ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO DE LA CUENCA PARTE ALTA DEL RÍOCOCORNÁ PARA LA PRESTACIÓN DE SERVICIOS DE AGUA POTABLE A LA
ZONA VALLES DE SAN NICOLÁS, ORIENTE ANTIOQUEÑO.
ACUEDUCTO AGUAS DE SAN JOSÉ S.A.S
SOLICITUD DE MERCED DE AGUAS
ELABORADO PORORIÓN AZUL LTDA.
Carmen de Viboral, 28 febrero de 2012
INTRODUCCIÓN.....................................................3
1. CARACTERÍSTICAS GEOGRÁFICAS E HIDROLÓGICAS DE LA PARTE ALTA DELRÍO COCORNÁ......................................................4
1.1 DESCRIPCIÓN LOS ASPECTOS DE GESTIÓN DE CONTEXTO AMBIENTAL...42. CONTEXTO TERRITORIAL DE LAS CUENCAS OBJETO DE LA SOLICITUD DE LA CONCESIÓN DE AGUAS............................................62.1. LOCALIZACIÓN GENERAL DE LA ZONA DE ESTUDIO.................6
2.2. CARACTERISTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA PARTE ALTA DEL RÍO COCORNÁ.....................................................7
2.2.1. Coeficiente de Compacidad..............................72.2.2. Densidad de Drenaje (Dd)...............................8
2.2.3. Clima..................................................93. CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS DE LAS CUENCAS..................12
3.1. Cuenca media del Río Cocorná..............................123.1.1. Caudales medios anuales...............................13
3.2. Cálculo de Caudales de las Fuentes........................133.2.1. Metodología HidroSig..................................13
3.3. Oferta del recurso hídrico en la cuenca parte alta del Río Cocorná........................................................16
3.4. Demanda del recurso hídrico en la parte alta del río Cocorná........................................................17
4. CARACTERÍSTICA DE LOS SUELOS.................................184.1. Uso Actual del Suelo......................................19
4.2. Uso Potencial del Suelo...................................20
4.3. Conflictos de usos del Suelo..............................214.4. Zonificación del PBOT del Carmen de Viboral...............22
4.5. Análisis Predial de la cuenca.............................235. ANÁLISIS DE LA DEMANDA NUEVA DEL SERVICIO DE AGUA EN EL MUNICIPIO DE RIONEGRO...........................................23
INTRODUCCIÓN
La Empresa AGUAS DE SAN JOSÉ S.A.S de Acueducto yAlcantarillado es la una empresa de servicios públicosdomiciliarios encargada de la operación, administración,comercialización y mantenimiento de los sistemas de acueductoy alcantarillado del Corredor tranvía desde Santuario hastaGuarne y Rionegro en área rural y urbana de la de dichosmunicipios, incluye la potencial prestación de serviciospúblicos en el resto del Oriente de Antioquia y Antioquia.
Hoy existen en el oriente Antioqueño, empresas de serviciospúblicos municipales y veredales que le prestan el serviciode agua potable y Alcantarillado a 350.000 habitantes, queequivalen aproximadamente a 85.000 conexiones de agua. Lamayor parte de estas empresas no tienen capacidad decrecimiento porque la escasez de agua en la subregión delAltiplano del Oriente o Valles, no permite ofrecer cantidad ycalidad del preciado líquido. Con las normas aprobadas en laszonas urbanas y en las zonas de expansión urbana, lo mismoque los corredores suburbanos turísticos e industriales sumanun potencial de 300000 usuarios en menos de 20 años, peroademás los actuales suministros están demandando continuidaden los servicios que están en crisis.
El déficit de agua con los nuevos planes de OrdenamientoTerritorial en los municipios de Valles, hace necesariodesarrollar la nueva oferta de infraestructura para resolverla demanda de agua potable y prestar los servicios deAcueducto y Alcantarillado del área de influencia de vallesde san Nicolás; Se propone un sistema de captación y unaplanta de tratamiento de Agua Potable, modular, concrecimiento de acuerdo a la demanda inicialmente, con unacapacidad de 300 l/s, en tres módulos de 100 l/s, abastecidapor las quebradas parte alta del río Cocorná en jurisdiccióndel Carmen de Viboral parte alta. Además requiere de unaconducción de redes por gravedad principales de 1m dediámetro con extensión de 53000 m de redes de aducción y20000 m de redes de distribución en el Altiplano inicialmentepor la vía al tranvía desde santuario hasta Guarne yAeropuerto y por el municipio de Rionegro.1
El estudio hidrológico de la cuenca parte alta del ríoCocorná, se presenta como sustentación a la solicitudconcesión para aprobación de la Corporación Autónoma RegionalRionegro-Nare CORNARE, de acuerdo con las normas vigentes yespecialmente de la guía del usuario de dicha corporación,complementariamente al cumplimiento de la Ley 373 de 1997.
El estudio soporte para la solicitud del permiso para el usosdel agua en la parte alta del río Cocorná, consiste en eldiagnóstico ambiental de la cuenca para abastecimiento deagua; encaminado a presentar directrices para la conservacióny optimización del recurso hídrico; el análisis de oferta dela fuente de abastecimiento y la demanda de agua y a laaprobación por parte de CORNARE de la merced de aguasrespectiva. Contiene información sobre la oferta hídrica dela quebrada principal de la cuenca, como fuente deabastecimiento para los municipios del Altiplano, comoRionegro, Marinilla, Carmen de viboral, la ceja, Guarne ySantuario.
1. CARACTERÍSTICAS GEOGRÁFICAS E HIDROLÓGICAS DE LA PARTEALTA DEL RÍO COCORNÁ
1.1 DESCRIPCIÓN LOS ASPECTOS DE GESTIÓN DE CONTEXTO AMBIENTAL
La empresa de prestación de servicios AGUAS DE SAN JOSÉ S.A.Sde Acueducto y Alcantarillado es la encargada de laoperación, administración y mantenimiento de los sistemas deacueducto y alcantarillado del corredor tranvía de Oriente,en área rural y urbana de la zona del corredor del tranvía yel corredor industrial de Valles de San Nicolás, haciendoprestación directa del servicio y complementando la venta enbloque de agua potable a las demás empresas de servicios deloriente Antioqueño.
El sistema de Acueducto y alcantarillado de AGUAS DE SN JOSÉS.A.S, iniciará con la prestación de servicio a 30000usuarios y se proyecta a la prestación de 200000 usuarios enlos próximos 20 años, comprendidos por residencias, industriae instituciones educativas. Para el logro de esto y además dela solicitud de la merced de aguas, se desarrolla un sistemade plantas modulares de 100 l/s, para lo cual se diseña y seconstruye un sistema de tratamiento no convencional, queinicia con una infraestructura de tres plantas simultáneas de100 litros por segundo cada una, para un total inicial de 300litros por segundo para el cubrimiento de los primeros 30000usuarios. Esta agua será abastecida por la quebrada partealta del río Cocorná del Carmen de Viboral, además de laconstrucción de 21 Km de redes de aducción y 20 Km m de redesde distribución.
Entidad Administradora de Servicios: Asociación Acueducto yAlcantarilladoAGUAS DE SAN JOSÉ S.A.S Nit: Representante Legal: Felipe Alberto Ochoa MedinaUbicación: cra 30 No 30 14 local 105 Carmen de Viboral.
Fuente de Abastecimiento: Río parte alta CocornáCoordenadas: X: 869.081Y: 1.152.877Z: 2320
Caudal mínimo Tr = 10 años:Río parte alta del Cocorná: 1196,1l/sPoblación Actual: 30.000 usuariosConcesión: 300 l/s,
MAPA 1: MAPA DE LOCALIZACIÓN DE LA CUENCA PARTE ALTA DEL RÍO COCORNÁ
La prestación inicial del servicio incluye el corredortranvía de Oriente se encuentra ubicado en la conexiónsantuario, marinilla, Rionegro Guarne.de Valles de SanNicolás, en este corredor se localizará inicialmente la redprincipal, e iniciará servicios en el municipio de Rionegro yalrededores del corredor industrial, comercio y servicios.
El Acueducto AGUAS DE SAN JOSÉ S.A.S proponen una fuente deabastecimiento, en El Carmen de Viboral, enmarcadas dentro dela cuenca alta del río Cocorná. ver mapa 1
La empresa AGUAS DE SAN JOSÉ S.A.S. solicita a la CorporaciónAutónoma Regional CORNARE, mediante este estudio, laconcesión de aguas de 300 l/s para la prestación de aguapotable. Esta merced de aguas solicitada es para usodoméstico, derivado de la siguiente manera: Cuenca alta delrío Cocorná 300 l/s.
2. CONTEXTO TERRITORIAL DE LAS CUENCAS OBJETO DE LA SOLICITUDDE LA CONCESIÓN DE AGUAS
La cuenca de la parte alta del Río Cocorná, se junta aguasabajo con el río San Lorenzo, en el análisis de la ofertahídrica se ubica con un cierre en el punto de captaciónpropuesta, en las coordenadas X: 869.081 y Y: 1.152.877,áreas de oferta del recurso hídrico, enmarcadas dentro de lacuenca del río Cocorná.
Para la obtención de la oferta hídrica se uso la metodologíade regionalización de caudales con la ayuda del HidroSigv4.0, tomando como referencia el río Samaná con punto decierre en el Puente la Garrucha donde existe los datosreferenciados del caudal de la serie y el Rió cocorná enpunto de cierre antes de la desembocadura del río san Lorenzoen el río Cocorná.
2.1. LOCALIZACIÓN GENERAL DE LA ZONA DE ESTUDIO
La cuenca objeto de estudio, presenta un área de 1790 ha,ubicada en la parte Alta de la cuenca Cocorná, de la grancuenca Samaná Norte, mapas 2.
MAPA 2: ZONA ESPECÍFICA DE LA CUENCA PARTE ALTA DEL COCORNÁ
La cuenca de desarrollo del proyecto, denominada La Cocorná,tiene un área aproximada de 17.9 Km2, está comprendida desdeel nacimiento de la quebradaHasta antes del encuentro con el río San Lorenzo.
2.2. CARACTERISTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA PARTE ALTA DEL RÍO COCORNÁ
Los parámetros morfométricos permiten conocer lascaracterísticas físicas de las micro cuencas. En la tabla 1.,se presentan las características morfométricas de la cuencaparte alta del río Cocorná, dentro de esta se puede destacarel índice de compacidad y la densidad de drenaje.
Tabla 1: CARACTERÍSTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA
CUENCA PARTE ALTA COCORNÁ
Gran Cuenca RÍO SAMANÁ NORTESubcuenca COCORNÁ
UNIDAD PARTE ALTA DEL RÍOCOCORNÁ
Área Ha 1790Perímetro MLongitud Total deCauces
M
Longitud total deCauce Principal
M
Cota Máxima m.s.n.m. 2450Cota Mínima m.s.n.m 2320Punto de Cierre x= MPunto de Cierre y= MDensidad de Drenaje Km/Km2Coeficiente deCompacidad
1,31
2.2.1. Coeficiente de Compacidad
Relaciona el perímetro de la cuenca con el perímetro de otracuenca teórica circular de la misma superficie, se le conocecon el nombre de Gravelius2.
k=P2∗A∗√pi
El valor que toma esta expresión es siempre mayor que launidad y crece con la irregularidad de la forma de la cuenca,estableciéndose la siguiente clasificación:
Tabla 2: DATOS DEL COEFICIENTE DE COMPACIDAD
K FORMA1.00-1.25 Redonda1.25-1.50 Ovalada
Más de 1.50 Oblonga
De los resultados del valor K, se puede prever elcomportamiento de las microcuencas; para K grandes, cuencasalargadas de tránsito lento de crecientes y para K cercano auno, crecientes rápidas y de gran magnitud, según loexpresado por Klohn (1970).3
La parte alta del río Cocorná es de forma Redonda, lo quequiere decir que la evacuación de sus crecientes se hace enforma rápida, presentando una alta susceptibilidad apresentar crecientes súbitas, estas pueden ser de granmagnitud, al tener bajos tiempos de concentraciones.
2.2.2. Densidad de Drenaje (Dd)
Es la relación de la longitud total de los cauces en unacuenca con respecto a su área (KLOHN, 1970)4. La densidad dedrenaje esta generalmente relacionada con la cantidad deprecipitaciones y la pendiente de la superficie del suelo.Por esta razón, los valores grandes de densidad de drenajeindican mayor abundancia de escurrimiento y valoresimportantes de erosión.
A grandes valores de densidad de drenaje corresponden valoresmayores de caudales máximos, subidas rápidas y duracionestotales de avenidas generalmente más reducidas.
En condiciones de altas pendientes unos valores elevados dedensidad de drenaje indican torrencialidad, caudales mínimosreducidos y posiblemente falta temporal de escurrimientosuperficial. En condiciones de pendiente reducida, unosvalores elevados de densidad de drenaje indican un buendrenaje de las capas de aguas freáticas, más estabilidad delrégimen de caudales y una buena alimentación subterránea enlos períodos de estiaje.
Según Linsley 5(1997), en sitios donde los materiales delsuelo son resistentes a la erosión o muy permeables y dondeel relieve es bajo, ocurren densidades de drenaje bajas. Losvalores altos de la densidad reflejan generalmente áreas con
suelo fácilmente erosionables o relativamente impermeables,con pendientes fuertes y escasa cobertura vegetal.
Gómez (1998)6 propuso una clasificación de esta variable parael estudio de cuencas pequeñas, la tabla 2.3 da cuenta deello.
Tabla 3: CLASIFICACIÓN DE LA DENSIDAD DE DRENAJE EN CUENCAS HIDROGRÁFICAS
DENSIDAD DE DRENAJE (Km/Km2) valores0.0-2.0 Bajo2.0-4.0 Medio4.0-6.0 Alto
Más de 6.0 Muy AltoLa cuenca alta del río Cocorná presenta una densidad dedrenaje alta lo anterior quiere decir que presenta una altasusceptibilidad a la erosión, es de un régimen torrencialalto, los picos de las crecientes son grandes, lo que haceque se presenten un mayor número de inundaciones, el acuíferopresenta una baja regulación, los caudales mínimos en épocade estiaje son pobremente regulados.
2.2.3. Clima
La cuenca objeto estudio, se encuentra ubicada sobre lavertiente oriental de la cordillera central. Los rasgosclimáticos más relevantes para esta zona se manifiestan en elrégimen bimodal de la precipitación, presentando dos periodossecos. El primero de ellos en los meses de diciembre, Enero yFebrero y el segundo, menos intenso que el primero, en losmeses de Junio, Julio y Agosto.
También se presentan dos periodos húmedos, el primero en losmeses de Abril y Mayo y el segundo en los meses deseptiembre, octubre y noviembre. La temperatura promedio dela cuenca es de 16º C, disminuyendo un poco a medida que seaumenta la altura sobre el nivel del mar. La evaporación esmenor que la precipitación durante todo el año, sin embargo
hay variaciones en la precipitación que determinan lapresencia de provincias de humedad distintas cuya repercusiónen las características externas del paisaje es bien notoria(FAL, 1994).
La cuenca alta del Río Cocorná hace parte de una zona muyhúmeda, con precipitaciones promedio de 4100 mm/año (FAL,1994)9, pertenecen a la formación Bosque Muy Húmedo MontanoBajo del sistema Holdridge. Las lluvias son generalmentenocturnas y se producen en forma de aguaceros fuertes y decorta duración. El estudio de la FAL también plantea que elrégimen edáfico en la mayoría del Altiplano del Oriente esÚdico e inclusive se torna perúdico hacia el costado orientalde la zona hacia el sector del Carmen de Viboral.
En la zona objeto de estudio se encuentran las estaciones deprecipitación utilizadas para calibrar el HidroSig, lascuales se relacionan en la tabla 4.
Tabla 4: ESTACIONES DE PRECIPITACIÓN UTILIZADAS PARA LA REGIONALIZACIÓN DE CAUDALES
ID Código NombreRegistr
o(años)
Qmedio
Histórico (m3/s)
Área(Km2)
P. media(mm/año)
EVR(mm/año)
1 2308703 MOSCA_LA_RN.2 35.0 3.27 102.91 1919.6 832.3
2 2308797 LA BRIZUELA 8.0 0.34 5.32 1893.2 793.9
3 2308803 LA MOSQUITA 4.0 15.54 3.79 1959.2 850.4
4 2308807 LA ENEA 3.0 0.26 6.69 1984.5 885.2
5 2308808 LA JORONDA 3.0 0.24 5.83 1980.8 884.6
6 2308767 RIOTEX 7.0 6.06 153.21 1965.0 847.9
7 2308804 ALCARAVANES 3.0 5.54 87.60 2452.7 895.2
8 2308766 PTE_LA_FERIA 7.0 3.97 75.03 2502.9 895.0
9 2308770 MARINILLA 8.0 0.17 6.98 2209.9 891.4
10 2308796 EL SALTO 8.0 0.06 2.09 2647.0 864.7
11 230878 AMISTAD_LA 8.0 2 31.47 2651.1 889.1
ID Código NombreRegistr
o(años)
Qmedio
Histórico (m3/s)
Área(Km2)
P. media(mm/año)
EVR(mm/año)
2
12 2308771 BOCATOMA_ACUEDUCTO 8.0 0.06 2.66 2443.4 851.2
13 2308772 BOCATOMA II 8.0 0.05 2.66 2443.4 851.2
14 2308779 FLOR_SILVESTRE 8.0 0.96 29.14 2740.5 870.1
15 2308791 CIMARRONAS 8.0 0.12 1.29 2876.5 826.0
16 2308777 SAN_SEBASTIAN 8.0 0.5 27.34 1971.9 841.9
17 2308799 LA PEREIRITA II 8.0 0.03 2.35 1982.0 813.5
18 2308798 LA PEREIRITA I 8.0 0.04 2.35 1982.0 813.5
19 2308801 ABREO 8.0 0.44 3.89 1972.1 883.6
20 2308802 MALPASO 8.0 0.04 2.60 1932.2 880.2
21 2308768 PTE_CARRETERA 8.0 0.74 17.51 2102.0 868.2
22 2308780 COMPANIA_ABAJO 8.0 1.73 45.97 2131.7 874.2
23 2308718 SIRPES_LOS 28.0 7.36 111.66 3114.3 953.0
24 2308719 GARRUCHA_LA 28.0 182.03 1723.90 4245.6 1254.1
25 2308795 GUARANGO 9.0 1.72 39.96 2078.8 826.3
26 2618718 ALBANIA 7.0 11.17 250.26 2145.0 666.0
27 2308716 CARAMANTA 27.0 16.15 420.95 3098.7 1243.5
28 2308769 BODEGAS 8.0 4.69 13.22 1929.4 868.6
29 2308774 FAC 8.0 0.44 17.20 2021.9 832.7
30 2308720 PAILANIA 28.0 25.92 200.30 4061.7 1094.8
31 2618703 SONSON 28.0 2.92 35.53 2340.7 757.8
32 2308738 PTE_ARKANSAS_RN.16 2.0 10.47 135.64 4266.7 1293.6
33 2308773 EL TABLAZO 8.0 3.71 1999.8 832.1
34 2308792 LA GRANDE I 8.0 0.03 1.54 2574.5 767.5
35 230879 LA GRANDE II 8.0 0.05 1.54 2574.5 767.5
ID Código NombreRegistr
o(años)
Qmedio
Histórico (m3/s)
Área(Km2)
P. media(mm/año)
EVR(mm/año)
3
36 2308800 BARBACOAS 8.0 1.71 13.54 2183.2 892.3
37 2308778 MONTENEVADO 8.0 64.9 199.40 2126.6 806.2
38 2308781 LLANO_GRANDE 8.0 11.97 236.18 2103.8 813.8
39 2308715 PTE_REAL 27.0 6.86 314.76 2067.1 827.1
40 2308783 FRESERA_LA 7.0 24.3 519.93 2129.0 845.2
Tabla 5: LOCALIZACIÓN DE ESTACIONES DE REGISTRO DE CAUDALES UTILIZADOS EN LA OFERTA HÍDRICA MÍNIMA
Código Nombre Corriente Qhistórico
(m3/s)Área(Km2)
P. media(mm/año)
EVR_Turc(mm/año)
2308703 MOSCA_LA_RN.2 Q. LA MOSCA 3.27 102.91 1919.6 832.3
2308767 RIOTEX Q LA MOSCA 6.06 153.21 1965.0 847.9
2308766 PTE_LA_FERIA LA MARINILLA 3.97 75.03 2502.9 895.0
2308782 AMISTAD_LA LA MARINILLA 2 31.47 2651.1 889.1
2308768 PTE_CARRETERA LA COMPAÑIA 0.74 17.51 2102.0 868.2
2308780 COMPANIA_ABAJO Q. EL SALADO 1.73 45.97 2131.7 874.2
2308718 SIRPES_LOS Q. CONCEPCION 7.36 111.66 3114.3 953.0
2308719 GARRUCHA_LA SAMANA NORTE 182.03 1723.90 4245.6 1254.1
2308795 GUARANGO RIO
PANTANILLO 1.72 39.96 2078.8 826.3
2618718 ALBANIA ARMA 11.17 250.26 2145.0 666.0
2308781 LLANO_GRANDE RIO NEGRO 11.97 236.18 2103.8 813.8
2308783 FRESERA_LA RIO NEGRO 24.3 519.93 2129.0 845.2
Tabla 6: LOCALIZACIÓN DE ESTACIONES DE REGISTRO DE CAUDALES SUBREGIONALES UTILIZADOS EN LA OFERTA HÍDRICA MÍNIMA
ID Código NombreRegistr
o(años)
Qmedio
Histórico (m3/s)
Área(Km2)
P. media(mm/año)
EVR(mm/año)
1 2308703 MOSCA_LA_RN.2 35.0 3.27 102.91 1919.6 832.3
2 2308797 LA BRIZUELA 8.0 0.34 5.32 1893.2 793.9
3 2308803 LA MOSQUITA 4.0 15.54 3.79 1959.2 850.4
4 2308807 LA ENEA 3.0 0.26 6.69 1984.5 885.2
5 2308808 LA JORONDA 3.0 0.24 5.83 1980.8 884.6
6 2308767 RIOTEX 7.0 6.06 153.21 1965.0 847.9
7 2308804 ALCARAVANES 3.0 5.54 87.60 2452.7 895.2
8 2308766 PTE_LA_FERIA 7.0 3.97 75.03 2502.9 895.0
9 2308770 MARINILLA 8.0 0.17 6.98 2209.9 891.4
10 2308796 EL SALTO 8.0 0.06 2.09 2647.0 864.7
11 2308782 AMISTAD_LA 8.0 2 31.47 2651.1 889.1
12 2308771 BOCATOMA_ACUEDUCTO 8.0 0.06 2.66 2443.4 851.2
13 2308772 BOCATOMA II 8.0 0.05 2.66 2443.4 851.2
14 2308779 FLOR_SILVESTRE 8.0 0.96 29.14 2740.5 870.1
15 2308791 CIMARRONAS 8.0 0.12 1.29 2876.5 826.0
16 2308777 SAN_SEBASTIAN 8.0 0.5 27.34 1971.9 841.9
17 2308799 LA PEREIRITA II 8.0 0.03 2.35 1982.0 813.5
18 2308798 LA PEREIRITA I 8.0 0.04 2.35 1982.0 813.5
19 2308801 ABREO 8.0 0.44 3.89 1972.1 883.6
20 2308802 MALPASO 8.0 0.04 2.60 1932.2 880.2
21 2308768 PTE_CARRETERA 8.0 0.74 17.51 2102.0 868.2
22 2308780 COMPANIA_ABAJO 8.0 1.73 45.97 2131.7 874.2
23 230871 SIRPES_LOS 28.0 7.36 111.66 3114.3 953.0
ID Código NombreRegistr
o(años)
Qmedio
Histórico (m3/s)
Área(Km2)
P. media(mm/año)
EVR(mm/año)
8
24 2308719 GARRUCHA_LA 28.0 182.03 1723.90 4245.6 1254.1
25 2308795 GUARANGO 9.0 1.72 39.96 2078.8 826.3
26 2618718 ALBANIA 7.0 11.17 250.26 2145.0 666.0
27 2308716 CARAMANTA 27.0 16.15 420.95 3098.7 1243.5
28 2308769 BODEGAS 8.0 4.69 13.22 1929.4 868.6
29 2308774 FAC 8.0 0.44 17.20 2021.9 832.7
30 2308720 PAILANIA 28.0 25.92 200.30 4061.7 1094.8
31 2618703 SONSON 28.0 2.92 35.53 2340.7 757.8
32 2308738 PTE_ARKANSAS_RN.16 2.0 10.47 135.64 4266.7 1293.6
33 2308773 EL TABLAZO 8.0 3.71 1999.8 832.1
34 2308792 LA GRANDE I 8.0 0.03 1.54 2574.5 767.5
35 2308793 LA GRANDE II 8.0 0.05 1.54 2574.5 767.5
36 2308800 BARBACOAS 8.0 1.71 13.54 2183.2 892.3
37 2308778 MONTENEVADO 8.0 64.9 199.40 2126.6 806.2
38 2308781 LLANO_GRANDE 8.0 11.97 236.18 2103.8 813.8
39 2308715 PTE_REAL 27.0 6.86 314.76 2067.1 827.1
40 2308783 FRESERA_LA 7.0 24.3 519.93 2129.0 845.2
La estación que servirá de base para el estudio hidrológicoes la 2308720, Puente La Garrucha, río Samaná Norte, cerca ala carretera Autopista San francisco en Jurisdicción delmunicipio de San Francisco por presentar condicionessimilares al río Cocorná y por contar con las estadísticasbásicas para la modelación de caudales. La informaciónobtenida de esta estación limnigráfica que se trasladara a laparte alta del río Cocorná de acuerdo a la metodologíadesarrollada en el numeral siguiente.
3. CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS DE LAS CUENCAS
El propósito de este capítulo es dar a conocer la oferta delrecurso hídrico en cuenca alta del Río Cocorná, en loreferente a sus caudales medios y mínimos asociados adiferentes períodos de retorno.
La cuenca Cocorná se estudia con cierre antes de laconfluencia del río San Lorenzo a la misma y de acuerdo a losdatos existentes en el HidroSIG (A2), con un área de 32.3km².
3.1. Cuenca media del Río Cocorná.
La cuenca evaluada en este estudio tuvo su cierre antes de laconfluencia del río San Lorenzo al mismo (A2), con un área de32,3 km². Cuenca Media del Cocorná.
Para trasladar los caudales del Río Cocorná(A2) a la partealta del mismo (A1) se empleó el método de los rendimientosde caudales13.Rendimiento = Q / A
Rendimiento=25.92/200.3=0,13M3/Km2
Donde:Q: Caudal, m3/sA: Área de la cuenca en estudio, km2.A1: Parte alta de la cuenca del río Cocorná.A2: Cuenca La Cocorná.
Al querer conocer la oferta hídrica de cualquier fracción dela cuenca en estudio, basta con multiplicar el rendimientohídrico por la superficie analizada.
El valor unitario del rendimiento para la parte alta del RíoCocorná (A1), esARendimiento Unitario = A1/A2=32.3/245.7=0,13
Teniendo presente que la proporcionalidad del rendimientovaría en las condiciones del tamaño y de las condiciones deduración de los aguaceros, se verificó que normalmente unatormenta en la zona de estudio dura 30 minutos y usando lastablas de las curvas de profundidad área para reducir laprecipitación puntual (Tomado de vein te Chou 1994), sedetermina que el rendimiento en la parte alta es del 96%,esto debido a que el tamaño de la cuenca es de 17.9 Km2.
El caudal medio en el punto de Bocatoma es de:
Qmed=17,9 Km2*0,13 M3/Km2/s =2,327 m3/s.
3.1.1. Caudales medios anuales
Para estimar los caudales medios anuales en una cuenca, seempleó el método del balance hidrológico de largo plazo, enel cual se considera que los cambios en las cantidadesalmacenadas de agua en el suelo son despreciables encomparación con la magnitud de los flujos totales debidos ala precipitación, la evaporación y el caudal superficial oescorrentía. Esto se beneficia en la cuenca por que presentacoberturas protectores de bosques y rastrojos en más del 90%del área.
Para calcular el caudal medio a partir de los datos realesmedidos en la estación Garrucha sobre el río Samaná Norte enel Puente sobre la autopista Medellín Bogotá se hizoestimaciones de caudales de largo plazo por la metodologíapropuesta por Turc; para la evapotranspiración y para laprecipitación Kriging ordinario. Se obtuvo un caudal medio de182.03 m3/s.
3.2. Cálculo de Caudales de las Fuentes
3.2.1. Metodología HidroSig
Ante la ausencia de información directa de caudales de lasquebradas de interés se hizo necesario acudir a lametodología de regionalización de caudales.
Los Sistemas de Información Geográfica, SIG15, sonherramientas muy útiles en cuanto permiten almacenar,procesar y analizar gran cantidad de información, esto loshace ideales para trabajar con información espacialmentedistribuida.
El trabajo en SIG se ha especializado hasta la implementaciónde metodologías para la derivación automática de informacióngeomorfológica e hidrológica de modelos digitales de terrenoMDT, convirtiéndose en una herramienta de trabajo muy útilpara las áreas de ciencias de la tierra, recursos hídricos ymedio ambiente.
El Sistema de Información Geográfica, HidroSig, cuenta conherramientas especiales que permiten realizar estimaciones yanálisis de variables hidrológicas, climáticas ygeomorfológicas. Las principales ventajas del HidroSig, esque permite manipular con facilidad mapas de elevacióndigital y por medio de ecuaciones construir nuevos mapas conbase al original, mapas que describan variablesmacroclimáticas. Permite realizar cálculos y estimativos devariables hidrológicas y con estos resultados determinar conmayor precisión el comportamiento hidrológico de una cuencacuando hay períodos de invierno o sequía.
El HidroSig se alimenta de la información proveniente devarias estaciones hidrometeorológicas de la zona, cuyascaracterísticas se detallan en las tablas 4, 5 y 6 Estacionesprecipitación y caudal.
En general las microcuencas pequeñas no cuentan coninstrumentación directa, por lo que se hace necesario acudira métodos indirectos para estimar los caudales de diseño de
las diferentes estructuras, en este caso se trata de ajustaruna distribución de probabilidad a los caudales en una cuencacon información que tenga características topográficas,geomorfológicas y climáticas similares a las cuencas deinterés sin información. La distribución de probabilidadespara la cuenca con información es trasladada a la cuenca sininformación usando rendimientos (caudal por unidad de área).Esta distribución de probabilidades trasladada, es entoncesutilizada para definir los caudales asociados a ciertosperíodos de retorno.
Una forma práctica de calcular la producción de agua por cadaunidad de área de la cuenca hidrográfica es dividir el caudalasociado a cada período de retorno por el área total de lacuenca.
El cálculo de caudales para diferentes períodos de retorno,(Ven Te Chow, 1994),16 está definido en función de ladesviación estándar y un factor estadístico llamado factor defrecuencia, el cual depende de las distribuciones deprobabilidad.
Qtr=µ+Ktr∗σ
QTR : Caudal para un período de retorno Tr.μ : Media estimada de los caudales instantáneos.σ : Desviación estándar de los caudales instantáneos.KTr: Factor de frecuencia, depende de la distribución deprobabilidad y el período de retorno.
Con los resultados obtenidos para cada cuenca, se elige elfactor de frecuencia que tenga mejor ajuste respecto alcomportamiento general, observando la desviación estándar. Eneste trabajo se utilizó la distribución de probabilidad deLogNormal.
Una vez escogido el período de retorno, Tr, se halla laprobabilidad de excedencia,la cual se denomina riesgo17, mediante la expresión18:R = 1/Tr
La confiabilidad de un sistema se define como la probabilidadde que el sistema cumplirá sus funciones requeridas duranteun período especifico bajo unas condiciones establecidas, esdecir, es la probabilidad de no excedencia. La confiabilidadC es el complemento del riesgo19.
C =1− R =1−1/TrEn general, como criterio de decisión, se tiene que paraabastecer una población con las características de lacomunidad del Altiplano del oriente antioqueño, se le debeentregar un caudal en la fuente con una confiabilidad mínimadel 90%, que equivale a un período de retorno de 10 años.
Según El Atlas Hidrológico de CORNARE20 los mapas de lascaracterísticas medias del caudal mínimo se construyeronutilizando el mapa de precipitación obtenido con KrigingOrdinario y el de evaporación real obtenida mediante el campode evaporación potencial de Turc.
El mismo Atlas presenta la metodología para el cálculo delcaudal ecológico21, el cual utiliza la metodología propuestapor el Ministerio del Medio Ambiente, Vivienda y DesarrolloTerritorial de Colombia en el 2004, en su Resolución 0865 de2004, donde se define el caudal mínimo ecológico como elvalor correspondiente al 25% del caudal medio mensualmultianual más bajo de la corriente en estudio. Lailuatración 1, presenta la curva de regionalización decaudales ecológicos.
Q ecol = 0.1926Q medio
R2 = 0.9967
0510152025303540
0 50 100 150 200Q m edio (m 3/s)
Q ecol (m
3 /s)
Ilustración 1: Regionalización del caudal ecológico estimado a través de laResolución 0865 de 2004
Ante la ausencia de información específica en la parte altade la Cuenca Cocorná, se definió como caudal medio mínimo elasociado al período de retorno de 2.33, equivalente a 1,4712M3/s.
En la tabla 2.8.se presenta la aplicación de laregionalización del caudal ecológico
3.3. Oferta del recurso hídrico en la cuenca parte alta delRío Cocorná.
El día 28 de Junio de 2011 se realizó un aforo volumétricodel río Cocorná, en el punto de captación, dando comoresultado un caudal de 3m3l/s. en la fecha el fenómeno delniño está terminando su expresión por la aparición de lasprimeras lluvias. Ilustración 1.
Con los datos reportados obtenidos en el Atlas Hidrológico deCORNARE se procedió a calcular los parámetros estadísticos delos caudales mediante la distribución LogNormal22, que es laque mejor ajuste presenta para la zona; los resultados sepresentan en la tabla 7.
Tabla 7: PARÁMETROS ESTADISTICOS DE LOS CAUDALES
PARÁMETROS ESTADÍSTICOS DE LAS SERIESMÍNIMOS
UNIDAD COCORNÁ SAMANÁ NORTE PARTE ALTACOCORNÁ
Área Km2 32,3 1723.90 17,9Q medio M3/s 2,3815124211676 65.38 1,4712Desviación M3/s 0,26531130102686
218.98 0,25
Relación áreas a/A 0,16 1,00 0,09Fuente: Atlas Hidrológico de CORNARE 2009: Cálculos OriónAzul
μmin=1.6293×10−7 (P−E )1.707A0.816 (10)
σmin=1.8196×10−6 (P−E )1.116A1.005 (11)
De acuerdo a lo planteado en numerales anteriores loscaudales de diseño se presentan en la tabla 8.
Qtr=µ+Ktr∗σ
Tabla 8: CAUDALES MÍNIMOS DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO COCORNÁ
Tr Probabilidad de noexcedencia
k SAMANÁ NORTE Cocorná Parte altaCocorná
Caudal Caudal CaudalM3/s M3/s M3/s
2.33 57% -0,31952626 59,31539159 2,296738493 1,3913184355 80% -0,821087 49,79576874 2,163668761 1,2659282510 90% -1 44,49567169 2,08958153 1,19611664525 96% -1 39,53812947 2,02028269 1,1308170950 98% -2 36,65206123 1,979939881 1,092802493100 99% -2 34,23803242 1,946195459 1,061005485
3.4. Demanda del recurso hídrico en la parte alta del ríoCocorná.
De acuerdo al análisis hidrológico realizado, Tabla 8, laoferta de la parte alta del río Cocorná, presenta un caudalmínimo de 1500 l/s para un período de retorno de 10 años.
El acueducto el AGUAS DE SAN JOSÉ S.A.S. solicita unaconcesión de agua de 300 l/s para la parte alta del RíoCocorná.
La tabla 9 presenta el caudal ecológico para la fuente, elcaudal ecológico se calculó con el caudal mínimo asociado aun período de retorno de 10 años, según lo expresado en elnumeral
Tabla 9: CAUDALES MÍNIMOS PARTE ALTA DEL RÍO COCORNÁ
FUENTE CAUDAL ECOLÓGICO Y BALANCE HÍDRICOÁrea Relació
n áreaCaudalmínimoTr=10Años
Caudalecológico
CaudalDisponible
Caudalconcesionado
Relación O/D
Km2 a/A M3/s M3/s M3/s M3/s M3/sCocorná 32,3 0,16 2,0895815
30,208958153
1,880623377
0 ES ALTA
ParteAltaCocorná
17,9 0,09 1,196116645
0,1196116645
1,0765049805
0 ES ALTA
Tal como se observa en la tabla anterior la relación entre laoferta y la demanda en la parte alta del Cocorná es muysuperior al 100%.
4. CARACTERÍSTICA DE LOS SUELOS
Los suelos en la cuenca alta del Río Cocorná, son el productode un proceso evolutivo de la Geología, el clima y las demáscondiciones ambientales asociadas como la estructuraciónevolutiva del relieve y la evolución de las masas Boscosas.
En los estudios realizados por CORNARE-FAL Ltda. (1994) seestablecen tres unidades básicas del paisaje en la región,esto se define la unidad de geoforma regional que le dancaracterísticas a los suelos en esa escala en: suelos demontaña, colinas y planicies.
La superficie de la cuenca alta del río Cocorná fue cubiertapor mas de 6 capas de cenizas Volcánicas provenientes delnevado del Ruiz, que se depositaron en las rocas metamórficastipo anfibolita, esquistos variables, fillitas y Neises y queen esa combinación dieron origen a los suelos de la cuenca.En general estos suelos de la cuenca alta montañita,corresponden al paisaje de montaña y se han desarrollado ensu estructura y composición, a partir de depósitos de cenizasvolcánicas. Según el estudio de la FAL para CORNARE, estossuelos son moderadamente profundos en las zonas con cenizasvolcánicas y tienden a ser superficiales en las áreas másquebradas. El drenaje es en general bueno en las laderas eimperfecto en las depresiones; se presenta erosión porescurrimiento difuso, surcos y movimientos en masalocalizados. Desde el punto de vista químico, los suelos sonmuy ácidos y de fertilidad baja. Es decir, los procesos dedeforestación para otros procesos productivos son desastrososporque las condiciones del suelo no darían las rentabilidadesy mantener la cobertura del bosque es lo más rentable.
Los suelos son relativamente de montaña porque en la zona nohan logrado conformar unidades extensas de planicies ocolinas, son suelos en condiciones de relieve quebrado y portanto con condiciones de alta pendiente mayor del 40%. Aunqueno son suelos muy evolucionados, si presentan estabilidad ycontinuidad en ellos por las condiciones climáticas muyhúmedas y por mantener la cobertura boscosa natural, esto losmantiene estables con pocas pérdidas de los mismos.
MAPA 3: LOS CAMBIOS EN LAS ESTRUCTURAS DEL SUELO Y EL TAMAÑO DE LOS PREDIOS
4.1. Uso Actual del Suelo
La cuenca alta del río Cocorná constituye una zonacaracterizada por Bosques en más de un 80 %. El 20 % sedistribuye en 8 % en cultivos transitorios y 12 % en pastosnaturales. Lo anterior evidencia un suelo en la cuencabastante protegido por coberturas naturales y por tanto unaestabilidad del suelo desde el punto de vista natural, dondela regulación hídrica sigue siendo estable.
MAPA 4: LOS USOS DEL SUELO DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO COCORNÁ
cultivos permanentes, como se observa en la tabla 10 UsoActual de Suelo.Tabla 10, Usos Actuales del Suelo
Tabla 10: DISTRIBUCIÓN DE LOS USOS ACTUALES DEL SUELO
USOS ACTUALES DEL SUELODescripción Área (ha) Porcentaje(%)Agropecuario 358 20Aptitud forestal 537 30Protección 895 50
4.2. Uso Potencial del Suelo
La agrupación de los suelos, de acuerdo a su capacidad ymanejo, permite señalar y determinar los suelos con vocaciónagrícola, ganadera, para cobertura vegetal y paraconservación y/o recuperación; evaluación que constituye la
base fundamental para definir la aptitud potencial de lastierras.
La microcuenca parte alta del río Cocorná, está constiuidapor suelos con pendientes altas y precipitaciones promedioanual por encima de los 4000 mm al año. Estos factores loshace muy suceptibles a los procesos de erosión hídrica. Masdel 50 % del suelo presentan condiciones de pendientes mayoredel 40%, convirtiendoel área en suelos potenciales para laprotección y el 35 % de los suelos son de pendientes entre el25 % y el 40 %, convirtiendo esta zona en suelos de aptitudforestal, el resto del suelo que corresponde a pendientesmenores del 25 % y que en área es menor del 15 % sonpotenciales al desarrollo agropecuario. Esto plantea lanecesidad de que estos suelos sean destinadaos para laprestación de servicos ambientales como la producción de aguapotable para la población del oriente Antioqueño.
MAPA 5: USO POTENCIAL DEL SUELO
Tabla 11: USO POTENCIAL DEL SUELO
USOS POTENCIALES DEL SUELODescripción Área (ha) Porcentaje(%)Agropecuario 268,5 15Aptitud forestal 626,5 35Protección 895 50
4.3. Conflictos de usos del Suelo
La cuenca alta del río Cocorná, es una zona que presentaconflicto del suelo, bajo representado en 90 ha, equivalentesal 5% del área total de la cuenca. Esta situación se debeenfrentar mediante un programa de compra de tierras yreforestación con especies nativas; adicionalmente con elaislamiento de los cuerpos de aguas.
Tabla 12: ZONAS DE CONFLICTOS DE USOS DEL SUELO
CONFLICTOS DE USOS DEL SUELODescripción Área (ha) Porcentaje(%)Agropecuario 53,7 3Aptitud forestal 17,9 1Protección 17,9 1
4.4. Zonificación del PBOT del Carmen de Viboral
La cuenca Cocorná parte alta se caracteriza por ser una zonareglamentada como zona Aptitud forestal y protecciónambiental.
Tabla 13: ÁREAS PBOT
ZONIFICACIÓN AMBIENTAL Y DEL PBOTDescripción Área (ha) Porcentaje(%)Agropecuario 89,5 5Aptitud forestal 716 40Protección 984,5 55
4.5. Análisis Predial de la cuenca.
En la tabla 14, se describe la distribución del número depredios por rango de áreas.
Tabla 14: DISTRIBUCIÓN DEL TAMAÑO DE PREDIOS
ESTRUCTURA DE LA PROPIEDAD DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO COCORNÁRangos (ha) Nro DE PREDIOS PORCENTAJE (% EN
ÁREA)0.00-1.00 30 0.5%1.00-3.00 45 1.5%3.00-5.00 20 2%5.00-10.00 22 10%Más de 10.00 25 86%
Fuente: Cálculo por los autores a partir del PBOT del Carmende Viboral.
Los predios mayores de tres Hectáreas ocupan más del 90% dela cuenca alta del río Cocorná. De acuerdo a la informaciónde la tabla 14 se observa que en la cenca alta del ríoCocorná hay 67 predios mayores de tres hectáreas. Esto indicaque la estructura predial es todavía beneficiosa para laprotección de la cuenca alta del río Cocorná, existe unatendencia a la subdivisión en la parte alta en límites con elmunicipio de la Unión.
5. ANÁLISIS DE LA DEMANDA NUEVA DEL SERVICIO DE AGUA EN ELMUNICIPIO DE RIONEGRO.
Población a abastecer; Caudal de Diseño; Calidad del agua cruda;Posible o actual Localización de la Planta, Documento con laAlternativa de tratamiento requerida de acuerdo a la Resolución1096 de 2000 – RAS y Planos o Esquema de Alternativa deTratamiento.
1. POBLACIÓN A ABASTECER 2011: 72000 personas, que equivalen a21000 usuarios.
CRECIMIENTO DE USUARIOS AÑO: 6.5%
PROYECCIÓN DE CRECIMIENTO DE USUARIOS AL AÑO 2020
AÑO 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
USUARIOS 21000 22365 23819 25367 27016 28772 30642 32634 34755 37014
2. CAUDAL DE DISEÑO288: L/SEGUNDO3. PLANTA DE TRATAMIENTO :
El siguiente es la presentación de los parámetros para eltratamiento del agua potable propuesta para Rionegro:
CUADRO DE ESPECIFICACIONES PTAP
PARAMETRO ESPECIFICACIONES
Oxidación y/o precloración
N/A
Floculador,sedimentador
Floculador: Mezclador estático en PVC RDE 21 con bridas enpvc y mezclador en acero inox 316 calibre 18. Sedimentador:tanque en acero al carbón ASTM a A 36 con sistema internocon difusor y flauta, lecho filtrantes profundo multimediacon granulometrías que van desde 0.45 mm a 0.55mm concoeficiente de uniformidad de 1.37 en arenas finas, 0.8 mma 1.0 mm con coeficiente de uniformidad de 1.55 en arenasgruesas y antracita con tamaño efectivo de 1.5 ycoeficiente de uniformidad de 1.4.
Filtración Tanque en acero al carbón ASTM a A 36 con sistema internocon difusor y flauta, lecho filtrantes profundo multimediacon granulometrías que van desde 0.45 mm a 0.55mm concoeficiente de uniformidad de 1.37 en arenas finas antracita
con tamaño efectivo de 1.5 y coeficiente de uniformidad de1.4.
Cloración Dosificador automático de cloro gaseoso
Recoloración
Método de trabajo Filtro a presión, filiación descendente en medio porosos delechos filtrantes multimedia y retro lavado ascendente apresión con agua filtrada
Tipo de macromedidor
Macro
Tipo de bypass si
Tipo de válvula decontrol de cierre
Válvula mariposa en con cuerpo en hierro disco en inox 308con cierre en por medio de moto reductor, señal digital pormedio de procesador electrónico.
La siguiente es una imagen de una de estas plantas estándar perocon adaptación de los parámetros de acuerdo a las condicionesespecíficas de la fuente y calidad del agua cruda.
PLANTA DE POTABILIZACIÓN COMPACTAS MODULARES A PRESION HASTA 100 L/S.
Las plantas de potabilización compactas modulares realiza todoslos pasos del tratamiento del agua de una planta convencionalsegún los requerimientos del agua a tratar. Son filtros a presiónde flujo descendente y con retrolavado en sentido ascendente.Las plantas se pueden fabricar automáticas, consiste en manejarlos retro-lavados automáticamente sin presencia del operador, omanuales, la cual requiere un operador constantemente pararealizar dichos retrolavados.
Las plantas se cierran automáticamente cuando se llena el tanquede almacenamiento.
Los materiales utilizados son de primera calidad. Manejan turbiedades altas o bajas ajustando la frecuencia de
retrolavado. Retrolavados con agua filtrada. Los lavados automáticos se
pueden programar dependiendo del régimen de lluvias sinnecesidad de constantes visitas del operador.
Son de fácil y sencilla operación. Requieren poca área de instalación, incluso se pueden montar
sobre el tanque de almacenamiento previo análisis estructural, Menores costos de operación y de mantenimiento.
Los lechos filtrantes se pueden adaptar a las necesidades delagua a tratar, teniéndose carbón activado, suavizadores, zeolitade manganeso, diferentes granulometrías de las arenas, resinas,etc.
El rápido montaje y traslado a sitios remotos Modulares Expandible, que permite expandir su capacidad a medida que crece
la población se garantiza un agua potable dentro de los parámetros del
Ministerio de Salud Publica
CONPONENTES DE LA PLANTA
*Macro medición para aguas crudas
*Dosificación de químicos para la eliminación de hierro y lodos(floculación)
*mesclador estático para homogenicen de químicos
*válvulas para apertura o cierre a la planta
*tanques de filtración
*válvulas de entrada y salida de los tanques para proceso defiltrado y retro lavado para la limpieza de estos
*válvulas para presurización de la tanque para retrolavado
*dosificadores de cloro
*mesclador estático para homogenicen del cloro.
*macro medidor de salida
VENTAJAS.
Los materiales utilizados de son de primera calidad. Manejan turbiedades altas o bajas ajustando la frecuencia de
retro lavado. Retro lavados con agua filtrada. Los lavados automáticos se
pueden programar dependiendo del régimen de lluvias sinnecesidad de constantes visitas del operador.
Son de fácil y sencilla operación. Requieren poca área de instalación, incluso se pueden montar
sobre el tanque de almacenamiento previo análisisestructural,
Menores costos de operación y de mantenimiento. Los lechos filtrantes se pueden adaptar a las necesidades del
agua a tratar, teniéndose carbón activado, suavizadores,zeolita de manganeso, diferentes granulometrías de lasarenas, resinas, etc.
El rápido montaje y traslado a sitios remotos Modulares Expandible, que permite expandir su capacidad a medida que
crece la población Se garantiza un agua potable dentro de los parámetros del
Ministerio de Salud Publica
MEMORIA DE CÁLCULO PARA PLANTA DE TRATAMIENTODE AGUA POTABLE
1 Cálculo de dotación
1.1 Datos suministrados
Los datos suministrados por AGUAS DE SAN JOSÉ S.A.S. son:
- Caudal de diseño = 100,00 Litros por segundo 1.2 Caudal de diseño planta
Según RAS 2.000 si se posee un tanque de almacenamiento el caudalde diseño es Caudal máximo diario 100 l/seg.
2 Cálculo de diámetro de la planta:
Por la diferencia que hay entre el resultado de nosotros y losolicitado AGUAS DE SAN JOSÉ S.A.S., daremos los resultados conlos dos cálculos para conocer la diferencia entre los dos.
La velocidad de filtración para la etapa de clarificación laasumimos de 2,04 l/(seg*m2) que implica que por 1 m2 pasan 100 l/s.
Si
1 m2 2, 04 l/s
X2 100 /s
X1=100litro
seg∗1m2
2,04 litroseg
=29,41çm2
X1 = 29,41 m2
Como el diseño de nuestras plantas utilizamos 3 tanques para laetapa de clarificación estos resultados se deben dividir por 3.
XT2 = 9,804 m2
Por lo tanto para un tanque el área es de 0,65 m2. Como sabemosque la formula para hallar un área es
Área=Diametro2∗π
4⇒Diametro=√Área∗4π
=√9,804∗4π=3,53m
El diámetro de cada uno de los tanques es:
D2 = 3,53 m.
Para la etapa de filtración fina la tasa de filtración es de 3,40l/(seg*m2). En este orden de ideas el diámetro de los tanques de
filtración es idéntico a los de la etapa de clarificación perosolo utilizamos 2 tanques.
3 Cálculo de espesor de pared de los tanques:
Los esfuerzos a que son sometidas las paredes de un cilindro depared delgada, son
esfuerzoperimetral=pd2t
esfuerzolongitudinal=pd4t
Como se puede observa el esfuerzo perimetral es el que se tiene encuenta para el cálculo del espesor de pared.
La presión de diseño es 1,5 veces la presión de trabajo, como lamáxima presión es 30 m (aprox. 45,00 psig). Entonces la presiónde diseño es de 50, m (aprox. 75,00 psig)
Ahora bien si tenemos en cuenta que el esfuerzo de fluencia delacero ASTM A 36, material del cuerpo de los cilindros, es de 23kg/mm2, por la teoría de esfuerzo cortante máximo el esfuerzo dediseño es 0,5 veces el esfuerzo de fluencia. Es decir 11,5 kg/mm2.Por lo tanto el espesor de pared es:
t=pd
2∗0,5∗σ=
0,045 kgmm2∗3.533,09mm
2∗0,5∗11,5 kgmm2
=13,83mm
Los espesores son de e2 = 13,83 mm
Esto implica que si utilizamos una lámina de 5/8” (13,83 mm) deespesor tenemos que el esfuerzo de perimetral:
σ=
0,045 kgmm2
∗3.533,09mm
2∗9,80mm =8,11 kgmm2
El esfuerzo de trabajo es 8,11 Kg./mm2 .Como se puede observar esmuy seguro trabajar con esta lámina.
4 Cálculo de pesos.4.1 Peso de la lámina del tanque:VolumenLáminadelcilindro=perimetro∗altura∗t=11,10m∗1.2m∗0,00980=0,1632m
Los volúmenes de las laminas es Vl2 = 1,0304 m3.
Si tenemos en cuenta que la densidad de acero al carbón es de7.891 Kg./m3, por lo tanto el peso de la lámina es Pl2 = 1.030,43Kg.
Peso de la lámina de las tapas:
VolumenLáminaTapa=2∗área∗t=2∗π∗122,38m
2
4∗0,00980m=0,059990m3
Entonces el peso de las láminas Pt2 = 4.733,81 Kg.
Peso de patas, tornillos, flanches y difusores internos pesan Pa2
= 1.000,00 Kg.
El peso total de las partes metálicas es de 1.000,00 Kg. +4.733,81Kg + 1.030,43 Kg. = 6.764,24 Kg.
4.2 Peso de antracita
La altura de la antracita es de 180 mm por el diámetro del tanquede 9,80 m, y con la densidad de la antracita de 850 Kg. /m3 nos daun peso de 1500,00 Kg. para 4 l/s.
4.3 Peso de arenas:
Las arenas finas y gruesa tienen una altura de 360 mm, un diámetrode tanque de ,9.80 m, y con un peso especifico de 1.320 Kg. /m3
para un total de 4.658,82 Kg.
Las grava tienen una altura de 180 mm, un diámetro de tanque de9,80 m, y con un peso específico de 1.320 Kg. /m3 para un total de1.588,24 Kg.
4.4 Peso de agua:El agua ocupa espacios y se calcula el volumen de todo el tanqueel cual da 470,59 Kg. Según el caudal.
4.5 Peso total de tanque.Cada tanque, con sus elementos pesa 14.981,88 Kg.
4.6 Peso total de la planta.En promedio cada planta pesa aproximadamente:
Planta para un caudal de 100 l/s el peso es de 74.909,42 Kg.
5 Cálculos hidráulicos.
La presión de entrada a la planta es de 10 mca,
Velocidad del agua en la tubería de 3” es:
V=QA=
100l /sπ∗D24
=0,060 m
3
sπ∗0,070686m2
4
=3,40m /s
La velocidad para un caudal de 100 l/s es de 3,40 m/s
La velocidad en el tanque es de
V=QA=
4l /sπ∗D24
=0,060 m
3
sπ∗(9,80392 )2m2
4
=0,00612m /s
La velocidad para un caudal de 10 l/s es de 0,00612 m/s.
El número de Reynolds para la tubería es de:
Re=V∗dν
=3,40∗0,151∗10−6 =509.294,95(flujoturbulento)
Para un caudal de 100 l/s el reynolds es 509.294,63 (flujoturbulento)
Lo cual aprovechamos para inyectar los químicos, ya que laturbulencia nos da una buena mezcla.
Para los tanques tenemos que el Re = 21.622,50 para 100 l/s
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE 100 LTS / SEG
Parámetro Descrición y componentes del sistema
Material de lostanques ACERO AL CARBON ACTM A 36, 5 TANQUES
Oxidación y/oPrecloración NO
Coagulación DOSIFICADOR
Floculador,sedimentador DE FLUJO DESENDENTE 3 TANQUES
Filtración FLUJO DESENDENTE 2 TANQUE
Cloración DOSIFICADOR
Recloración NO
Método de trabajo FLOCULACION, SEDIMENTACION Y FILTRACIONFLUJO DESENDENTE RETROLABADO ACENDENTE
velosidaddefiltrcion 0,0061 M/s
Proceso deFloculación
Parámetro Unidad
Materialtanques
Unidad ACERO AL CARBON ACTM A 36
Diámetro (o Dequiv) delmódulo m
3,53
Altura m 1,20
Número deMódulos Un
3
Caudal dediseño l/s
100
Material Unidad ACERO AL CARBON ACTM A 36
filtracionfina
Parámetro Un Descripción / VALORES
Diámetro (o Dequiv) delmódulo m
3,53
Número deMódulos Un
2
Caudal de l/s
diseño 100
Material Un ACERO AL CARBON ACTM A 36
Parámetro Un Descripción / VALORES
Unidadesempleadas Un
5
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1. CONCLUSIONES
La cuenca alta del río Cocorná presentan una altasusceptibilidad a la erosión, por ser de régimen torrencialalto, las pendientes son muy altas, pero más del 80 %conservan las coberturas de bosques secundarios y derastrojos altos.
La densidad de drenaje y al coeficiente de compacidad lacuenca alta del río Cocorná es bien regulada por la presenciade coberturas de bosques. Esto genera alta capacidad dealmacenamiento.
La oferta de la Cuenca alta del río Cocorná presenta uncaudal mínimo de 1,2 M3/s, para un período de retorno de 10años.
La cuenca alta del río Cocorná, cuenta con la ofertanecesaria para abastecer la demanda actual y futura de losmunicipios del altiplano por 20 años de intenso crecimiento ypor sistemas de gravedad ahorrando gran cantidad de energía.
La cuenca alta del río Cocorná presenta un conflicto de usosdel suelo, en 161,1 ha, equivalentes al 9 % del área total dela cuenca.
6.2. RECOMENDACIONES
Enfrentar la situación de conflicto del uso del suelo de lacuenca mediante la compra de 1000 ha de tierra.
Realizar actividades para la protección de las especiesnativas y el aislamiento del los cuerpos de agua, en el áreade influencia de la zona de captación, con el fin derecuperar el uso potencial del suelo y garantizar la cantidady calidad del recurso hídrico.
Identificar y comprar los predios de las zonas deafloramiento de agua, para su recuperación y protección.
BIBLIOGRAFÍA
CORNARE - FAL. 1994. Levantamiento del mapa digital de uso ycobertura actual de la tierra, escala 1:10.000, de la cuencaalta del río Negro y de la zona de bosques húmedos,tropicales y premontanos. Informe técnico final.Fotogrametría Analítica Ltda. FAL LTDA. y CorporaciónAutónoma Regional Rionegro - Nare. Santafé de Bogotá D.C. 217p.
CORNARE - FAL. 1995. Uso potencial del suelo en la cuencaalta del río Negro -Nare, escala 1:10.000. FotogrametríaAnalítica Ltda. FAL LTDA. y Corporación Autónoma RegionalRionegro - Nare. Santafé de Bogotá D.C. 279 p. CORREAVELÁSQUEZ, Paula Lizet. Sistema de Información Geográficapara la gestión del recurso hídrico a nivel de cuenca. Tesis.Universidad Nacional de Colombia. Medellín. 2002. 139 p.
KLOHN, Wolf; STANESCU, Silviu. 1970. Notas técnicas sobrecaracterísticas morfométricas y fisiográficas de cuencas
hidrográficas y determinación de parámetros hidrológicos.Biblioteca Himat. Bogotá.
LINSLEY, Ray. 1975. Hidrología para ingenieros. EditorialMcGraw – Hill. Segunda edición. Bogotá.
TRAGSA; TRAGSATEC, 1994. Restauración hidrológico-forestal decuencas y control de la erosión. Ediciones Mundi – Prensa.Madrid.
Universidad Nacional de Colombia. Actualización del AtlasHidrológico de Cornare. HidroSig v4.0. 2009. 53 p.
Universidad Nacional de Colombia. Atlas hidrológico para elmanejo del recurso hídrico. Desarrollo inicial eimplementación en el Oriente Antioqueño área de jurisdicciónde Cornare. Medellín. 2005.
