of climatic processes and their Waskom. Workshop on Nonsta- impact on one of the Earth’s most tionarity, Hydrologic Frequency important biodiversity hotspots” Analysis, and Water Management. Climate Dynamics, Vol., 36, Issue Boulder, Colorado Water Institute, 11-12, October 2010, pp. 2233- Information Series No. 109, 2010