Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la metodología de ELOHA Joanna Andrea Barrera Olarte Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola Bogotá, Colombia 2018
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Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la cuenca del río Nare en el
departamento de Antioquia, enmarcada en la metodología de
ELOHA
Joanna Andrea Barrera Olarte
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola
Bogotá, Colombia
2018
Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la cuenca del río Nare en el
departamento de Antioquia, enmarcada en la metodología de
ELOHA
Joanna Andrea Barrera Olarte
Tesis o trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Recursos Hidráulicos
Director:
Ph.D. Gabriel Antonio Pinilla Agudelo - Profesor Titular
Codirectores:
Ph.D. Erasmo Alfredo Rodríguez Sandoval – Profesor Asociado Ph.D. Juliana Delgado – The Nature Conservancy
Línea de Investigación: Ecohidrología
Grupo de Investigación: Biodiversidad, biotecnología y conservación de ecosistemas
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola
Bogotá, Colombia
2018
A mi madre Sandra Rocío Olarte Gamboa y en
memoria al ser que me enseñó sobre la
fortaleza y perseverancia mi querido padre
Hernando Cardona Bedoya, quienes me
alentaron a seguir por el camino de la
academia y la excelencia.
Agradecimientos
Quiero expresar mis más sinceros sentimientos de agradecimiento a mi director de tesis,
profesor titular de la Universidad Nacional de Colombia, el docente Gabriel Antonio Pinilla
Agudelo, quien desde el principio de esta travesía me brindó su confianza, paciencia y
sobre todo apoyo incondicional ante las dificultades que se generaron para el desarrollo
satisfactorio de esta tesis. Adicionalmente, a mis codirectores, el docente de la Universidad
Nacional de Colombia Dr. Erasmo Alfredo Rodríguez Sandoval y la Dra. Juliana Delgado,
funcionaria de The Nature Conservancy – TNC.
Así mismo, agradecer a la Fundación Ángel Escobar, la cual me apoyó económicamente
a través de una beca del programa Colombia Biodiversa, mediante la cual pude conocer
el área de estudio y desarrollar diversas actividades.
A la organización en general The Nature Conservancy – TNC y su funcionario el Ingeniero
Héctor Angarita, por la información y orientaciones brindadas para la realización de este
trabajo.
A la comunidad de Puerto Garza en el Prodigio, especialmente a Alexis Giraldo y al señor
Carlos Olaya, al profesional Jules Dominé, quienes me brindaron el espacio para conocer
la comunidad y me ofrecieron información relevante para ampliar este trabajo, mediante
sus experiencias de vida e historias.
Con mi corazón agradezco a mi familia y a todas aquellas personas que de una u otra
manera contribuyeron en la realización de este trabajo.
Resumen y Abstract IX
Resumen
El oriente antioqueño es una de las zonas estratégicas en recursos hídricos del país que
por su ubicación geográfica ha permitido el desarrollo de un potencial hidroeléctrico, a nivel
regional y nacional. En esta zona se encuentra la cuenca del río Nare, la cual alberga
dentro de su interior al complejo de hidroeléctricas denominado Nare – Guatapé que
involucra los sistemas de embalses Peñol-Guatapé, Punchiná, Playas, San Lorenzo,
Jaguas, Calderas, entre otros. Estos embalses se encuentran sobre las principales fuentes
hídricas de la región, dejando en este momento un único sistema fluvial sin construcción
de estructuras hidráulicas para regulación, el río Samaná Norte.
Este río se caracteriza por tener un ambiente en el que desarrollan sus ciclos de vida
muchas especies acuáticas, principalmente tres especies de peces denominadas
Prochilodus magdalenae, Ichhyoelephas longirostris y Brycon moorei. Dichas especies se
encuentran en estado de amenaza en la región por la posible construcción del nuevo
megaproyecto denominado Porvenir II. Para efectos de este trabajo de investigación, son
la base para el establecimiento de hipótesis de relación entre el caudal y la ecología para
la determinación del caudal ambiental, reto actual en la gestión del recurso hídrico y que
se utiliza dentro de él enfoque metodológico de ELOHA (Límites Ecológicos de Alteración
Hidrológica).
Por lo anterior, y en vista de la necesidad social de la preservación de las especies para
mantener la economía y sobrevivencia de las poblaciones humanas asentadas en la zona,
es necesario identificar las problemáticas ambientales que acarrean la construcción de un
embalse sobre un sistema fluvial. Este trabajo de investigación está entonces relacionado
con la estimación del caudal ambiental y con la identificación de cómo un embalse afectará
y alterará el régimen hidrológico natural del sistema natural sobre el río Samaná Norte.
Palabras clave: Límites ecológicos de alteración hidrológica, Porvenir II, Samaná Norte,
Hidroeléctrica.
X Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la cuenca
del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la metodología de
ELOHA
Abstract
Eastern Antioquia is one of the strategic areas in the country's water resources that, due
to its geographical location, has allowed the development of hydroelectric potential at the
regional and national scales. It is home to the Nare River basin, which houses the
hydroelectric complex Nare - Guatapé, which includes the Peñol-Guatapé, Punchiná,
Playas, San Lorenzo, Jaguas and Calderas reservoirs, among others any are on the main
identified hydric sources, leaving at this moment a unique fluvial system without
construction of hydraulic structures known as the Samaná Norte river
This river has been characterized as an environment in which many aquatic species
develop their life cycles, mainly three species of fish called (Prochilodus magdalenae,
Ichhyoelephas longirostris and Brycon moorei), which are in a state of threat over the region
the possible construction of the new megaproject called Porvenir II and that for purposes
of this research work, are the basis for the establishment of hypotheses of relationship
between flow and ecology for the determination of environmental flow, current challenge in
the management of water resources and that includes one of the characteristic bases of
the methodological approach of ELOHA (Ecological Limits of Hydrological Alteration).
Therefore, and in view of the social need for the preservation of species to maintain the
economy and survival of human populations in the area, it is necessary to identify the
environmental problems that lead to the construction of a reservoir on a river system. This
research work is then related to the estimation of the environmental flow and to the
identification of how a reservoir will affect and alter the natural hydrological regime of the
natural system on the Samaná Norte River.
Keywords: Ecologycal Limits of Hydrologic Alteration, Porvenir II, Samaná Norte,
2. Marco Conceptual .................................................................................................... 9 2.1 Definición de caudal ambiental ......................................................................... 10 2.2 Marco jurídico en Colombia relacionado con el establecimiento de caudales ambientales ................................................................................................................ 12 2.3 Métodos propuestos para la estimación de caudal ambiental ........................... 16
2.3.1 Métodos Hidrológicos .................................................................................... 16 2.3.2 Métodos Hidráulicos ...................................................................................... 17 2.3.3 Métodos de simulación de hábitat o con enfoque Hidrobiológico ................... 17 2.3.4 Métodos Holísticos ........................................................................................ 18 2.3.5 Metodologías propuestas en la Universidad Nacional de Colombia para la estimación de caudal ambiental ............................................................................... 20 2.3.6 Metodología de Límites Ecológicos de Alteración Hidrológica (ELOHA) ........ 21
2.4 La meteorología, el clima y su importancia en la hidrología .............................. 42 2.4.1 Zonificación climática de Caldas – Lang ........................................................ 43 2.4.2 Red Hidrometereológica ................................................................................ 44 2.4.3 Metodologías estadísticas para el tratamiento de datos climáticos ................ 45
2.5 Los embalses y sus efectos ambientales ......................................................... 48 2.5.1 Proyecto Hidroeléctrico Porvenir II ................................................................. 52 2.5.2 Regla de operación de embalses ................................................................... 56 2.5.3 Economía y sus efectos sobre los caudales ambientales .............................. 57
2.6 Aspectos relevantes dentro de la cuenca ......................................................... 58 2.6.1 Aspectos geomorfológicos ............................................................................. 58 2.6.2 Economía del Área ........................................................................................ 59 2.6.3 Especies de interés identificadas ................................................................... 60 2.6.4 Artes de Pesca .............................................................................................. 64 2.6.5 Situación Social ............................................................................................. 68
3. Metodología ............................................................................................................ 73 3.1.1 Identificación, consulta y recopilación de información .................................... 74
3.2 Análisis de aspectos generales ........................................................................ 74 3.2.1 Delimitación del área de interés ..................................................................... 75 3.2.2 Análisis morfométrico de la cuenca................................................................ 76 3.2.3 Identificación de información Hidrometeorológica .......................................... 77 3.2.4 Tratamiento de datos hidrométricos ............................................................... 78 3.2.5 Análisis de parámetros climáticos y Clasificación climática de Caldas – Lang 79
XII Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
3.3 Clasificación de los tipos de ríos ....................................................................... 82 3.4 Desarrollo de la matriz de Importancia – Gobernabilidad (IGO) ........................ 83 3.5 Selección de las especies de interés ................................................................ 84
3.5.1 Revisión de información y selección de especies de interés ......................... 85 3.5.2 Análisis de las alteraciones del régimen hidrológico ...................................... 86 3.5.3 Generación de hipótesis de caudal vs ecología ............................................. 86 3.5.4 Validación de la información relacionada a las especies de interés ............... 87 3.5.5 Curva de Duración de Caudales – CDC ........................................................ 88 3.5.6 Regla de operación de embalses .................................................................. 88
3.6 Uso del software WEAP .................................................................................... 93 3.6.1 Codificación de las cuencas en WEAP .......................................................... 94
4. Resultados y Discusión ......................................................................................... 97 4.1 Delimitación y morfometría de la cuenca .......................................................... 97
4.1.1 Tamaño de la cuenca .................................................................................... 98 4.1.2 Perímetro de la cuenca ................................................................................. 99 4.1.3 Forma de la cuenca ....................................................................................... 99 4.1.4 Patrón de drenaje de la cuenca ................................................................... 100 4.1.5 Clasificación del número de orden de la cuenca.......................................... 100
4.2 Análisis climatológico de la cuenca ................................................................. 101 4.2.1 Precipitación ................................................................................................ 103 4.2.2 Temperatura ................................................................................................ 105 4.2.3 Evaporación ................................................................................................ 106 4.2.4 Humedad Relativa ....................................................................................... 107 4.2.5 Brillo Solar ................................................................................................... 109 4.2.6 Nubosidad ................................................................................................... 109 4.2.7 Clasificación climática de Caldas – Lang ..................................................... 111
4.3 Resultados de la matriz de Importancia – Gobernabilidad (IGO) ..................... 112 4.4 Régimen de caudales mediante análisis del registro histórico ........................ 115
4.4.1 Factor de traslado de caudales ................................................................... 115 4.4.2 Balance de masas ....................................................................................... 116 4.4.3 Generación de caudales sintéticos mediante el modelo Thomas &Fiering. . 118 4.4.4 Clasificación de los tipos de ríos ................................................................. 120 4.4.5 Resultados del software IHA ....................................................................... 121 4.4.6 Curva de duración de caudales – CDC ....................................................... 134 4.4.7 Identificación de caudales por defectos y excesos ...................................... 138 4.4.8 Historia de vida y ciclo de vida de las especies elegidas ............................. 141
4.5 Hipótesis generadas ....................................................................................... 143 4.5.1 Validación con expertos de la información generada ................................... 144
4.6 Análisis de la regla de operación del proyecto PORVENIR II .......................... 147 4.7 Determinación de umbrales de caudales ambientales ELOHA sobre el río Samaná Norte en la cuenca del río Nare ................................................................... 154
4.7.1 Comparación de los resultados obtenidos con la metodología de 2017 del Ministerio de Ambiente........................................................................................... 157
4.8 Información generada del WEAP .................................................................... 158
5. Conclusiones y recomendaciones ..................................................................... 165 5.1 Conclusiones .................................................................................................. 165
Tabla 4-6. Categorías de amenaza de las especies de interés .....................................142
Tabla 4-7. Aspectos indagados entre los expertos para relacionar los pulsos de caudal
con los ciclos de vida de las especies de interés. ..........................................................145
Tabla 4-8. Meses de desarrollo del ciclo de vida de las especies de interés .................145
Tabla 4-9. Parámetros calculados en la cuenca del río Nare para la obtención de un valor
de escorrentía ponderado. C= Coeficiente de Escorrentía, A= Área..............................150
Tabla 4-10. Análisis de alteración Hidrológica para el proyecto Porvenir II, antes y
después de la operación del embalse en la estación La Garrucha ................................155
Tabla 4-11.Comparación resultados ELOHA y Guía del MADS ....................................158
Tabla 4-12. Valores de consumo de agua por cantidad de habitantes al año y porcentaje
de consumo ...................................................................................................................160
Contenido XVIII
Lista de Símbolos y abreviaturas
Símbolo Término Unidad SI A Área Km2 P Perímetro Km Q Caudal m3/s t Tiempo s σ Desviación estándar
QSP Caudal sitio del proyecto m3/s QEH Caudal hasta la estación m3/s ASP Área hasta el sitio de interés Km2
AEH Área hasta la estación Km2 x Factor Xi Precipitación en el tiempo i mm Tc Tiempo de concentración h L Longitud del cauce principal Km S Pendiente m/m E Eficiente de Nash Sutcliffe Wi Volumen punto de presa Hm3
Hm3 Millones de metros cúbicos Qafi Caudal de afluencias m3/s Δt Incremento en el tiempo s
C Coeficiente de escorrentía
QA Caudal ambiental m3/s
i,j Subíndices
Kc Coeficiente de compacidad de Gravellius
n Total de estaciones de referencia
N Valor medio anual de cada estación
Px Dato de año de mes faltante
Nx Medios multianual de la función
Introducción
El Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible en Colombia, ha fomentado la
Gestión Integral del Recurso Hídrico conocida como GIRH, en la cual busca orientar el
progreso de las políticas públicas con relación al recurso hídrico, a través de la
combinación de elementos de desarrollo económico, social y la protección a los
ecosistemas. Inmerso en la GIRH ha surgido la temática de establecimiento de Caudales
Ambientales – QA, los cuales de acuerdo con el decreto 3930 de 2010, se definen como
aquel “volumen de agua necesario en términos de calidad, cantidad, duración y
estacionalidad para el sostenimiento de los ecosistemas acuáticos y para el desarrollo de
las actividades socioeconómicas de los usuarios aguas abajo de la fuente de la cual
dependen tales ecosistemas”.
Los conflictos por el uso del agua para diversas actividades antrópicas han venido
aumentando en el mundo debido a la competencia por suministro para las ciudades, las
industrias, la agricultura y la generación de energía. Ante esta situación, la conciencia
acerca de la protección y conservación de los ecosistemas acuáticos y la biodiversidad
que albergan, también ha venido en aumento, debido principalmente a que muchas de las
actividades económicas de las comunidades humanas para esta región dependen de tales
ecosistemas.
Es por ello que, para proteger la integridad de los ecosistemas fluviales, se ha involucrado
el concepto de Caudal Ambiental (QA), para lo cual en la actualidad existen más de 200
métodos registrados para su estimación, los cuales se han agrupado en cuatro grandes
conjuntos de metodologías, identificadas como hidrológicas, hidráulicas, de simulación de
hábitat y holísticas (Izquierdo & Madroñero, 2014). Es claro que muchos de estos métodos
para la estimación del QA no tienen en cuenta los enfoques ecosistémicos del área y
mucho menos un enfoque regional. No obstante, es por ello que este trabajo de
investigación apuesta a implementar la metodología regional conocida como ELOHA
(Límites Ecológicos de Alteraciones Hidrológicas), la cual surge producto de un comité de
2 Introducción
científicos especializados en hidrología, ecología y manejo del recurso hídrico, basándose
en cuatro argumentos para su implementación (Poff, y otros, 2010).
La metodología ELOHA, es un marco flexible que ofrece una manera de determinar el
caudal ambiental a escala regional sobre diversos tipos de ríos que pueden existir en una
región. Se fundamenta principalmente en las relaciones existentes entre caudal y ecología,
las cuales se han establecido a través de varios años en diversos estudios e
investigaciones y por lo tanto han permitido ampliar dichos conocimientos a grandes zonas
geográficas.
Este método, a su vez, involucra el uso de herramientas de software como son el IHA
(Indicadores de Alteración Hidrológica), y permite identificar y comprender los cambios
hidrológicos en términos ecológicos. Intenta dar recomendaciones del caudal ambiental
que debiera permanecer en una corriente. Fue desarrollado por científicos de The Nature
Conservancy, apoyándose así mismo en el software Water Evaluation and Planning –
WEAP o en español Sistema de Evaluación y Planificación del Agua, el cual es una
herramienta de simulación integrada de los factores biofísicos y socioeconómicos que
permite evaluar y planificar la disponibilidad de agua dentro de una cuenca hidrográfica.
Estas dos herramientas dentro de la metodología de ELOHA permiten apoyar la toma de
decisiones dentro del concepto de la gestión integral del recurso hídrico – GIRH (SEI,
2017).
La integración de los componentes (hidrológicos vs ecológicos) hace interesante y más
compleja la puesta en marcha de esta metodología en Colombia, teniendo en cuenta que
la información hidrológica y biológica no se analiza de manera individual, sino que, por el
contrario, considera el sistema como un todo, un conjunto. Aunque esta metodología se
ha implementado para la cuenca del Magdalena – Cauca en toda su extensión, en esta
tesis se evaluó la viabilidad de su implementación en cuencas más pequeñas, como lo es
la cuenca del río Nare. Esta cuenca es importante, dadas sus condiciones para el
aprovechamiento del recurso hídrico en el país y su ubicación estratégica dentro de la
cadena de embalses Nare – Guatapé. Además, contiene el único sistema no intervenido
dentro de la cuenca, correspondiente al río Samaná Norte.
Introducción 3
Por lo anterior y con el propósito de realizar un aporte al conocimiento en el análisis de la
implementación de la Metodología ELOHA a cuencas más pequeñas, los objetivos
específicos de este estudio fueron: (1) determinar los límites ecológicos como base para
definir el caudal ambiental dentro de la cuenca del río Nare, sin que se afecten las
condiciones normales del ecosistema fluvial y los factores que inciden en su dinámica y (2)
simular reglas de operación del proyecto denominado PORVENIR II, a fin de representar
su comportamiento sobre el régimen hidrológico, que permita conservar las especies
ícticas consideradas, especialmente sobre el río Samaná Norte, teniendo en cuenta las
hipótesis estimadas de relación de caudal vs ecología.
Para lograr los objetivos descritos, en este documento se desarrollan varios capítulos que
presentan las metodologías y resultados obtenidos. En el capítulo 1 se describe de manera
breve la justificación para la realización de esta tesis de maestría en Recursos Hidráulicos.
En el capítulo 2 se muestra el marco conceptual de esta investigación, en el cual se revisan
los conceptos teóricos sobre caudal ambiental, se fundamentan las metodologías
utilizadas y se detallan temas como las características de los sistemas lóticos, la teoría
jerárquica, las relaciones caudal vs ecología, los embalses y las modificaciones y reglas
de operación. En el capítulo 3 se hace una caracterización de cómo se desarrolló la
metodología de trabajo, en especial la técnica de ELOHA. En el capítulo 4 se describe
cada uno de los resultados obtenidos para la estimación de QA. Las conclusiones y
recomendaciones se consignan en el capítulo 5.
1. Justificación
La cuenca del río Nare comprende las cuencas de los ríos Samaná Norte, Nare, Nus y
Negro, en el oriente antioqueño, y, se encuentra ubicada entre los municipios de
Alejandría, San Roque, Concepción, San Carlos, San Rafael, San Vicente y Santo
Domingo. Su importancia radica en que por su característica geográfica ha permitido el
desarrollo de un gran potencial hidroeléctrico a nivel regional y nacional; adicionalmente,
las características de relieve, clima y posición geográfica de la cuenca han contribuido a
una amplia distribución de especies florísticas y faunísticas en esta región. Por esta razón
existe un interés por parte de diversas entidades, que ven la zona como un área propicia
para el desarrollo de infraestructuras hidroeléctricas, debido a sus caudalosos ríos.
El caudal se considera como una variable fundamental, que condiciona la distribución y la
abundancia de componentes esenciales que determinan la calidad del agua, la capacidad
de abastecimiento y la integridad del estado ecológico de los ecosistemas de ribera (Power
& Mills, 1995); (Resh, Norris, & Barbour, 1995). Dentro del marco normativo relacionado
con caudales ambientales (QA) en Colombia, que incluye, entre otros, la Política Nacional
para la Gestión Integral del Recurso Hídrico 2010, el decreto 3930 de 2010, la resolución
0865 de 2004, el decreto 1421 de 1996, se resalta la importancia de los caudales
ambientales para un óptimo desarrollo social y económico, bajo un modelo adecuado de
conservación y manejo de ecosistemas. Es así como la estimación de caudal ambiental se
convierte en una herramienta para la gestión integral del recurso hídrico, en donde su
implementación permite la conservación, protección y restauración de las fuentes hídricas,
garantizando el desarrollo de especies acuáticas, así como el abastecimiento suficiente de
agua para las sociedades humanas.
En general en Colombia, la estimación de QA no se realiza bajo una misma metodología.
A lo largo del tiempo han venido empleándose diferentes técnicas, como por ejemplo el
6 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
caudal mínimo para el sostenimiento de ecosistemas, formulado por el Instituto de
Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia – IDEAM en el año 2000, el
cual se encuentra descrito en el Estudio Nacional del Agua (IDEAM & AMBIENTE, 2015),
el método conocido como el índice de escasez para aguas superficiales, el cual se
encuentra descrito en la resolución 865 de 2004 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y
Desarrollo Territorial (MAVDT, 2004), así como el protocolo propuesto mediante convenio
desarrollado en el 2008 entre la Universidad Nacional de Colombia y el Ministerio de
Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial – MAVDT, donde se propuso una metodología
para la estimación de caudales ambientales en proyectos licenciados (Pinilla, Rodriguez,
& Camacho, 2014).
Pese a la importancia de las relaciones existentes entre los caudales y las comunidades
bióticas que habitan en estos ecosistemas, solo hasta diciembre de 2017 el IDEAM y el
Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, en asocio con la Universidad Nacional de
Colombia – sede Medellín, ajustaron la metodología propuesta para la estimación del
caudal ambiental. Se amplió el componente geomorfológico de clasificación de corrientes,
que a su vez involucra los aspectos hidrológicos, hidráulicos, de calidad de agua,
ecológicos y de servicios ecosistémicos (IDEAM ; MINITERIO DE AMBIENTE, 2017).
La metodología holística Límites Ecológicos de Alteración Hidrológica – ELOHA,
desarrollada e implementada en Colombia por la organización no gubernamental The
Nature Conservancy – TNC, involucra elementos hidrológicos, hidráulicos, de hábitat,
servicios ecosistémicos, sociales y económicos. ELOHA, al igual que la metodología
desarrollada por IDEAM y el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible en 2017,
permite estimar el QA a nivel de cuenca, considerando no solo un tramo específico de río,
sino la conexión de varios ríos y cuerpos de agua a nivel regional, integrando cada uno de
los elementos anteriormente descritos.
Es importante mencionar que la definición de caudal ambiental que se utiliza en esta
investigación es la que define el QA como “el volumen de agua necesario en términos de
cantidad, temporalidad y calidad, que se requiere para mantener las especies, sus
funciones físicas y biológicas y la resiliencia de los ecosistemas dulceacuícolas y estuarios,
Capítulo 1 7
así como el sustento y bienestar de la vida humana que dependen de estos ecosistemas”,
definido por The Nature Conservancy.
En el presente trabajo, la metodología ELOHA se empleó para evaluar los caudales
ambientales en la cuenca del río Samaná Norte, debido a que la cuenca del Nare se
encuentra intervenida por el denominado sistema Nare – Guatapé, intentando entender
cómo el nuevo megaproyecto de la central hidroeléctrica Porvenir II afectará los mismos,
permitiendo especular acerca de los posibles cambios en el comportamiento de las
especies acuáticas existentes en el área a intervenir. Como resultado de estos análisis, se
generan recomendaciones para tratar de reducir los impactos sobre las especies que
habitan este río. No obstante, es importante resaltar que cualquier tipo de estructura
hidráulica, como una presa, que se ubique sobre el cuerpo lótico afectará de manera
sustancial la ecología del sistema fluvial.
Así mismo, se presenta al final de este documento una comparación entre los resultados
de caudales ambientales obtenidos mediante la aplicación de la metodología de ELOHA y
la del IDEAM y el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (IDEAM ; MINITERIO DE
AMBIENTE, 2017) en la cuenca del río Samaná Norte.
La pregunta de investigación se enfoca principalmente a conocer ¿Cuáles son los
umbrales de caudal ambiental que deben permanecer sobre el ecosistema, a fin de que se
presenten los mínimos impactos sobre las especies ícticas? Para ello se propuso como
objetivo general implementar la metodología enmarcada en el enfoque ELOHA, a fin de
disponer de una alternativa para la estimación del caudal ambiental para la cuenca del río
Nare. Los objetivos específicos fueron: (1) determinar los límites ecológicos como base
para definir el caudal ambiental dentro de la cuenca del río Nare, sin que se afecten las
condiciones normales del ecosistema fluvial y los factores que inciden en su dinámica, y
(2) simular una regla de operación del proyecto Porvenir II, a fin de identificar su incidencia
sobre el régimen hidrológico de la corriente analizada. El propósito final es permitir la
conservación de las especies, gracias a la identificación de las hipótesis que relacionan el
caudal con la ecología.
2. Marco Conceptual
Dentro de este capítulo de marco conceptual de referencia, se discuten varios temas que,
aunque diversos, pretenden en su conjunto dar un contexto acerca de lo que significa el
término de caudal ambiental a nivel nacional e internacional.
El tema del caudal ambiental (QA), surge como tema de investigación y análisis hacia
mediados de los años cuarenta en los Estados Unidos (Eguía, Gómez, & Saldaña, 2007).
Hasta la década de los setenta no hay en la literatura registros detallados de lo realizado
en términos de investigaciones en caudal ambiental, sin embargo, es hacia la década de
los años setenta donde ocurre un rápido desarrollo de diversas metodologías,
principalmente promovidas por la normatividad en torno a la legislación ambiental y de
agua dulce, especialmente enfocadas a la categoría hidrológica. Posterior a ello, hacia los
años ochenta, se dio la formulación e implementación de algunas aproximaciones
metodológicas adicionales, en países como Australia, Inglaterra, Nueva Zelanda y
Sudáfrica (Tharme, 2003). En estos países, la cuantificación del QA se enfocó en analizar
los cambios en los caudales de importancia comercial y de mantenimiento que pudieran
afectar la integridad de los ecosistemas (Rodriguez, y otros, 2016).
Desde los años ochenta al dos mil siete ha habido una evolución de las metodologías para
valorar los requerimientos de caudal ambiental de los ecosistemas fluviales (Pantoja,
2017). Mediante la declaración de BRISBANE (proclamada durante el 10° Simposio
Internacional de Ríos y Conferencia Internacional de Caudales Ambientales, que tuvo lugar
en Brisbane, Australia, en septiembre de 2007), se estableció que los caudales
ambientales son esenciales para la salud de los ecosistemas y el bienestar humano.
Existen diversas técnicas para la estimación de QA, divididas en general en cuatro grandes
categorías: i) Hidrológicas, ii) Hidráulicas, iii) de Simulación de Hábitat y iv) Holísticas
(Cantera & Castro, 2009), las cuales en su conjunto corresponden a más de doscientos
métodos (Tharme, 2003).
10 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
El resumen de la línea del tiempo relacionada con el concepto de caudal ambiental puede
apreciarse de manera esquemática en la Figura 2-1.
Figura 2-1. Línea de tiempo relacionada con el concepto de Caudal Ambiental
Fuente: Adaptado por el Autor, 2018
2.1 Definición de caudal ambiental
En la actualidad existen diversas formas y denominaciones para el término de caudal
ambiental. La mayoría de los conceptos poseen entre sí elementos o componentes
similares, pero el enfoque de cada uno depende del objetivo ambiental que se quiera
perseguir (Cantera & Castro, 2009).
La Tabla 2-1 muestra un resumen de los principales conceptos propuestos por diversos
autores sobre el término, los cuales fueron compilados por (Cantera & Castro, 2009). Hoy
en día, muchos de los métodos consignados en las cuatro categorías (hidrológicas,
hidráulicas, de simulación de hábitat y holísticas) se basan en un caudal mínimo, calculado
2. Marco Conceptual 11
de manera teórica, que permite mantener las condiciones y características de un sistema
fluvial (Parra Rodriguez, 2012).
Tabla 2-1. Resumen de las denominaciones y conceptos del término de Caudal Ambiental, consignados por (Cantera & Castro, 2009)
Denominación Concepto Referencia
Caudal Ecológico Mínimo
Es el caudal que restringe el uso durante las épocas de caudales bajos y que mantiene la vida en el río. No aporta una solución ecológica. Se calcula de forma directa y arbitraria, producto de un pacto, más que de una formulación científica.
(King, Tharme, & Brown , 1999); (Palau,
2003).
Caudal Ecológico
Caudal ecológico mínimo necesario en una fuente o curso fluvial para preservar los ecosistemas fluviales actuales, en atención a los usos del agua comprometidos, y a los requerimientos físicos de la corriente fluvial, para mantener su estabilidad y cumplir sus funciones, tales como dilución de contaminantes, conducción de sólidos, recarga de acuíferos y mantenimiento de las características paisajísticas del medio.
(Ormazábal, 2004); (APROMA, 2000)
Caudal de Mantenimiento
Régimen de caudal que mantiene todas las funciones ecosistémicas del río, incluyendo el reclutamiento continuo y balanceado de las especies acuáticas y ribereñas. El caudal calculado para y dirigido hacia, la conservación de los valores bióticos del ecosistema fluvial.
(King & Louw, 1998); (Palau A. , 1994)
Caudal Ambiental
Régimen que se establece en un río, humedal o zona costera para sustentar los ecosistemas y sus beneficios, donde hay usos del agua que compiten entre sí, los cuales están regulados. El caudal ambiental es usado para valorar cuánta agua puede quitársele al río sin causar un nivel inaceptable de degradación del ecosistema ribereño o, en el caso de ríos gravemente alterados, se considera caudal ambiental a la cantidad de agua necesaria para restablecer el río y rehabilitar el ecosistema hasta un estado o condición requerida.
Se refiere a un caudal que puede establecerse como complemento de caudales mínimos o de mantenimiento, para una finalidad concreta, ajena a la conservación de valores bióticos del ecosistema fluvial y referida a aspectos abióticos (dilución, paisaje, usos recreativos, etc.)
(Palau I. , 2003)
Caudal de Compensación
Caudal mínimo necesario para asegurar la supervivencia de un ecosistema acuático preestablecido.
(Espinoza, Vargas, & Pardo , 1999)
Régimen de Caudal Ambiental
Es aquel que permite cumplir con una condición establecida del ecosistema ribereño. En él se detallan caudales específicos en magnitud, periodicidad, frecuencia y duración, tanto de caudales basales como de avenidas y crecientes en la escala de variabilidad intra e interanual, todo ello diseñado para mantener en funcionamiento todos los componentes del ecosistema para unas condiciones específicas.
(King, Tharme, &
Brown , 1999)
Régimen de Caudal Ecológico
La estimación de caudales ecológicos debe formularse para asegurar la integridad del ecosistema fluvial, tomando conciencia de los usos de los recursos
(Davis & Hirij, 1999)
12 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
hídricos, de las necesidades que se satisfacen, para convertirse así en un instrumento para la reflexión y para la conciliación, para la toma de decisiones. La estimación de caudales ecológicos debe concebirse para ser integrada en un “proceso que promueva el desarrollo coordinado y la gestión del agua, la tierra y los recursos relacionados, que permita maximizar el resultado económico y social de una manera equitativa y sin comprometer la sostenibilidad del ecosistema.
Caudales Ambientales
Los caudales ambientales son los flujos del agua, el momento de aplicación y la calidad del agua precisos, para mantener los ecosistemas de agua dulce y de estuarios, así como los medios de subsistencia y bienestar de las personas que dependen de tales ecosistemas.
(Brisbane, 2007)
Fuente: (Cantera & Castro, 2009), pág. 21.
Es importante resaltar que todas las definiciones de la Tabla 2-1 engloban un sentido
único, el cual es el establecimiento de un caudal ambiental adecuado en cuanto a cantidad,
calidad y regularidad, que sustente la salud de los ríos y de los ecosistemas que a ellos se
asocian (Cantera & Castro, 2009).
Finalmente, de acuerdo con los conceptos antes discutidos y teniendo en cuenta la
implementación en el desarrollo de este trabajo investigativo, se usó el término de caudal
ambiental adoptado por The Nature Conservancy. Textualmente, se define como el
“volumen de agua necesario en términos de cantidad, temporalidad y calidad, que se
requieren para mantener las especies, sus funciones físicas y biológicas y la resiliencia de
los ecosistemas dulceacuícolas y estuarios, así como el sustento y bienestar de la vida
humana que depende de los ecosistemas”.
2.2 Marco jurídico en Colombia relacionado con el establecimiento de caudales ambientales
El término de caudales ambientales, ecológicos, mínimos y sus diversas denominaciones
se presentan o han presentado dentro de la legislación Colombiana incluyendo en ellas no
solo sus definiciones sino las metodologías a seguir para su estimación. La Figura 2-2,
muestra de manera esquemática y de forma resumida las principales normas, leyes,
decretos y guías metodológicas que involucran la expresión de QA para el país.
2. Marco Conceptual 13
Figura 2-2 Legislación oficial en Colombia que involucra el término de caudal ambiental
Fuente: Autor, 2018
Cada una de las definiciones asociadas al concepto de caudal ambiental, sus técnicas o
metodologías de estimación, se resumen a continuación:
1. Legislación: Política Nacional para la Gestión Integral del Recurso Hídrico, 2010
Definición de Caudal Ambiental: caudales mínimos necesarios para el
mantenimiento de las corrientes superficiales y sus ecosistemas acuáticos
asociados, e implementar medidas para garantizarlos
Metodología: Asume la metodología del decreto 3930 de 2010.
2. Legislación: Decreto 3930 de 2010 (MAVDT)
Definición de Caudal Ambiental: volumen de agua necesario en términos de
calidad, cantidad, duración y estacionalidad para el sostenimiento de los
ecosistemas acuáticos para el desarrollo de las actividades socioeconómicas de
los usuarios aguas debajo de la fuente de la cual dependen tales ecosistemas.
Política Nacional para la Gestión Integral del Recurso Hídrico, 2010
(PNGIRH)
Decreto No. 3930 de 2010 MAVDT
Resolución 0865 del 22 de Julio de 2004 (índice de Escasez)
Decreto 1421 de 1996
Metodología para la Estimación y Evaluación
de QA para proyectos licenciados (2008)
Proyecto Ley No. 2012 “Código de los Recursos Naturales y Ambientales
de Colombia)
Proyecto Ley 365, 2005 Por el cual se establecen
medidas para orientar la planificación y Administración
del Recurso Hídrico en el Territorio Nacional”
POMCA Estudio Nacional del Agua (ENA 2010).
Guía Metodológica para la estimación de
caudal ambiental (MINAMBIENTE e
IDEAM, 2017).
14 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Metodologías: balance hídrico, ciclo hidrológico, rendimiento hídrico o caudal
Este tipo de métodos buscan ver al río como un sistema completo, a fin de lograr la
construcción sistemática de un régimen que permite modificaciones del caudal pero que
también tiene en cuenta el establecimiento de las interacciones ecológicas, la calidad del
agua y los aspectos socioeconómicos (Parra Rodriguez, 2012). En este enfoque se
incorporan elementos hidrológicos, hidráulicos, biológicos, de calidad del agua y aspectos
sociales y económicos.
2. Marco Conceptual 19
Algunas de estas metodologías están basadas en la opinión de expertos y no utilizan unas
técnicas rígidas con métodos bien definidos, sino que más bien se desarrollan dentro de
un esquema filosófico fuerte, capaz de incorporar un amplio rango de técnicas. Su objetivo
es proponer unos caudales que satisfagan todos los componentes del ecosistema
conformado por el río (acuático y ribereño) (Cantera & Castro, 2009).
La Tabla 2-2 muestra una breve descripción de las fortalezas y debilidades que se
presentan en metodologías para estimación del caudal ambiental para los cuatro grupos
identificados (hidrológicos, hidráulicos, de simulación de hábitat y holísticos).
Tabla 2-2. Algunas fortalezas y debilidades de las metodologías desarrolladas para la estimación de caudal ambiental para los diferentes enfoques (Hidrológico, Hidráulico, de
Simulación de Hábitat y Holísticos) de (Cantera & Castro, 2009).
Fortalezas Debilidades
Enfoque Hidrológico
- Basadas en registros históricos. - Económicas, rápidas y fáciles de aplicar - Su uso está íntimamente ligado al reconocimiento de la variabilidad hidrológica de los recursos hídricos. - Hacen estimativos de caudales preliminares, los cuales sirven para propósitos de planeación. - Algunos de los índices identificados pueden servir de base a otras metodologías.
- Desde el punto de vista ecológico estas metodologías son limitadas, debido a la ausencia de información ecológica. - Los efectos de largo plazo de mantener caudales mínimos (en algunos casos extremos), pueden resultar perjudiciales para el ecosistema acuático, pues este tipo de eventos sólo se presentan en casos instantáneos, que no son permanentes.
Enfoque Hidráulico
- Son métodos en general rápidos y simples. - Valoran los caudales para el mantenimiento de hábitats que propicien la producción de invertebrados, el desove de peces y el tránsito de los mismos. - Son flexibles para ser aplicados en diversas especies acuáticas.
- Parten de la suposición, no siempre cierta, de que una variable o un grupo de variables hidráulicas pueden representar adecuadamente los requerimientos del régimen natural de caudal para una especie en particular. - La escogencia de las secciones transversales y la calidad en la relación determinada entre caudal y los parámetros hidráulicos son la forma fija de obtener los resultados.
Enfoque de Simulación del Hábitat
- Son capaces de valorar el impacto del incremento o disminución del caudal sobre el hábitat físico. - Tienen componentes tanto hidrológicos como hidráulicos. - Pueden usarse para examinar una variedad de escenarios de caudales ambientales para diferentes especies y ciclos de vida. - Pueden incorporarse como herramientas dentro de las metodologías holísticas.
- Se basan en una especie objeto o indicadora; si se trata de mantener la salud de un río, la selección de la especie es un punto crítico. - Utilizan curvas de referencia de especies de las que no se dispone en muchos países. - Requieren una gran cantidad de información hidrológica, hidráulica y biológica. - Debido a que emplean modelos computacionales, son métodos susceptibles a ser mal utilizados sin la experticia adecuada, lo que puede conllevar a resultados equívocos.
Enfoque Holístico
- Pueden usarse para evaluar todos los componentes de los ecosistemas fluviales, con fuertes vínculos con el régimen hidrológico. - Consideran todos los componentes del régimen natural de caudales: magnitud, periodicidad,
- Requieren de un amplio conocimiento de expertos en diferentes áreas (ingeniería, ecología, química, hidráulica, hidrología, etc.). - Como son metodologías nuevas, se han aplicado casi exclusivamente en los lugares donde fueron creadas.
20 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
frecuencia, avenidas frecuentes y eventos raros o extremos. - La secuencia en la que se desarrollan estas metodologías, de forma rigurosa, organizada y bien estructurada, garantiza la reproducibilidad de los resultados.
- Se requiere de una gran cantidad de información de todas las áreas para que los expertos en el tema hagan sus recomendaciones.
Fuente: (Cantera & Castro, 2009)
2.3.5 Metodologías propuestas en la Universidad Nacional de Colombia para la estimación de caudal ambiental
Este numeral pretende mostrar el aporte de técnicas desarrolladas en la Universidad
Nacional de Colombia para la estimación del caudal ambiental (QA), relacionadas
principalmente con los enfoques hidrológicos y holístico.
La Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá, en convenio con el entonces Ministerio
de Vivienda y Desarrollo Territorial – MAVDT, generó en 2008 una propuesta inicial de
metodología para la estimación y evaluación del caudal ambiental en proyectos que
requieren licencia ambiental por parte de la Agencia Nacional de Licencias Ambientales –
ANLA. Dicho convenio buscó generar un método que pudiera ser aplicado de forma
objetiva en los nuevos proyectos a licenciar, tanto por parte de la industria, como por parte
de los tomadores de decisiones en el ANLA y el MADS.
La propuesta metodológica incluye criterios asociados a elementos hidrológicos,
hidráulicos y de calidad del agua, seguidos por la determinación de la integridad del hábitat,
en un proceso iterativo que requiere de evaluación para las condiciones antes y después
de la construcción de un proyecto. Se determina así un régimen de caudal ambiental que
preserva la integralidad de las funciones existentes dentro de los ríos a nivel ecológico y
social (Pinilla, Rodriguez, & Camacho, 2014). De acuerdo con lo anterior, esta metodología
hace parte del grupo de enfoques holísticos y su uso ha sido contemplado por parte de
diversos consultores y empresas, para el cálculo de QA en Colombia.
De manera adicional existen algunos trabajos de tesis desarrollados en la Universidad
Nacional de Colombia en las sedes de Bogotá y Medellín, relacionados con la estimación
de caudales ambientales, en los cuales se han seguido diversas metodologías. Una de
ellas, es la desarrollada por (Parra Rodriguez, 2012), la cual consideró el “Modelamiento y
manejo de las interacciones entre la hidrología, la ecología y la economía en una cuenca
hidrográfica para la estimación de caudales ambientales”. En ella se implementó una
2. Marco Conceptual 21
técnica bajo el enfoque holístico, tomando en cuenta la hidrología de la cuenca, el hábitat
de idoneidad para la especie en peligro Ichthyoelephas longirostris y la capacidad instalada
de la derivación del río Manso que alimenta el proyecto Miel I, bajo el uso de las
herramientas informáticas del software PHABSIM.
Asimismo, (Redondo, 2011), en su trabajo “Análisis de incertidumbre en metodologías
hidrológicas para estimación de caudales ambientales”, analizó la incertidumbre en las
estimaciones de caudales ambientales debida a la información hidrológica disponible.
Recientemente la Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín asesoró, junto con
la Corporación Autónoma Regional de las cuencas de los ríos Negro y Nare, al Ministerio
de Ambiente y Desarrollo Sostenible y al Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales – IDEAM, para elaborar el documento denominado Guía Metodológica para
la Estimación del Caudal Ambiental. En dicho trabajo se establecen los lineamientos
metodológicos para orientar la estimación del caudal ambiental en el territorio colombiano
mediante un enfoque holístico. Permite involucrar los aspectos hidrológicos,
geomorfológicos, de calidad del agua, ecológicos y de servicios ecosistémicos (MADS &
IDEAM, Guía Metodológica para la Estimación del Caudal Ambiental, 2017)
2.3.6 Metodología de Límites Ecológicos de Alteración Hidrológica (ELOHA)
La metodología denominada Ecological Limits of Hydrologic Alteration (Límites Ecológicos
de Alteración Hidrológica) – ELOHA (Poff, y otros, 2010), permite realizar un acercamiento
holístico a la determinación de caudales ambientales, conocidos en inglés como
“environmental flows - e-flows”. Su estimación se ha integrado dentro del así llamado
paradigma de la UNESCO sobre el uso sustentable de los recursos hídricos bajo el
enfoque denominado ecohidrología (UNESCO, 2007). Esta es una disciplina que se basa
en principios relacionados con la comprensión de las relaciones funcionales entre la
hidrología y la ecología a escala de cuenca hidrográfica, con el objeto de lograr un
desarrollo y una gestión sustentable de los recursos hídricos (Saldaña, 2013).
Así mismo, ELOHA se basa en encontrar las características comunes y generales de un
grupo de ríos y sus relaciones con aspectos ecológicos. Estas relaciones entre las
respuestas ecológicas y las alteraciones de caudal ayudan a establecer los efectos
potenciales que las regulaciones hidrológicas pueden tener sobre la biota de un río. A su
22 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
vez, se establecen límites máximos y mínimos de aprovechamiento, sin alterar las
condiciones ecológicas naturales (Salgado J. , 2015).
Esta perspectiva metodológica surgió en Dublín en el año 1992, durante la conferencia
internacional sobre el agua y medio ambiente, en el marco del Programa Hidrológico
Internacional (UNESCO, 2007). La
Figura 2-3 Figura 2-3 muestra de manera esquemática, las relaciones que se presentan
en el marco global de la Gestión Integrada de los Recursos Hídricos – GIRH de acuerdo
con el documento de la UNESCO.
Figura 2-3. Esquema General de las relaciones ecohidrológicas tras el concepto de GIRH o IWRM
Fuente: Adaptada por el Autor, 2018 de (UNESCO, 2007)
El marco metodológico de ELOHA ha sido implementado en Colombia por la organización
no gubernamental The Nature Conservancy – TNC. A través de ella se ha intentado
subsanar la carencia de integralidad de la mayoría de las metodologías propuestas en la
literatura para la determinación del QA, las cuales se enfocan en el desarrollo de un solo
componente, ya sea hidrológico, hidráulico o de simulación de hábitat. Dichos métodos no
permiten integrar componentes sociales, ni evaluar a escala de conjuntos de cuencas, los
tipos de ríos existentes, por lo que no permiten estimar el caudal ambiental para toda una
región (Arthington , Bunn, Poff, & Naiman, 2006).
2. Marco Conceptual 23
La metodología ELOHA, que hace parte de los métodos de tipo holístico, integra un
enfoque sistémico como una estrategia de interacción entre los diversos elementos que
permiten la conservación y el uso sostenible del recurso hídrico. Es una herramienta
adaptativa que considera tres tipos de procesos, los cuales se muestran en la Figura 2-4.
Las actividades que se desarrollan en cada uno de los procesos permiten estimar un QA,
esencial para la conservación de las especies en el ecosistema y la salud de los ríos. Cada
uno de los procesos se describe de manera breve a continuación.
1. Proceso Científico: es este el primer paso de la metodología, a través del cual se
recopila y analiza toda la información relacionada con el componente hidrológico
de la zona de estudio. Se clasifican las corrientes involucradas de acuerdo con su
elevación (Gonzales , 2004) en páramo, alta montaña, media montaña,
piedemonte, baja montaña y planicies inundables; se identifican las características
de las alteraciones hidrológicas y se obtienen para cada tipo de río las alteraciones
consolidadas en hipótesis de respuesta ecológica vs. cambios en el
comportamiento hidrológico.
2. Proceso Social: en este paso de la metodología se establecen los límites de
alteración hidrológica, en función de la conservación de los ecosistemas y de su
relación con las variables sociales y económicas. Se evidencia así que para las
comunidades, muchas de las especies de flora y fauna son capaces de generar un
sustento económico y cultural importante.
3. Proceso de Monitoreo y Evaluación: este proceso indica que ELOHA es una
metodología adaptativa que evoluciona en función de las observaciones
posteriores a la implementación del proceso social y permite realizar ajustes y
cambios en los procesos tanto científico como social. Adicionalmente, tiene en
cuenta que el desarrollo y la implementación de objetivos regionales de caudal
ambiental son un proceso continuo e iterativo en el que la recolección de datos, el
monitoreo, la evaluación y los cambiantes valores sociales, constantemente
redefinen los objetivos y las relaciones entre el caudal y la ecología, sobre las
cuales se basan.
24 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Figura 2-4. Procesos integradores de la metodología ELOHA
Fuente: (Poff, y otros, 2010) Asimismo, el monitoreo del caudal ambiental ayuda a discernir los papeles relativos que
desempeñan diferentes tipos de medidas tales como la restauración de canales, la
mitigación de la contaminación y la gestión de la pesca, entre otros, en el logro eficaz de
los resultados ambientales convenidos. Igualmente, la metodología ELOHA cuenta con
cuatro pasos esenciales para la obtención de resultados, las cuales se describen
brevemente a continuación (TNC, Conservation Gateway, 2015).
1. Fundamento Hidrológico: es la base para la generación de hidrogramas fluviales
regionales ya sean a escala diaria o mensual, durante un periodo largo de tiempo.
El análisis de estos hidrogramas representa las condiciones base (antes del
desarrollo) y posteriores al desarrollo para segmentos de un río a lo largo de una
región, durante un periodo suficientemente largo como para que represente la
variabilidad climática. Para ello, es necesario que se ubique la zona de estudio en
donde exista una alta probabilidad de toma de decisiones favoreciendo el
aprovechamiento del recurso hídrico, así como aquella en donde exista una alta
variabilidad de datos biológicos.
2. Marco Conceptual 25
2. Clasificación de las corrientes: dado que ELOHA es una metodología que
permite determinar el QA a escala regional y no solo de manera puntual, se hace
necesario agrupar las corrientes de agua mediante la similitud en sus
características geomorfológicas, las cuales son la clave para la determinación de
los rasgos de hábitats físicos.
3. La alteración de caudales: permite identificar las implicaciones que tienen las
alteraciones hidrológicas sobre cada tipo de río, para lo cual es necesario
establecer los impactos que estos generan desde el punto de vista hidrológico, a
fin de poder relacionar el grado de alteración hidrológica con el grado de alteración
ecológica (relaciones caudal – ecología). Para ello, existen diversas herramientas
que permiten evaluar la alteración hidrológica. No obstante, la metodología ELOHA
sugiere utilizar la herramienta informática denominada IHA, Indicators of Hydrologic
Alterations (TNC, Conservación Gateway, 2011), en español, Indicadores de
Alteración Hidrológica. Esta permite evaluar aquellas modificaciones de tipo
hidrológico que se presentan como resultado de la implantación de una obra
hidráulica, en relación con los cinco tipos diferentes de componentes del caudal
ambiental, y que incluyen: caudales bajos, caudales extremadamente bajos, pulsos
de caudal alto, pequeñas inundaciones y grandes inundaciones. Estos se describen
de manera resumida a continuación:
Caudales Bajos / Low flows: indican la condición de caudal dominante en
la mayoría de los ríos. Los caudales bajos en un río que varían
estacionalmente a través del tiempo, imponen una restricción fundamental
a las comunidades acuáticas de una corriente, dado que determinan la
disponibilidad de hábitat acuático durante la mayor parte del año, influyendo
sobre la diversidad y el número de organismos que pueden vivir en el río
(TNC, Conservación Gateway, 2011).
Caudales extremadamente bajos / Extreme low flows: durante los
periodos en los que se generan sequías, el caudal de los ríos alcanza
niveles muy bajos, lo que puede ejercer presión sobre muchos organismos,
hasta derivar en la muerte de muchos de ellos, lo que genera condiciones
apropiadas para otros organismos (TNC, Conservación Gateway, 2011).
26 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Pulsos de caudal alto / High-flow pulses: cuando cae una tormenta
intensa, se superan en una corriente los caudales bajos. Los caudales altos
se asocian a cualquier incremento del nivel del agua que no sobrepase las
riberas del cauce. Asimismo, los pulsos de caudal alto también
proporcionan, a los peces y otros organismos móviles, un mejor acceso a
zonas corriente arriba y abajo (TNC, Conservación Gateway, 2011).
Pequeñas inundaciones / Small floods: durante las inundaciones los
organismos móviles pueden desplazarse corriente arriba, corriente abajo y
hacia las planicies inundables, para entrar a hábitats adicionales, como
cauces secundarios, remansos, ciénagas y áreas inundadas de poca
profundidad, zonas en las cuales se proporcionan los recursos alimenticios
a organismos acuáticos (TNC, Conservación Gateway, 2011).
Grandes inundaciones / Large floods: las inundaciones extremas
generalmente cambian la estructura biológica y física de un río y su planicie
de inundación. Estas inundaciones pueden literalmente arrastrar con el
agua a muchos organismos, y de este modo reducir muchas poblaciones,
creando nuevas ventajas competitivas para alguna especie. Igualmente, las
inundaciones extremas también pueden ser importantes para formar
hábitats clave, tales como meandros abandonados y humedales en
planicies de inundación (TNC, Conservación Gateway, 2011).
La Figura 2-5, muestra un ejemplo del resultado obtenido con el software IHA para
representar los cinco componentes de caudal ambiental relacionados a caudales bajos,
caudales extremadamente bajos, pulsos de caudales altos, pequeñas inundaciones y
grandes inundaciones.
4. Relaciones caudal – ecología: este paso dentro de la metodología, busca asociar
el componente de caudal y el comportamiento de este sobre la ecología del área,
enfocada principalmente sobre una especie de interés particular para la comunidad.
Estas relaciones se estiman o construyen mediante la formulación de hipótesis que
2. Marco Conceptual 27
pueden plantearse a partir de cuatro fuentes principales que varían de acuerdo con
los objetivos y la disponibilidad de información, las cuales corresponden a (Salgado,
2014):
Uso de la literatura: es posible identificar actualmente un incremento en el
número de documentos científicos que discuten y analizan temas
relacionados con las alteraciones hidrológicas y la respuesta ecológica, los
cuales sirven de base para el establecimiento preliminar de hipótesis de
relación.
Conocimiento de Expertos: las hipótesis pueden formularse a través del
trabajo colaborativo, realizado en talleres con expertos.
Conocimiento científico: es similar al uso de conocimiento de expertos el
cual se desarrolla a través de talleres y reuniones con expertos científicos
que poseen experiencia local específica en los temas de hidrología y
ecología en el área o tramo de interés.
Datos ecológicos: éste se refiere a la recolección de información primaria
con el complemento de investigaciones secundarias; de esta forma se
pueden ajustar las hipótesis generadas de manera empírica.
Es importante resaltar que para el establecimiento de dichas hipótesis las variables
ecológicas ideales deben ser consideradas sensibles a las alteraciones de caudal existente
o propuesto, de fácil validación con datos de monitoreo y sobre todo valoradas por la
sociedad generando un valor económico o cultural para la comunidad.
Al generar estas hipótesis es relevante considerar que las relaciones funcionales que se
generan en las respuestas caudal vs. ecología se presentan de diversas formas, lo que
significa que pueden ser de tipo lineal, exponencial, positivo o negativo, entre otras. Así
mismo, se espera que las formas funcionales de relación varíen de acuerdo con las
variables ecológicas seleccionadas, las métricas específicas del flujo y el grado de
alteración que presenta el río (Poff, y otros, 2010).
28 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Figura 2-5. Ejemplo de tipos de flujos generados en el software IHA (Caudales Bajos,
caudales extremadamente bajos, pulsos de caudales altos, pequeñas inundaciones y
grandes inundaciones
Fuente: (TNC, Conservación Gateway, 2011).
Una vez se establecen las hipótesis generadas para el área de interés, es
indispensable validar dicha información para asegurar la veracidad de las mismas,
lo cual se desarrolla bajo diversos mecanismos los cuales de acuerdo con
(Salgado, 2014) corresponden a:
Análisis estadístico: con base en los datos empíricos obtenidos de
información secundaria de las relaciones entre caudal vs ecología, se pueden
aplicar diversos métodos, dentro de los cuales es posible identificar el análisis
de antes y después de la alteración conocido como BACI (Smith, 2002), el
análisis multivariado de dispersión – NMDS (Ramírez González , 2005) o los
análisis de cambios de composición o diversidad (Ramírez González , 2005)
entre otros.
2. Marco Conceptual 29
Revisión Bibliográfica: este proceso se desarrolla mediante la búsqueda,
consulta e investigación de la bibliografía existente, que soporte de manera
causal las hipótesis planteadas y su posterior corroboración de profesionales
expertos en el campo ecológico.
Herramienta EcoEvidence: esta herramienta estadística (Nichols, Webb,
Norris, & Stewardson, 2011) permite establecer a través de software informativo
la verificación de las relaciones (hipótesis) de caudal vs ecología, con base en
la información de la literatura.
Validación en campo: este es el mecanismo más confiable, ya que brinda
información directa sobre el comportamiento de las especies en relación con el
caudal, en el área de estudio.
Una vez se finaliza el proceso de validación por cualquiera de los métodos anteriormente
citados, se hace indispensable determinar los vacíos de información existentes. De esta
manera se retroalimentan o ajustan las hipótesis inicialmente planteadas (Poff, y otros,
2010). Es importante resaltar que de acuerdo con (Salgado, 2014), dentro de los factores
más significativos para el desarrollo de las hipótesis de relación caudal – ecología, es
indispensable conocer la organización jerárquica de los diferentes organismos, ya que
muchas de las respuestas a las alteraciones están determinadas por las escalas
espaciales y temporales, como puede verse en la Figura 2-6.
Un ejemplo de ello es que ciertos microorganismos responden a efectos de alteración de
manera inmediata, ocurriendo en escalas de tiempo de minutos a horas, mientras que otros
seres más grandes, como son las plantas, los macroinvertebrados y los peces, pueden
tardar meses o incluso años en reflejar los cambios. Así mismo, los procesos de tipo
geomorfológico e incluso sedimentológico pueden llegar a tardar centenas o milenas de
años o verse reflejados a nivel regional.
30 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Figura 2-6. Escalas temporales y espaciales de las organizaciones jerárquicas de los
organismos acuáticos
Fuente: Adoptado por el autor de (Salgado, 2014)
De acuerdo con lo anterior, es importante destacar que no todos los aspectos que se
encuentran dentro del componente ecológico a considerar tendrán la misma respuesta
espacial o temporal. Los cambios microscópicos pueden generar cambios inmediatos que
alteren la integridad de las redes tróficas. A su vez, cambios en la estabilidad de los
sedimentos puede generar alteraciones en los procesos ecológicos a nivel regional.
Asociado a lo anterior, las alteraciones en el componente hidrológico son capaces de
modificar los diferentes compartimientos bióticos y físicos de los ecosistemas, no sólo en
sistemas lóticos, sino también en los lénticos. Se perturban la distribución y abundancia de
las especies, las tasas de sedimentación, la geomorfología y los servicios ecosistémicos
que prestan los cuerpos de agua (Poff, y otros, 2010).
De acuerdo con las investigaciones desarrolladas por TNC y Poff bajo la metodología de
ELOHA, se han identificado siete niveles de organización que pueden usarse para la
generación o estimación de hipótesis de relación entre el caudal vs ecología, las cuales se
describen a continuación (Salgado, 2014):
2. Marco Conceptual 31
Geomorfología y sedimentología: factores naturales como son el cambio
climático, el desplazamiento de los ríos y las características de drenaje de las
cuencas como son el tamaño, la geología, la geomorfología y la vegetación, pueden
llegar a controlar el transporte normal de los sedimentos. Este proceso se considera
importante debido a que muchos de los ríos y cuencas han evolucionado con el
tiempo y su dinámica ha estado influenciada por las condiciones históricas de la
cuenca. Un ejemplo de ello son las perturbaciones antrópicas, las cuales han
alterado la hidrología y la carga sedimentaria de muchos ríos, lo que ha traído
consigo respuestas por parte de la ecología a cambios de procesos hidrográficos
naturales, destrucción de hábitats, pérdida de biodiversidad y alteración en el
transporte de sedimentos y en la geomorfología de los ríos (Salgado, 2014).
Otro ejemplo de estas transformaciones se puede atribuir a la construcción de
embalses. Al introducir una estructura sobre un sistema lótico libre se genera una
regulación del mismo, lo que interrumpe el flujo del río, reteniendo sedimentos. Esto
disminuye la capacidad de almacenamiento de la represa y la vida útil de la misma,
así como la privación de formación de canales, hábitats acuáticos y transporte de
materia orgánica y nutrientes para las zonas de inundación (Salgado, 2014).
Perifiton: esta comunidad microscópica involucra algas, bacterias, hongos,
animales y detritos orgánicos e inorgánicos, los cuales se adhieren a un sustrato
ya sea orgánico, inorgánico, vivo o muerto (Salgado, 2014). Desde la visión
ecológica, esta comunidad es un componente fundamental de la biótica acuática
dado su rol en los procesos de transferencia de energía, materia e información a
través de las cadenas tróficas. Así mismo, desde el punto de vista ambiental los
cambios en su composición y estructura, han servido como indicadores de la
calidad del agua y de los procesos de modificación ambiental que pueden surgir
(Montoya & Aguirre, 2013).
Macroinvertebrados: son animales capaces de habitar en el sustrato de los lagos,
cursos de agua, estuarios y aguas marinas. Pueden estar dentro o sobre rocas,
residuos orgánicos o sustratos, durante todo su ciclo vital. En este grupo se
incluyen diversos tipos de invertebrados como son los moluscos, anélidos,
32 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
platelmintos, crustáceos, ácaros y los estados inmaduros de varios órdenes de
insectos, todos ellos con tamaños mayores a 500 µ (Hanson, Springer, & Ramirez,
2010).
El uso de este grupo de organismos como bioindicadores de cambio ambiental se
fundamenta en cinco factores: (1) son relativamente sedentarios y por lo tanto
representativos del área de colecta, (2) tienen ciclos de vida relativamente cortos y
por lo tanto sus poblaciones y comunidades responden con mayor rapidez a las
alteraciones ambientales, (3) tienen una alta sensibilidad a los factores de
perturbación y responden a las sustancias contaminantes presentes tanto en el
agua como en los sedimentos, (4) son fuente primaria de alimento de organismos
depredadores como peces y aves y (5) participan de manera importante en la
degradación de la materia orgánica y en el ciclo de nutrientes (Salgado, 2014).
Vegetación acuática y riparia: la vegetación riparia o ribereña es aquella que se
encuentra asociada a los linderos de los ecosistemas acuáticos. Se consideran
organismos de gran importancia estructural y ecológica (Giller y Malmqvist 1998).
Este tipo de vegetación promueve la variación en la disponibilidad de nutrientes y
de material orgánico, la heterogeneidad del hábitat y la reducción de la erosión de
suelos, entre otros muchos factores asociados a los sistemas lóticos. (Salgado,
2014). En este grupo se incluyen las macrófitas, las cuales ayudan a regular el flujo,
proveyendo heterogeneidad de hábitats, refugios contra la depredación, sustratos
para la puesta de huevos, alimento, oxígeno y estabilización de sedimentos, entre
muchos otros beneficios (Jeppessen et al., 1998). Su importancia ecológica y su
alta sensibilidad a los cambios ambientales hacen que las macrófitas sean un grupo
comúnmente utilizado a nivel global en monitoreos ambientales como referente de
calidad ecológica (Salgado, 2014).
Peces: actualmente en Colombia se registran alrededor de 1.357 especies de
peces dulceacuícolas. Debido al creciente uso de la tierra para actividades
agrícolas, la deforestación, la polución del agua, el cambio climático y la creación
de embalses, la subsistencia de este grupo se ha visto amenazada, hasta tal punto
de llegar a su extinción (Salgado, 2014).
2. Marco Conceptual 33
Los embalses hidroenergéticos en particular alteran las condiciones físicas y
químicas locales e interrumpen la conectividad hidrológica entre gradientes
longitudinales y laterales de los ríos (Jimenez, Maldonado , & Pérez, 2014), zonas
en las que se presentan las tendencias a la concentración de la biodiversidad
biológica. Es así, que en Colombia la gran mayoría de embalses se ha construído
entre los 500 y los 1100 msnm, banda altitudinal donde la diversidad de peces es
mayor y donde muchas especies de planicies inundables migran en respuesta a la
estacionalidad climática (Salgado, 2014).
En el país son diversas las amenazas que se ciernen sobre las poblaciones de
peces y una de las más importantes es el uso de métodos de pesca ilegales, que
no solo perjudican el recurso, sino que traen consigo problemáticas ambientales
asociadas. Estas especies no sólo han sido utilizadas como un importante recurso
para el abastecimiento de consumo para la economía, sino que representan un
elemento de economía, cultura y recreación para el hombre (Mejía & Acero, 2002).
Este tipo de organismos representa el grupo de vertebrados con mayor número de
especies presentando un ciclo de vida que pasa por cuatro etapas denominadas:
huevo, larva, juvenil y adulto. Cuando estos organismos se encuentran en las dos
primeras fases se conocen como estadios tempranos de vida – ETV. En este
momento son pequeños, viven en la columna de agua y pueden ser fácilmente
dispersados por las corrientes, conformando lo que se conoce como ictioplancton
(Vásquez , Leyva, & Valdez , Huevos y Larvas en el ciclo de vida de los peces,
2017). Presentan estrategias de vida adaptativas, relacionadas con lo que se
conoce como movimientos migratorios, los cuales se realizan principalmente por
tres propósitos: alimento, refugio y reproducción. Al tener estos hábitos migratorios,
existe un importante elemento en el ciclo que se conoce como deriva de huevos y
larvas en los ríos, los cuales permiten la abundancia y dispersión de las especies
(Pareja Carmona, Jiménez Segura, & Ochoa, 2014).
Cada etapa del ciclo de vida está relacionada con el nivel del agua de los ríos. Así,
durante los primeros meses del año, cuando se generan disminuciones en el nivel
de los ríos, se presenta lo que se conoce como la migración denominada subienda,
la cual involucra el desplazamiento de las especies en estado adulto desde los
34 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
planos de inundación hacia las cabeceras de los ríos. De manera
subsiguientemente, las lluvias incrementan el nivel de las aguas permitiendo el
desove de las especies y la posterior migración río abajo mediante lo que se conoce
como la bajanza. Este ciclo hace parte de la dinámica reproductiva de las especies
migratorias. Es importante resaltar que la reproducción de los peces generalmente
se centra en determinadas épocas y se sincroniza con el incremento en el nivel de
las aguas, el cual responde al régimen hidrológico del río en cuestión (Pareja
Carmona, Jiménez Segura, & Ochoa, 2014).
Aves acuáticas y migratorias: Colombia es un país considerado como mega
diverso en materia de aves. De las casi 1900 especies de aves registradas hasta
la fecha, alrededor de 260 (15%) son acuáticas (aquellas especies que utilizan
ecosistemas dominados por cuerpos de agua, durante buena parte de su ciclo
biológico) y el 32,8% de éstas son migratorias (Salgado, 2014). Debido a las
variaciones ambientales asociadas a la expansión de la frontera agrícola, urbana,
ganadera y energética, que han disminuido el tamaño de sus hábitats y han
desecado los cuerpos de agua, además de la caza indiscriminada, las aves
acuáticas se encuentran crecidamente más amenazadas que otras especies de
aves en el país (Salgado, 2014).
Especies invasoras: igual que en otros países, los ecosistemas acuáticos
colombianos no son ajenos a la introducción e invasión de especies exóticas. En
Colombia actualmente se tiene un panorama relativamente claro sobre lo que ha
ocurrido con muchas de estas especies, en particular con su establecimiento en el
medio natural y con sus usos comerciales (e.g. agricultura, ornamentación o
repoblaciones). No obstante, se carece de conocimiento sobre los impactos
negativos que la mayoría de estos organismos pueden generar sobre las
comunidades naturales y sobre la manera en que las especies invasoras se pueden
estar beneficiando por cambios ambientales y de caudal inducidos por el hombre
(Salgado, 2014).
Para identificar qué tan alterado puede estar un ecosistema fluvial, se hace necesario
analizar dichos ecosistemas conociendo su estructura, funcionamiento y la dinámica de
2. Marco Conceptual 35
sus comunidades. Si bien es cierto que aunque existe una limitación en la información en
cuanto a los componentes biológicos existentes en el área, para abordar este tema,
ELOHA permite realiza un acercamiento teórico basado en revisiones literarias y en
particular analizando los conceptos de: (1) continuum fluvial, (2) discontinuidad serial y el
(3) pulsos de inundación (Salgado, 2014).
Cada uno de estos conceptos aborda desde diferentes perspectivas las generalidades de
las funciones ecosistémicas, como son la producción primaria, la conectividad con las
planicies, la relación con la biota asociada y las principales características de los sistemas
lóticos y sus planicies de inundación coligadas. Brindan diversidad de información, esencial
para la caracterización de las relaciones entre caudal vs ecología, de acuerdo con los
gradientes altitudinales de páramos, alta montaña, media montaña, piedemonte y
planicies, de acuerdo a la clasificación de corrientes (Salgado, 2014).
Muchos organismos de los sistemas lóticos como son los ríos, arroyos y manantiales
poseen movimientos unidireccionales. En estos ambientes los seres vivos poseen una
gran capacidad para fijarse al sustrato o para nadar con el fin de evitar ser arrastrados por
las corrientes. Los peces son unos de los principales habitantes de este tipo de
ecosistemas (Moyle & Cech, 2004).
Los ríos han sido importantes en la historia de la humanidad. Sus características cambian
desde la cabecera por cambios en el tamaño y el caudal, lo que permite que se presenten
modificaciones en el metabolismo, la composición y la diversidad de las comunidades
bióticas ícticas presentes (Salgado J. , 2015).
De manera paralela, las planicies inundables son ecosistemas dinámicos de las cuencas
que se conectan a los cauces principales, permitiendo la expansión de los ríos en épocas
de descarga cuando se presentan las lluvias. Allí se retienen sedimentos y se alberga una
gran diversidad de especies de aves, mamíferos, reptiles y peces, los cuales dependen de
estas áreas para realizar sus ciclos de reproducción, crianza y migración (Salgado J. ,
2015).
Estos ecosistemas son estratégicos en la adaptación a la variabilidad y al cambio climático,
ya que amortiguan los impactos causados por las inundaciones y sequias reduciendo la
vulnerabilidad de las poblaciones humanas (Salgado J. , 2014). El transporte normal de los
sedimentos está controlado por factores como el cambio climático, el desplazamiento de
36 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
los ríos y las características de las cuencas de drenaje. Estas últimas incluyen el tamaño,
la geología, la morfología y la vegetación.
Es por esto que los ríos y sus cuencas asociadas son sistemas naturales que evolucionan
con el tiempo y que se encuentran influenciadas principalmente por las condiciones
históricas de las cuencas y por las perturbaciones antrópicas (Salgado J. , 2014). De
acuerdo con lo anterior, y de acuerdo con las peculiaridades geográficas del territorio que
permiten determinar e identificar ciertas características asociadas a los sistemas lóticos, la
Figura 2-7 muestra el esquema de la división fluvial asociada a los gradientes altitudinales
y a las características físicas y ambientales existentes en cada zona.
La identificación de éstas zonas altitudinales del río es uno de los pasos más importantes
para la obtención de resultados en la estimación de las relaciones hidrología vs respuestas
hidrológicas, dentro del marco que involucra la metodología de ELOHA. Esto se debe a
que se convierte en una herramienta de identificación de los tipos de ríos existentes, los
cuales, según el tipo de características que posean, pueden arrojar particularidades
propias de un ecosistema especifico (Salgado J. , 2014).
Figura 2-7. Esquema de división fluvial de acuerdo con los gradientes altitudinales y las características físicas y ambientales
Fuente: (Salgado, 2014)
2. Marco Conceptual 37
Con lo descrito en el párrafo anterior y de acuerdo con el esquema resumen del proceso
de clasificación de corrientes en función de la altitud Figura 2-7, es que surge la
categorización de ríos propuesta por Infocol y TNC en el 2010 (Gonzales , 2004). Esta se
propone como herramienta para la clasificación de los sistemas lóticos en cuanto la
elevación, la cual, como se describió de manera previa, es un paso fundamental para
conocer los tipos de ríos existentes en el área de estudio. La Figura 2-8 muestra el
resultado o agrupación final relacionada.
Los ríos de páramo comprenden las subfamilias con elevación media por encima de los
3000 msnm. Los ríos de alta montaña son corrientes pequeñas ubicadas entre los 2000 y
los 3000 msnm, con caudales medios no mayores a los 20 m3/s y de alta variabilidad diaria.
Los ríos de media montaña tienen rangos de altitud de 800-2000 msnm y caudal medio
amplio. En los ríos de piedemonte los valores promedio de caudal oscilan entre los 4 y los
60 m3/s y el rango altitudinal se encuentra entre los 500 y 800 msnm. Por último, los ríos
de la baja montaña son corrientes por debajo de los 500 msnm y con caudales medios a
altos (Gonzales , 2004).
Figura 2-8. Clasificación de corrientes, en función de la elevación de acuerdo con
Ingfocol y The Nature Conservancy
Fuente: (Gonzales , 2004)
Teniendo en cuenta los ítems establecidos anteriormente, es importante resaltar que la
metodología ELOHA involucra en su implementación el uso de herramientas alternas con
diversos softwares, dentro de los cuales se cuenta con las plataformas del índice de
Alteración Hidrológica - IHA y el Sistema de Evaluación y Planificación del Agua - WEAP.
No obstante, para el caso particular de este trabajo de investigación se usó de manera
adicional la metodología denominada IGO (Importancia – Gobernabilidad), debido a que la
zona de estudio a manejar comprende una serie de complejos hidroeléctricos sobre los
38 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
cuales ya no es posible estimar un caudal ambiental natural sobre las fuentes ya
intervenidas, explotadas y alteradas. A continuación, se realiza una breve descripción de
dichas herramientas.
Software IHA - Indicadores de Alteración Hidrológica: debido a las
modificaciones que se presentan en los ríos, principalmente frente al tema de la
construcción de estructuras hidráulicas sobre los mismos, como es el caso de los
embalses, es necesario evaluar la alteración de los caudales antes y después de
la construcción de dichas estructuras. Esto con el fin de establecer los efectos que
puede llegar a presentar el río sobre los cinco componentes del caudal ambiental
que corresponden a caudales bajos, caudales extremadamente bajos, pulsos de
caudal alto, pequeñas inundaciones y grandes inundaciones (TNC, 2011).
Para ello se hace necesario medir los impactos hidrológicos generados,
determinando el grado de alteración en relación con el componente biótico. Esto se
realiza mediante este software, el cual fue desarrollado por The Nature
Conservancy permitiendo calcular las características de los regímenes hidrológicos
naturales y alterados. Es importante resaltar que para su uso se debe contar con
información de caudales preferiblemente a escala diaria equivalente a 20 años
antes del suceso y 20 años después del mismo, ya que las estadísticas de IHA son
significativas sólo cuando se calculan para registros hidrológicos suficientemente
largos (TNC, 2011).
Herramienta Informática WEAP – Sistema de Evaluación y Planificación del
Agua: el programa Water Evaluation and Planning System – WEAP, en español
Sistema de Evaluación y Planificación del Agua, es una herramienta de modelación
para la planificación y distribución de agua, aplicada a diferentes escalas desde
pequeñas a grandes zonas. WEAP incluye un modelo hidrológico, así como varios
módulos que permiten integrar la información generada con otros programas como
son MODFLOW para aguas subterráneas y QUAL2K para calidad del agua.
Este es un modelo de fácil manipulación debido a su interfaz gráfica que de manera
explícita, incluye demandas de agua con prioridades asociadas y usa escenarios
2. Marco Conceptual 39
para evaluar diferentes esquemas de distribución del recurso sobre el área de
interés. Para proceder a su uso, es necesario tener acceso a diversa información
que puede ser específica o variada sobre temas como son: datos climáticos,
suministro, demanda de agua y sistemas hídricos de la zona. De manera paralela,
esta herramienta permite complementar a ELOHA. Sin embargo, no se considera
obligatoria, pues simplemente sirve de apoyo en la planificación de los recursos
hídricos buscando generar un balance entre la oferta y la demanda de agua dentro
de la cuenca.
Para desarrollar la toponimia o modelo de la cuenca hidrográfica de interés, el
software WEAP trae consigo una serie de etapas o procesos los cuales se
describen a continuación (Institute, 2009).
1. La primera etapa consiste en definir el tipo de estudio incluyendo el marco
conceptual, los límites espaciales, los componentes del sistema y la
configuración del problema.
2. Paso seguido se procede a recolectar la información de datos generales y
específicos de acuerdo con el área de estudio y el objetivo de modelación
Tabla 2-3. Elementos base contenidos en el software WEAP, para la generación de interacciones en el sistema
Categoría Símbolo Nombre
Elementos de suministro
Sub-cuenca, o unidad de análisis Hidrológico (Catchment).
Acuífero (Groundwater)
Demand Site: sitio de demanda.
Elementos de demanda
Reservoir: embalse.
Requerimiento de caudal (Flow requirement).
Hidroeléctrica a filo de agua (Run of river hydropower).
River.
Elementos de transmisión
Desviación.
Enlaces de escorrentía o infiltración (Runoff/infiltration Links).
40 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Categoría Símbolo Nombre
Transmission Links.
Return flow links.
Wastewater treatment plants.
Observaciones hidrológicas
Stream flow gauges.
Fuente: Elementos extraídos del software WEAP
3. Se desarrolla el modelo, el cual parte de la construcción de un esquema bajo
los elementos que involucra WEAP y que se visualizan en la Tabla 2-3, cada
uno de ellos permite representar en la cuenca la asociación e interconexión de
diversos objetos asociados simbolizando los diferentes componentes del
sistema. Una vez se cuente con la estructura de representación de la cuenca,
se procede a ingresar diversos datos como son: parámetros climáticos, de
caudal, número de habitantes, entre otros. Esto con el fin de, proceder a realizar
la corrida del mismo, con el fin de observar el comportamiento preliminar y así
estimar errores, eventualidades o anomalías que puedan surgir.
4. Calibrar y caracterizar la oferta, demanda actual del agua, recargas de
contaminantes, recursos y fuentes para el sistema.
5. Condicionar el proyecto, generando los escenarios posibles, con el fin de
identificar los impactos que tendrían una serie de supuestas alternativas y el
clima sobre las políticas futuras y los costos.
Matriz de Importancia – Gobernabilidad (IGO): aunque no es un paso específico
que integre la metodología ELOHA, de acuerdo con expertos de The Nature
Conservancy se procede a su desarrollo e implementación. Esto en relación a que
para la estimación del caudal ambiental se debe partir de una condición de
referencia del perfecto funcionamiento del régimen natural del flujo. Estas
condiciones de referencia se refieren a las condiciones de flujo mínimamente
alteradas (Poff, y otros, 2010).
El uso de esta matriz de importancia vs gobernabilidad permite priorizar de manera
sencilla las variables relacionadas con un evento o estudio específico. Para ello se
2. Marco Conceptual 41
necesitan dos variables identificadas como Gobernabilidad e Importancia (Farias,
2014). La primera se refiere a la pertinencia o relación coherente que existe entre
las estrategias y las acciones propuestas. En ella se asigna a cada estrategia un
puntaje entre 1 y 4 el cual permite visualizar la pertinencia del proyecto o estudio a
generar en una escala de menor a mayor grado de la siguiente manera, donde: (1)
No es importante, (2) Poco importante, (3) Importante y (4) Muy importante, como
se puede ver en la Figura 2-9.
Por su parte, la gobernabilidad es la capacidad que se tiene para controlar y
dominar el factor que se está analizando. Este se clasifica teniendo como base
criterios de control sobre la gestión y ejecución de las acciones para realizar las
estrategias, las cuales se dividen en valores de (0) Nulo, (1) Débil, (3) Moderado y
(5) Fuerte. Las secciones de la matriz se dividen en cuatro sectores, como se puede
visualizar en la Figura 2-10, las cuales se refieren y se describen como:
Figura 2-9. Zonas de identificación para el área de importancia
Fuente: (Farias, 2014)
Sector 1: corresponde a aquellas acciones que están en el extremo superior
derecho, en ellas se ubican las que tienen mayor gobernabilidad y mayor
importancia. Adicionalmente, el tomador de decisiones tiene control sobre ellas y
su ejecución tendrá una importante repercusión en el escenario a estudiar por lo
que se consideran como prioritarias.
42 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Sector 2: las acciones se ubican en el extremo superior izquierdo (mayor
importancia, pero menor gobernabilidad). Aquí se ubican todas aquellas
actividades que repercuten sobre el sistema, pero que a su vez no se tiene un
control total sobre ellas. Por lo tanto, el reto es lograr dicho control de ser el caso.
Sector 3: corresponden al extremo inferior izquierdo. Las acciones aquí tienen poca
gobernabilidad y poca importancia, por lo que los aspectos son difíciles de
manipular. Además, no tienen impactos importantes en el escenario o en el área
de estudio.
Sector 4: ésta se ubica en el extremo inferior derecho, donde los eventos tienen
una alta gobernabilidad, pero su ejecución no impactará notoriamente el sistema.
Figura 2-10. Sectores para la identificación de relaciones de importancia vs Gobernabilidad
Fuente: (Farias, 2014)
2.4 La meteorología, el clima y su importancia en la hidrología
La meteorología ha sido considerada como la ciencia que se ha convertido a través del
tiempo en instrumento de análisis de variables meteorológicas como son: la temperatura,
la precipitación, la humedad relativa y los vientos, entre otros factores, los cuales varían
2. Marco Conceptual 43
tanto en el espacio como en el tiempo. Estos elementos permiten caracterizar las
condiciones atmosféricas existentes en un área o región específica.
Así mismo, surge el concepto de climatología el cual es considerado como el estudio de
los climas, es decir, del conjunto de condiciones atmosféricas propias de una región. El
principal agente causante de los cambios atmosféricos y por ende del clima, es el agua en
sus diferentes fases, de ahí que la hidrología esté enlazada troncalmente con la
meteorología y la climatología. Es así que el estudio de los procesos hidrológicos de las
aguas superficiales, marítimas o subterráneas, debe tener en cuenta la física de la
precipitación y la evaporación, así como las condiciones climáticas que permiten una mejor
gestión tanto a corto como a largo plazo (Llasat Botija, 2008). Se destacan los elementos
de predicción, previsión y actuación frente a fenómenos naturales extremos como
huracanes, inundaciones, sequias, etc. (Pulido Mosquera, 1991), los cuales afectan a una
determinada región, pero que a su vez pueden estar modificados por las condiciones
geográficas de la misma.
Por lo anterior, es que se define al clima como el conjunto de características atmosféricas
medias que se dan en un territorio. Una primera aproximación se basa en las principales
determinantes, que incluyen la lluvia o precipitación, la temperatura y la humedad. La
importancia de las características climáticas en un área determinada, radica en que son
factores de gran incidencia en los procesos morfodinámicos y por consiguiente en la
evolución del paisaje. Es posible determinar el tipo de clima aplicando metodologías de
análisis de clasificación climática, como la propuesta por Caldas – Lang (Muñoz, 2002).
De manera adicional, se hace importante resaltar que los caudales dentro de una cuenca
dependen del régimen de precipitaciones, que a su vez se encuentra ligado o condicionado
por los factores climatológicos. Para efectos de esta investigación se analizaron algunos
componentes meteorológicos y climatológicos característicos para la cuenca del río Nare,
para conocer su influencia sobre los caudales y su relación con la especie de interés.
2.4.1 Zonificación climática de Caldas – Lang
La clasificación establecida por Francisco José de Caldas, en conjunto con el investigador
Alexander Von Humboldt, tuvo sus inicios en 1802. Estos naturalistas disponían de
información relativa a las alturas sobre el nivel del mar y su influencia en la variación de
las temperaturas. Esto les permitió determinar los pisos térmicos para la región Andina
44 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Tropical, denominados cálido, templado, frío, páramo bajo y páramo alto (Castañeda Tiria,
2013).
Para el año de 1915 surge y se establece la clasificación climática de Richard Lang. En
este método se utiliza la relación entre la precipitación anual en (mm) y la temperatura
media anual en (°C). Estos dos parámetros se relacionan mediante el cociente de la
precipitación (P) y la temperatura (T), llamado factor de Lang y del cual se obtienen seis
clases de clima identificados como desértico, árido, semiárido, semihúmedo, húmedo y
superhúmedo (Castañeda Tiria, 2013).
Ninguno de los dos sistemas mencionados tiene suficiente aplicabilidad o funcionalidad de
manera separada, por lo que en 1962 Schaufelberguer propuso unir las dos clasificaciones
en un sistema, denominado clasificación climática de Caldas – Lang. Se obtienen
veinticinco tipos de climas que tienen en cuenta la elevación del lugar, la temperatura
media anual y la precipitación total media anual (Castañeda Tiria, 2013).
2.4.2 Red Hidrometereológica
El término de red Hidrometereológica se refiere al conjunto de estaciones estratégicamente
distribuidas en las que se registran datos de mediciones de diversas variables, entre ellas
temperatura, precipitación, humedad relativa y brillo solar, entre otras. La red de estaciones
es la base para el análisis de fenómenos y elementos atmosféricos necesarios para
conocer y determinar el estado del tiempo o clima en una zona en particular con el fin de
obtener información que permita una posterior aplicación para diversos fines y objetivos
(OMM, 2011).
En Colombia dichas estaciones se han dividido en diversas categorías, dentro de las
cuales se encuentran las siguientes: Pluviográficas (PG), Pluviométricas (PM),
Climatologica Ordinaria (CO), Climatologica Principal (CP),Sinóptica Secundaria (SS),
Agrometereológica (AM), Meteorológica Especial (ME), Limnimétrica (LM) y Limnigráfica
(LG). Estas categorías son asignadas por el Instituto de Hidrología, Meteorología y
Estudios Ambientales – IDEAM.
Cada una de estas estaciones puede suministrar datos homogéneos a largo plazo con el
objeto de determinar las condiciones climáticas de una zona de interés (OMM, 2011). Una
2. Marco Conceptual 45
vez identificados los tipos de estaciones, se procede a verificar los datos requeridos para
el análisis, se determina qué estaciones se encuentran en el área de estudio y se establece
cuáles son las más indicadas para obtener la información necesaria para alcanzar los
objetivos propuestos.
2.4.3 Metodologías estadísticas para el tratamiento de datos climáticos
El objetivo fundamental de la gestión de los datos consiste en conservar, captar y
proporcionar datos para que las instancias planificadoras y decisorias, así como los
investigadores, los utilicen. El uso de los datos es más útil cuando se han editado o
sometido a un control de calidad (OMM, 2011). Los análisis climáticos son fiables cuando
se utilizan conjuntos de datos homogenizados. La mayoría de los métodos estadísticos
parten de la hipótesis de que los datos que se están examinando están lo más extensos
posibles de errores debido a los instrumentos, la codificación y el proceso, entre otros
(OMM, 2011).
Existen diversos métodos para el procedimiento estadístico de datos. Sin embargo, de
acuerdo con los principios de Hidrometeorología, la elección de la más conveniente se
basa principalmente en que sea un método de fácil aplicación. Para el ejercicio de este
documento se utilizó el siguiente procedimiento:
(1) Razón de los valores normales, (2) método de las proporciones, (3) inverso a la
distancia al cuadrado y (4) regresión lineal con estaciones vecinas. El uso de este tipo de
metodologías permite completar la información faltante de las estaciones analizadas, la
cual corresponde a la obtenida del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales – IDEAM. Es importante resaltar que cada uno de estos métodos debe
aplicarse de acuerdo con las variables disponibles y la información con la que se cuenta,
por lo que es indispensable tener claridad sobre las características básicas que permitirán
utilizar el método más conveniente:
1. Distancia entre la estación completa y la estación incompleta.
2. Disponibilidad de información de estaciones cercanas.
3. Correlación de los datos con estaciones cercanas.
4. Cantidad de datos de las diferentes estaciones a lo largo de una serie temporal.
46 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
A continuación se realiza una breve descripción a manera de resumen de las metodologías
consideradas.
1. Razón de los valores normales: consiste en la complementación de datos,
teniendo en cuenta las estaciones meteorológicas vecinas, las cuales, de acuerdo
con sus características fisiográficas y climáticas pueden llegar a ser representativas
de la estación que se desea complementar. Para ello, su principal particularidad es
que se puedan obtener los valores promedios de la estación, para desarrollar el
análisis. El dato a estimar viene dado por la expresión representada en la Ecuación
1.
𝑃𝑋 = (1
𝑛) ∗ [(
𝑁𝑋
𝑁𝐴∗ 𝑃𝐴) + (
𝑁𝑋
𝑁𝐵∗ 𝑃𝐵) + (
𝑁𝑋
𝑁𝐶∗ 𝑃𝐶)] (Ecuación 1)
Dónde:
- PX = dato del mes o del año faltante.
- Nx = media multianual de la estación con información faltante.
- NA, NB, NC = media multianual de las estaciones de referencia o de apoyo.
- PA, PB, PC = dato puntual de las estaciones de referencia ya sea del mes o del año.
2. Método del cociente normal: esta metodología es útil cuando se cuenta con tres
estaciones adicionales a la que se desea completar. Para ello es necesario contar
con la información relacionada del valor anual a completar de la estación de
referencia; para estimar el valor faltante se usa la Ecuación 2.
3
CjbAj
j
PcPPaD
(Ecuación 2)
Dónde:
- PA = valor a completar anual estación faltante / valor a completar anual estación de
referencia A.
- PB = valor a completar anual estación faltante / valor a completar anual estación de
referencia B.
- PC = valor a completar anual estación faltante / valor a completar anual estación de
referencia C.
2. Marco Conceptual 47
- Dj = valor estimado para el día j.
- aj, bj, cj = valores registrados en las tres estaciones de referencia en el día j.
3. Valor de las proporciones: una razón es una comparación entre dos o más
cantidades. Este método es uno de los más utilizados en aquellos casos en que no
se cuenta con datos de comparación, y por lo tanto la serie tiene que servir de
referencia para el relleno de datos faltantes de sí misma (Montealegre, Ortiz, &
Ramirez, 1990). La Ecuación 3, describe los parámetros a tener en cuenta para el
cálculo de los datos complementarios.
)/1.../1/1/()/...//( 22
2
2
1
22
22
2
11 nnnf ddddpdpdpM (Ecuación 3)
Dónde:
- Mf = Valor a complementar.
- n= Total de estaciones de referencia.
- p1 = Valor registrado de la estación 1.
- d1= Distancia desde la estación 1 a la estación incompleta.
4. Regresión lineal con estaciones vecinas: esta metodología consiste en tomar un
grupo de estaciones capaces de ser representativas de una región en particular en
cuanto a fisiografía y climatología. La base es una estación patrón, a partir de la
cual se obtienen los datos incompletos de las estaciones que intervienen en el
complemento. El proceso que se sigue en esta técnica se describe a continuación:
- Se obtienen los datos mensuales de la estación patrón, así como el promedio de
las otras estaciones.
- Se calcula el valor acumulado del valor a estimar (ejemplo: precipitación) de todas
las estaciones.
- Se grafica el valor (ejemplo: precipitación acumulada) de cada una de las
estaciones contra el acumulado de la estación patrón y se obtienen las ecuaciones
de regresión lineal correspondientes.
48 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Mediante las ecuaciones de regresión se obtienen los datos mensuales faltantes.
2.5 Los embalses y sus efectos ambientales
Desde la antigüedad y a lo largo de la historia el hombre ha construido embalses sobre los
sistemas loticos, no obstante, debido al crecimiento de la población y al incremento de la
demanda de agua y energía, la construcción de este tipo de estructuras hidráulicas es más
frecuente hoy en día. De acuerdo con (Jimenez Segura, y otros, 2014), desde el siglo XIX
específicamente hacia 1880, se descubrió cómo usar la potencia del agua para generar
energía eléctrica y así se inició el diseño de las estructuras hidráulicas denominadas
embalses. Estos se implantan sobre el lecho de los ríos o arroyos. Dichas estructuras,
además de generar energía, son capaces de acumular el volumen de agua que el río
aporta, almacenándolo de manera parcial o total. De acuerdo a la información obtenida de
Empresas Públicas de Medellín – EPM, los embalses se han construido con diversos
objetivos, dentro de los cuales se pueden nombrar, entre otros:
1. Regulación de los caudales de un río o arroyo, almacenando el agua de los
periodos húmedos con el fin de utilizarlos en las temporadas de sequía.
2. Generación hidroeléctrica.
3. Riego de cultivos.
4. Abastecimiento de agua potable para consumo humano.
5. Uso industrial.
6. Actividades de navegación y recreación.
Así mismo, los embalses pueden dividirse en dos clases dependiendo de las funciones a
cumplir. Algunos son unipropósito (cuando cumplen una función particular) y otros son
multipropósito (cuando tienen más de un fin). La mayoría de los embalses del sector
hidroeléctrico colombiano son embalses unipropósito, pues su función es únicamente la
generación de energía eléctrica. No obstante, la existencia y la operación de embalses por
sí misma ayuda a regular las crecientes que se pueden llegar a presentar en el río (EMP,
2016).
La ley 135 de 2003 establece las normas de seguridad en la operación de embalses para
el país. En ella se identifican las disposiciones generales, los responsables de la operación
2. Marco Conceptual 49
y se establecen los criterios para los manuales de operación. Sin embargo, aunque estas
estructuras permiten almacenar diversos volúmenes de agua para suplir ciertas
necesidades humanas, traen consigo daños ecológicos, ambientales y sociales
irreversibles en áreas geográficas extensas.
Desde los años ochenta se han construido decenas de presas en ríos neotropicales y
cientos más están en proceso de consideración en etapas avanzadas de planificación o
bajo construcción (Anderson, 2013). Cada uno de los ríos en que se construye una
estructura como esta ve limitada la preservación de una gran diversidad de organismos o
especies que dependen del régimen fluvial natural para subsistir. Por lo tanto, muchos
individuos migran hacia otros ecosistemas o áreas, como es el caso de las comunidades
ícticas, dejando a su paso problemáticas no solo ambientales sino también sociales
(Anderson, 2013).
No obstante, la construcción de embalses para la producción de energía mediante
hidroeléctricas hace parte del desarrollo económico y social que permite mejorar la calidad
de vida de los habitantes de las áreas cercanas o alejadas. Sin embargo, durante la
construcción de estos proyectos y tras su operación, ocurren cambios ambientales
irreversibles en los ecosistemas donde se desarrollan, lo que ocasiona tensiones en suelo,
la vegetación, la fauna, la pesca, el clima e incluso sobre el ser humano (Viviescas
Santana, 2014).
Cada uno de estos efectos se traduce principalmente en el deterioro y en la disminución o
pérdida de bienes y servicios ambientales, que no son fáciles de recuperar y que provocan
el desmejoramiento de la calidad de vida de las comunidades humanas, contrario a lo que
se supone busca la construcción de los embalses (Viviescas Santana, 2014).
Es posible identificar o agrupar algunos de los impactos ambientales generados tras la
construcción de estas estructuras, de la siguiente manera:
1. Afectaciones al medio biótico: en esta categoría se encuentra principalmente la
remoción de grandes áreas de cobertura vegetal, que a su vez trae consigo
afectación a la fauna terrestre a causa de la intervención en sus hábitats y a la
fragmentación de los ecosistemas. Lo anterior altera las comunidades
hidrobiológicas, en especial de peces, en términos de pérdida de zonas de desove,
50 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
por la modificación de las dinámicas reproductivas de algunas especies (Viviescas
Santana, 2014).
2. Afectaciones al medio abiótico: los impactos más importantes en este ítem
corresponden a los cambios morfológicos del cauce y a la degradación de los
lechos de los ríos, debido a la construcción directa de estructuras hidráulicas sobre
el cauce de los cuerpos de agua. El paisaje de manera paralela sufre
modificaciones debido a que estos cuerpos son ajenos a los sistemas naturales,
eliminan cobertura boscosa y convierten un cuerpo de agua natural lótico en uno
artificial léntico, lo que al final influye en la calidad de vida y en el bienestar de la
sociedad (Viviescas Santana, 2014).
3. Afectaciones al medio socioeconómico: la construcción de estos elementos
estructurales se traduce principalmente en los impactos sobre las actividades
productivas, ya sean pesqueras, agropecuarias o mineras. Se generan dinámicas
en la población, tales como presión migratoria, desplazamientos, reasentamientos
y reducción de área de predios, lo que ocasiona un traumatismo a la comunidad
humana existente en el área (Viviescas Santana, 2014).
Es importante resaltar que dentro de las afectaciones que se dan a los servicios
ecosistémicos que poseen los ríos, este tipo de estructuras modifican la capacidad de los
sistemas fluviales para depurar de forma natural las aguas servidas, controlar la erosión,
proveer recursos pesqueros, amortiguar las inundaciones, regular los caudales, conservar
la vida silvestre y permitir actividades de recreación y cultura (Walschburger, Angarita, &
Delgado, 2015).
Es por ello que las alteraciones de los regímenes de los ríos se han considerado una de
las amenazas más graves y continuas para la sostenibilidad ecológica de estos
ecosistemas fluviales y de sus llanuras de inundación. Si bien son evidentes y ahora
conocidos los efectos irreversibles que traen consigo la construcción de embalses, de
manera paralela se ha generado conciencia sobre el papel fundamental que el régimen
hidrológico tiene para las poblaciones ecológicas, siendo su principal motor de
funcionamiento y de desarrollo respecto a sus actividades (Bunn & Arthington, 2002).
2. Marco Conceptual 51
Por ello, se han planteado cuatro principios rectores que explican las influencias de los
regímenes hidrológicos sobre la biodiversidad acuática (Bunn & Arthington, 2002):
1. El caudal es un determinante importante del hábitat físico, en donde los eventos de
flujos altos y bajos presentan un papel importante al limitar la disponibilidad general
del hábitat, pues muchas características del régimen de flujo influyen en los
patrones del ciclo de vida, especialmente en la estacionalidad y previsibilidad del
patrón general.
2. Muchas de las características del régimen de caudales influyen en los patrones del
ciclo de vida. Las especies acuáticas han desarrollado adaptaciones a las
variaciones de estacionalidad y previsibilidad del patrón general de caudal.
3. Algunos eventos desencadenan la dispersión de organismos acuáticos migratorios
y otros permiten el acceso a hábitats de llanuras aluviales que se encuentran
desconectadas.
4. La biota nativa ha evolucionado en respuesta al régimen general de caudales. Así
mismo, el uso de la tierra y el desarrollo asociado al recurso hídrico conducen de
manera inevitable al cambio en uno o más aspectos del régimen de flujo, lo que
resulta en disminuciones de la biodiversidad acuática. Esto genera la invasión y
éxito de las especies exóticas e introducidas asociadas a las variaciones
hidrológicas de caudal.
En la Figura 2-11, es posible identificar los cuatro principios mencionados y la relación
entre la biodiversidad con la naturaleza física del hábitat acuático y el régimen hidrológico.
Dicha relación está impulsada principalmente por los eventos de caudal que influyen en la
forma del canal, determinando así los patrones de comportamiento de las especies
acuáticas.
52 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Figura 2-11. Relación de la biodiversidad acuática y el régimen e flujo.
Fuente: (Bunn & Arthington, 2002)
2.5.1 Proyecto Hidroeléctrico Porvenir II
Se ha visto que las hidroeléctricas, a pesar de sus objetivos de generación energética que
benefician las actividades productivas humanas, pueden disminuir el bienestar de las
poblaciones, no solo de seres humanos que se encuentran en las zonas de su
construcción, sino de las comunidades bióticas y de los ecosistemas que albergan variadas
especies de flora y fauna. Una de las primeras actividades previas a la construcción de
este tipo de estructuras es la desviación de los ríos, lo que genera la muerte de los
organismos existentes en ese tramo, especialmente los pertenecientes a la comunidad
íctica que se pueden encontrar en la zona o que en ocasiones realizan algunas de sus
funciones del ciclo vital en las aguas del área de interés (Rodriguez M. , 2015).
El oriente Antioqueño posee 700 mil ha de tierra, de las cuales 60 mil ha están involucradas
en el proceso de concesión de aguas y otras 80 mil ha están destinadas para la
construcción de centrales hidroeléctricas. Estos proyectos hidroeléctricos tienden a ver los
2. Marco Conceptual 53
ríos como fuentes de agua, pero no como un recurso del cual dependen otras actividades
económicas y muchos servicios ecosistémicos importantes para el bienestar del ser
humano. La salud del río depende de un caudal ambiental. Es importante aclarar, que en
ninguno de los planes de manejo de las hidroeléctricas, se adopta una visión de cuenca,
ni se incluye el análisis de efectos acumulativos o la intensificación de los eventos
climáticos extremos (Rodriguez M. , 2015).
No lejos de esta situación se encuentra el proyecto para la construcción de la hidroeléctrica
llamada PORVENIR II, en el cual se inundarán tierras agrícolas de los municipios de San
Luis, San Carlos y Puerto Nare. Gran parte de la población humana de estos espacios, en
especial de San Carlos, se ha visto agobiada por la construcción de estas mega estructuras
a lo largo de los años, siendo desplazadas no sólo por estas actividades sino presas del
conflicto armado, convirtiéndolas en comunidades vulnerables.
Este megaproyecto, se localiza hacia el oriente del Departamento de Antioquia, en la parte
baja de la cuenca del río Samaná Norte, en jurisdicción de los municipios de San Carlos,
San Luis y Puerto Nare (Figura 2-12). El área del proyecto se encuentra cerca de la
desembocadura del río Samaná Norte sobre el río Nare, entre los 185 y los 330 msnm
(INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012).
La hidroeléctrica a construir en la zona de estudio pretende: (1) utilizar los caudales del río
Samaná Norte para generar energía eléctrica, (2) extender la producción de energía a nivel
local, regional e incluso nacional y (3) transmitir la energía que se generará hasta el sistema
de interconexión eléctrico nacional. La central hidroeléctrica se ubicará específicamente
sobre el municipio de San Luis. Según los diseños, ésta tendrá una capacidad de
generación de aproximadamente 325 megavatios. De acuerdo a la revisión literaria, se
esperaba que entrara en operación a inicios de 2018, pero esta fecha fue pospuesta para
el año 2020. Es importante resaltar que el proyecto fue declarado por la Autoridad Nacional
de Licencias Ambientales – ANLA como de interés nacional estratégico.
54 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Figura 2-12. Localización del proyecto hidroeléctrico PORVENIR II
Fuente: (INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012)
Porvenir II comprende una presa de arco – gravedad en concreto compactado con rodillo,
cuya base se ubica en la cota 190 msnm, con su eje localizado aproximadamente a 1,5 km
aguas arriba de la desembocadura del río Guatapé sobre el río Samaná Norte. La presa
cuenta con una descarga de fondo que permitirá proveer el caudal ambiental de garantía
durante todo el llenado del embalse y una descarga intermedia que asegure el caudal
ambiental en caso de producirse un paro en la central. Adicionalmente, está diseñado el
complemento de un vertedero en canal abierto para la evacuación de crecientes
(INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012).
Sobre la margen izquierda del río se realizarán las obras de captación y de aducción frontal
conectadas a la conducción a presión, las cuales serán la base de alimentación de las
turbinas que se encontrarán en la casa de máquinas, en donde se dispondrán los
transformadores. El agua ya turbinada se conducirá mediante túneles, que la llevarán hacia
2. Marco Conceptual 55
una chimenea ubicada aguas abajo de la casa de máquinas. Adicionalmente, a esta
conducción se unirá el túnel de descarga de la central mediante el cual el caudal retornará
al río Samaná Norte, aguas abajo de la pata de la presa. La imagen de los diseños puede
verse en la Figura 2-13. (INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012).
Figura 2-13. Diseño de proyectos Porvenir II
Fuente: (INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012)
La represa contará con un área de embalse de 1.022 ha, una longitud de 27.159 m, un
volumen útil de 204,1 Hm3, un volumen muerto de 259,1 Hm3 y un volumen total estimado
de 463,2 Hm3 (INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012). De acuerdo con el estudio de
Impacto Ambiental del proyecto, las características generales del mismo se describen en
la Tabla 2-4.
Tabla 2-4. Características generales previstas para el proyecto PORVENIR II
DATOS DEL EMBALSE ESTUDIADO
NOMBRE PORVENIR II
Río Samaná Norte
Uso Hidroenergía
Potencia instalada (MW) 352
56 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Caudal máximo turbinable (m3/s)
297.0
Altura del dique (m) 140.0
Cota máxima m.s.n.m. 330.0
Cota máxima NORMAL de operación (m.s.n.m.)
325.0
Volumen operativo (Mm³ = Hm³)
204.1
Cota mínima operativa o técnico (m.s.n.m.)
300.0
Cota mínima física (m.s.n.m.)
300.0
Volumen muerto (Mm³ = Hm³)
35.0
Cota de máquinas (m.s.n.m.)
181.0
Cota de entrega (m.s.n.m.)
185.0
Cabeza neta (m) respecto a máxima
operativa -185.0
Fuente: (INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012)
2.5.2 Regla de operación de embalses
Dentro de la operación de embalses, existen unas reglas denominadas de operación, que
son herramientas indispensables para la planificación y administración de los recursos
hidráulicos, especialmente donde las principales fuentes del recurso a utilizar pertenecen
a fuentes superficiales.
La política correcta de estas pautas generalmente está encaminada a la explotación
sostenible del recurso hídrico, estableciendo un control estricto sobre el volumen efluente
para garantizar en lo posible las demandas planteadas previamente (Recio Villa, Ortega
Peña, & Martínez Rodriguez, 2016). Existen en la literatura trabajos orientados al diseño y
operación de embalses destinados a medir con precisión el abastecimiento de agua, los
escurrimientos, las entregas, los almacenamientos, los vertimientos, las pérdidas y los
niveles en los embalses, así como a determinar la distribución espacial y temporal del
agua. Estos aspectos se definen en las estrategias y reglas de operación, las cuales
2. Marco Conceptual 57
buscan satisfacer las demandas de los usuarios (Recio Villa, Ortega Peña, & Martínez
Rodriguez, 2016).
Las reglas de operación se materializan en gráficos que sirven como mecanismo para
controlar los volúmenes y entregas de agua a realizar por el embalse. En estas
ilustraciones, las líneas o curvas guía que involucran las herramientas de regla de
operación, indican, en función del embalse lleno, las zonas factibles donde se puede
satisfacer las entregas a plenitud o parcialmente. Todas las centrales hidroeléctricas
cuentan con las denominadas reglas de operación, las cuales son las encargadas de
definir, por ejemplo, los pasos a seguir en el momento en que se lleguen a presentar
incrementos en los niveles de un embalse. Al seguir estas reglas se disminuyen los riesgos
de inundación o desbordamiento (Recio Villa, Ortega Peña, & Martínez Rodriguez, 2016).
2.5.3 Economía y sus efectos sobre los caudales ambientales
El desarrollo de las actividades económicas que despliega la sociedad, tiene diversos
efectos. Entre ellos los más importantes están relacionados con la satisfacción de
necesidades básicas como alimentación, vivienda, salud y educación, entre otras. Sin
embargo, a través del tiempo el desarrollo de estas acciones de manera gradual o
constante ha transformado el entorno (los ecosistemas), debido al intercambio de bienes,
servicios, insumos y productos, lo que a su vez impacta a la naturaleza en menor o mayor
proporción. En consecuencia, se presenta una sobre explotación de los ecosistemas
naturales y en la mayoría de los casos se llega al punto de generar un deterioro irreversible.
Es por ello que la identificación de los patrones económicos generados al interior de una
cuenca o región, permiten verificar las necesidades y actividades que se han venido
conformando internamente. Para esto se deben identificar las principales costumbres,
actividades y desarrollos económicos que se ligan y articulan con los servicios
ecosistémicos de la zona que presenta un grupo de organismos específicos.
Dentro de la metodología de ELOHA, el tema económico – social es uno de los aspectos
con igual o mayor importancia al de las características físicas y biológicas en la estimación
de caudales ambientales. Éste permite identificar cuál es la especie que representa un
valor económico, social e incluso sentimental hacia la comunidad, vinculando de esta
manera la importancia de los regímenes hídricos vs el comportamiento de las especies.
Se presupone que al alterar los caudales de los ríos no solo se generan traumatismos para
58 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
la especie, sino para la población que se abastece de ella, lo que provoca conflictos
sociales y económicos sobre la cuenca.
2.6 Aspectos relevantes dentro de la cuenca
2.6.1 Aspectos geomorfológicos
La cuenca del río Samaná Norte tributa al río Magdalena. Éste se localiza hacia el oriente
del departamento de Antioquia. Se ha considerado como un sistema de alta montaña que
posee una superficie de 2.100 km2 y una longitud de cauce principal de 107 km (INTEGRAL
& PROE SAS E.S.P, 2012).
Geomorfológicamente, el río Samaná Norte es encañonado, en forma de “V” abierta, con
vertientes en roca, rectas, localmente cóncavas y de pendientes escarpadas (INTEGRAL
& PROE SAS E.S.P, 2012). Esta zona se caracteriza por la presencia de abundantes
cuerpos de agua (arroyos y quebradas) que desembocan al río Samaná Norte y que se
consideran como cristalinos, como se ve en la Figura 2-14.
Figura 2-14. Izquierda: cañones en el río Samaná Norte. Derecha: afloramiento de agua en cavernas de Puerto Garza.
Fuente: Tele Antioquia 2017, Comunidad de Puerto Garza
2. Marco Conceptual 59
Dentro de la zona de estudio es posible identificar la existencia de cinco unidades
geomorfológicas asociadas, a saber: (1) Uc – Cañones, (2) Ucm – Unidades de colinas
medias, (3) Upd – Unidades de planicie de depositación, (4) Uvbi – Unidades de vertientes
de baja incisión y (5) Uvm – Unidades de vertientes moderadas.
Es importante resaltar que la mayor parte del ecosistema estudiado, especialmente la zona
en donde se encuentra el río Samaná Norte, se encuentra en un cañón en forma de V, lo
que permite corrientes de agua más fuertes y pulsos de inundación que suben el nivel del
agua. Estas variaciones facilitan el desarrollo de diferentes etapas de los ciclos de vida de
diversos organismos, especialmente las asociadas con la fauna íctica. Aunque las
variaciones del caudal son un componente esencial en el desarrollo de mantenimiento de
las hábitats para las especies, se ha evidenciado que las actividades antrópicas
desarrolladas a lo largo de la cuenca se han convertido en un factor que ha alterado no
solo las condiciones naturales del régimen de caudal en las cuencas, sino que han
modificado las características geomorfológicas que constituyen el hábitat para las especies
acuáticas.
El modificar la geomorfología puede repercutir en la distribución y en el volumen de agua
del río, tanto a nivel superficial como subterráneo, debido a que la estabilidad del sustrato
de la cuenca está determinada por la interacción entre el régimen de caudales, la
geomorfología (el relieve) y la geología local.
2.6.2 Economía del Área
Las actividades económicas predominantes en el área de estudio son generalmente de
tipo primario y terciario, correspondientes a los sectores agrícolas y de servicios. Las
actividades agrícolas y de jornaleo son las de mayor importancia por su ejercicio
generalizado y ocupan la mayor parte del tiempo de los productores. Las actividades
económicas en su gran mayoría se complementan con actividades mineras, de pesca y de
cría de especies menores.
De acuerdo con diversos estudios sobre el área de interés, la economía de la zona se
reestructuró debido a la transformación de la región por la construcción y puesta en
marcha, desde décadas atrás (mediados de los ochenta), del complejo hidroeléctrico Nare-
Guatapé, que llegó a producir aproximadamente el 60% de la energía eléctrica del país.
60 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Existen cuatro tipos de pescadores identificados en la zona, los cuales se categorizan
como (1) permanentes, (2) ocasionales, (3) deportivos y (4) visitantes. Para describir las
características de cada uno de ellos, se entiende que los integrantes del grupo (1) se
dedican netamente a esta actividad y de ella obtienen sus recursos económicos, los del
grupo (2) son aquellos que pescan principalmente cuando hay momentos de subienda o
bajanza, el grupo (3) es netamente recreativo y el grupo (4) se relaciona generalmente con
personas que pescan ocasionalmente y que no pertenecen a la región.
Especialmente para la población ubicada en el sector denominado Puerto Garza – Narices,
la época de subienda que se presenta entre diciembre y marzo representa una importante
dinámica comercial, en la que el pescado se canjea y se vende en otras poblaciones como
San Carlos y Puerto Nare. Por ello, la pesca es la actividad económica más importante
desarrollada en ese sector, fundamentalmente de especies migratorias como son el
bocachico, el bagre rayado, el pataló, y la dorada, entre otras, las cuales al remontar el río
y movilizarse entre éste y las ciénagas producen los fenómenos ya mencionados e
importantes para la pesca, denominados subienda, bajanza y mitaca. La subienda o época
de migración de los peces para su reproducción, ocurre en diciembre y enero; los animales
se desplazan por el río en contracorriente, durante la temporada de aguas bajas. En este
periodo alcanzan su maduración sexual. Mitaca es una subienda de menor magnitud que
ocurre a mediados del año. La bajanza es el regreso de los peces aguas abajo (dirección
río-ciénaga), durante la temporada de lluvias. Los peces retornan a las ciénagas con las
gónadas maduras, efectuando en estos meses (marzo-abril) el proceso de desove. La
bajanza de mitaca ocurre entre septiembre y noviembre (Arias Arias, 1989).
2.6.3 Especies de interés identificadas
En cuanto a la identificación de especies para generar las hipótesis de caudal vs. ecología,
se encontró que los taxones más representativos pertenecen a los grupos de ficoperifiton,
macroinvertebrados y peces. Dentro de la comunidad de ficoperifitón se halló evidencia de
la presencia de cinco divisiones taxonómicas correspondientes a Cyanophytas,
Chlorophytas, Chrysophytas, Euglenophytas y Pirrophytas (Figura 2-15).
2. Marco Conceptual 61
Figura 2-15. Ejemplos de algunas divisiones taxonómicas de las algas del Perifiton en el área de estudio
Fuente: (INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012)
Para la fauna íctica se reportaron algunas especies de importancia comercial como son
Entre los macroinvertebrados identificados en el área del proyecto PORVENIR II, están los
taxones Anacroneuria, Leptonema, Macrelmis, Chironomidae, Leptophyphes y Heterelmis
(Figura 2-17) (INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012).
Figura 2-17.Ejemplos de macroinvertebrados identificados en el área de intervención del Proyecto PORVENIR II
Fuente: (INTEGRAL & PROE SAS E.S.P, 2012).
2. Marco Conceptual 63
La revisión no solo de información secundaria sino de datos de primera mano recogidos
en las poblaciones del corregimiento del Prodigio y más específicamente de Puerto Garza,
permitió concluir que la comunidad íctica (peces), es el grupo más significativo para las
comunidades humanas aledañas a la zona de estudio. Esto obedece a que la pesca es
una de las actividades económicas más importantes allí, lo cual se refleja en sus ingresos
económicos. Además, los peces son esenciales para la subsistencia de estas poblaciones
humanas, ya que los utilizan como fuente alimenticia básica.
Por lo anterior, las especies elegidas tienen valor comercial y pesquero y hacen parte de
la comunidad íctica. Corresponden a Prochilodus magdalenae - Bocachico, Ichthyoelephas
longirostris - Pataló y Brycon moorei – Dorada (Figura 2-18). Cada una de ellas se ha
considerado de importancia ecológica y social, dados sus procesos migratorios y su
participación en las pesquerías locales.
Figura 2-18. Especies de peces elegidos: (1) Brycon moorei, (2) Prochilodus magdalenae e (3) Ichthyoelephas longirostris
Fuente: Blog Espacio de Pesca y Laboratorio de Recursos Hidrobiológicos, 2016, tomado de http://www.espaciodepesca.com/2015/10/pesca-de-cachama-tilapia-dorada-y.html
1. Prochilodus magdalenae: especie conocida comúnmente como bocachico,
pertenece a la familia Prochilodontidae, del orden Characiformes. Es una especie
migratoria cuyo ciclo de vida está relacionado con los patrones hidrológicos de
inundación y estiaje. Abandona las ciénagas en aguas bajas y remonta los ríos en
busca de los tributarios laterales, en una migración masiva que se conoce como “la
subienda” (Arias Gallo, Jiménez Segura, & Dorado, 2010). Desova en el canal
principal de los ríos con el comienzo de las crecientes (Pareja Carmona, Jimenéz
Segura, & Ochoa Orrego, 2014) y luego, durante las crecientes máximas, retorna
a las ciénagas junto con su prole en una nueva migración llamada “la bajanza”
(Mojica et al., 2002). La postura aproximada de las hembras está entre los 10.000
La calibración de este modelo mediante la función Nash Sutcliffe (E) expresada
logarítmicamente, arrojó un valor de 0,8. De acuerdo a la Tabla 3-2, esta es una relación
“Excelente”. Al estimar la regla de operación a capacidad máxima de generación instalada
del embalse Porvenir II (Figura 4-46), el resultado fue de 297 m3/s como caudal de salida.
Lo anterior significa que todo el exceso que supere la capacidad de la turbina generada
como Q vertido, es decir, la sumatoria de Qv + QT, generaría el Q de salida.
Los resultados de los caudales de entrada y de salida se indican en la Figura 4-47 Allí se
evidencia que con los caudales turbinados no se mantendrán los pulsos naturales del río
Samaná Norte. Al contrario, se cambiará todo el régimen hidrológico de salida, lo que
seguramente afectará a la comunidad íctica, grupo de interés en el presente trabajo.
4. Resultados y Discusión 151
Figura 4-46. Esquema en Excel de la generación de regla de operación
Fuente: Autor, 2017
Figura 4-47.Capacidad máxima a turbinar
Fuente: Autor, 2017.
Al relacionar la regla de operación generada con las hipótesis ecológicas desarrolladas
para los peces, es posible identificar mediante la Figura 4-48, que las especies ícticas se
verán afectadas en sus etapas de bajanza y reproducción, generando una disminución en
su proliferación.
152 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Figura 4-48. Resultados de un año de operación vs las hipótesis generadas
Fuente: Autor, 2017.
Para intentar simular los pulsos de caudales naturales con los caudales turbinados, se
turbinó el doble del caudal de la primera simulación (Figura 4-49). Sin embargo, esta
condición no es posible, principalmente porque el embalse disminuye los caudales
máximos, regularizando a su vez los mínimos. De esta manera, ante precipitaciones bajas
en la cuenca los caudales mínimos podrían provocar que el río se seque, situación similar
a la que se presenta en el río Nare, de acuerdo con las entrevistas a la comunidad. Como
dice el profesor Nancis Prat de la Universidad de Barcelona: “un río con pulso fijo y que no
llegue al mar es un río en coma profundo, donde su corazón ya casi no late”.
4. Resultados y Discusión 153
Figura 4-49. Turbinar a capacidad doble
Fuente: Autor, 2017.
La fase de operación de los embalses trae consigo consecuencias ambientales adicionales
relacionadas con la pérdida de suelos, la contaminación del aire por el tráfico inducido y la
eutroficación (asociada con la deficiencia en la cantidad de oxígeno disuelto). La reducción
en la calidad de agua por fenómenos de estratificación térmica y química en el embalse
puede afectar las especies que se encuentran aguas abajo de la presa.
La estabilidad de los caudales que salen del embalse reduce o elimina las descargas altas
y bajas sobre el río. Esta homogeneidad en los caudales puede inducir a la pérdida de
especies sensibles que requieren cambios en el flujo, como son los peces. Muchas
especies de este grupo de animales necesitan las variaciones estacionales del caudal
como señal para iniciar sus procesos biológicos, de los cuales uno de los más importantes
es la reproducción.
La construcción de un embalse en un río reduce sustancialmente el caudal de la fuente
natural. Ejemplo de ello es la hidroeléctrica mostrada en la Figura 4-50 (caso tomado del
Consejo Nacional de Operaciones), en donde se ve claramente que de un volumen
almacenado de 687 Mm3, solo salen 115 m3/s.
La dinámica que impone la construcción de este tipo de barreras se considera como una
discontinuidad serial. No obstante, para ello existen patrones de recuperación de la
ictiofauna gracias al aporte de ríos aledaños tributarios. Sin embargo, para el caso del río
Samaná Norte, en el punto de ubicación de la presa solo se encuentra otro río regulado
cuyas aguas provienen de las descargadas del embalse de Punchiná. La situación se
154 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
puede tornar incluso más complicada si se tiene en cuenta que hay otro proyecto propuesto
sobre el mismo río, aguas abajo, denominado Palagua. Esta obra generaría 98 MW
mediante un esquema de pie de presa a filo de agua, lo que implicaría otra estructura que
dificultaría la recuperación de los ecosistemas asociados a este río.
Es importante evaluar la ubicación de estas estructuras, considerando factores y
características que amortigüen los efectos sobre las comunidades ícticas. Los pulsos de
caudales deben mantener el comportamiento natural de la cuenca y deben permitir la
recarga de sedimentos.
Figura 4-50. Ejemplo de disminución de caudales en presas
Fuente: Presentación ppt. CON – Comisión Nacional de Operación – Operación de
Embalses.
4.7 Determinación de umbrales de caudales ambientales ELOHA sobre el río Samaná Norte en la cuenca del río Nare
Con la clasificación de la familia fluvial, definida para el río Samaná Norte como de media
montaña, y con los resultados obtenidos por medio del programa IHA, se proponen los
siguientes valores como caudales ambientales para la cuenca (en inglés Enviromental
Flow Component – EFC), los cuales mantienen la integridad ecológica de los procesos
vitales de las tres especies de peces seleccionadas. Con el software IHA se identificó que
4. Resultados y Discusión 155
los umbrales de caudales bajos, extremadamente bajos, altos, de pequeñas inundaciones
y de grandes inundaciones para los periodos analizados, corresponden a:
EFC umbral de caudal bajo: 105,3 m3/s
EFC umbral de caudal alto: 181,3 m3/s
EFC umbral de caudal extremo bajo: 75,6 m3/s
EFC pico mínimo pequeñas inundaciones: 351,3 m3/s
EFC pico mínimo grandes inundaciones: 436,7 m3/s
Para las especies escogidas es muy importante mantener los umbrales de caudales bajos,
ya que son estos básicamente los que predominan en el río. También se les llama flujos
de base y se caracterizan por determinar la cantidad del hábitat acuático disponible durante
la mayor parte del año y por influir sobre la diversidad de los organismos. Así mismo, los
pulsos de caudales altos y de pequeñas inundaciones son clave para el ciclo de vida de
los peces, no solo porque permite la migración, el desove y la fecundación, sino porque
proveen a estas especies de material orgánico nutritivo o de otros alimentos que fluyen a
través de la red alimentaria acuática (Conservancy, Manual del usuario de Indicadores de
alteración hidrológica, versión 7.1, 2011).
La Tabla 4-10 permite identificar otros resultados del análisis de alteración hidrológica en
cuanto los componentes de magnitud, duración, temporada y frecuencia, para los
componentes pre y post proyecto. Se evidencia que al ubicar una estructura hidráulica
sobre el río se afectará el flujo y con él los pulsos de caudal, especialmente aquellos bajos
y altos, que son los que permiten que las especies ícticas desarrollen sus actividades. Se
evidencia por tanto una reducción de los componentes que caracterizan el régimen
hidrológico de caudales ambientales.
Tabla 4-10. Análisis de alteración Hidrológica para el proyecto Porvenir II, antes y después de la operación del embalse en la estación La Garrucha
GRUPO INDICADOR UNIDAD INDICE DE
ALTERACION - PRE
INDICE DE ALTERACION -
POST
Estadísticas Generales
Q medio diario m3/s 43.58 0.97
Coeficiente de dispersión
─ 0.6448 1.07
Coeficiente de desviación
─ 0.9777 0.6338
156 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Q medio anual m3/s 146.4 62.36
Índice de Q base ─ 0.374 0.366
Flujos Extremadamente
Bajos
Magnitud m3/s 64.2 26.37
Duración día 1 2
Temporada día 190 107
Frecuencia Flujos
extremadamente bajos/año 13 68
Flujos Altos
Magnitud m3/s 221.6 204
Duración día 1 1
Temporada día 111 354
Frecuencia Flujos altos/año 48 3
Flujos de Pequeñas
Inundaciones
Magnitud m3/s 371.3 0
Duración día 4 0
Temporada día 262.5 0
Frecuencia Flujos de pequeñas
inundaciones/año 1 0
Flujos de Grandes
Inundaciones
Magnitud m3/s 458.1 0
Duración día 5.5 0
Temporada día 215.5 0
Frecuencia Flujos grandes
inundaciones/año 0 0 Fuente: Autor, 2017. Resultados obtenidos con el programa IHA
En la actualidad, para los sitios aguas abajo de la futura presa las capturas pesqueras se
mantienen relativamente constantes entre caudales menores a 200 m3/s y hasta de 500
m3/s. Esta situación no se podría mantener una vez exista la presa, pues el embalse
probablemente eliminará los picos de crecidas.
Los valores esperados del régimen hidrológico en relación con los límites de los diferentes
componentes del caudal (flujos bajos, altos, de pequeñas inundaciones y de grandes
inundaciones) se muestran en la Figura 4-51. Régimen hidrológico con el proyecto vs
componentes del caudal natural del río Samaná Norte en la estación La Garrucha, último
año monitoreado. Se evidencia que el comportamiento de régimen natural del río alberga
principalmente flujos bajos, flujos medios, flujos altos e incluso pequeñas inundaciones.
Estos patrones permiten el desarrollo de los ciclo sde vida de las especies elegidas. Al
afectar estos pulso con la construcción de una presa, se generará una problemática
ambiental, no sólo para los peces, sino para las comunidad humanas a su alrededor.
4. Resultados y Discusión 157
Figura 4-51. Régimen hidrológico con el proyecto vs componentes del caudal natural del
río Samaná Norte en la estación La Garrucha, último año monitoreado
Fuente: Autor, 2017. Resultados obtenidos mediante el IHA
4.7.1 Comparación de los resultados obtenidos con la metodología de 2017 del Ministerio de Ambiente
La metodología propuesta por el Ministerio de Ambiente, en colaboración con el Instituto
de Hidrología Meteorología y Estudios Ambientales IDEA – 2017, denominada “Guía
metodológica para la estimación de caudal ambiental”, involucra un aspecto holístico como
lo es ELOHA y por lo tanto, comparten ciertas similitudes. Aunque no se maneja la misma
terminología, se asociaron los conceptos de esa metodología con los de ELOHA,
obteniendo así la comparación de resultados o umbrales de caudal ambiental mediante los
dos métodos sobre el río Samaná Norte, como se ve en la Tabla 4-11.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
4501
12
23
34
45
56
67
78
89
10
0
11
1
12
2
13
3
14
4
15
5
16
6
17
7
18
8
19
9
21
0
22
1
23
2
24
3
25
4
26
5
27
6
28
7
29
8
30
9
32
0
33
1
34
2
35
3
36
4
Cau
dal
(m
3/s
)
Flujos Bajos Q medio
Flujos Altos Flujos Pequeñas Inundaciones
Flujos Grandes Inundaciones
158 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Tabla 4-11.Comparación resultados ELOHA y Guía del MADS
Fuente: Autor, 2017.
En los resultados puede evidenciarse que la metodología del MADS es un poco menos
restrictiva en sus rangos en comparación con la metodología de ELOHA.
4.8 Información generada del WEAP
Los resultados obtenidos con el WEAP permite aplicar un modelo de balance hídrico y
lluvia – escorrentía por el método de la humedad del suelo (Soil Moisture Model). Para ello
fue necesario obtener información de clima, incluyendo los parámetros de precipitación,
temperatura, humedad relativa y evaporación, así como la información de caudales de las
estaciones de tipo limnigráfico que se encuentran en la zona. Los códigos de las estaciones
utilizadas son 2308715, 2308718,2308719, 2308720, 2308726. Se tomaron los registros
desde 1970 a 2014. Previamente se delimitó la zona con ArcGIS y se asignó la respectiva
codificación de las subcuencas, de acuerdo a la metodología del IDEAM. Dentro de la
cuenca del río Nare se obtuvieron once unidades hidrológicas, como se ven en la Figura
4-52.
El programa WEAP permite representar topológicamente la constitución de los elementos
que integran la cuenca, tales como municipios o centro poblados, ríos, embalses y
estaciones de tipo limnigráfico. Al modelo se ingresan datos de clima y de caudal de las
estaciones. Para los centros poblados (municipios de Narices, Rio Negro, Marinilla,
Granada, Carmen de Viboral, San Carlos, San Luis, San Vicente, San Francisco y El
Jordán) se estimó el consumo de agua por persona y su porcentaje de uso al año, teniendo
en cuenta las ecuaciones expuestas en el RAS – 2000, relacionadas con la dotación bruta1,
1 Dotación Bruta: de acuerdo con la resolución 2320 de 2009 expedida por el Ministerio de vivienda ciudad y
territorio (antes Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial), la dotación bruta es la cantidad máxima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante.
el caudal medio diario2 y el caudal máximo diario3, para obtener los valores de consumo
en m3/s y el porcentaje de uso de agua por cada municipio.
Figura 4-52. Modelo topológico de la cuenca en WEAP
Fuente: Autor 2017. Con base en información del IDEAM y la implementación del software
WEAP.
Los resultado se consignan en la Tabla 4-12. La información del número de habitantes se
obtuvo de los Planes de Ordenamiento Territorial, los Esquemas de Ordenamiento
Territorial, el DANE y el Anuario Estadístico de Antioquia 20144. Algunos datos adicionales
de los embalses, como capacidad de almacenamiento, almacenamiento inicial, curva de
elevación y evaporación neta, entre otros, fueron suministrados por The Nature
Conservancy. Para el proyecto Porvenir II se tomaron datos de TNC y del Estudio de
Impacto Ambiental desarrollado por Integral SA.
2 Caudal Medio Diario: dl caudal medio diario corresponde al promedio de los consumos diarios en un periodo
de un año. 3 Caudal Máximo Diario: este caudal corresponde al caudal máximo registrado durante 24 horas en un periodo
de un año. 4Anuario Estadístico de Antioquía 2014, http://antioquia.gov.co/planeacion/ANUARIO%202014/es-CO/capitulos/ambiente/impacto/agua/cp-2-3-2-1.html
160 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Tabla 4-12. Valores de consumo de agua por cantidad de habitantes al año y porcentaje
de consumo
Municipio Consumo m3/s Consumo (%)
Narices 0.011 1.1
Rio Negro 0.18 18
Marinilla 0.117 11.7
Granada 0.024 2.4
Carmen Viboral 0.10 10
San Carlos 0.037 3.7
San Luis 0.027 2.7
San Vicente 0.044 4.4
Jordán 0.00545 0.5
San Francisco 0.01314 13.14
Fuente: Autor 2017. Con base en información del IDEAM, cálculos del RAS – 2000 y la
implementación del software WEAP y ArcGIS
De acuerdo a la Figura 4-53 y según los resultados preliminares del WEAP, es posible
identificar el nivel de agua anual impulsada por la demanda para fines domésticos o para
la producción industria. Se identificó que el municipio que tiene consumo de agua más
elevado es Río Negro, lo cual se debe a que es el municipio que tiene una mayor población.
El modelo WEAP, a diferencia de otros, busca caracterizar los atributos de amplio rango y
de largo plazo que hacen parte de la dinámica hidrológica de los elementos que constituyen
el sistema (TNC, 2014).
Figura 4-53.Consumo de agua anual en los distintos municipios de la cuenca
Fuente: Autor 2017, con base en información del IDEAM y la implementación del
software IHA WEAP.
4. Resultados y Discusión 161
Los resultados obtenidos con el software WEAP permiten decir que los municipios se
ordenan de mayor a menor en consumo de la siguiente manera: Río Negro, Marinilla,
Carmen de Viboral, San Vicente, San Carlos, San Luis, Granada, San Francisco, Narices
y Jordán, como se ven en la Figura 4-54. La Figura 4-55 muestra los resultados del WEAP
para el suministro anual de agua a los municipios en un periodo que va de 1980 a 2030.
Se observa claramente que el municipio de Rio Negro es el que consume y probablemente
consumirá en el futuro más agua.
Figura 4-54.Resultados de WEAP para la demanda de recurso hídrico por municipio y
por mes
Fuente: Autor 2017, con base en información del IDEAM y la implementación del software
WEAP.
162 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Figura 4-55.Resultados del WEAP que muestra el suministro anual de agua a los
municipios entre 1980 y 2030.
Fuente: Autor 2017, con base en información del IDEAM y la implementación del software
WEAP.
El software WEAP también permite identificar el comportamiento mensual de caudal de los
ríos de la cuenca, así como los caudales de salida tomados del portal de XM. Es notable
en la Figura 4-56 que los ríos que se encuentran regularizados tienen caudales menores
y variaciones mensuales mínimas. Por su parte, el río Samaná Norte conduce mayores
volúmenes de agua y mantiene su comportamiento bimodal asociado a la marcha de las
lluvias. La cantidad de nodos y tramos son el resultado de la manera como se dibujó la
topología de la cuenca.
Por otra parte, el programa identificó que el mayor afluente en la cuenca es el río Samaná
Norte, dado que las demás corrientes vierten sus aguas a este sistema. De esta forma,
este río se convirtió en el receptor del recurso hídrico aguas arriba. El software permite
identificar así, de manera esquemática, el comportamiento del recurso hídrico dentro de la
cuenca.
4. Resultados y Discusión 163
Figura 4-56.Comportamiento mensual de caudal (después del nodo o tramo señalado).
Las curvas superiores corresponden al río Samaná Norte
Fuente: Autor 2017, con base en información del IDEAM y la implementación del software
WEAP.
Figura 4-57. Caudales afluentes al área de interés
Fuente: Autor 2017, con base en información del IDEAM y la implementación del software
WEAP
5. Conclusiones y recomendaciones
5.1 Conclusiones
1. Aunque ELOHA se empleó como un método holístico, la elevada intervención que
sufre la cuenca del río Nare no permitió aplicarlo a toda la zona sino a una
subcuenca en particular que corresponde al río Samaná Norte, criterio sustentado
mediante la herramienta de IGO.
2. Aunque la modelación hidrológica realizada con la técnica de Thomas y Fiering
permite simular series de caudal, este es un proceso metodológico de caja negra
que no permite evaluar de manera clara los fenómenos que suceden en su interior.
3. Los valores de caudal ambiental obtenidos mediante la aplicación de ELOHA de
acuerdo con los cinco componentes que debe involucrar el caudal ambiental
obedecen a: umbral de caudal bajo: 105,3 m3/s, umbral de caudal alto: 181,3 m3/s,
351,3 m3/s, pico mínimo grandes inundaciones: 436,7 m3/s que, comparados con
los estimados con el método del MADS, estos últimos son menos restrictivos.
4. Se confirma que especies de interés (Bocachico, Pataló y Dorada) presentan sus
principales ciclos de vida en flujos bajos (SUBIENDA) y en flujos altos y grandes
inundaciones (REPRODUCCIÓN Y BAJANZA). Estos últimos se reducirán como
se evidenció con el cambio de régimen generado con la regla de operación, si se
construye el proyecto hidroeléctrico denominado PORVENIR II.
5. La clasificación de los ríos dio como resultado una agrupación de familias
involucradas entre páramo, piedemonte, media montaña, baja montaña y alta
montaña. Sin embargo, de acuerdo con lo generado con la matriz IGO, las
166 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
relaciones se enfocaron principalmente al tipo de río de media montaña por
presentarse sobre la zona y donde las especies de peces realizan sus principales
fases de sus ciclos de vida.
6. La regla de operación hipotética propuesta no permitió generar los menores
impactos mínimos, especialmente sobre los ciclos de reproducción, los cuales
permiten la preservación de las especies. De esta manera, se afectarán los peces
migratorios, como es el caso de las tres especies consideradas.
7. Aunque en este punto sobre el río Samaná Norte la cuenca alberga diversas
especies de peces, en la actualidad su conservación se puede tornar muy
complicada si se tiene en cuenta que hay otro proyecto hidrológico propuesto sobre
el mismo río aguas abajo, denominado Palagua, lo que dificultaría la recuperación
de los ecosistemas y comunidades bióticas asociadas a este río.
5.2 Recomendaciones
1. Se hacen necesarios más talleres de expertos y muestreos en campo para evaluar
y soportar con más detalle el comportamiento de las especies y sus relaciones con
el caudal.
2. Se deben complementar las hipótesis generadas mediante otros instrumentos de
validación, como lo es la herramienta “Eco Evidence”, con el fin de ampliar la
información obtenida de las consultas a los expertos.
3. Los resultados obtenidos sobre una posible regla de operación que se asemeje a
los isopercentiles del río Samaná Norte, constituyen un ejercicio hipotético
preliminar que necesita más estudios. Para ello se requiere una investigación
profunda sobre el desarrollo de reglas de operación que reduzca los efectos
negativos sobre los ecosistemas fluviales.
Conclusiones 167
4. Es importante evaluar un modelo hidrológico de caja blanca para crear los caudales
proyectados que necesita el software IHA. Esto se podría lograr ampliando el uso
del WEAP para la generación de dichos caudales.
A. Anexo: Características de las estaciones climatológicas cercanas al área de estudio
NOMBRE DE LA
ESTACIÓN CÓDIGO TIPO
COORDENADAS PARÁMETROS MEDIDOS
N W m.s.n.m
Alejandría 23085020 CO 75.143 6.37 1660
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
Medios de temperatura (°C)
Medios de humedad relativa (%)
Totales de evaporación (mms)
Totales de brillo solar (horas)
Medios de nubosidad (octas)
Medios de punto de rocío (°C)
Totales de precipitación (mm)
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
El Peñol 23085110 CO 75.241 6.21 1956
Medios de temperatura (°C)
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
Medios de humedad relativa (%)
Medios de nubosidad (octas)
Medios de punto de rocío (°C)
Totales de precipitación (mm)
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
San Francisco
23085140 CO 75.100 5.963 1306
Medios de temperatura (°C)
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
Medios de humedad relativa (%)
Medios de nubosidad (octas)
Medios de punto de rocío (°C)
Totales de precipitación (mm)
170 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
Corrientes 23085160 CO 75.253 6.311 1950
Medios de temperatura (°C)
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
Medios de humedad relativa (%)
Totales de evaporación (mms)
Totales de brillo solar (horas)
Medios de nubosidad (octas)
Medios de punto de rocío (°C)
Totales de precipitación (mm)
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
Apto JM Córdova
23085200 SP 75.425 6.168 2073
Medios de temperatura (°C)
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
Medios de humedad relativa (%)
Totales de evaporación (mms)
Totales de brillo solar (horas)
Medios de nubosidad (octas)
Medios de velocidad del viento (m/s)
Máximos de velocidad del viento (m/s)
Medios de punto de rocío (°C)
Totales de precipitación (mm)
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
San Carlos 23085220 CP 75.038 6.174 1113
Medios de temperatura (°C)
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
Medios de humedad relativa (%)
Totales de evaporación (mms)
Totales de brillo solar (horas)
Medios de nubosidad (octas)
Medios de punto de rocío (°C)
Totales de precipitación (mm)
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
El Progreso 27015150 CO 75.396 6.413 1500
Medios de temperatura (°C)
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
Anexo A. Nombrar el anexo A de acuerdo con su contenido 171
Medios de humedad relativa (%)
Medios de nubosidad (octas)
NUS GJA 23085080 CP 74.836 6.485 835
Medios de temperatura (°C)
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
Medios de humedad relativa (%)
Totales de evaporación (mms)
Medios de nubosidad (octas)
Totales de brillo solar (horas)
Medios de punto de rocío (°C)
Totales de precipitación (mm)
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
Guayabito 27015190 CO 75.146 6.540 1700
Totales de brillo solar (horas)
Totales de evaporación (mms)
Medios de humedad relativa (%)
Medios de nubosidad (octas)
Medios de punto de rocío (°C)
Totales de precipitación (mm)
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
Medios de temperatura (°C)
Máximos de temperatura (°C)
Mínimos de temperatura (°C)
La Aldea 26205080 ME 75.700 6.341 1638
Totales de evaporación (mms)
Totales de precipitación (mm)
No. día de precipitación (mm)
Máximos de precipitación 24 horas (mm)
B. Anexo: Matriz de importancia – gobernabilidad (IGO)
MATRIZ IGO (IMPORTANCIA - GOBERNABILIDAD)
ID VARIABLE IMPORTANCIA GOBERNABILIDAD
NI (1)
PI (2)
I (3)
MI (4)
Nula (0)
Débil (1)
Mod (3)
Fuerte (5)
1 Fundamentos Hidrológicos (Playas) 4 1
2 Clasificación de los Ríos (Playas) 3 0
3 Análisis y Alteración de Caudales (Playas) 3 1
4 Existencia actual de evidencia de especies ecológicas (Playas) 2 0
5 Identificación de Necesidades Sociales (Playas) 2 0
6 Posibilidad de Implementación de ELOHA (Playas) 1 1
7 Cambio en la dinámica de la Corriente (Playas) 4 0
8 Cambio en el ecosistema (Playas) 4 0
9 Mejoramiento de la calidad de vida (Playas) 3 0
10 Aumento de Nivel del Agua (Playas) 3 0
11 Aportes a tener en cuenta para la mantención de un nivel de agua óptimo para la preservación de especies (Playas)
3 0
12 Cambio en el ecosistema de Lótico a Léntico (Playas) 3 0
13 Intervención estructural sobre el Río de interés (Playas) 3 0
14 Identificación de los componentes del Flujo de Caudal (Bajos, Típicos y Máximos)
14 Fundamentos Hidrológicos (San Lorenzo) 3 1
15 Clasificación de los Ríos (San Lorenzo) 3 1
16 Análisis y Alteración de Caudales (San Lorenzo) 3 0
17 Existencia actual de evidencia de especies ecológicas (San Lorenzo) 3 0
18 Identificación de Necesidades Sociales (San Lorenzo) 3 0
19 Posibilidad de Implementación de ELOHA (San Lorenzo) 3 0
20 Cambio en la dinámica de la Corriente (San Lorenzo) 3 0
21 Cambio en el ecosistema (San Lorenzo) 3 0
22 Mejoramiento de la calidad de vida (San Lorenzo) 3 0
174 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
23 Aumento de Nivel del Agua (San Lorenzo) 3 0
24 Aportes a tener en cuenta para la mantención de un nivel de agua óptimo para la preservación de especies (San Lorenzo)
3 0
25 Cambio en el ecosistema de Lótico a Léntico (San Lorenzo) 3 0
26 Intervención estructural sobre el Río de interés (San Lorenzo) 3 0
27 Fundamentos Hidrológicos (Punchiná) 3 1
28 Clasificación de los Ríos (Punchiná) 3 1
29 Análisis y Alteración de Caudales (Punchiná) 3 0
30
Existencia actual de evidencia de especies ecológicas (Punchiná) 3 0
31 Identificación de Necesidades Sociales (Punchiná) 3 0
32 Posibilidad de Implementación de ELOHA (Punchiná) 3 0
33 Cambio en la dinámica de la Corriente (Punchiná) 3 0
34 Cambio en el ecosistema (Punchiná) 3 0
35 Mejoramiento de la calidad de vida (Punchiná) 3 0
36 Aumento de Nivel del Agua (Punchiná) 3 0
37 Aportes a tener en cuenta para la mantención de un nivel de agua óptimo para la preservación de especies (Punchiná)
3 0
38 Cambio en el ecosistema de Lótico a Léntico (Punchiná) 3 0
39 Intervención estructural sobre el Río de interés (Punchiná) 3 0
40 Fundamentos Hidrológicos (Peñol) 3 1
41 Clasificación de los Ríos (Peñol) 3 1
42 Análisis y Alteración de Caudales (Peñol) 3 0
43
Existencia actual de evidencia de especies ecológicas (Peñol) 3 0
44 Identificación de Necesidades Sociales (Peñol) 3 0
45 Posibilidad de Implementación de ELOHA (Peñol) 3 0
46 Cambio en la dinámica de la Corriente (Peñol) 3 0
47 Cambio en el ecosistema (Peñol) 3 0
48 Mejoramiento de la calidad de vida (Peñol) 3 0
49 Aumento de Nivel del Agua (Peñol) 3 0
50 Aportes a tener en cuenta para la mantención de un nivel de agua óptimo para la preservación de especies (Peñol)
3 0
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 175
51 Cambio en el ecosistema de Lótico a Léntico (Peñol) 3 0
52 Intervención estructural sobre el Río de interés (Peñol) 3 0
53 Fundamentos Hidrológicos (Porvenir II) 4 3
54 Clasificación de los Ríos (Porvenir II) 4 3
55 Análisis y Alteración de Caudales (Porvenir II) 4 5
56
Existencia actual de evidencia de especies ecológicas (Porvenir II) 4 3
57 Identificación de Necesidades Sociales (Porvenir II) 4 1
58 Posibilidad de Implementación de ELOHA (Porvenir II) 4 5
59 Cambio en la dinámica de la Corriente (Porvenir II) 4 5
60 Cambio en el ecosistema (Porvenir II) 4 5
61 Mejoramiento de la calidad de vida (Porvenir II) 4 3
62 Aumento de Nivel del Agua (Porvenir II) 4 0
63
Aportes a tener en cuenta para la mantención de un nivel de agua óptimo para la preservación de especies - Recomendaciones (Porvenir II) 4 5
64 Cambio en el ecosistema de Lótico a Léntico (Porvenir II) 4 0
65 Intervención estructural sobre el Río de interés (Porvenir II) 4 0
176 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
C. Anexo: Características de las especies elegidas
Este anexo muestra los resultados de algunas de las características identificadas en la
literatura sobre las especies Prochilodus Magdalenae, Ichthyoelephas Longirostris y
Brycon Moorei
Especie Prochilodus magdalenae Ichthyoelephas longirostris Brycon moorei
Nombre Común Bocachico Pataló - Jetudo Dorada - Sardinata
Orden Characiformes Characiformes Characiformes
Familia Prochilodontidae Prochilodontidae Characidae
Imagen
CA
RA
CT
ER
ÍST
ICA
S P
AR
A I
DE
NT
IFIC
AC
IÓN
DE
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ES
IS
Principal especie pesquera en Colombia, no obstante en los últimos 25 años ha sufrido disminución del 90%, por lo que ha sido declarada como una especie que enfrenta un riesgo de extinción en el futuro a causa del deterioro de hábitat por: (1) Contaminación orgánica e inorgánica, (2) Desecación de Ciénagas, (3) Construcción de Hidroeléctricas y (4) Sobrepesca.
De acuerdo al libro Rojo se encuentra en estado de Peligro.
De acuerdo al libro rojo, se encuentra en estado vulnerable
Especie migratoria o potradoma
Similar al bocachico, aunque tiene boca más prominente, labio superior más grueso, ojos pequeños, ausencia de espina dorsal y dientes en forma de cerdas.
Cuerpo de color dorado brillante en el dorso con visos rojos, amarillos y azules
Ciclo de vida relacionados con los patrones hidrológicos de inundación y estiaje
Medidas de conservación para esta especie: NO EXISTEN
Aletas visualmente amarillas y rojizas
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 177
Abandona las ciénagas AGUAS BAJAS y remonta los ríos en busca de tributarios laterales (Migración masiva conocida como SUBIENDA)
Especie emblemática del País que requiere medidas de protección y manejo
Habita preferiblemente los cursos medios de los ríos, en aguas torrentosas, transparentes, con fondos de grandes rocas y cantos rodados.
Desova en el canal principal del río con el comienzo de las crecientes
Prefiere aguas rápidas y claras
Reproducción Febrero a Marzo
Durante las crecientes máximas retorna a las ciénagas junto con su prole en una nueva migración llamada la BAJANZA
No participa de la subienda pero efectúa desplazamientos cortos durante los meses de verano
Se alimenta de otros peces, insectos, frutos y semillas que caen al agua
Postura de la hembra 80.000 y 100.000 huevos
Baja a los ríos grandes cuando las aguas son menos turbias.
Su talla promedio oscila entre los 40 y 70 cm.
Fecundación externa y no cuidan a la prole
Se alimenta de algas adheridas a rocas
Es una especie omnívora, que consume principalmente frutos, flores, hojas y peces; además de alimentarse de insectos que caen al agua desde la vegetación marginal
Los embalses constituyen obstáculos que interrumpen y alteran profundamente las rutas de migración
Tiene mayor capacidad que el Bocachico para remontar a zona torrenciales y una capacidad reproductiva más alta
Su reproducción está sincronizada con la temporada de lluvias
Se alimenta de algas que están adheridas a rocas y troncos sumergidos
Fuerte presión pesquera y comercial
En las épocas de mayor pluviosidad del año, entre los meses de Mayo y Junio, migra hacia las pequeñas quebradas y riachuelos de aguas claras y torrenciales, con el fin de reproducirse
En los meses de Diciembre - Enero con aguas bajas, la especie abandona las ciénagas y remonta a los ríos en busca de tributarios laterales
Pez de agua dulce y tropical
Los dientes son triangulares en la parte anterior de la mandíbula. En la parte posterior hay dos dientes cónicos. Por su colación en el cuerpo se le ha dado la denominación del pez de los siete colores
Alcanza los 50 cm de longitud Se encuentra en Sudamérica: Cuenca de los ríos Cauca y Magdalena
Alcanza un peso de 5 a 6 Kg
Se reconoce fácilmente por su pequeña boca carnosa y prominente provista de diminutos dientes. Ciclo de vida de cuatro años. Durante las aguas altas permanece en las ciénagas alimentándose y aumentando considerablemente de tamaño.
.
178 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
D. Anexo: Identificación del ciclo de vida de las especies elegidas
CARACTERÍSTICAS MESES DONDE SE PRESENTA
LA RELACIÓN
GRUPO ESPECIE FUNCIÓN FASE
DE VIDA
EXCESO/ DÉFICIT
E F M A M J J A S O N D
PE
CE
S
P
roch
ilodu
s
ma
gda
len
ae
Subienda Jóvenes DÉFICIT
Desove Jóvenes /Adultos
EXCESO
Alimentación Jóvenes /Adultos
EXCESO
Bajanza Adultos DÉFICIT
Ichth
yoele
ohas
longirostr
is
Subienda Jóvenes DÉFICIT
Desove Jóvenes /Adultos
EXCESO
Alimentación Jóvenes /Adultos
EXCESO
Bajanza Adultos DÉFICIT
Bry
con m
oore
i Subienda Jóvenes DÉFICIT
Desove Jóvenes /Adultos
EXCESO
Alimentación Jóvenes /Adultos
EXCESO
Bajanza Adultos DÉFICIT
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 179
E. Anexo: Resultados de las encuestas realizadas para validación de hipótesis
Se grafican las respuestas obtenidas de las encuestas online para cada una de las
tres especies identificadas.
¿Cuáles de las siguientes especies cree usted existen actualmente en el río Samaná
Norte?, Por favor, complemente su respuesta con otras especies presentes en el río,
si las hay.
¿Cree usted que las especies conocidas como Prochilodus magdalenae,
Ichthyoelephas longirostris y Brycon moorei puedan realizar hoy en día alguna fase de
su ciclo de vida en el río Samaná Norte? Por favor, complemente su respuesta con las
probables razones en uno u otro sentido.
180 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Si su respuesta a la anterior pregunta fue negativa, ¿Por qué cree usted que los
habitantes, especialmente del punto conocido como Puerto Garza, en donde se
construirá el embalse PORVENIR II, aseguran haber pescado en el pasado y a hoy
éstas tres especies para su sustento económico? ¿Es posible que estas especies
logren desplazarse hasta este lugar?
Respuesta:
En este momento los habitantes de Puerto Garza deben aún estar pescando las tres
especies porque tienen el río Samaná Norte para desarrollar su ciclo de vida, incluso
deben encontrarse la mayoría de las especies típicas de este tipo de cuencas en el
Magdalena medio, sin embargo si se construye el embalse aquí donde se propone
Porvenir II, se cortaría el flujo y la posibilidad de migrar de las tres especies y todas
las demás, actividad esencial para desarrollar su ciclo reproductivo y la interacción
interespecífica.
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la SUBIENDA de la especie Prochilodus
magdalenae? Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 181
En qué condiciones de pulsos se desarrolla la SUBIENDA de la especie Ichthyolephas
longirostris? Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la SUBIENDA de la especie Brycon moorei?
Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la FECUNDACIÓN y el DESOVE de la
especie Prochilodus magdalenae? Por favor indique el componente de caudal
correspondiente.
182 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la FECUNDACIÓN y el DESOVE de la
especie Ichthyolephas longirostris? Por favor indique el componente de caudal
correspondiente.
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la FECUNDACIÓN y el DESOVE de la
especie Brycon moorei? Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la ALIMENTACIÓN de la especie Prochilodus
magdalenae? Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 183
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la ALIMENTACIÓN de la especie
Ichthyolephas longirostris? Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la ALIMENTACIÓN de la especie Brycon
moorei? Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la BAJANZA de la especie Prochilodus
magdalenae? Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
184 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la BAJANZA de la especie Ichthyolephas
longirostris? Por favor indique el componente de caudal correspondiente
¿En qué condiciones de pulsos se desarrolla la BAJANZA de la especie Brycon moorei?
Por favor indique el componente de caudal correspondiente.
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 185
Marque con una (x), donde considera que la especie desarrolla sus ciclos de vida.
ESPECIE SUBIENDA
Prochilodus magdalenae
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x x x x
x x x x x x
x x x x x
ESPECIE DESOVE Y FECUNDACIÓN
Prochilodus magdalenae
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x x x
x x x
x x x x
ESPECIE ALIMENTACIÓN
Prochilodus magdalenae
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x
ESPECIE BAJANZA
Prochilodus magdalenae
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x
x x
x x x x x
ESPECIE SUBIENDA
Ichthyolephas longirostris
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x
x x x x x
ESPECIE DESOVE Y FECUNDACIÓN
Ichthyolephas longirostris
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x
x x x x
x x x x
186 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
ESPECIE ALIMENTACIÓN
Ichthyolephas longirostris
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x
ESPECIE BAJANZA
Ichthyolephas longirostris
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x x x x
Nota: Dos de los expertos dice que no hace bajanza (No migra).
ESPECIE SUBIENDA
Brycon Moorei
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x x x x
x x x x x x
ESPECIE DESOVE Y FECUNDACION
Brycon Moorei
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x x x
x x x
ESPECIE ALIMENTACIÓN
Brycon Moorei
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 187
ESPECIE BAJANZA
Brycon Moorei
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
x x
x x
Nota: Uno de los expertos no contesto ninguna de las preguntas relacionadas a la
especie Brycon moorei.
Respuesta a la pregunta: ¿Considera usted que algunas medidas de mitigación (p.e.
rampas de piedras, canales laterales o ríos artificiales, conectores fluviales, escalas de
peces, pasos de ralentizados y ascensores de peces) puedan ser útiles para el proyecto
PORVENIR II al permitir la conectividad fluvial en el río, para garantizar la persistencia
de las especies en el ecosistema? Por favor, complemente su respuesta.
Por qué:
1. Esas estrategias no han funcionado en el trópico y su objetivo final, que es cumplir
con el ciclo de migración para reproducción e incubación, no se cumple.
2. Todos estos accesorios han sido usados en otros países para mitigar la
fragmentación de hábitat, pero hasta el momento ninguno ha servido, todos traen
problemas de cuello de botella, incluso de variabilidad genética de las poblaciones,
especialmente las que quedan aisladas río arriba.
3. Si el embalse es muy grande, una vez los peces suban y pasen la presa por
cualquier medio, se encontrarán en un ambiente léntico, en el que el principal
estímulo a la migración (el flujo), estará ausente, por lo que los animales
188 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
generalmente "se pierden" o sufren atresia folicular (reabsorción de los elementos
constitutivos del folículo ovárico).
Respuesta a la pregunta: ¿Cuáles considera que serían las mejores reglas de operación
del Embalse PORVENIR II, a fin de mantener la integridad del ecosistema fluvial del río
Samaná Norte?
1. No regular el caudal natural. en las temporadas de desove, generar crecientes
pulsantes y ascendentes.
2. La mejor regla es que no se construya, para evitar la pérdida de la conectividad
del hábitat acuático que ya está bastante fragmentado con las otras represas.
3. Debería operar de modo que se garantizaran pulsos altos y pequeñas
inundaciones en los meses del año asociados a los desoves y fecundación.
Respuesta a la pregunta: ¿Cuáles son las velocidades de preferencia (alta, media,
baja) para las especies Prochilodus magdalenae, Ichthyolephas longirostris y Brycon
moorei en sus ciclos de vida?
CICLO DE VIDA SUBIENDA DESOVE Y
FECUNDACIÓN ALIMENTACIÓN BAJANZA
ESPECIE PREFERENCIA EN LA VELOCIDAD DEL RÍO
Prochilodus magdalenae A M B A M B A M B A M B
x x x x x x
CICLO DE VIDA SUBIENDA DESOVE Y FECUNDACIÓN ALIMENTACIÓN BAJANZA
ESPECIE PREFERENCIA EN LA VELOCIDAD DEL RÍO
Ichthyolephas longirostris A M B A M B A M B A M B
x x x x x x
CICLO DE VIDA SUBIENDA DESOVE Y FECUNDACIÓN ALIMENTACIÓN BAJANZA
ESPECIE PREFERENCIA EN LA VELOCIDAD DEL RÍO
Brycon Moorei
A M B A M B A M B A M B
x x x x x x x
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 189
Respuesta a la pregunta: ¿Cuál es la preferencia de sustrato (Limo, Arena, Grava Fina,
Grava, Empedrado, Cantos Rodados, Cantos Grandes, Rocas de Fondo, de las especies
Prochilodus magdalenae, Ichthyolephas longirostris y Brycon moorei? Marque y describa
por qué es útil en su ciclo de vida.
ESPECIE SUBIENDA DESOVE Y
FECUNDACIÓN ALIMENTACIÓN BAJANZA
Prochilodus magdalenae
SUBEN POR LOS RIOS HASTA LOS
1200 M. Y HAY UNA AMPLIA
VARIEDAD DE SUSTRATOS EN
ELLO
DESOVAN EN LOS
RIOS Y HAY UNA AMPLIA VARIEDAD DE SUSTRATOS EN
ELLOS
LIMO Y ARCILLA
DERIVAN POR LOS RIOS Y HAY
UNA AMPLIA VARIEDAD DE SUSTRATOS EN
ELLOS
No importa el sustrato
No importa el sustrato
Esta especie es raspadora y detritívora
por lo que busca sustratos lodosos y o
superficies duras con desarrollo de biofilm.
No importa el sustrato
ESPECIE SUBIENDA DESOVE Y
FECUNDACIÓN ALIMENTACIÓN BAJANZA
Ichthyolephas longirostris
RIOS DE SUSTRATO ROCOSO Y
AGUAS CLARAS
NO SE RIOS DE SUSTRATO ROCOSO NO SE
No importa el sustrato
No importa el sustrato
Esta especie es raspadora y detritívora por lo que busca
sustratos lodosos y o superficies duras con
desarrollo de biofilm.
No importa el sustrato
ESPECIE SUBIENDA DESOVE Y
FECUNDACIÓN ALIMENTACIÓN BAJANZA
Brycon moorei
NO SE
RIOS DE AGUAS
CLARAS Y SUSTRATO ROCOSO
RIOS DE AGUAS CLARAS Y
SUSTRATO ROCOSO Y, LIMO-ARCILLA
DERIVA POR RIOS Y HAY DE
DIFERENTES SUSTRATOS
No importa el sustrato
No importa el sustrato
Esta especie es omnívora, no tengo seguridad pero
creo que no importa el sustrato.
No importa el sustrato
190 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
F. Anexo: Resultados mensuales del RVA mediante el software IHA
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 191
192 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Anexo C. Nombrar el anexo B de acuerdo con su contenido 193
194 Estimación de caudal ambiental mediante enfoques ecosistémicos para la
cuenca del río Nare en el departamento de Antioquia, enmarcada en la
metodología de ELOHA
Bibliografía
Agualimpia, Y., & Castro, C. (2006). Metodologías para la determinación de los caudales
ecológicos en el manejo de los recursos hídricos. Tecnogestión .
Álvarez Doncel, C., & García de Jalón, D. (Marzo de 2009). INYPSA Unidad de Consultoría