DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE OXIGENACIÓN Y

DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE OXIGENACIÓN Y
DESOXIGENACIÓN PARA LA CURVA DE COMPORTAMIENTO DE OXÍGENO
DISUELTO EN EL RÍO FUCHA
JAVIER ANDRÉS ESCOBAR PINTOR 503687
NATALY MORENO DUEÑAS 503697
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2016
DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE OXIGENACIÓN Y
DESOXIGENACIÓN PARA LA CURVA DE COMPORTAMIENTO DE OXÍGENO
DISUELTO EN EL RÍO FUCHA
JAVIER ANDRÉS ESCOBAR PINTOR 503687
NATALY MORENO DUEÑAS 503697
Trabajo de Grado en la modalidad de Trabajo de Investigación para optar al
título de Ingeniero Civil
Director
FELIPE SANTAMARÍA ALZATE
Ingeniero Sanitario
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2016
3
Nota de aceptación
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
Firma. Presidente del jurado
_________________________________
Firma Jurado
_________________________________
Firma Jurado
Bogotá D.C., Mayo de 2016
4
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16
1
ANTECEDENTES ........................................................................................... 17
2
JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN ............................................................... 19
3
OBJETIVOS .................................................................................................... 20
4
3.1
OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 20
3.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS..................................................................... 20
MARCO REFERENCIAL ................................................................................. 21
4.1
DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA ............................................................. 21
4.2
FUENTES DE CONTAMINACIÓN HÍDRICA ............................................ 23
5
MARCO JURÍDICO ......................................................................................... 26
6
MARCO CONCEPTUAL.................................................................................. 28
6.1 COMPORTAMIENTO DE LAS SUSTANCIAS CONTAMINANTES EN EL
MEDIO ACUÁTICO ............................................................................................ 28
7
6.2
BALANCE DE OXíGENO ......................................................................... 29
6.3
COEFICIENTE DE DESOXIGENACIÓN CARBONÁCEA ........................ 30
6.4
COEFICIENTE DE OXIGENACIÓN.......................................................... 31
6.5
CURVA SAG............................................................................................. 32
METODOLOGÍA .............................................................................................. 34
7.1
SELECCIÓN DE ESTACIONES ............................................................... 35
7.2
PARÁMETROS HISTÓRICOS ................................................................. 35
7.3
TRABAJO DE CAMPO ............................................................................. 37
7.4
CURVAS HIDRÁULICAS .......................................................................... 37
7.5
APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS MATEMÁTICOS ................................ 40
7.6
APLICACIÓN DEL MODELO DE STREETER Y PHELPS ....................... 44
7.7
CALIBRACIÓN DEL PROGRAMA QUAL2K............................................. 51
8
RESULTADOS ................................................................................................ 62
9
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 66
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 68
ANEXOS ................................................................................................................ 70
5
LISTA DE IMÁGENES
pág.
Imagen 1. Cuenca del río Fucha ............................................................................ 22
Imagen 2. Índice de calidad de agua WQI en el río Fucha 2015 ........................... 25
Imagen 3. Ubicación de los puntos de monitoreo de la RCHB en el río Fucha ..... 36
6
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1.Puntos de vertimiento en el Tramo 1 del río Fucha .................................. 23
Tabla 2. Puntos de vertimiento en el Tramo 2 del río Fucha ................................. 23
Tabla 3. Puntos de vertimiento en el Tramo 3 del río Fucha ................................. 24
Tabla 4. Puntos de vertimiento en el Tramo 4 del río Fucha ................................. 24
Tabla 5. Normatividad Ambiental Vigente en relación con el Recurso Hídrico ...... 26
Tabla 6. Objetivos de calidad del río Fucha año 2020 ........................................... 27
Tabla 7. Parámetros para la selección de ecuación en la determinación de la
constante de oxigenación ...................................................................................... 32
Tabla 8. Puntos de monitoreo de la RCHB en el río Fucha ................................... 35
Tabla 9. Velocidades en el río Fucha (2006) ......................................................... 35
Tabla 10. Registro de velocidades tomadas en campo y velocidades promedio ... 37
Tabla 11. Registro de caudal, velocidad y área estaciones río Fucha (2006) ........ 37
Tabla 12. Registro de caudal y profundidad estaciones río Fucha (2009) ............. 38
Tabla 13. Registro de parámetros hidráulicos y de calidad del agua en las estaciones
del río Fucha (2006 – 2015) ................................................................................... 40
Tabla 14. Registro de parámetros hidráulicos y de calidad del agua en las estaciones
del río Fucha (2006 – 2015) (Continuación) .......................................................... 41
Tabla 15. Parámetros hidráulicos y de calidad del agua promedio en las estaciones
del río Fucha .......................................................................................................... 42
Tabla 16. Selección de método matemático para la determinación del coeficiente K2
............................................................................................................................... 43
Tabla 17. Coeficientes K1 y K2 de las estaciones por métodos matemáticos ....... 43
Tabla 18. Datos iniciales Tramo 1.......................................................................... 44
Tabla 19. Resultados de OD y DBO para el Tramo 1 ............................................ 45
Tabla 20. Datos iniciales Tramo 2.......................................................................... 45
Tabla 21. Resultados de OD y DBO para el Tramo 2 ............................................ 46
Tabla 22. Datos iniciales Tramo 3.......................................................................... 46
Tabla 23. Resultados de OD y DBO para el Tramo 3 ............................................ 47
7
Tabla 24. Datos iniciales Tramo 4.......................................................................... 47
Tabla 25. Resultados de OD y DBO para el Tramo 4 ............................................ 48
Tabla 26. Datos iniciales Tramo 5.......................................................................... 48
Tabla 27. Resultados de OD y DBO para el Tramo 5 ............................................ 49
Tabla 28. Datos iniciales Tramo 6.......................................................................... 49
Tabla 29. Resultados de OD y DBO para el Tramo 6 ............................................ 50
Tabla 30. Datos iniciales Tramo 7.......................................................................... 50
Tabla 31. Resultados de OD y DBO para el Tramo 7 ............................................ 51
Tabla 32. Resumen resultados para el perfil de OD y DBO5 del rio Fucha .......... 62
8
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1.Interrelación entre los componentes del Balance de Oxígeno Disuelto ... 29
Figura 2. Tasa de reaireación K2 en función de la velocidad y la profundidad ...... 32
Figura 3. Comportamiento del oxígeno disuelto en el río ....................................... 33
Figura 4. Curva de oxígeno disuelto (SAG) ........................................................... 33
Figura 5. Diseño Metodológico .............................................................................. 34
Figura 6. Curva hidráulica Caudal vs Área ............................................................ 38
Figura 7. Curva hidráulica Caudal vs Profundidad ................................................. 39
Figura 8. Perfil de OD medido del río Fucha .......................................................... 42
Figura 9. Perfil de DBO5 medido del río Fucha ..................................................... 43
Figura 10. Esquema para los datos del QUAL2K .................................................. 52
Figura 11. Curva característica Caudal vs Velocidad estación El Delirio ............... 53
Figura 12. Curva característica Caudal vs Profundidad estación El delirio ............ 53
Figura 13. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Carrera 7ª ............. 54
Figura 14. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Carrera 7ª ......... 54
Figura 15. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Ferrocarril ....... 54
Figura 16. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Ferrocarril ... 55
Figura 17. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Américas ........ 55
Figura 18. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Américas .... 55
Figura 19. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Boyacá ........... 56
Figura 20. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Boyacá ....... 56
Figura 21. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Visión Colombia ... 56
Figura 22. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Visión Colombia 57
Figura 23. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Zona Franca ......... 57
Figura 24. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Zona Franca ..... 57
Figura 25. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Fucha Alameda .... 58
Figura 26. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Fucha Alameda. 58
Figura 27. Datos de entrada para la estación inicial El Delirio ............................... 59
Figura 28. Datos de entrada para la estación final Fucha Alameda....................... 59
9
Figura 29. Datos demás estaciones consideradas para la calibración del modelo 60
Figura 30. Datos de entrada de caudal para la calibración del modelo ................. 60
Figura 31. Datos de entrada de temperatura para la calibración del modelo ......... 61
Figura 32. Datos de entrada de OD y DBO para la calibración del modelo ........... 61
Figura 33. Perfil de OD calculado del río Fucha .................................................... 63
Figura 34. Perfil de DBO5 calculado del río Fucha ................................................ 63
Figura 35. Constantes K1 y K2 del río Fucha calibradas con el modelo QUAL2K . 64
Figura 36. Curva de OD calibrada del rio Fucha con el modelo QUAL2K ............. 64
Figura 37. Curva de DBO5 calibrada del rio Fucha con el modelo QUAL2K ......... 65
10
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexo A. Cartera trabajo de campo en el río Fucha .............................................. 71
Anexo B. Registro fotográfico trabajo de campo en el río Fucha ........................... 73
11
ABREVIATURAS
SÍMBOLO
DESCRIPCIÓN
Av.
CAR
DAMA
DBO5
DQO
EAAB-ESP
Avenida
Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca
Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente
Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días)
Demanda Química de Oxígeno
Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá
Empresa de Servicios Públicos
Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos
Oxígeno Disuelto
Potencial de Hidrógeno
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales de Colombia
Red de Calidad Hídrica de Bogotá
Sustancias activas al azul de metileno
Secretaria Distrital de Ambiente
Sólidos Suspendidos Totales
Índice de Calidad del Agua
Zonas de Manejo y Preservación Ambiental
EPA
OD
pH
IDEAM
RCHB
SAAM
SDA
SST
WQI
ZMPA
12
GLOSARIO
AFLUENTE: agua, agua residual u otro líquido que ingrese a un reservorio o algún
proceso de tratamiento.
ALCANTARILLADO DE AGUAS COMBINADAS: sistema compuesto por todas las
instalaciones destinadas para la recolección y conducción, tanto de las aguas
residuales como de las aguas lluvias.
ALCANTARILLADO DE AGUAS LLUVIAS: sistema compuesto por todas las
instalaciones destinadas para la recolección y conducción de aguas lluvias.
ALCANTARILLADO DE AGUAS RESIDUALES: sistema compuesto por todas las
instalaciones destinadas para la recolección y conducción de las aguas residuales
servidas domésticas y/o industriales.
CALIDAD DEL AGUA: es el conjunto de características organolépticas, físicas,
químicas y microbiológicas propias del agua.
CANAL: conducto o cauce artificial, descubierto, con revestimiento o sin él, que se
construye para conducir las aguas lluvias a flujo libre hasta su entrega final en un
cauce natural.
CARGA CONTAMINANTE: es el resultado de multiplicar el caudal promedio por la
concentración de la sustancia contaminante.
CONCENTRACIÓN: es el peso de un elemento, sustancia o compuesto, por unidad
de volumen del líquido que lo contiene.
CONEXIÓN ERRADA: contribución adicional de caudal debido al aporte de aguas
pluviales en la red de aguas sanitarias y viceversa.
CONTAMINACIÓN DEL AGUA: es la alteración de las características
organolépticas, físicas, químicas, radiactivas y microbiológicas del agua, como
resultado de las actividades humanas o procesos naturales, que producen o pueden
producir rechazo, enfermedad o muerte al consumidor.
CUENCA: área de aguas superficiales o subterráneas que vierten a una red natural
con uno o varios cauces naturales, de caudal continuo o intermitente, que confluyen
en un curso mayor que, a su vez, puede desembocar en un rio principal, en un
deposito natural de aguas, en un pantano o directamente en el mar.
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO): cantidad de oxigeno usado en la
estabilización de la materia orgánica carbonácea y nitrogenada por acción de los
microorganismos en condiciones de tiempo y temperatura especificados
13
(generalmente cinco (5) días y 20 °C). Mide indirectamente el contenido de materia
orgánica biodegradable.
MOLINETE: aparato mecánico que permite medir la velocidad angular de una
corriente gracias al número de revoluciones que da una rueda de aspas o copas en
un tiempo determinado.
OXÍGENO DISUELTO (OD): concentración de oxigeno medida en un líquido, por
debajo de saturación. Normalmente se expresa en mg/l.
pH: logaritmo, con signo negativo de la concentración de iones de hidrogeno en
moles por litro.
PUNTO DE DESCARGA: sitio o lugar donde se realiza un vertimiento, en el cual se
deben llevar a cabo los muestreos.
SEDIMENTACIÓN: proceso físico de clarificación de aguas residuales por efecto
de la gravedad. Junto con los sólidos sedimentables precipita materia orgánica del
tipo putrescible.
VERTIMIENTO: cualquier descarga final al recurso hídrico de un elemento,
sustancia o compuesto que este contenido en un líquido residual de cualquier
origen, ya sea agrícola, minero, industrial, de servicios, aguas negras o servidas, a
un cuerpo de agua, a un canal, al suelo o al subsuelo.
14
RESUMEN
El río Fucha es uno de los cuerpos hídricos más importantes de la ciudad de Bogotá,
nace en los cerros orientales y desemboca en el río Bogotá a la altura de la localidad
de Fontibón. En su recorrido no solo recibe las aguas de quebradas en la cuenca
alta, sino de afluentes provenientes de la red de alcantarillado de diez localidades
de la capital, principales fuentes de contaminación de la corriente. En el presente
trabajo de investigación se determinan los coeficientes de desoxigenación (K1) y
oxigenación (K2) del río en mención a partir de la calibración del modelo QUAL2K.
En primera instancia se hallan los valores de las constantes, aplicando las
ecuaciones matemáticas respectivas, con los datos reportados y documentados de
calidad del sistema hídrico de la ciudad de Bogotá, tomados en campo, por la
Secretaria Distrital de Ambiente en convenio con otras entidades durante la última
década. A partir de los datos obtenidos se aplica el modelo de Streeter y Phelps
para generar la curva SAG y demás curvas de características hidráulicas en función
del caudal necesarias para calibrar el modelo estadounidense. Se puede constatar
que las constantes resultantes de la calibración son acordes a las curvas de OD y
DBO5 de datos medidos y coherentes con lo que dictaminan los parámetros
científicos respecto al tema. Para la recuperación del río Fucha se hace necesario
que las entidades encargadas realicen el debido seguimiento y control de los
afluentes que entregan sus aguas al cuerpo hídrico de tal manera que se cumplan
los objetivos de calidad para los años 2015 a 2020 estipulados en la resolución 3162
del 30 de diciembre de 2015 emitida por Secretaria Distrital de Ambiente.
PALABRAS CLAVES: calibración de modelos, calidad del agua, curva SAG,
desoxigenación, oxigenación, río Fucha.
15
INTRODUCCIÓN
El río Fucha es uno de los cuerpos hídricos más importantes que atraviesan la
ciudad de Bogotá, nace en los cerros orientales, empieza su recorrido en la localidad
de San Cristóbal y desemboca en el río Bogotá a la altura de la localidad de
Fontibón. Hace parte de la gran red fluvial de la capital colombiana donde también
se encuentran los ríos Torca, Salitre y Tunjuelo. El río recibe las aguas de
quebradas en la parte alta y a lo largo de su cauce sus principales afluentes son
canales provenientes de la red de alcantarillado, de diez localidades de la ciudad,
el cual es de tres sistemas: pluvial, residual y combinado.
La contaminación presente en el río Fucha no solo se debe a las aguas que recibe
de la red de alcantarillado, sino a vertimientos provenientes de hogares y diferentes
sectores de la industria sin un tratamiento previo, conexiones erradas a la red de
aguas lluvias, una inadecuada disposición de los residuos y demás contaminación
en las zonas de ronda y en su cauce principal.
El presente trabajo de investigación orientado desde la Universidad Católica de
Colombia facultad de Ingeniería Civil, busca determinar los coeficientes de
desoxigenación carbonácea (K1) y oxigenación (K2) del río en mención, constantes
que rigen el comportamiento de la calidad de agua en cualquier tipo de recurso
hídrico.
La metodología empleada es de orden analítico, ya que este estudio se hace en
base de métodos matemáticos y con datos promedio tomados de estudios
realizados por parte de La Secretaria Distrital de Ambiente (SDA) y La Universidad
de los Andes acerca de la calidad del recurso hídrico de la ciudad de Bogotá, en el
período comprendido entre los años 2006 y 2015; debido a la imprecisión de dichos
métodos, se hace una verificación y una calibración de las constantes halladas en
el modelo QUAL2K, lo anterior con el fin de determinar el comportamiento de
Oxígeno disuelto (OD) presente en uno de los principales afluentes del Río Bogotá,
el río Fucha.
16
1
ANTECEDENTES
El sistema hídrico de Bogotá está conformado por los ríos Torca, Salitre, Fucha y
Tunjuelo. Estas corrientes nacen en los cerros orientales, atraviesan la ciudad de
oriente a occidente para luego desembocar en el río Bogotá, además son receptores
de las aguas provenientes del alcantarillado pluvial y residual de la ciudad. Debido
al crecimiento y desarrollo que ha tenido la capital en las últimas décadas se han
generado presiones ambientales que dichos ecosistemas no logran soportar.
La Secretaria Distrital de Ambiente (SDA) ha venido adelantando durante los últimos
quince años diferentes convenios y campañas con entidades públicas y/o privadas
para identificar los grados de contaminación de los cuerpos de agua en la ciudad de
Bogotá. En los diferentes proyectos de seguimiento de calidad, no solo se ha
logrado definir los objetivos de interés al respecto, sino que se estandarizaron las
metodologías, puntos de monitoreo, parámetros a medir, frecuencias, jornadas y
tipo de muestras de dichos estudios.
La Secretaria Distrital de Ambiente en el año 2002 dio marcha al Convenio 041 del
mismo año suscrito con el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales de Colombia (IDEAM), para el seguimiento a la calidad hídrica de
Bogotá, dicho convenio se ejecutó desde el año 2003 hasta el 2004 y se considera
el primer record histórico de calidad de los cuerpos hídricos que hacen parte de la
ciudad.
En el Convenio 017 de 2004 suscrito con la Empresa de Acueducto y Alcantarillado
de Bogotá (EAAB-ESP) se definió que el indicador más representativo para medir
la calidad de los ríos pertenecientes al casco urbano era el Índice de calidad CCMEWQI (Canadian Council Of Ministers of the Environment Water Quality Index) creado
por el Concejo Canadiense del Ministerio del Medio Ambiente de Canadá.
En el Convenio 005 de 2006 firmado entre estas dos entidades, lograron orientar el
programa de monitoreo aleatorio obtenido en el Convenio 017 de 2004,
anteriormente descrito, hacia el índice de calidad CCME-WQI de acuerdo con lo
estipulado en la Resolución 1813 de 2006 del Departamento Técnico Administrativo
del Medio Ambiente DAMA (actualmente SDA) y el acuerdo 43 de 2006 de la
Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca CAR; además en este se
implementa, por primera vez, el programa de funcionamiento de la Red de Calidad
Hídrica de Bogotá RCHB. “La Operación de la Red de Calidad Hídrica de Bogotá
permite la cuantificación y calificación de la calidad del agua de los principales ríos
de la ciudad: Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo, para lo cual se han consolidado los
resultados de las variables de las determinantes de la calidad del agua que
17
representan el estado físico, químico y biológico de los ríos”1. Actualmente está
conformada por 28 estaciones o puntos de monitoreo.
La Secretaria Distrital de Ambiente junto con la Universidad de los Andes ha
realizado unas campañas, desde el segundo semestre del año 2009 hasta el primer
semestre del año 2013, que continúan con los objetivos y parámetros definidos en
los anteriores convenios, para el seguimiento a la calidad del recurso hídrico
superficial bajo metodologías establecidas y de acuerdo a los puntos de monitoreo
definidos por la RCHB. En los documentos publicados por la entidad y la
universidad, reportan los resultados obtenidos para el índice de calidad del agua
(WQI), además de las variables como: oxígeno disuelto (OD), demanda bioquímica
de oxígeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos
totales (SST), coliformes fecales, sustancias activas al azul de metileno (SAAM),
grasas y aceites, nitrógeno fosforo, sulfuros, fenoles, metales, conductividad
eléctrica y pH.
1
SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Estado de Calidad de los Ríos Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo:
Índice de Calidad Hídrica – WQI 2014 - 2015. Informe Técnico N° 01608. Bogotá: SDA, 2015. p.10.
18
2
JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN
La degradación de la calidad de los recursos hídricos en Colombia es un tema que
cada vez va en aumentando, debido a esta situación se ha vuelto un objetivo
importante para las entidades encargadas, mejorar estas condiciones mediante
mecanismos de seguimiento, control y solución. Esta problemática limita los usos
posibles de las aguas naturales como aguas potables, incrementa los costos de
tratamientos de aguas contaminadas, disminuye el valor de las viviendas o
proyectos en su entorno, facilita los asentamientos ilegales, atenta contra la salud
de la población y crea en los habitantes una sensación de malestar y desacuerdo
por vivir en esas condiciones.
El mayor aporte de esta investigación es determinar de qué manera se comporta el
río en presencia de materia orgánica, de tal manera que cuando tenga descarga de
carga contaminante se pueda conocer la cantidad de oxigeno presente en el cuerpo
de agua. Lo anterior ayuda a precisar cuál es el grado máximo de contaminación
que soporta el río, de tal modo que cumpla con los estándares de calidad definidos
por la entidad encargada, en ese caso la Secretaria Distrital de Ambiente, para el
periodo comprendido entre los años 2015 y 2020.
El presente trabajo de investigación fue realizado en el primer periodo académico
del año 2016 por parte de los autores para optar al título de Ingeniero Civil de la
Universidad Católica de Colombia. El enfoque de dicha investigación es la
determinación de los coeficientes de oxigenación y desoxigenación por materia
orgánica en el río Fucha, a partir de los parámetros de calidad del agua: oxígeno
disuelto (OD) y demanda bioquímica de oxígeno (DBO), desde la estación El Delirio
ubicada en la cuenca alta del río hasta la estación de Fucha Alameda, metros antes
de la entrega de este, al río Bogotá.
19
3
3.1
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar los coeficientes de oxigenación y desoxigenación para el
comportamiento de oxígeno disuelto por contaminación de materia orgánica en el
río Fucha
3.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Calcular los coeficientes de oxigenación (k2) y desoxigenación carbonácea (k1)
a través de diferentes métodos analíticos con base en datos históricos.

Calibrar los resultados de los coeficientes mediante el modelo de calidad de
aguas superficiales QUAL2K.

Determinar la curva de comportamiento de oxígeno disuelto (OD) del río en
estudio.
20
4
4.1
MARCO REFERENCIAL
DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA
“La cuenca del río Fucha comprende un área de 12.991 Ha urbanas y 4.545 Ha en
la parte rural, correspondiente a los cerros orientales. Está localizada en el sector
centro-sur del Distrito Capital, y drena las aguas de oriente a occidente para
finalmente entregarlas al río Bogotá. Presenta pendientes pronunciadas que oscilan
entre 5.4% y 0.04%”2.
El cauce principal cuenta con una longitud total de 24.34 km y ya dentro del
perímetro urbano hasta su desembocadura tiene una longitud de 17.30 km. Debido
a su composición y longitud se divide en tres partes: cuenca alta, cuenca media y
cuenca baja. La primera corresponde a la parte montañosa, la segunda va desde la
entrada del río a la ciudad hasta la Av. Boyacá y la tercera va desde la Av. Boyacá
hasta su desembocadura en el río Bogotá.
El río Fucha atraviesa las localidades de San Cristóbal, Antonio Nariño, Puente
Aranda, Kennedy y Fontibón. Nace en la reserva ecológica los delirios e inicia su
trayecto en la zona suroriental de la ciudad de Bogotá. A partir de la carrera 7ª hasta
la carrera 86 se encuentra canalizado con una sección de forma trapezoidal en
concreto, donde se encuentra con su cauce natural para luego desembocar en el
Río Bogotá en el sector de Zona Franca perteneciente a la localidad de Fontibón.
Al llegar al Parque Metropolitano San Cristóbal recibe al canal San Blas, a la altura
de la carrera 39 y carrera 51 recibe a los canales Albina y Seco respectivamente y
finalmente en el cruce de la carrera 68 B bis con calle 3 desemboca el canal
Comuneros; también hacen parte de la cuenca las quebradas Finca, San José, La
Peña, Los Laches, San Cristóbal, San Francisco, Santa Isabel, Honda, entre otras;
de igual manera se incorporan los humedales de Techo, El Burro, La Vaca y
Capellanía.
“La red de alcantarillado de esta cuenca consta de tres sistemas (combinado, pluvial
y sanitario) con una longitud existente de 1.787 km. La red combinada está
localizada al oriente de la cuenca y drena, a través de los respectivos canales e
interceptores, hacia un área donde el sistema está separado: pluvial y sanitario”3.
2
ALCALDÍA MAYOR DE BOGOTÁ. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. EMPRESA DE ACUEDUCTO
Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ. Calidad del Sistema Hídrico de Bogotá. 1a ed. Bogotá: Pontificia
Universidad Javeriana, 2008. p.140.
3
Ibíd., p.140.
21
Imagen 1. Cuenca del río Fucha
Fuente. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Descripción y Contexto de la
Cuencas Hídricas del Distrito Capital (Torca, salitre, Fucha y Tunjuelo). Informe
Técnico N° 01575. Bogotá: SDA, 2015. p.15.
22
4.2
FUENTES DE CONTAMINACIÓN HÍDRICA
Los vertimientos pertenecientes a la red de alcantarillado público, que tienen como
entidad responsable a la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá EAABESP., descargan aguas residuales en el río Fucha las cuales se convierten en las
principales causas de la contaminación, aportando a su cauce cargas de materia
orgánica, sólidos suspendidos totales (SST), coliformes totales y coliformes fecales.
De acuerdo al último informe técnico realizado por parte de la Secretaria Distrital de
Ambiente (SDA) acerca de la Línea base-Usuarios, Cargas y Legalidad del año
2015, se identifican los puntos de vertimiento que aportan cargas significativas al
cuerpo hídrico.
“La Red de Calidad Hídrica de Bogotá cuenta con ocho puntos monitoreo de la
calidad y cantidad del agua, que están distribuidos en los cuatro tramos que
conforman el río Fucha”4. El Tramo1 va desde la entrada a la ciudad hasta la carrera
7ª, el Tramo 2 desde la carrera 7ª hasta la desembocadura del Canal Comuneros,
el Tramo 3 desde la desembocadura del Canal Comuneros hasta la Av. Boyacá y el
Tramo 4 a partir de la Av. Boyacá hasta la desembocadura en el río Bogotá.
Tabla 1.Puntos de vertimiento en el Tramo 1 del río Fucha
N°
1
2
DIRECCIÓN
Canal San Blas en la Carera 4 con
Calle 13 Sur
Calle 11A Sur con Carrera 4 Este
CÓDIGO SDA CAUDAL (m3/año) DBO5 (kg/año)
RFU-T1-0310
11.355.829,78
1.623.471,44
RFU-T1-0300
1.485.408,67
163.793,78
Fuente. Adaptado de SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Línea baseUsuarios, Cargas y Legalidad: Proceso de establecimiento de Meta Global de Carga
Contaminante Quinquenio 2016-2020. Informe Técnico N° 01606. Bogotá: SDA,
2015. p.38.
Tabla 2. Puntos de vertimiento en el Tramo 2 del río Fucha
N°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
DIRECCIÓN
CÓDIGO SDA CAUDAL (m3/año) DBO5 (kg/año)
Calle 12B Sur con Carrera 24A
RFU-T2-0260
4.163.698,08
882.868,39
Diagonal 17 Sur con Carrera 35A
RFU-T2-0530
12.084,60
1.058,77
Diagonal 17 con Carrera 41C Sur
RFU-T2-0720
116.367,84
5.278,45
Av.Carrera 46 con Diagonal 17 Sur
RFU-T2-0790
9.990,60
917,76
Diagonal 17 Sur con Carrera 48A
RFU-T2-0840
11.378,19
2.677,79
Transversal 48A con Diagonal 17 Sur RFU-T2-0860
2.920,23
541,43
Av. del Ferrocarril con Diagonal 16
RFU-T2-0960
41.362,62
8.388,78
Diagonal 1C Sur con Transversal 53A RFU-T2-1020
3.878,93
473,17
Diagonal 1C Sur con Transversal 57
RFU-T2-1090
7.045,14
587,33
Diagonal 1C Sur con Transversal 58
RFU-T2-1100
86.175,27
9.042,70
Fuente. Adaptado de Ibíd., p.38-39.
4
SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE, Descripción y Contexto de la Cuencas Hídricas del Distrito Capital
(Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo), Op.cit., p.14.
23
Tabla 3. Puntos de vertimiento en el Tramo 3 del río Fucha
N°
DIRECCIÓN
1 Carrera 68B Bis con Calle 4
100 m. aprox. aguas abajo del Puente
2
de la Av. las Américas
3 Carrera 68G con Calle 10A
Costado oriental a 200 m. aprox.
4
aguas abajo del puente de las
Carrera 68G con Calle 9C (Red Local
5 Pluvial entre la Calle 10 y Calle 11 con
Carrera 68 G)
Carrera 68G No. 9C - 97 (Costado
6
norte del
7 Av. Calle 13 con carrera 68 D
CÓDIGO SDA CAUDAL (m3/año) DBO5 (kg/año)
RFU-T3-0080
87.575,47
5.810,87
RFU-T3-0130
162.031,97
5.989,65
RFU-T3-0140
28.647,30
288,61
RFU-T3-18
2.358,89
265,57
RFU-T3-0240
27.499,39
247,63
RFU-T3-0260
140.890,23
26.120,70
RFU-T3-0360
2.523.542,26
638.165,11
Fuente. Adaptado de Ibíd., p.40.
Tabla 4. Puntos de vertimiento en el Tramo 4 del río Fucha
N°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
DIRECCIÓN
CÓDIGO SDA CAUDAL (m3/año) DBO5 (kg/año)
Interceptor 30m aguas abajo con la
RFU-T4-0030
69.392.981,23 10.476.224,34
Av. Boyacá
Interceptor 100m aguas abajo con la
RFU-T4-0020
53.928.988,27 17.478.359,22
Av. Boyacá
Carrera 75 costado Sur
155.567,09
0,00
Interceptor del sur Calle 14B con
RFU-T4-0050
19.082.149,78
6.434.498,07
Transversal 73
Interceptor del Sur (Detrás de
RFU-T4-0051
22.514.748,77
8.409.838,11
Lafayette) Calle14B con Transversal
Calle 14B con Carrera 78B
RFU-T4-0070
617.601,02
76.983,21
Carrera 79 con Río Fucha
RFU-T4-0080
68.332,20
27.174,13
Carrera 79 A con Río Fucha
RFU-T4-0090
57.300,91
8.760,79
Calle 16 con Carrera 79
RFU-T4-0092
320.559,41
125.885,52
Carrera 79B con Calle 76D
RFU-T4-0110
580.230,86
390.919,34
Interceptor Kennedy, a 50m aguas
RFU-T4-0130
15.021.542,88
4.303.286,77
abajo del Fucha con carrera 78
Calle 17 con carrera 80 (Av. Agoberto
RFU-T4-0135
748.696,18
228.562,97
Mejía)
Carrera 93 Río Fucha EB Fontibón
RFU-T4-0260
18.264.389,76
7.565.960,91
Fuente. Adaptado de Ibíd., p.41-42.
24
En los resultados obtenidos para el Índice de Calidad Hídrica – WQI durante los
años 2014 y 2015 para el río Fucha en los tramos y puntos de monitoreo sobre este,
de acuerdo al estudio adelantado por la Secretaria Distrital de Ambiente (véase la
Imagen 2), se hace evidente que solo en los primeros kilómetros de su eje principal,
más exactamente hasta la carrera 7ª correspondiente al Tramo 1, la calidad del
agua es buena es decir que se encuentra dentro de los estándares permitidos por
norma; sin embargo en los Tramos 2, 3 y 4 el indicador predominante es pobre esto
refleja que la contaminación cargada sobre este y la falta de medidas de control
inciden de una manera significativa amenazando la calidad de este recurso hídrico.
Imagen 2. Índice de calidad de agua WQI en el río Fucha 2015
Fuente. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE, Estado de Calidad de los Ríos
Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo Índice de Calidad Hídrica – WQI 2014 – 2015, Op.
cit., p.41.
25
5
MARCO JURÍDICO
En la ciudad de Bogotá, la entidad encargada de proclamar, vigilar y establecer la
reglamentación ambiental es la Secretaria Distrital de Ambiente. Las normas
vigentes que amparan y regulan las acciones a tomar por parte de la entidad para
la protección y el uso adecuado del recurso hídrico, se relacionan a continuación:
Tabla 5. Normatividad Ambiental Vigente en relación con el Recurso Hídrico
NORMA
DESCRIPCIÓN
Es el reglamento sobre aguas no marítimas, de recursos
hidrobiológicos, de cuencas hidrográficas y de áreas de
Decreto 2811 de 1974
manejo especial.
Reglamenta las concesiones de aguas superficiales y
subterráneas ¿ exploraciones de materia de arrastre y
Decreto 1541 de 1978
ocupaciones de cauce.
Reglamento sobre los recursos hidrobiológicos.
Decreto 1681 de 1978.
Conocida como Código Sanitario Nacional.
Ley 09 de 1979
Potabilización del agua. Reglamenta su potabilización y su
Decreto 2105 de 1983
suministro para consumo humano.
Reglamenta los usos del agua y los vertimientos líquidos
Decreto 1594 de 1984
además del control sobre los residuos líquidos.
Sobre la potabilización del agua y su suministro para
Decreto 605 de 1996
consumo humano.
Establece las tasas retributivas por vertimiento líquidos
puntuales a cuerpos de agua. Reglamenta el vertimiento
Decreto 901 de 1997
para DBO y SST.
Establece el uso eficiente y ahorro del agua. Reglamenta el
Ley 373 de 1997
uso y ahorro del agua.
Por la cual se establece la norma técnica, para el control y
Resolución 3956 de 2009
manejo de los vertimientos realizados al recurso hídrico en
SDA
el Distrito Capital.
Por la cual se establece la norma técnica, para el control y
Resolución 3957 de 2009
manejo de los vertimientos realizados a la red de
SDA
alcantarillado público en el Distrito Capital.
Fuente. Adaptado de SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Marco Jurídico –
Normatividad Ambiental. {En línea}. {19 marzo de 2016}. Disponible en:
(http://ambientebogota.gov.co/web/escombros/marco-juridico).
26
En la resolución 3162 del 30 de diciembre de 2015, la Secretaria Distrital de
Ambiente establece las metas individuales de cargas contaminantes permitidas por
demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos totales, para los ríos Torca,
Salitre, Fucha y Tunjuelo, a lograr en el año 2020. Los objetivos de calidad para el
quinquenio referente al río Fucha son las siguientes:
Tabla 6. Objetivos de calidad del río Fucha año 2020
PARÁMETRO
TRAMO 1
TRAMO 2
TRAMO 3
TRAMO 4
OD (mg/l)
7
5
4
1
DBO5 (mg/l)
5
20
20
20
DQO (mg/l)
25
40
40
40
SST (mg/l)
10
15
50
50
Fuente. Adaptado de COLOMBIA. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE.
Resolución 3162. (30, diciembre, 2015). Por el cual se establecen los objetivos de
calidad para el año 2020 y la meta global de carga contaminante de los cuerpos de
agua del perímetro urbano de Bogotá D.C., y las metas individuales de la carga
contaminante 2016 – 2020, y se adoptan otras determinaciones. Bogotá: La
Secretaria, 2015. p.18.
“Esta concertación de metas también contempló la utilización de un nuevo
instrumento de rigor técnico con el que no se contaba, el Modelo Dinámico de
Calidad del Agua de Bogotá, desarrollado por la SDA y la Universidad de Los Andes,
el cual va será alimentado con los escenarios de saneamiento y disminución de
cargas propuestas, evaluará los escenarios y predecirá la calidad de los ríos en el
tiempo”5.
5
SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE. Plan Quinquenal 2016 – 2020. {En línea}. {19 marzo de 2016].
Disponible en: (http://www.ambientebogota.gov.co/web/sda/plan-quinquenal-2016-2020).
27
6
6.1
MARCO CONCEPTUAL
COMPORTAMIENTO DE LAS SUSTANCIAS CONTAMINANTES EN EL
MEDIO ACUÁTICO
Cuando una sustancia química o contaminante ingresa a un cuerpo de agua, se
generan algunos fenómenos, que alteran la concentración de dichas sustancias y
son de gran importancia para el estudio de calidad del agua. Dentro de los más
importantes se encuentran: la advección, la dispersión, la difusión, la reacción y los
sumideros.
La advección es el movimiento o transporte del contaminante de un sitio a otro
causado por la fuerza de la corriente o por el caudal del cuerpo hídrico donde se
encuentre. En este comportamiento la concentración de la sustancia cambia pero
su composición química se mantiene igual.
La difusión se basa en el desplazamiento de la masa de un lugar a otro con respecto
al movimiento de las moléculas del agua en el tiempo. Al igual que en la advección
el contaminante cambia su concentración pero no su estructura química. “Existen
dos tipos de fenómenos difusivos: la difusión molecular, a escala microscópica,
debida al movimiento browniano de las moléculas y la otra, la difusión turbulenta,
ocasionada por acciones externas que producen mezcla en el agua como por
ejemplo el viento” 6.
La dispersión ocurre cuando la sustancia se esparce en el agua debido a las
diferentes velocidades que se presenten en dos puntos del mismo cuerpo de agua.
En los ríos, canales y estuarios predomina este movimiento debido al cambio
significativo de velocidades que se evidencia en estos sistemas hídricos. En este
comportamiento la sustancia cambia su concentración más no su composición
química.
Las reacciones obedecen a los cambios químicos, físicos y biológicos que sufre el
contaminante al reaccionar químicamente en el agua, transformándose en otro
compuesto. A diferencia de los anteriores mecanismos, en este los contaminantes
cambian su composición química.
Los sumideros hacen referencia a “los aumentos y/o disminuciones en la
concentración de una sustancia debido al material que está entrando o saliendo del
sistema. En general, los sumideros corresponden a los aportes de contaminantes
ocasionados por las cargas contaminantes puntuales y las distribuidas” 7.
6
SIERRA RAMÍREZ, Carlos Alberto. Calidad del agua Evaluación y diagnóstico. 1a ed. Medellín: Universidad
de Medellín. Ediciones de la U, 2011. p.255.
7
Ibíd., p.258.
28
6.2
BALANCE DE OXÍGENO
Las concentraciones de oxígeno disuelto OD en aguas naturales dependen de las
características fisicoquímicas y la actividad bioquímica de los organismos en los
cuerpos de agua. El análisis del OD es fundamental en el control de la
contaminación en las aguas naturales y en los procesos de tratamiento de las aguas
residuales industriales o domésticas.
“El oxígeno disuelto, dada su importancia en la salud del agua, se ha constituido en
el parámetro más importante en el diagnóstico sobre el estado de la contaminación
de un ecosistema acuático. El problema del OD puede entonces resumirse como la
descarga de desechos orgánicos e inorgánicos en un cuerpo de agua que ocasiona
el descenso de las concentraciones de OD lo cual interfiere con los usos benéficos
del agua” 8.
En el balance de oxígeno disuelto se ven involucrados diferentes componentes,
clasificados en aportantes y consumidores de OD. Los aportantes más importantes
son: reaireación, fotosíntesis de las algas y el OD aportado por tributarios. Por otro
lado los principales fenómenos consumidores de OD son: oxidación de la materia
orgánica y nitrogenácea, oxígeno demandado por el material depositado en el fondo
(SOD) y el consumido por las plantas acuáticas.
Figura 1.Interrelación entre los componentes del Balance de Oxígeno Disuelto
Fuente. Ibíd., p.261.
8
Ibíd., p.259.
29
6.3
COEFICIENTE DE DESOXIGENACIÓN CARBONÁCEA
El coeficiente de desoxigenación carbonácea es la tasa con la que se consume el
oxígeno por parte de los microorganismos para degradar la materia orgánica, es
decir la demanda bioquímica de oxígeno carbonácea. La constante de
desoxigenación se puede calcular mediante la siguiente ecuación:
𝑑𝐿
=𝑘∗𝐿
𝑑𝑡
Donde:
dL/dt= Tasa de oxidación de la materia orgánica
L= Materia orgánica remanente en el tiempo (mg/l)
K1= coeficiente de desoxigenación carbonácea (d−1 )
Esta constante determina de qué manera se comporta la DBO en el tiempo, en ella
interfieren diversos factores, entre ellos la temperatura, la geometría, la
concentración de OD y la materia orgánica. Entre los métodos matemáticos más
importantes para el cálculo de la constante están el logarítmico, los momentos de
Moore, Thomas, entre otros.
Para el caso en estudio, el río Fucha, se toma la constante de desoxigenación (K1)
como la tasa de remoción efectiva de DBO (KR).
𝑘𝑅 = 𝑘1 + 𝑘𝑠
Donde:
KR= Constante de remoción de DBO
K1= Constante de desoxigenación
KS= Constante de sedimentación
Debido a que no se contempla el efecto de la sedimentación así como el consumo
de OD ejercido por la demanda de la materia orgánica nitrogenada, se obtiene la
siguiente equivalencia:
𝑘1 = 𝑘𝑅
El cálculo del coeficiente (K1) se obtiene por medio de la siguiente ecuación con
base en los datos históricos de velocidad, caudal, distancia y DBO para las
estaciones del río Fucha.
30
𝑄1 𝐿1
𝑄2 𝐿2
𝑘1 = 𝑉
𝑋2 − 𝑋1
ln
Donde:
K1= Constante de desoxigenación (d−1)
V = Velocidad media del río (m/s)
Q1= Caudal estación aguas arriba (m3/s)
Q2= Caudal estación aguas abajo (m3/s)
L1= Concentración de DBO estación aguas arriba (mg/l)
L2= Concentración de DBO estación aguas abajo (mg/l)
X1= Distancia estación aguas abajo (m)
X2= Distancia estación aguas arriba (m)
6.4
COEFICIENTE DE OXIGENACIÓN
El coeficiente de oxigenación (K2), conocido también como constante de
reaireación, representa la capacidad o velocidad con la que se oxigena un cuerpo
de agua por introducción de oxígeno ya sea por el contacto directo con la atmosfera
o por fotosíntesis de las plantas acuáticas. Esta constante depende de diversos
factores como turbulencia, condiciones de mezcla internas en el río, temperatura,
velocidad del viento y la presencia de caídas, resaltos, etc.
Para el cálculo del coeficiente de oxigenación en ríos se aplican las siguientes
formulas:
O´Connor y Dobbins: 𝑘2 = 3.93
Churchill: 𝑘2 = 5.026
𝑈 0.5
𝐻 1.5
𝑈
𝐻 1.67
Owens y Gibbs: 𝑘2 = 5.32
𝑈 0.67
𝐻 1.85
Donde:
K2= Coeficiente de oxigenación (d−1 )
U= Velocidad de la corriente (m/s)
H= Altura de lámina de agua (m)
31
Tabla 7. Parámetros para la selección de ecuación en la determinación de la
constante de oxigenación
Parámetro
Profundidad (m)
Velocidad (m/s)
O´Connor y Dobbins
0,3 - 9,14
0,15 - 0,49
Churchill
0,61 - 3,35
0,55 - 1,52
Owens y Gibbs
0,12 - 0,73
0,03 - 0,55
Fuente. Ibíd., p.299.
Figura 2. Tasa de reaireación K2 en función de la velocidad y la profundidad
Fuente. Ibíd., p.300.
6.5
CURVA SAG
La curva SAG, también conocida como curva de oxígeno disuelto, representa el
comportamiento de OD en una corriente de agua. Cuando un río está en
condiciones óptimas y no ha sufrido ningún tipo de contaminación la concentración
de OD se encuentra en un grado de saturación alto. Inmediatamente después de la
descarga de un vertimiento de aguas residuales en él, se generan fenómenos como
la turbiedad por la presencia de solidos que impide el paso suficiente de luz para el
proceso de fotosíntesis de las algas y disminución de oxigeno debido a las grandes
cantidades que consumen los microorganismos heterotróficos.
Esta baja de OD es compensada con el oxígeno presente en la atmosfera al hacer
contacto con el agua. “En un principio la demanda de oxígeno en la columna de
agua y en los sedimentos consume el aporte generado por esta reaireación. Como
consecuencia, existe un punto en el cual se presenta un balance entre consumo y
el aporte de oxígeno por reaireación. Dicho punto se conoce como el “punto crítico”
32
y a partir de él, la reaireación es mayor que el consumo y el nivel de oxígeno
empieza a incrementarse” 9 (véase las Figuras 3 y 4).
Figura 3. Comportamiento del oxígeno disuelto en el río
Fuente. Ibíd., p.321.
Figura 4. Curva de oxígeno disuelto (SAG)
Fuente. Ibíd., p.321.
9
Ibíd., p.320.
33
7
METODOLOGÍA
La metodología empleada para determinar los coeficientes de oxigenación y
desoxigenación del caso en estudio, el río Fucha, es de orden analítico. En primera
instancia se hallan los valores de las constantes, aplicando las ecuaciones
matemáticas respectivas, con los datos reportados y documentados de calidad del
sistema hídrico de la ciudad de Bogotá por la Secretaria Distrital de Ambiente en
convenio con otras entidades durante los últimos años. Debido a la insuficiencia de
datos fue necesario el uso de curvas hidráulicas a partir de los datos conocidos y
realizar un trabajo de campo que consistió en la toma de velocidades del cauce en
los puntos de monitoreo de la RCHB (véase los Anexos A y B).
Para la verificación de resultados se emplea el modelo de Streeter y Phelps, donde,
a partir de datos medidos de oxígeno disuelto y demanda bioquímica de oxígeno,
se generan unos valores calculados los cuales son usados para calibrar el programa
QUAL2K, de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). De
esta manera y a partir de un proceso iterativo se llega a los valores definitivos de
las constantes K1 y K2, teniendo en cuenta que este caso es de régimen
permanente y estacionario (véase la Figuras 5).
Figura 5. Diseño Metodológico
Fuente. Los Autores
34
7.1
SELECCIÓN DE ESTACIONES
Se seleccionan las estaciones o puntos de monitoreo dados por la RCHB para el río
Fucha, las cuales se relacionan en la Tabla 8 y se localizan espacialmente en la
Imagen 3.
Tabla 8. Puntos de monitoreo de la RCHB en el río Fucha
ESTACIÓN
TRAMO
El Delirio
Carrera 7a
Av. Ferrocarril
Av. Américas
Av. Boyacá
Visión Colombia
Zona Franca
Fucha Alameda
1
2
2
3
3
4
4
4
COORDENADAS GEOGRÁFICAS
LATIDUD
LONGITUD
4°33'13.32"
74° 3'38.10"
4°34'37.45
74° 5'16.55"
4°36'43.96"
74° 7'19.80"
4°37'46.60"
74° 7'34.10"
4°38'27.51"
74° 7'25.70"
4°38'39.92"
74° 7'31.03"
4°39'42.14"
74° 8'38.35"
4°39'50.38"
74° 9'12.58"
COTA
(m.s.n.m.)
2912
2597
2555
2550
2547
2545
2542
2541
ABSCISA
K00+000
K04+431
K10+206
K12+304
K14+435
K14+994
K16+918
K17+933
Fuente. Los Autores
7.2
PARÁMETROS HISTÓRICOS
Para el cálculo de los coeficientes se utilizan los resultados promedio de DBO5, OD
y caudales reportados en los estudios de calidad del recurso hídrico de Bogotá
realizados por la Secretaria Distrital de Ambiente desde el año 2006 hasta el 2015
(véase las Tablas 13 y 14).
Las velocidades para el año 2006 se toman de la sexta campaña hecha por el
IDEAM y el DAMA, ahora SDA, para el seguimiento de los principales efluentes
industriales y corrientes superficiales de Bogotá, las cuales se indican en la tabla 9.
Tabla 9. Velocidades en el río Fucha (2006)
ZONA
LECHO
Zona alta
Libre
Zona media
Canal abierto
Zona baja
Libre
DIVISIÓN
Cerros Orientales
Carrera 10
Carrera 10
Av. Boyacá
Av. Boyacá
Desembocadura
Fuente. Los Autores
35
VELOCIDAD - RÍO
(m/s)
0,41
0,39
0,36
0,24
0,16
Los valores de temperatura usados corresponden al estudio de calidad del recurso
hídrico de Bogotá en el año 2006 y al programa de monitoreo de afluentes y
efluentes de la ciudad fase XI en el año 2014.
Los demás parámetros hidráulicos faltantes para el desarrollo del presente estudio
y que se incluyen en las tablas 13 y 14, son el resultado de las curvas características
en función del caudal y de la relación hidráulica que existe entre caudal, área y
velocidad.
Imagen 3. Ubicación de los puntos de monitoreo de la RCHB en el río Fucha
Fuente. Los Autores
36
7.3
TRABAJO DE CAMPO
Dado que los años 2014 y 2015 no registran datos de caudal ni velocidad, fue
necesario realizar un trabajo de campo en el río Fucha. Este consistió básicamente
en la toma de varias velocidades con un molinete a cierta profundidad del cauce en
las estaciones anteriormente descritas. Los resultados se muestran en la tabla 10
(véase el Anexo A).
Tabla 10. Registro de velocidades tomadas en campo y velocidades promedio
ESTACIÓN
Carrera 7a
Av. Ferrocarril
Av. Américas
Av. Boyacá
Zona Franca
Fucha Alameda
1
4,7
0,9
2,5
2,4
1,1
0,6
TOMA DE VELOCIDAD (ft/s)
2
3
4
5,1
4,7
4,9
1,1
1,1
1,3
3,2
2,6
2,6
2,6
2,1
2,1
1,3
1,1
1,3
0,4
0,8
0,6
5
5,1
1,3
2,8
2,4
1,1
0,4
PROMEDIO
(ft/s)
4,9
1,14
2,74
2,32
1,2
0,56
VELOCIDAD
(m/s)
1,49
0,35
0,84
0,71
0,37
0,17
Fuente. Los Autores
7.4
CURVAS HIDRÁULICAS
La curva característica de caudal y área se determina con los caudales obtenidos
en el estudio de calidad del recurso hídrico para la ciudad de Bogotá y las
velocidades de la tabla 9 correspondientes al año 2006.
Tabla 11. Registro de caudal, velocidad y área estaciones río Fucha (2006)
ESTACIÓN
CAUDAL (Q)
l/s
m3/s
VELOCIDAD (m/s)
ÁREA (m2)
El Delirio
387.1
0.39
0.41
0.94
Carrera 7a
635.4
0.64
0.39
1.63
Av. Ferrocarril
1599.0
1.60
0.36
4.44
Av. Américas
1944.2
1.94
0.36
5.40
Visión Colombia
5737.5
5.74
0.24
23.91
Zona Franca
6575.2
6.58
0.24
27.40
Fucha Alameda
9168.6
9.17
0.16
57.30
Fuente. Los Autores
37
Figura 6. Curva hidráulica Caudal vs Área
Fuente. Los Autores
La curva característica de caudal y profundidad se define con los datos obtenidos
en el trabajo de investigación de César Cardona Almeida, Desarrollo de un Modelo
espacio-temporal de la hidrodinámica y la temperatura de un cauce fluvial: Caso de
estudio río Fucha, en el año 2009.
Tabla 12. Registro de caudal y profundidad estaciones río Fucha (2009)
ESTACIÓN
CAUDAL (Q)
l/s
m3/s
PROFUNDIDAD (m)
El Delirio
187,6
0,19
0,65
Carrera 7a
320,5
0,32
0,05
Av. Ferrocarril
1682,0
1,68
0,18
Av. Américas
2068,7
2,07
0,23
Visión Colombia
4895,4
4,90
0,91
Zona Franca
6807,7
6,81
1,36
Fucha Alameda
8628,9
8,63
2,17
Fuente. Los Autores
38
Figura 7. Curva hidráulica Caudal vs Profundidad
Fuente. Los Autores
39
7.5
APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS MATEMÁTICOS
Tabla 13. Registro de parámetros hidráulicos y de calidad del agua en las estaciones del río Fucha (2006 – 2015)
ESTACIÓN
AÑO
PARÁMETRO
ABS
DBO5
OD
Q
2006-2007
2008
A
H
V
T
DBO5
OD
Q
A
H
V
DBO5
OD
2009
Q
A
H
V
DBO5
OD
2009-2010
Q
A
H
V
UND
K0+000
mg/l
mg/l
l/s
m3/S
m2
m
m/s
°C
mg/l
mg/l
l/s
m3/S
m2
m
m/s
mg/l
mg/l
l/s
m3/S
m2
m
m/s
mg/l
mg/l
l/s
m3/S
m2
m
m/s
El Delirio
Carrera 7a
K0+000
3
7.9
387.1
0.39
0.94
0.04
0.41
11.5
3
7.21
360
0.36
1.03
0.04
0.35
3
6.2
360
0.36
1.03
0.04
0.35
2
8
166
0.17
0.48
0.02
0.35
K4+431
36
5.8
635.4
0.64
1.63
0.06
0.39
14.6
24.75
5.31
421
0.421
1.20
0.06
0.35
23
6
421
0.42
1.20
0.04
0.35
73
5.2
766
0.77
2.17
0.08
0.35
Av.
Ferrocarril
K10+206
126
1.5
1599.00
1.60
4.44
0.18
0.36
16.7
97.4
1.17
1156
1.156
3.26
0.17
0.35
71.42
2.37
1156
1.16
3.26
0.13
0.35
65
0.4
623
0.62
1.77
0.06
0.35
Fuente. Los Autores
40
Av. Américas Av. Boyacá
K12+304
156
0.9
1944.20
1.94
5.40
0.23
0.36
16.9
113.5
0.77
1347.7
1.3477
3.80
0.20
0.35
71.42
2
1347.7
1.35
3.80
0.15
0.35
88
0.4
866
0.87
2.45
0.09
0.35
K14+435
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
Visión
Colombia
K14+994
283
0.16
5737.50
5.74
23.91
1.07
0.24
18.4
195
0
6639.7
6.6397
29.28
1.35
0.23
275
0
6639.7
6.64
29.28
1.36
0.23
228
0
5120
5.12
18.66
0.89
0.27
Zona Franca
K16+918
235
0
6575.20
6.58
27.40
1.33
0.24
17.6
249.5
0
6790.2
6.7902
30.55
1.40
0.22
284
0
6790.2
6.79
30.55
1.41
0.22
230
0
6069
6.07
24.84
1.17
0.24
Fucha
Alameda
K17+933
243
0
9168.60
9.17
57.30
2.38
0.16
17.6
280
0
7301.5
7.3015
35.20
1.59
0.21
284
0
7301.5
7.30
35.20
1.59
0.21
282
0
6810
6.81
30.72
1.41
0.22
Tabla 14. Registro de parámetros hidráulicos y de calidad del agua en las estaciones del río Fucha (2006 – 2015)
(Continuación)
ESTACIÓN
AÑO
PARÁMETRO
ABS
DBO5
OD
2010-2011
Q
A
H
V
DBO5
OD
2011-2012
Q
A
H
V
DBO5
OD
Q
2014-2015
A
H
V
T
UND
K0+000
mg/l
mg/l
l/s
m3/S
m2
m
m/s
mg/l
mg/l
l/s
m3/S
m2
m
m/s
mg/l
mg/l
l/s
m3/S
m2
m
m/s
°C
El Delirio
Carrera 7a
K0+000
1
8
411
0.41
1.17
0.04
0.35
2
7.5
450
0.45
1.28
0.04
0.35
1.1
7.9
480
0.48
1.37
0.24
0.35
14
K4+431
26
7.3
680
0.68
1.93
0.07
0.35
4.5
7.4
880
0.88
2.49
0.09
0.35
170
4.5
800.9
0.80
0.54
0.08
1.49
17
Av.
Ferrocarril
K10+206
88
0.87
832
0.83
2.35
0.09
0.35
80
1.5
900
0.9
2.54
0.10
0.35
110
0.5
555.1
0.56
1.60
0.06
0.35
19
Fuente. Los Autores
41
Av. Américas Av. Boyacá
K12+304
80
0.88
1124
1.12
3.17
0.12
0.35
85
0.8
1500
1.5
4.24
0.17
0.35
205
0.25
2348.0
2.35
2.81
0.30
0.84
19
K14+435
122
0.1
1448
1.45
4.09
0.16
0.35
100
0.4
2000
2
5.71
0.24
0.35
195
0.75
2740.2
2.74
3.88
0.36
0.71
17
Visión
Colombia
K14+994
206
0.1
7186
7.19
34.10
1.55
0.21
180
0.1
4950
4.95
17.69
0.85
0.28
350
0.1
12042.2
12.04
22.45
4.01
0.54
17
Zona Franca
K16+918
175
0.1
7700
7.70
39.20
1.74
0.20
201
0.1
7500
7.5
37.15
1.67
0.20
300
0.05
11359.6
11.36
31.06
3.57
0.37
17
Fucha
Alameda
K17+933
134
0.1
9070
9.07
55.78
2.34
0.16
220
0.08
6000
6
24.34
1.15
0.25
300
0.01
9473.2
9.47
55.50
2.53
0.17
17
Tabla 15. Parámetros hidráulicos y de calidad del agua promedio en las estaciones
del río Fucha
ESTACIÓN
PARÁMETRO
UND
DBO5
OD
mg/l
mg/l
l/s
m3/S
m2
m
m/s
°C
K0+000
m.s.n.m.
Q
A
H
V
T
ABS
COTA
El Delirio
Carrera 7a
2.16
7.53
373.44
0.37
1.04
0.06
0.36
12.75
K00+000
2912
51.04
5.93
657.76
0.66
1.59
0.07
0.52
15.8
K04+431
2597
Av.
Ferrocarril
91.12
1.19
974.44
0.97
2.75
0.11
0.35
17.85
K10+206
2555
Av. Américas Av. Boyacá
114.13
0.86
1496.80
1.50
3.67
0.18
0.42
17.95
K12+304
2550
139.00
0.42
2062.72
2.06
4.56
0.26
0.47
17
K14+435
2547
Visión
Colombia
245.29
0.07
6902.15
6.90
25.05
1.58
0.28
17.7
K14+994
2545
Zona Franca
239.21
0.04
7540.60
7.54
31.53
1.76
0.24
17.3
K16+918
2542
Fucha
Alameda
249.00
0.03
7874.97
7.87
42.01
1.86
0.20
17.3
K17+933
2541
Fuente. Los Autores
De acuerdo a los valores promedio obtenidos del anterior análisis e incluidos en la
tabla 15 se elaboran los perfiles de OD y DBO5 medido.
Figura 8. Perfil de OD medido del río Fucha
Fuente. Los Autores
42
Figura 9. Perfil de DBO5 medido del río Fucha
Fuente. Los Autores
El cálculo de la constante K1 se realiza de acuerdo a lo estipulado en el numeral
5.3 del presente documento, para el cálculo de la constante K2 es necesario
determinar porque método se trabaja de acuerdo a los parámetros de velocidad y
profundidad indicados en la tabla 7.
Tabla 16. Selección de método matemático para la determinación del coeficiente K2
ESTACIÓN
PARÁMETRO
UND
V
H
m/s
m
MÉTODO
El Delirio
Carrera 7a
0.36
0.06
0.52
0.07
Av.
Ferrocarril
0.35
0.11
OWENS Y
GIBBS
OWENS Y
GIBBS
OWENS Y
GIBBS
Av. Américas Av. Boyacá
0.42
0.18
0.47
0.26
OWENS Y
GIBBS
OWENS Y
GIBBS
Visión
Colombia
0.28
1.58
Zona Franca
0.24
1.76
O´CONNOR Y O´CONNOR Y O´CONNOR Y
DOBBINS
DOBBINS
DOBBINS
Fuente. Los Autores
Tabla 17. Coeficientes K1 y K2 de las estaciones por métodos matemáticos
ESTACIÓN
K1 (1/d)
K2 (1/d)
El Delirio
Carrera 7a
Av. Ferrocarril
Av. Américas
Av. Boyacá
Visión Colombia
Zona Franca
Fucha Alameda
0.00
31.96
6.36
10.48
9.39
103.69
0.75
1.56
427.17
460.46
152.24
70.67
39.54
1.06
0.83
0.69
Fuente. Los Autores
43
Fucha
Alameda
0.20
1.86
7.6
APLICACIÓN DEL MODELO DE STREETER Y PHELPS
Para la implementación del modelo de Streeter y Phelps el río Fucha se divide en
siete tramos delimitados por las ocho estaciones de monitoreo. De igual manera se
utilizan los parámetros de las estaciones registrados en la tabla 15 junto con los
coeficientes calculados de la tabla 17.
Tabla 18. Datos iniciales Tramo 1
CURVA SAG
DATOS PARA EL CALCULO TRAMO 1
Q
m3/S
0.37
DBO5
mg/l
2.16
OD
mg/l
7.53
El Delirio
T
°C
12.75
K1
1/d
31.96
K2
1/d
427.17
Q
m3/S
0.66
DBO5
mg/l
51.04
OD
mg/l
5.93
Carrera 7a
T
°C
15.8
K1
1/d
31.96
K2
1/d
460.46
CALCULO DE LAS CONDICIONES INICIALES TRAMO 1
33.33
DBOo
mg/l
6.51
ODo
mg/l
14.70
To
°C
CORRECCIÓN DEL ODo
OXIGENO DE SATURACIÓN
mg/l
6.85
Do
mg/l
0.34
CORRECCIÓN CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN K1
K1
1/d
25.05256299
CORRECCIÓN CONSTANTE DE REAIREACIÓN K2
K2
1/d
406.0293291
Fuente. Los Autores
El cálculo de las condiciones iniciales para el tramo 1 se hace por las ecuaciones
de balance de masa (ODo y Lo) relacionando el DBO, OD y la temperatura de cada
estación. Además para cada tramo se emplea las correcciones correspondientes
del ODo y las constantes K1 y K2.
44
Tabla 19. Resultados de OD y DBO para el Tramo 1
Abscisa(m)
K00+000
K00+500
K01+000
K02+000
K02+215
K03+000
K04+000
K04+431
t(d)
0,00
0,01
0,03
0,05
0,06
0,08
0,11
0,12
D(mg/L)
0,34
0,66
0,48
0,25
0,21
0,13
0,07
0,05
OD(mg/L)
6,51
6,19
6,38
6,61
6,64
6,73
6,79
6,80
DBO(mg/L)
33,33
33,20
33,07
32,81
32,76
32,55
32,30
32,19
Fuente. Los Autores
En la tabla de resultados las condiciones de OD y DBO dependen de la abscisa
recorrida, y así es para cada uno de los tramos a desarrollar.
Tabla 20. Datos iniciales Tramo 2
CURVA SAG
DATOS PARA EL CALCULO TRAMO 2
Q
m3/S
0.66
DBO5
mg/l
51.04
OD
mg/l
5.93
Carrera 7a
T
°C
15.80
K1
1/d
31.96
7t
1/d
460.46
Q
m3/S
0.97
DBO5
mg/l
91.12
OD
mg/l
1.19
Av. Ferrocarril
T
°C
17.85
K1
1/d
6.36
K2
1/d
152.24
CALCULO DE LAS CONDICIONES INICIALES TRAMO 2
74.96
DBOo
mg/l
3.10
ODo
mg/l
17.02
To
°C
CORRECCIÓN DEL ODo
OXIGENO DE SATURACIÓN
mg/l
6.86
Do
mg/l
3.76
CORRECCIÓN CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN K1
K1
1/d
5.549016134
CORRECCIÓN CONSTANTE DE REAIREACIÓN K2
K2
1/d
141.8637049
Fuente. Los Autores
45
Tabla 21. Resultados de OD y DBO para el Tramo 2
Abscisa(m)
K04+431
K05+000
K06+000
K07+000
K07+500
K08+000
K09+000
K10+206
t(d)
0,00
0,02
0,04
0,07
0,08
0,09
0,12
0,15
D(mg/L)
3,76
0,90
0,46
0,39
0,36
0,34
0,29
0,24
OD(mg/L)
3,10
5,96
6,39
6,46
6,49
6,52
6,56
6,61
DBO(mg/L)
74,96
74,63
74,04
73,45
73,16
72,87
72,29
71,60
Fuente. Los Autores
Tabla 22. Datos iniciales Tramo 3
CURVA SAG
DATOS PARA EL CALCULO TRAMO 3
Q
m3/S
0.97
DBO5
mg/l
91.12
OD
mg/l
1.19
Av. Ferrocarril
T
°C
17.85
K1
1/d
6.36
K2
1/d
152.24
Q
m3/S
1.50
DBO5
mg/l
114.13
OD
mg/l
0.86
Av. Américas
T
°C
17.95
K1
1/d
10.48
K2
1/d
70.67
CALCULO DE LAS CONDICIONES INICIALES TRAMO 3
105.06
DBOo
mg/l
0.99
ODo
mg/l
17.91
To
°C
CORRECCIÓN DEL ODo
OXIGENO DE SATURACIÓN
mg/l
6.85
Do
mg/l
5.86
CORRECCIÓN CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN K1
K1
1/d
9.51889525
CORRECCIÓN CONSTANTE DE REAIREACIÓN K2
K2
1/d
67.2535016
Fuente. Los Autores
46
Tabla 23. Resultados de OD y DBO para el Tramo 3
Abscisa(m)
K10+206
K10+400
K10+900
K11+300
K11+600
K11+900
K12+100
K12+304
t(d)
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,06
D(mg/L)
5,86
4,59
2,78
2,09
1,77
1,55
1,43
1,33
OD(mg/L)
0,99
2,25
4,06
4,76
5,07
5,30
5,42
5,52
DBO(mg/L)
105,06
104,87
104,41
104,04
103,76
103,48
103,29
103,11
Fuente. Los Autores
Tabla 24. Datos iniciales Tramo 4
CURVA SAG
DATOS PARA EL CALCULO TRAMO 4
Q
m3/S
1.50
DBO5
mg/l
114.13
OD
mg/l
0.86
Av. Américas
T
°C
17.95
K1
1/d
10.48
K2
1/d
70.67
Q
m3/S
2.06
DBO5
mg/l
139.00
OD
mg/l
0.42
Av. Boyacá
T
°C
17
K1
1/d
9.39
K2
1/d
39.54
CALCULO DE LAS CONDICIONES INICIALES TRAMO 4
128.54
DBOo
mg/l
0.60
ODo
mg/l
17.40
To
°C
CORRECCIÓN DEL ODo
OXIGENO DE
mg/l
6.99
Do
mg/l
6.39
CORRECCIÓN CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN K1
K1
1/d
8.331217991
CORRECCIÓN CONSTANTE DE REAIREACIÓN K2
K2
1/d
37.17840606
Fuente. Los Autores
47
Tabla 25. Resultados de OD y DBO para el Tramo 4
Abscisa(m)
K12+304
K12+500
K12+800
K13+200
K13+500
K13+800
K14+100
K14+435
t(d)
0,00
0,01
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
D(mg/L)
6,39
5,82
5,09
4,32
3,87
3,48
3,16
2,86
OD(mg/L)
0,60
1,17
1,90
2,67
3,12
3,50
3,83
4,13
DBO(mg/L)
128,54
128,35
128,05
127,65
127,35
127,06
126,76
126,43
Fuente. Los Autores
.
Tabla 26. Datos iniciales Tramo 5
CURVA SAG
DATOS PARA EL CALCULO TRAMO 5
Q
m3/S
2.06
DBO5
mg/l
139.00
OD
mg/l
0.42
Av. Boyacá
T
°C
17.00
K1
1/d
9.39
K2
1/d
39.54
Q
m3/S
6.90
DBO5
mg/l
245.29
Visión
OD
mg/l
0.07
Colombia
T
°C
17.7
K1
1/d
103.69
K2
1/d
1.06
CALCULO DE LAS CONDICIONES INICIALES TRAMO 5
220.83
DBOo
mg/l
0.15
ODo
mg/l
17.54
To
°C
CORRECCIÓN DEL ODo
OXIGENO DE
mg/l
6.89
Do
mg/l
6.74
CORRECCIÓN CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN K1
K1
1/d
92.60564758
CORRECCIÓN CONSTANTE DE REAIREACIÓN K2
K2
1/d
0.99610366
Fuente. Los Autores
48
Tabla 27. Resultados de OD y DBO para el Tramo 5
Abscisa(m)
K14+435
K14+500
K14+600
K14+700
K14+800
K14+850
K14+900
K14+994
t(d)
0,00
0,00
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
D(mg/L)
6,74
9,08
11,93
14,05
15,64
16,27
16,81
17,64
OD(mg/L)
0,15
-2,20
-5,04
-7,16
-8,75
-9,38
-9,93
-10,75
DBO(mg/L)
220,83
220,70
220,50
220,29
220,09
219,99
219,89
219,70
Fuente. Los Autores
Tabla 28. Datos iniciales Tramo 6
CURVA SAG
DATOS PARA EL CALCULO TRAMO 6
Q
m3/S
6.90
DBO
mg/l
245.29
Visión
OD
mg/l
0.07
Colombia
T
°C
17.70
K1
1/d
103.69
K2
1/d
1.06
Q
m3/S
7.54
DBO
mg/l
239.21
OD
mg/l
0.04
Zona Franca
T
°C
17.3
K1
1/d
0.75
K2
1/d
0.83
CALCULO DE LAS CONDICIONES INICIALES TRAMO 6
242.12
DBOo
mg/l
0.05
ODo
mg/l
17.49
To
°C
CORRECCIÓN DEL ODo
OXIGENO DE
mg/l
6.95
Do
mg/l
6.90
CORRECCIÓN CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN K1
K1
1/d
0.668392743
CORRECCIÓN CONSTANTE DE REAIREACIÓN K2
K2
1/d
0.782613154
Fuente. Los Autores
49
Tabla 29. Resultados de OD y DBO para el Tramo 6
Abscisa(m)
K14+994
K15+200
K15+500
K15+800
K16+100
K16+400
K16+700
K16+918
t(d)
0,00
0,01
0,02
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
D(mg/L)
6,90
6,93
6,98
7,03
7,08
7,12
7,17
7,20
OD(mg/L)
0,05
0,01
-0,04
-0,08
-0,13
-0,18
-0,22
-0,25
DBO(mg/L)
242,12
241,46
240,51
239,56
238,61
237,67
236,73
236,05
Fuente. Los Autores
Tabla 30. Datos iniciales Tramo 7
CURVA SAG
DATOS PARA EL CALCULO TRAMO 7
Q
m3/S
7.54
DBO
mg/l
239.21
OD
mg/l
0.04
Zona Franca
T
°C
17.30
K1
1/d
0.75
K2
1/d
0.83
Q
m3/S
7.87
DBO
mg/l
249.00
Fucha
OD
mg/l
0.03
Alameda
T
°C
17.3
K1
1/d
1.56
K2
1/d
0.69
CALCULO DE LAS CONDICIONES INICIALES TRAMO 7
244.21
DBOo
mg/l
0.03
ODo
mg/l
17.30
To
°C
CORRECCIÓN DEL ODo
OXIGENO DE
mg/l
6.95
Do
mg/l
6.92
CORRECCIÓN CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN K1
K1
1/d
1.37623591
CORRECCIÓN CONSTANTE DE REAIREACIÓN K2
K2
1/d
0.646427607
Fuente. Los Autores
50
Tabla 31. Resultados de OD y DBO para el Tramo 7
Abscisa(m)
K16+918
K17+000
K17+150
K17+300
K17+450
K17+600
K17+750
K17+933
t(d)
0,00
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,04
0,05
D(mg/L)
6,92
6,98
7,10
7,21
7,32
7,43
7,53
7,66
OD(mg/L)
0,03
-0,03
-0,15
-0,26
-0,37
-0,48
-0,58
-0,71
DBO(mg/L)
244,21
243,90
243,32
242,74
242,16
241,59
241,02
240,32
Fuente. Los Autores
7.7
CALIBRACIÓN DEL PROGRAMA QUAL2K
La implementación de este modelo, para la calidad del agua, requiere datos
adicionales a los anteriormente calculados como la posición geográfica de las
estaciones seleccionadas (véase la tabla 8), además se hace un esquema donde
se indican los parámetros de cada estación teniendo como base los puntos de
monitoreo inicial y final (véase la figura 3).
51
Figura 10. Esquema para los datos del QUAL2K
RIO FUCHA ESTACIÓN EL DELIRIO
Q=
DBO =
OD =
T=
0.3734
2.16
7.53
12.75
m³/s
mg/L
mg/L
C°
Tramo 1
ESTACIÓN CR 7 K4+431
Q=
DBO =
OD =
T=
Long 4431 m
m³/s
mg/L
mg/L
C°
0.66
51.04
5.93
15.80
V=
0.44
m/s
Tramo 2
Long 5775 m
ESTACIÓN AV FERROCARRIL K10+206
V=
0.44
Q=
DBO =
OD =
T=
m/s
0.97
91.12
1.19
17.85
m³/s
mg/L
mg/L
C°
Tramo 3
Long 2098 m
ESTACIÓN AV AMERICAS K12+304
Q=
DBO =
OD =
T=
1.50
114.13
0.86
17.95
m³/s
mg/L
mg/L
C°
V=
0.39
m/s
Tramo 4
Long 2131 m
ESTACIÓN AV BOYACA K14+435
V=
0.45
Q=
DBO =
OD =
T=
m/s
2.06
139.00
0.42
17.00
m³/s
mg/L
mg/L
C°
Tramo 5
Long 559 m
ESTACIÓN VISIÓN COLOMBIA K14+994
Q=
DBO =
OD =
T=
6.90
245.29
0.07
17.70
m³/s
mg/L
mg/L
C°
V=
0.38
m/s
Tramo 6
Long 1924 m
ESTACIÓN ZONA FRANCA K16+918
V=
0.26
Q=
DBO =
OD =
T=
m/s
7.54
239.21
0.04
17.30
m³/s
mg/L
mg/L
C°
Tramo 7
Long 1015 m
ESTACIÓN ALAMEDA K17+993
Q=
DBO =
OD =
T=
V=
7.87
249.00
0.03
17.30
0.22
m³/s
mg/L
mg/L
C°
m/s
Fuente. Los Autores
52
El proceso de calibración hidráulica se ajusta con los datos promedio de las
estaciones del río Fucha reportados en las tablas 13 y 14, generando las curvas
características de velocidad y profundidad en función del caudal. Esta información
permite al programa reconocer de una manera adecuada la sección transversal de
cada estación.
Figura 11. Curva característica Caudal vs Velocidad estación El Delirio
Fuente. Los Autores
Figura 12. Curva característica Caudal vs Profundidad estación El delirio
Fuente. Los Autores
53
Figura 13. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Carrera 7ª
Fuente. Los Autores
Figura 14. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Carrera 7ª
Fuente. Los Autores
Figura 15. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Ferrocarril
Fuente. Los Autores
54
Figura 16. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Ferrocarril
Fuente. Los Autores
Figura 17. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Américas
Fuente. Los Autores
Figura 18. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Américas
Fuente. Los Autores
55
Figura 19. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Av. Boyacá
Fuente. Los Autores
Figura 20. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Av. Boyacá
Fuente. Los Autores
Figura 21. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Visión Colombia
Fuente. Los Autores
56
Figura 22. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Visión Colombia
Fuente. Los Autores
Figura 23. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Zona Franca
Fuente. Los Autores
Figura 24. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Zona Franca
Fuente. Los Autores
57
Figura 25. Curva característica Caudal vs Velocidad estación Fucha Alameda
Fuente. Los Autores
Figura 26. Curva característica Caudal vs Profundidad estación Fucha Alameda
Fuente. Los Autores
58
Figura 27. Datos de entrada para la estación inicial El Delirio
Fuente. Los Autores
Figura 28. Datos de entrada para la estación final Fucha Alameda
Fuente. Los Autores
59
Figura 29. Datos demás estaciones consideradas para la calibración del modelo
Fuente. Los Autores
Para el ingreso de los valores por estación de OD, DBO, caudal y temperatura se
tiene en cuenta que el programa analiza en orden inverso, es decir que los datos se
ingresan comenzando por la estacion final (Fucha Alameda) y terminando con la
estación inicial (El Delirio).
Figura 30. Datos de entrada de caudal para la calibración del modelo
Fuente. Los Autores
60
Figura 31. Datos de entrada de temperatura para la calibración del modelo
Fuente. Los Autores
Figura 32. Datos de entrada de OD y DBO para la calibración del modelo
Fuente. Los Autores
61
8
RESULTADOS
Los resultados del modelo de Streeter y Phelps se resumen en la tabla 32, a partir
de dichos resultados se obtienen las curvas de comportamiento de OD y DBO 5
durante el recorrido propuesto por el análisis en el rio Fucha (véase las Figuras 32
y 33).
Tabla 32. Resumen resultados para el perfil de OD y DBO5 del rio Fucha
TRAMO
1
2
3
4
5
6
7
Abscisa(m)
K00+000
K00+500
K01+000
K02+000
K02+215
K03+000
K04+000
K04+431
K04+431
K05+000
K06+000
K07+000
K07+500
K08+000
K09+000
K10+206
K10+206
K10+400
K10+900
K11+300
K11+600
K11+900
K12+100
K12+304
K12+304
K12+500
K12+800
K13+200
K13+500
K13+800
K14+100
K14+435
K14+435
K14+500
K14+600
K14+700
K14+800
K14+850
K14+900
K14+994
K14+994
K15+200
K15+500
K15+800
K16+100
K16+400
K16+700
K16+918
K16+918
K17+000
K17+150
K17+300
K17+450
K17+600
K17+750
K17+933
RESUMEN DATOS GRÁFICA SAG
t(d)
D(mg/L)
OD(mg/L)
0.00
0.34
6.51
0.01
0.66
6.19
0.03
0.48
6.38
0.05
0.25
6.61
0.06
0.21
6.64
0.08
0.13
6.73
0.11
0.07
6.79
0.12
0.05
6.80
0.00
3.76
3.10
0.02
0.90
5.96
0.04
0.46
6.39
0.07
0.39
6.46
0.08
0.36
6.49
0.09
0.34
6.52
0.12
0.29
6.56
0.15
0.24
6.61
0.00
5.86
0.99
0.01
4.59
2.25
0.02
2.78
4.06
0.03
2.09
4.76
0.04
1.77
5.07
0.05
1.55
5.30
0.06
1.43
5.42
0.06
1.33
5.52
0.00
6.39
0.60
0.01
5.82
1.17
0.01
5.09
1.90
0.02
4.32
2.67
0.03
3.87
3.12
0.04
3.48
3.50
0.05
3.16
3.83
0.06
2.86
4.13
0.00
6.74
0.15
0.00
9.08
-2.20
0.01
11.93
-5.04
0.01
14.05
-7.16
0.01
15.64
-8.75
0.01
16.27
-9.38
0.01
16.81
-9.93
0.02
17.64
-10.75
0.00
6.90
0.05
0.01
6.93
0.01
0.02
6.98
-0.04
0.04
7.03
-0.08
0.05
7.08
-0.13
0.06
7.12
-0.18
0.07
7.17
-0.22
0.08
7.20
-0.25
0.00
6.92
0.03
0.00
6.98
-0.03
0.01
7.10
-0.15
0.02
7.21
-0.26
0.03
7.32
-0.37
0.04
7.43
-0.48
0.04
7.53
-0.58
0.05
7.66
-0.71
Fuente. Los Autores
62
DBO(mg/L)
33.33
33.20
33.07
32.81
32.76
32.55
32.30
32.19
74.96
74.63
74.04
73.45
73.16
72.87
72.29
71.60
105.06
104.87
104.41
104.04
103.76
103.48
103.29
103.11
128.54
128.35
128.05
127.65
127.35
127.06
126.76
126.43
220.83
220.70
220.50
220.29
220.09
219.99
219.89
219.70
242.12
241.46
240.51
239.56
238.61
237.67
236.73
236.05
244.21
243.90
243.32
242.74
242.16
241.59
241.02
240.32
Figura 33. Perfil de OD calculado del río Fucha
Fuente. Los Autores
Figura 34. Perfil de DBO5 calculado del río Fucha
Fuente. Los Autores
Los resultados obtenidos por el programa QUAL2K dependen de la calibración
realizada para la determinación de las constantes de desoxigenación (K1) y
reaireación (K2) ya que estas deben tener relación con los perfiles obtenidos de OD
y el DBO5 medido en las estaciones del rio Fucha.
63
Figura 35. Constantes K1 y K2 del río Fucha calibradas con el modelo QUAL2K
Fuente. Los Autores
Figura 36. Curva de OD calibrada del rio Fucha con el modelo QUAL2K
Fuente. Los Autores
64
Figura 37. Curva de DBO5 calibrada del rio Fucha con el modelo QUAL2K
Fuente. Los Autores
65
9
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo a los perfiles de OD y DBO5 medidos se refleja que sólo en el tramo
1 del río Fucha el agua se encuentra en condiciones óptimas y saludables, de
igual manera se hace evidente que a partir de la carrera 7ª el oxígeno disuelto
disminuye de manera notoria hasta alcanzar niveles negativos en su cuenca
baja. Esto se debe a las conexiones de vertimientos con gran carga
contaminante que se hacen a su cauce principal a partir de este punto y en el
transcurso de todo su recorrido.

Los coeficientes K1 y K2 obtenidos por los métodos matemáticos en la primera
etapa de la metodología reportan valores altos, especialmente para la constante
de oxigenación en las primeras estaciones. Lo anterior se debe a que en este
primer tramo, correspondiente a la cuenca alta del río Fucha, las láminas de
agua son mínimas y la corriente conserva una buena oxigenación.

El comportamiento del oxígeno disuelto en el rio Fucha representado por el perfil
de OD calculado, hace notable las transiciones en la curva que resaltan los
diversos fenómenos que se presentan en una corriente de agua: degradación,
zona activa de descomposición y zona de recuperación, de igual manera se
evidencia que aguas abajo el comportamiento de OD está en niveles críticos.

En el perfil de DBO5 calculado del rio Fucha se identifica un aumento
considerable de contaminación, al paso de cada estación, por los vertimientos
de aguas residuales, lo cual genera que la zona de recuperación sea muy
pequeña para la cantidad de DBO5 suministrada a la corriente del rio.

En la gráfica OD y DBO5 derivadas del programa QUAL2K, se muestran las
condiciones de estado del rio Fucha y el nivel de saturación de oxígeno que
debería tener el afluente para estar en condiciones ideales.

Los valores de las constantes K1 y K2 resultantes de la calibración por el modelo
QUAL2K, son acordes a las curvas de OD y DBO5 a partir de datos medidos y
coherentes con lo que dictaminan los parámetros científicos respecto al tema.

Para la recuperación del río Fucha se hace necesario que las entidades
encargadas realicen el debido seguimiento y control de los afluentes que
entregan sus aguas al cuerpo hídrico de tal manera que se cumplan los objetivos
de calidad para los años 2015 a 2020 de acuerdo a lo estipulado en la resolución
3162 del 30 de diciembre de 2015 emitida por Secretaria Distrital de Ambiente.

Teniendo en cuenta que para la calibración realizada se tomaron datos
puntuales, reportados durante los últimos años en las estaciones de monitoreo
seleccionadas, se recomienda realizar para futuras modelaciones, toma de
66
muestras periódicas mediante un programa permanente de monitoreo de OD y
DBO en el río Fucha, para los tramos analizados. Lo anterior en compañía de
entidades públicas y/o privadas debido a los altos costos que tienen este tipo de
campañas.

Se recomienda para posteriores trabajos de grado relacionados con el tema
tomar un mayor número de datos en campo, analizando otras variables de
calidad del agua como: demanda química de oxígeno (DQO), sólidos
suspendidos totales (SST), coliformes fecales, grasas y aceites; de igual manera
también se recomienda determinar los coeficientes K1 y K2 por la metodología
empleada en la presente investigación para los demás ríos que conforman el
sistema hídrico de la ciudad de Bogotá: Torca, Salitre y Tunjuelo.
67
BIBLIOGRAFÍA
ALCALDÍA MAYOR DE BOGOTÁ. SECRETARIA DISTRITAL DE AMBIENTE.
EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ. Calidad del
Sistema Hídrico de Bogotá. 1a ed. Bogotá: Pontificia Universidad Javeriana, 2008.
361 p.
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Salitre, Fucha y Tunjuelo: Índice de Calidad Hídrica – WQI 2014 - 2015. Informe
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69
ANEXOS
Anexo A.
CARTERA TRABAJO DE CAMPO EN EL RÍO FUCHA
70
71
Anexo B.
REGISTRO FOTOGRÁFICO TRABAJO DE CAMPO EN EL RÍO FUCHA
72
Fotografía 1. Cuenca Alta río Fucha.
Estación carrera 7a
Fotografía 2. Toma de datos estación
carrera 7ª del río Fucha
Fuente. Los Autores
Fuente. Los Autores
Fotografía 3. Toma de datos estación
Av. Américas del río Fucha
Fotografía 4. Cuenca Media río Fucha.
Estación Av. Boyacá
Fuente. Los Autores
Fuente. Los Autores
Fotografía 5. Toma de datos estación
Av. Boyacá del río Fucha
Fotografía 6. Cuenca baja rio Fucha
hacia desembocadura en el río Bogotá.
Estación Fucha Alameda
Fuente. Los Autores
Fuente. Los Autores
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