Formulación De Modelo Dinámico De Simulación Ecológica Del Humedal
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Julio Eduardo Beltrán Vargas ALCALDÍA MAYOR DE BOGOTÁ GESTIÓN PÚBLICA Secretaría General Alcalde Mayor de Bogotá Enrique Peñalosa Londoño Secretario Raúl Buitrago Arias Subsecretaria Técnica Cristina Aristizábal Caballero Director Distrital de Archivo (e) Julio Alberto Parra Acosta Julio Eduardo Beltrán Vargas Autor Impresión Secretaría General - Imprenta Distrital. 2017 ISBN 978-958-717-250-8 © Secretaría General Alcaldía Mayor de Bogotá D. C. Todos los derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida sin el permiso previo escrito de su autor. Cualquier reproducción de esta publicación debe ser autorizada por la Secretaría General de la Alcaldía Mayor de Bogotá D. C. La Secretaría General de la Alcaldía Mayor de Bogotá, D.C. no se responsabiliza de los contenidos de esta publicación; la responsabilidad es directamente del autor. Dirección Distrital de Archivo de Bogotá / Calle 6B No. 5-75 / PBX 3813000 ext. 4113 www.archivobogota.gov.co Primera edición: Bogotá D. C., 2017. 100 ejemplares. Impreso y hecho en Colombia Contenido Presentación 17 Agradecimientos 21 Resumen 23 Abstract 25 Capítulo 1. Presentación general del estudio y planteamiento del problema de investigación 27 Introducción 27 Problemática general 29 Modelación dinámica en sistemas acuáticos 30 Factores a tener en cuenta para el análisis del problema de investigación 31 Hidrología 31 Estado trófico 32 Sólidos suspendidos totales (SST) 32 Producción primaria fitoplanctónica 33 Macrófitas 33 Formulación del problema específico 34 Hipótesis que se procuraron verificar a través de la modelación dinámica 34 Método de modelación 35 Capítulo 2. Generalidades 37 Localización geográfica del área de estudio: el humedal Jaboque 37 La zonificación del humedal 38 Sección 1. Zona intervenida (tercio alto) 40 Sección 2. Zona de transición (tercio medio) 41 Sección 3. Zona conservada (tercio bajo) 42 Aspectos geológicos y geomorfológicos del humedal Jaboque 43 Microflora: vegetación del humedal Jaboque 46 Estado trófico del Humedal Jaboque 48 Diagnóstico participativo social 51 Capítulo 3. Caracterización climática de la zona de influencia del humedal Jaboque 57 Resumen 57 Metodología 58 Obtención de la información climática 58 Procesamiento de la información 58 Resultados y discusión 59 Precipitación 59 Temperatura 62 Humedad relativa 65 Balance hídrico 67 Diagrama ombrotérmico 68 Comparación años 2004 y 2005 71 Consideraciones finales 75 Precipitación 75 Temperatura 76 Humedad relativa 76 Balance hídrico 77 Brillo solar 77 Periodos serie histórica 78 Comparación año 2004 vs. año 2005 81 Capítulo 4. Modelación de los procesos hidrológicos del humedal Jaboque 85 Resumen 85 Introducción 86 Formulación de un modelo dinámico de simulación ecológica del humedal Jaboque humedal del ecológica simulación de dinámico modelo un de Formulación 8 Estructura del modelo de simulación dinámica 87 Entradas 88 Salidas 89 Supuestos del modelo 89 El modelo de simulación hidrológica 92 Método de simulación 93 Submodelo de descarga de la cuenca aferente del humedal Jaboque 94 Resultados 94 Descarga de la cuenca aferente 95 Variabilidad según valores extremos 96 El comportamiento hidrológico, años 2004-2005 99 Sección 3. Zona conservada (tercio bajo) 103 Tiempo Hidráulico de Retención 106 Análisis de sensibilidad del modelo 111 Discusión 117 Resumen 133 Capítulo 5. Modelación del estado trófico del humedal Jaboque 133 Julio E. Beltrán Vargas Beltrán E. Julio Introducción 134 9 Eutrofización 135 Modelos dinámicos de fósforo total (Pt) en humedales 137 Método de simulación 141 Estructura del modelo de simulación dinámica 142 El modelo de balance de masas para la determinación de fósforo total 142 Variables del modelo 144 Supuestos del modelo 144 Resultados 145 Sección 1. Zona intervenida (tercio alto) 147 Sección 2. Zona de transición (tercio medio) 147 Sección 3. Zona conservada (tercio bajo) 149 Modelación del índice de estado trófico (IST) 149 Error relativo 153 Análisis de sensibilidad del modelo 153 Capítulo 6. Modelación dinámica de sólidos suspendidos totales (SST) 167 Resumen 167 Introducción 168 Procesos ecológicos de los sólidos suspendidos totales 169 Modelos dinámicos de sólidos suspendidos en humedales 171 Estructura del modelo de simulación dinámica 173 Método de simulación 175 Supuestos del modelo 175 Resultados 176 Sección 1. Zona intervenida (tercio alto) 177 Sección 2. Zona de transición (tercio medio) 178 Sección 3. Zona conservada (tercio bajo) 181 Error relativo 183 Análisis de sensibilidad del modelo 184 Discusión 188 Capítulo 7. Modelación de la producción primaria fitoplanctónica 193 Resumen 193 Introducción 194 Modelos dinámicos de producción primaria 198 Estructura del modelo de simulación dinámica 200 Método de simulación 200 Variables del modelo 201 Supuestos del modelo 202 El modelo de simulación 202 Resultados 204 Comportamiento de la clorofila_a 204 Producción primaria fitoplanctónica 207 Error relativo 211 Estado trófico (IST) basado en la producción primaria 212 Análisis de sensibilidad del modelo 213 Análisis de resultados 215 Capítulo 8. Aproximación a la modelación dinámica de la producción de biomasa de macrófitas flotantes 219 Resumen 219 Procesos ecológicos 220 Modelos dinámicos 221 Estructura del modelo de simulación dinámica 223 El modelo para la estimación de biomasa de macrófitas 223 Variables del modelo 224 Formulación de un modelo dinámico de simulación ecológica del humedal Jaboque humedal del ecológica simulación de dinámico modelo un de Formulación Supuestos del modelo 225 10 Resultados 225 Análisis de sensibilidad del modelo 227 Discusión 230 Capítulo 9. Consideraciones finales 233 Recomendaciones 243 Referencias 247 Anexos 270 Julio E. Beltrán Vargas Beltrán E. Julio 11 Tablas Tabla 3.1. Parámetros climatológicos de la estación meteorológica Tabla 3.2. Balance hídrico multianual, Aeropuerto El Dorado. Tabla 3.3. Marcha anual y épocas de mayor expresión de los parámetros climáticos por periodo estación meteorológica Aeropuerto El Dorado. Tabla 3.4. Marcha anual y épocas de mayor expresión de los parámetros climáticos para los años 2004 y 2005 estación meteorológica Aeropuerto El Dorado. Tabla 4.1. Variables utilizadas en el modelo. Flujos de entrada y salida de agua del humedal Jaboque. Tabla 4.2. Variables del modelo, unidades y fuentes. Tabla 4.3. Precipitación mensual y anual. Descarga anual estimada, años 1979- 2010. Tabla 4.4. Comparación del error relativo entre las secciones del humedal Jaboque. Tabla 4.5. Resultados de la modelación del THR, año 1992. Tabla 4.6. Resultado de la modelación del comportamiento del THR, año 2010. Tabla 4.7. Variables del análisis de sensibilidad precipitación/flujo, salida río Bogotá. Tabla 4.8. Variables del análisis de sensibilidad. Precipitación sección 1, 2 y 3. Tabla 4.9. Valores estimados del volumen vs. valores simulados, años 2004- 2005. Tabla 4.10. Cálculo del error relativo para la tres secciones, años 2004-2005. Tabla 4.11. Resultados de la modelación dinámica. Variables: flujo cuenca aferente; volumen sección 1, 2 y 3; salida al río Bogotá; THR para todas las secciones. Años 2004-2010. Tabla 4.12. Análisis de sensibilidad sección 1: precipitación (mm/año) como variable independiente y THR (días/año) como variable dependiente. Años 2004-2010. Tabla 4.13. Análisis de sensibilidad sección 2: precipitación (mm/año) como variable independiente y THR (días/año) como variable dependiente. Años 2004-2010. Tabla 4.14. Análisis de sensibilidad sección 3: precipitación (mm/año) como variable independiente y THR (días/año) como variable dependiente. Años 2004-2010. Tabla 5.1. Valores límite de clasificación trófica. Tabla 5.2. Variables del modelo, unidades y fuentes. Tabla 5.3. Valores medios mensuales estimados de fósforo total en cada sección, valores medios mensuales de fósforo total modelados, Resultados de la modelación del Índice de Estado Trófico (IST) y Tiempo hidráulico de retención. Tabla 5.4. Resultado del cálculo del error relativo del modelo aplicado a todas las secciones. Tabla 5.5. Análisis de sensibilidad. La serie corresponde a los niveles de Pt como Formulación de un modelo dinámico de simulación ecológica del humedal Jaboque humedal del ecológica simulación de dinámico modelo un de Formulación 12 variable independiente y los de IST a las respuestas. Tabla 5.6. Resultado del análisis de sensibilidad, secciones 1, 2 y 3. Tabla 6.1. Variables del modelo, unidades y fuentes Tabla 6.2. Resultados de la modelación del balance de masas de SST Tabla 6.3. Resultado de la estimación del error relativo del modelo en todas las secciones. Tabla 6.4. Análisis de sensibilidad del modelo, sección 1 Tabla 6.5. Análisis de sensibilidad del modelo, sección 2. Tabla 6.6. Análisis de sensibilidad del modelo, sección 3. Tabla 7.1. Estado trófico basado en la concentración de clorofila_a y la producción primaria. Tabla 7.2. Resumen de los modelos dinámicos de fósforo en humedales Tabla 7.3. Variables utilizadas en el modelo Tabla 7.4. Resultados de la modelación de Chl-a y la PPF Tabla 7.5. Error relativo en las tres secciones Tabla 7.6. Resultados del análisis de sensibilidad Tabla 8.1. Resumen de los modelos dinámicos de macrófitas en humedales Tabla 8.2. Variables del modelo, unidades y fuentes Tabla 8.3. Resultados de la modelación caudal promedio mensual, fósforo total, biomasa estimada de macrófitas en el humedal Jaboque. Tabla 8.4. Resultados de análisis de sensibilidad concentración de Pt y biomasa Julio E. Beltrán Vargas Beltrán E. Julio de macrófitas Tabla 9.1. Correspondencia entre las preguntas planteadas al comenzar la 13 investigación y los resultados de la modelación Tabla 9.2. Marcha anual y épocas de mayor expresión de los parámetros climáticos por periodo estación meteorológica Aeropuerto El Dorado. Tabla 9.3. Resumen de los resultados de modelación por parámetros en humedal de Jaboque Figuras Figura 2.1. Localización geográfica del humedal Jaboque Figura 2.2. Zonificación del humedal Jaboque. Figura 2.3. Mapa de la grilla de trabajo para el humedal Jaboque y puntos de muestreos limnológicos Figura 2.4. Sección 1. Zona intervenida (tercio alto). Figura 2.5. Sección 1. Zona intervenida (tercio alto). Figura 2.6. Sección 2. Zona de transición (tercio medio) Figura 2.7.