ESTADO DEL RECURSO HÍDRICO EN LA CUENCA DEL RÍO …

ESTADO DEL RECURSO HÍDRICO EN LA CUENCA DEL RÍO BOGOTÁ, EN TÉRMINOS DE

CALIDAD Y CANTIDAD

PROCESO DE CONSULTA ESTABLECIMIENTO DE LA META GLOBAL DE CARGA CONTAMINANTE

CUENCA DEL RIO BOGOTA QUINQUENIO 2020 - 2024

Rio Bogotá

DRN Año 2020

Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca – CAR

Dirección Recursos Naturales

República de Colombia

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CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA – CAR

LUIS FERNANDO SANABRIA MARTÍNEZ

Director Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca

RICHARD GIOVANNY VILLAMIL MALAVER

Director de la Dirección de Recursos Naturales

Equipo Técnico

Coordinación y Desarrollo

Ing. Sandra Liliana Niño García – Profesional Especializado DRN

Ing. José Luis Rodríguez Morales - Profesional Especializado DRN

Ing. Janet Vallejo Mayorga - Contratista – DRN

Ing. Oscar Sebastián Galindo Vesga - Contratista – DRN

Ing. Carlos Humberto Jiménez Remolina- Contratista – DRN

Ing. María Alejandra Gómez Díaz - Contratista – DRN

Ing. Javier Eduardo Araujo Reyes - Contratista – DRN

Ing. Julián Leandro Bohórquez Cárdenas - Contratista – DRN




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FE DE ERRATAS

La Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca-CAR, hace constar que, en el presente

documento denominado “Estado del Recurso Hídrico en la cuenca del Río Bogotá, en términos de

calidad y cantidad, 2020”, publicado en la página Web de la entidad en el marco del proceso de

establecimiento de las metas de carga contaminante de la cuenca hidrográfica a la que se hace

referencia, se ha advertido el siguiente error involuntario

1. En el capítulo 2 de Marco Teórico del documento en mención, se omitió involuntariamente la

referencia fuente de la información empleada, la cual corresponde a: “El contenido de esta

sección es tomado de SIAMTEC, Ingeniería Sanitaria & Ambiental, Gestión permiso de

vertimiento planta de tratamiento de aguas residuales – municipio de Funza: evaluación de la

capacidad asimilativa de la fuente modelo de calidad de agua, DOC_IHM_MOD_REV_2.0, (4 de

marzo de 2015) (p.22-28), Radicado SIDCAR 10151101416 (24 de abril de 2015).”

2. Así mismo, se omitió involuntariamente la referencia del listado bibliográfico consultado

3. La situación expuesta, se corrige de la siguiente manera:

1. Se procedió a hacer el ajuste del documento, incluyendo la referencia de la fuente de

información empleada en el capítulo 2 Marco Teórico en el documento objeto de aclaración.

2. Se realiza la sustitución del documento publicado en la página Web de la entidad con las

inconsistencias identificadas, por la versión ajustada del mismo.

3. Se incluye la presente nota aclaratoria en el proceso de establecimiento de metas de carga

contaminante de la cuenca del río Bogotá para el quinquenio 2020-2024.




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INTRODUCCIÓN

En desarrollo del artículo 2.2.9.7.3.5 del Decreto 1076 de 2015, relacionado con el proceso de establecimiento de las metas de carga contaminante para la cuenca del río Bogotá, es necesario contar con una línea base que realice aportes al planteamiento de los usuarios que contribuirán al cumplimiento de los objetivos de calidad propuestos para la cuenca. Por lo anterior se generó el presente documento técnico donde se muestran los resultados de la modelación de calidad del agua en la cuenca del río Bogotá, teniendo en cuenta las cargas contaminantes y vertimientos actuales y proyectados dentro del quinquenio 2020-2024. Estos escenarios de simulación fueron propuestos a partir de la información de caracterizaciones y cargas reportadas en las autodeclaraciones presentadas para el cobro de tasa retributiva, las obras y cargas proyectadas en los Planes de Saneamiento y Manejo de Vertimientos – PSMV, base de datos entregada por la DESCA y de los datos de población de las cabeceras municipales y centros poblados, que componen la citada cuenca. De acuerdo con lo anterior, se presentan los resultados de la simulación de los escenarios: base, tomando como datos de entrada la información de tasas retributivas para el año 2019, lo dispuesto y aprobado en los PSMV de los municipios de la cuenca y cargas de los permisos de vertimientos vigentes. Así mismo se presenta el escenario de proyecciones de carga para 2024 con caudal ecológico y caudal medio, partiendo de proyecciones de la información de caracterizaciones y cargas reportadas en las autodeclaraciones presentadas para el cobro de tasa retributiva, base de datos de la DESCA y se incluye la proyección de cargas y entrada en funcionamiento de las PTAR proyectadas en el horizonte de planeación de los PSMV´s. Dichas simulaciones se presentan para los determinantes de Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5) y Sólidos Suspendidos Totales (SST).




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OBJETIVOS

Objetivo general Realizar el montaje del modelo de calidad de agua QUAL2Kw de los nueve (9) tramos que conforman la cuenca del rio Bogotá, para establecer la línea base y el estado actual del comportamiento de contaminantes frente a las descargas sobre el río y establecer la herramienta de planificación que permita simular diferentes escenarios de calidad encaminados al saneamiento del Rio Bogotá. Objetivos específicos Recopilar y organizar la información necesaria para el montaje del modelo de calidad de agua. Determinar la remoción o adición de carga contaminante en el tramo estudiado para los diferentes escenarios de simulación. Dar a conocer a los usuarios de la CAR y al público en general, el estado del recurso hídrico en la cuenca del río Bogotá, con base en los resultados de la modelación de calidad del agua a partir de los escenarios propuestos por la autoridad ambiental para el establecimiento de las metas globales de carga contaminante en cumplimiento del artículo 2.2.9.7.3.5 del Decreto 1076 de 2015.




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1 ANTECEDENTES En concordancia con el cumplimiento de las funciones de las Corporaciones Autónomas Regionales establecidas en la Ley 99 de 1993 “Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el Sector Público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental, SINA, y se dictan otras disposiciones”, en donde se señala: “(…) Artículo 31 11. Ejercer las funciones de evaluación, control y seguimiento ambiental de los usos del agua, el suelo, el aire y los demás recursos naturales renovables, lo cual comprenderá el vertimiento, emisión o incorporación de sustancias o residuos líquidos, sólidos y gaseosos, a las aguas a cualquiera de sus formas, al aire o a los suelos, así como los vertimientos o emisiones que puedan causar daño o poner en peligro el normal desarrollo sostenible de los recursos naturales renovables o impedir u obstaculizar su empleo para otros usos. Estas funciones comprenden la expedición de las respectivas licencias ambientales, permisos, concesiones, autorizaciones y salvoconductos (…) Artículo 42. Tasas Retributivas y Compensatorias. La utilización directa o indirecta de la atmósfera, del agua y del suelo, para introducir o arrojar desechos o desperdicios agrícolas, mineros o industriales, aguas negras o servidas de cualquier origen, humos, vapores y sustancias nocivas que sean resultado de actividades antrópicas o propiciadas por el hombre, o actividades económicas o de servicio, sean o no lucrativas, se sujetará al pago de tasas retributivas por las consecuencias nocivas de las actividades expresadas. (…)”

En este sentido, la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca -CAR-, comprometida con la aplicación del principio de desarrollo sostenible y en ejercicio de sus funciones, mediante el acuerdo 043 de 2006, estableció los objetivos de calidad del agua para la cuenca del río Bogotá a lograr en el año 2020. Así mismo, mediante el Acuerdo 036 del 22 de diciembre de 2015 y Acuerdo 009 de 7 de abril de 2016, se establecieron las metas de reducción de las cargas contaminantes de DBO y SST, vertidas a los cuerpos de agua que conforman la cuenca, tramos y subtramos del Río Bogotá, para el quinquenio 2015-2019. Teniendo en cuenta que las metas establecidas en los Acuerdos 036 de 2015 y 009 de 2016, se encuentran vigentes hasta el 31 de Diciembre de 2019, es necesario fijar nuevas, teniendo en cuenta lo establecido en el Capítulo 7 del Decreto 1076 de 2015, por el cual se reglamenta el tema de Tasas Retributivas por la utilización directa e indirecta del recurso hídrico como receptor de vertimientos puntuales. En cumplimiento del artículo 2.2.9.7.3.5 de dicho Decreto, por el cual se define el procedimiento para el establecimiento de la meta global de carga contaminante, se debe presentar para conocimiento público el estado actual del recurso hídrico en la cuenca hidrográfica del río Bogotá, en términos de calidad y cantidad; y escenarios de metas de acuerdo al análisis de las condiciones que más se ajusten al cumplimiento del objetivo de calidad. Para el ejercicio de analisis mencionado anteriormente y con el fin de actualizar la informacion base de caracterización del Río Bogotá, se realizo ajuste del modelo de calidad del agua empleando la información de calibración de los modelos calibrados de esta corriente con que cuenta la CAR. En el




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estudio UNAL-EAAB (2010) se llevó a cabo la modelación de calidad del agua de todo el río Bogotá (desde su nacimiento en Villapinzón hasta su confluencia en el río Magdalena) en forma dinámica por medio del modelo integrado ADZ MDLC QUASAR (AMQQ), asi mismo, se actualizo la informacion de la hidráulica de la fuente partiendo del documento denominado: “INFORME DE MODELACION HIDRAULICA RÍO BOGOTÁ ” (DRN, 2020), de la misma manera, la información referente a la hidrología y determinación de caudales se baso en el documento denominado: “ESTIMACIÓN DEL CAUDAL AMBIENTAL DEL RÍO BOGOTÁ Y AFLUENTES REQUERIDOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTIMACIÓN DE LOS OBJETIVOS DE CALIDAD” (DRN, 2020).




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2 MARCO TEORICO

2.1 CONCEPTOS GENERALES EN MODELACIÓN DE CALIDAD

2.1.1 Influencia de Aguas Residuales en una fuente hídrica1 La descarga de las aguas residuales sobre una fuente hídrica implica: La destrucción o inhibición de la actividad biológica en el agua por la descarga de compuestos tóxicos, La afectación del balance de oxígeno en el agua por sustancias que consumen el oxígeno disuelto (Demanda Bioquímica de Oxigeno) o impiden la reoxigenación (aceites, grasas, detergentes), la acumulación de altas concentraciones de material solidos inertes o disueltos los cuales afectan el entorno biótico de la fuente. La autopurificación supone los procesos de sedimentación, oxidación química y bioquímica y mortalidad bacterial, teniendo en cuenta que el ciclo biológico tiende a adaptarse a cualquier cambio de condiciones; sin embargo, el tiempo de duración del proceso de auto purificación será función del grado de toxicidad y concentraciones del afluente. Los procesos de modelación de la fuente en los cuales se evalúa el Oxígeno disuelto en los Ríos suponen cinco (5) procesos de autopurificación: 1. Desoxigenación Carbonácea 2. Reaireación Atmosférica 3. Fotosíntesis y respiración vegetal 4. Demanda Béntica de Oxigeno 5. Demanda de oxigeno por nitrificación

2.1.2 Balance General de Masa en una Corriente Hídrica2 De acuerdo con Thomann y Mueller el balance general de masa del oxígeno disuelto para un volumen de agua en una corriente hídrica es:

Ec. 1 Un aspecto importante es la concentración crítica del oxígeno disuelto la cual es función de la capacidad de autodepuración de la fuente hídrica y depende de los fenómenos presentados a lo largo de la corriente de agua, la modelación tiene por objetivo simular el comportamiento del Oxígeno disuelto en la fuente hídrica teniendo en cuenta los diferentes factores involucrados.

1 El contenido de esta sección es tomado de SIAMTEC, Ingeniería Sanitaria & Ambiental, Gestión

permiso de vertimiento planta de tratamiento de aguas residuales – municipio de Funza: evaluación

de la capacidad asimilativa de la fuente modelo de calidad de agua, DOC_IHM_MOD_REV_2.0, (4

de marzo de 2015) (p.22), Radicado SIDCAR 10151101416 (24 de abril de 2015). 2 Ibíd., (p.22-23)




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2.1.3 Medida del contenido orgánico3

El parámetro de contaminación orgánico más utilizado y aplicado en aguas residuales y superficiales es la Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5), esta determinación supone la medida del oxígeno disuelto utilizado por los microorganismos en la oxidación bioquímica de materia orgánica. De acuerdo con (Metcalf & Eddy, 1994) la oxidación bioquímica es un proceso lento y teóricamente tarda un tiempo infinito en completarse. Al cabo de 20 días la oxidación se ha completado en un 95% al 99% y en el plazo de 5 días mediante el ensayo de DBO, la oxidación se ha efectuado en un 60-70%. La DBO total se alcanza mediante dos procesos: (1) se estabiliza la materia organiza Carbonácea, (2) oxidación de los compuestos nitrogenados. La formulación matemática de la DBO Carbonácea fue definida por Streeter y Phelps con base en la ley empírica de Theriault, en la cual la tasa de oxidación bioquímica es directamente proporcional a la cantidad de materia orgánica presente, presentándose una cinética de reacción de primer orden.

Ec. 2

Donde: Lt: DBO remanente en el agua para el tiempo t, mg/L K: Constante que expresa la tasa de oxidación d-1 t: Tiempo de oxidación, d

Figura 1. DBO Total

Fuente: Romero Rojas Jairo Alberto. Tratamiento de Aguas Residuales

Al integrar La formulación matemática de la DBO carbonácea:

3 Ibíd., (p.23-27)




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Ec. 3 La DBO remanente para cualquier tiempo t es igual a:

Ec. 4 Y la DBO ejercida en cualquier tiempo corresponde a:

Ec. 5

Figura 2. Formulación de la DBO carbonosa

Fuente. Romero Rojas Jairo Alberto. Tratamiento de Aguas Residuales

La tasa a la cual los microorganismos oxidan la materia orgánica es una función de la temperatura, por lo tanto para definir el valor de la constante k a una temperatura diferente a los 20°C se utiliza la expresión de Arrhenius:

Ec. 6 Dónde: Kt: Constante cinética de reacción para T°C K20: Constante cinética de reacción para 20°C 𝜃: 1.135 para T: 4-20°C ; 1.056 para T: 20-30°C ; 1.047 valor Típico>20°C.




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Los valores típicos de k, K y L1, se especifican en la siguiente tabla:

Tabla 1. Valores Típicos a 20°C


Figura 3. Efecto del Valor K sobre la DBO L = Constante


De acuerdo con Metcalf & Eddy durante la hidrolisis de algunas proteínas se produce materia orgánica no Carbonácea tal como el Amoniaco, algunas de las bacterias autótrofas son capaces de utilizar oxígeno para oxidar el amoniaco a nitritos y nitratos. La demanda de oxigeno de las bacterias autótrofas se conoce como la segunda fase de DBO. El oxígeno requerido para satisfacer la DBO Nitrogenácea (DBON) puede definirse a partir de las siguientes reacciones:




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Ec 7 De acuerdo con las relaciones estequiométricas se requieren 4.57 mg/L-O2 para oxidar un miligramo de nitrógeno amoniacal:

Ec. 8 Los dos procesos de oxidación se resumen por medio de la siguiente expresión:

Ec .9 Dónde: LN= Demanda de nitrógeno mg/l KN= Constante de nitrificación d-1 La constante de nitrificación KN representa la tasa de oxidación total de la DBO, el proceso de nitrificación es basado en la cinética de primer orden:

Ec. 10 En corrientes profundas y de extensión prolongada los valores típicos de KN a 20°C se encuentran entre 0.1 y 0.5 dia-1, para el caso de ríos pequeños el rango varían entre 0.1 a 0.3 dia-1. Para el rango de temperatura de 10°C ≤ T≤ 30°C, la constante de nitrificación se basa en la expresión:

Ec. 11

2.1.4 Reaireación4 La Reaireación es el proceso mediante el cual el oxígeno y demás componentes gaseosos del aire se incorpora a las aguas en movimiento. La reaireación es un fenómeno de alta complejidad que supone parámetros distintos a los que afectan la desoxigenación. Se han desarrollado diferentes ecuaciones empíricas para el cálculo de la constante de Reaireación. Para valorar la constante de Reaireación (K2) se han desarrollado muchas ecuaciones con base a estudios de Ríos de diferentes características. La ecuación empírica seleccionada se basa en el proceso de calibración del modelo.

4 Ibíd.,( p 27-28)




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2.2 MODELOS MATEMÁTICOS USUALES EN LA MODELACIÓN DE LA CALIDAD DEL

AGUA5

Uno de los objetivos primordiales al que se pretende llegar con la modelación de la calidad del agua es adquirir la habilidad para predecir con cierto grado de certeza la calidad del agua, en diferentes sectores a lo largo de un tramo de río, bajo diversos escenarios de modelación. En la actualidad existe un sin número de modelos matemáticos, desarrollados con la finalidad de estudiar el comportamiento de un determinado contaminante o un grupo de éstos a lo largo de una corriente natural. Comúnmente la selección del modelo a implementar depende de la disponibilidad de información con que se cuenta, el propósito de la modelación y los procesos a modelar; esta condición implica que no siempre un modelo puede aplicarse en el estudio de la calidad del agua en una corriente en particular. Como es bien sabido, la modelación de un sistema natural comúnmente es realizada mediante la implementación de modelos matemáticos; en la actualidad diversas instituciones han invertido ingentes recursos en el desarrollo de herramientas matemáticas, que permitan estudiar fenómenos naturales, complejos, como es la modelación de la calidad del agua en corrientes naturales. Entidades como la Agencia de Protección Ambiental (EPA), perteneciente al gobierno de los Estados Unidos ha desarrollado una serie de modelos matemáticos, mediante los cuales se puede estudiar el comportamiento de la calidad del agua en una fuente natural. Entre los modelos desarrollados por esta entidad se pueden mencionar: WASP (Water Quality Analysis Simulation Program), EPD-RIV1, QUAL2K, entre otros. Otras instituciones de reconocimiento internacional también se han preocupado por el estudio y desarrollo de este tipo de herramientas, tal es el caso del Instituto de Hidráulica Danés, (DHI por sus siglas en ingles: Danish Hydraulic Institute), quien en 1999 desarrolló el modelo MIKE11; en el DHI han desarrollado una familia de programas conocidos genéricamente con el nombre de MIKE. Otro modelo del cual se hace un breve recuento en el presente estudio es el BLTM por sus siglas en inglés (Branched Lagrangian Transport Model), desarrollado por el servicio geológico de los Estados Unidos (USGS). En los siguientes numerales se presenta una breve descripción de los modelos anteriormente citados; indicando los rasgos principales de cada uno de ellos.

2.2.1 MODELO WASP El modelo WASP facilita al usuario la interpretación y predicción de la calidad del agua y su respuesta ante un fenómeno natural o ante una condición de origen antrópico. El WASP es un modelo que permite simular el comportamiento dinámico de un sistema acuático, incluyendo la columna de agua y los bentos. Este modelo permite analizar sistemas en 1, 2 y 3 dimensiones y para un variado número de contaminantes. En el modelo se considera la variabilidad temporal de los diferentes fenómenos o procesos analizados (advección, dispersión, cargas puntuales o difusas), condiciones presentes en las fronteras del modelo. El WASP también considera los aspectos hidrodinámicos y el transporte de sedimentos que pueden ser aportados por afluentes al cuerpo de agua analizado, considera parámetros como las profundidades, velocidades, temperatura, salinidad y los flujos de los sedimentos. El WASP ha sido usado para examinar

5 Garcia Hermes; Obregón Nelson,

MODELACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA EN CORRIENTES NATURALES MEDIANTE SISTEMAS ECUACIONES NO LINEA

LES ACOPLADAS, EMPLEANDO DOS ALGORITMOS GENÉTICOS EN EL PROCESO DE CALIBRACIÓN Y SOLUCIÓN DEL SI

STEMA.. 14/07/2008




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la eutroficación (en la Bahía de Tampa, río Coosa, estuario del río Neuse y estuario de Potomac), evaluar la carga de fósforo en lagos (lago Okeechobee), contaminación por metales pesados en el río Deep, en California del Norte (EPA, 2002).

2.2.2 MODELO EPD-RIV1 EPD-RIV1 es un conjunto de programas para la simulación unidimensional de las características hidrodinámicas y de calidad del agua; el modelo computacional está basado en el CE-QUAL-RIV1, modelo desarrollado por el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos de América, este sistema de modelación fue desarrollado por la EPA, en el departamento de recursos naturales de Georgia. El EPD-RIV1 está constituido por dos componentes básicos, uno se encarga de resolver la hidrodinámica del sistema, el cual se resuelve primero y un segundo componente que permite realizar la modelación de la calidad. La información hidrodinámica obtenida con la aplicación del modelo hidrodinámico es guardada en un archivo que posteriormente será usado en la modelación de la calidad. El modelo de calidad permite simular la interacción entre 16 variables de estado, entre las cuales se incluyen: temperatura del agua, especies de nitrógeno y fósforo, oxígeno disuelto, Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), algas, etc. Adicionalmente el modelo permite simular los impactos que sobre el oxígeno disuelto y los ciclos de los nutrientes tienen las macrófitas. El modelo fue diseñado para la simulación de las características de las corrientes en condiciones dinámicas, con el propósito de analizar las condiciones existentes y determinar la máxima carga total diaria en un determinado sector.

2.2.3 MODELO MIKE 11 El MIKE 11 es una herramienta avanzada que permite la simulación de la calidad del agua y transporte de sedimentos en estuarios, ríos, sistemas de riego y canales entre otros. El MIKE 11 es un sistema dinámico unidimensional, de sencilla aplicación en sistemas con diferente grado de complejidad. Debido a su flexibilidad y velocidad, el MIKE 11 cuenta con un ambiente de trabajo bastante versátil para aplicaciones relacionadas con la ingeniería de diseño, estudio de recursos hídricos y planificación en general (Socadagui V., 2006). El MIKE 11 está constituido por 5 módulos básicos: Hidrología, hidrodinámica, advección-dispersión y transporte de sedimentos cohesivos, calidad del agua y transporte de sedimentos no cohesivos. El modelo de calidad permite la modelación de diferentes indicadores de la calidad del agua como son: algas, detritos, sedimentos cohesivos y no cohesivos, oxígeno disuelto, temperatura, nitrógeno entre otros; este modelo se aplica luego de realizada la modelación de la hidrodinámica del sistema en estudio.

2.2.4 BLTM Este modelo fue desarrollado por el servicio geológico de los Estados Unidos, para simular la dispersión y reacciones químicas que presenta un constituyente de la calidad del agua, disueltos, a través de sistema (canal), el cual se considera de forma unidimensional (Jobson and Schoellhamer, 1987). El modelo puede ser aplicado en ríos y en estuarios en donde se considere que se presenta mezcla completa en la sección transversal. El modelo BLTM resuelve las ecuaciones de advección-dispersión usando un marco de referencia Lagrangiano, el cual hace las evaluaciones en los diferentes nodos que conforman el modelo discreto. El esquema de solución numérica que emplea este modelo minimiza la dispersión numérica (Jobson H., 2001). El modelo simula el transporte usando segmentos de líneas, llamados "Branches", de allí su nombre, los cuales están conectados por uniones. El modelo es ideal para modelar sistemas en donde se presentan cambios de concentraciones o gradientes altamente variables.




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2.2.5 MODELO QUAL El QUAL2K (comúnmente denominado Q2K), es un modelo para estimar la calidad del agua en ríos; dicho modelo es una versión moderna del QUAL2E, software desarrollado a mediados de los ochenta (Brown and Barnwell, 1987), como una versión actualizada de su antecesor, el modelo QUAL. Las versiones posteriores al modelo original, preservan rasgos comunes en los siguientes aspectos: El sistema es analizado unidimensionalmente, además considera que en el canal que se analiza el flujo es bien mezclado tanto lateral como verticalmente. El sistema puede estar constituido por un canal principal con ramificaciones o tributarios. Las condiciones hidráulicas se analizan en estado estático; el flujo se simula en condición estática no uniforme. La temperatura es simulada como una función de las condiciones meteorológicas. No obstante a las modificaciones realizadas al modelo QUAL2, en las versiones más recientes, aún se conserva el motor de cálculo que se usa para la solución de las ecuaciones que permiten modelar la calidad del agua en los ríos. Las limitaciones de la formulación del QUAL2 se ponen en evidencia cuando se desea simular condiciones diferentes a las condiciones de flujo estático. Tal como todos los modelos, el QUAL incorpora ciertas simplificaciones y suposiciones. La ecuación básica resuelta por el QUAL2 es la ecuación unidimensional del transporte por advección -difusión, que está integrada numéricamente sobre el espacio y el tiempo para cada componente de la calidad del agua. Esta ecuación considera los efectos asociados con los procesos de transporte advectivo y difusivo, las reacciones que se originan entre las diferentes sustancias a analizar y las fuentes o sumideros, producto de la interacción de una determinada sustancia con otras. La solución del sistema de ecuaciones resultantes en este modelo, se hace considerando las fuentes o sumideros internos como constantes en la formulación matemática del modelo. Estas relaciones entre variables, que son por lo general altamente no lineales, el QUAL2E las trata como constantes que contribuyen a forzar el sistema (Chapra S. 1997), lo que permite simplificar considerablemente la solución al sistema de ecuaciones. El modelo QUAL, permite modelar más de 17 variables de estado entre las cuales se pueden mencionar: Oxígeno disuelto, DBO, Temperatura, conductividad, varias especies de nitrógeno y fósforo, pH, patógenos, fitoplancton entre otros. Los modelos antes mencionados no son ajenos a problemas comunes en la actual modelación estándar de la calidad del agua. Existen problemas asociados a la formulación del modelo, esto es debido a las suposiciones o simplificaciones que están implícitas en la concepción de éste, por ejemplo el QUAL2E y la mayoría de modelos de calidad del agua en ríos simplifican la realidad suponiendo que el flujo es unidimensional. Esta idealización implica que una emisión de un contaminante en el río se mezcla instantáneamente en toda la sección transversal del río, lo cual no es del todo cierto. Otros problemas en la modelación están asociados con la etapa de calibración del modelo, ya que ésta es una etapa clave para el uso apropiado de un modelo, particularmente para la simulación de escenarios. Son varios los aspectos que pueden dificultar la calibración apropiada de los parámetros de un modelo de calidad del agua en una corriente. En el caso de la modelación del oxígeno disuelto, un parámetro clave en el modelo es el coeficiente de reaireación, parámetro al cual las predicciones del modelo son altamente sensibles. Típicamente este parámetro se estima en función de la temperatura y las características hidráulicas de la corriente analizada (profundidad y velocidad); sin embargo descargas asociadas con drenajes urbanos, sistemas de




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tratamiento combinados o fuentes no puntuales derivadas por eventos de lluvia pueden inducir cambios en el coeficiente de reaireación, lo que implica que estos valores obtenidos de la calibración no sean transferibles o representativos a otras condiciones (Shanahan P. et al, 1998). Otra de las dificultades que frecuentemente se presentan en nuestro medio durante el proceso de calibración de modelos de calidad es que no se cuenta con adecuado número de datos, que permitan una calibración y validación apropiada de los diferentes parámetros, los cuales se pueden considerar como las magnitudes encargadas de describir las características físicas y funcionales del sistema, en una modelación de la calidad del agua. Esto implica que para calibrar los parámetros del modelo QUAL2E, donde se presentan un número de constantes cercano a 50, se requeriría de por lo menos igual número de observaciones para poder estimar con cierto grado de certidumbre las constantes que caracterizan el sistema en estudio. Otros modelos como el QUAL2Kw, desarrollado por la universidad de Washington, para la calibración de sus parámetros hacen uso de una subrutina de optimización, basada en algoritmos genéticos para la calibración de las constantes




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3 METODOLOGÍA

Este ejercicio de modelación se llevó a cabo siguiendo el protocolo presentado como diagrama de flujo en

la Figura 4, y el cual fue adaptado de Camacho y Díaz-Granados (2002), incorporando algunos elementos

de Refsgaard et al. (2007).

Figura 4. Protocolo De Modelación.

Fuente: Modificado De CAMACHO Y DÍAZ-GRANADOS (2002) La metodología seguida consistió en los siguientes pasos: En primer lugar se definió el plan de modelación. En esta etapa se identificaron el problema y los objetivos de la modelación. Este caso en particular consistió en realizar el modelo predictivo que permite estimar los




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impactos sobre la calidad del Rio Bogotá, bajo diferentes condiciones de caudal sobre el cuerpo receptor y de descargas de aguas residuales domésticas e industriales provenientes de los vertedores sobre el río. En la segunda etapa se realizó la investigación preliminar, la cual consistió en la búsqueda de datos históricos disponibles de hidrología, hidráulica y calidad del agua; la revisión de la normatividad ambiental aplicable al caso de estudio (decretos y resoluciones promulgados por entidades de nivel nacional, regional y municipal) en relación con los usos actuales y potenciales en la zona y las restricciones sobre la calidad del vertimiento (Límites Máximos Permisibles); investigación sobre fuentes de contaminación, identificando el tipo (doméstico), naturaleza (puntual, distribuida o difusa), origen y principales características (cantidad, calidad y localización). Como resultado de esta etapa, se obtuvo una idea más clara del tipo de modelo a utilizar, los requisitos adicionales de información y los estándares y restricciones sobre la calidad del agua. El tercer paso consistió en el reconocimiento de datos de campo tomados por el Laboratorio Ambiental de la CAR, con el fin de confirmar la información preliminar obtenida e identificar nuevas fuentes de contaminación o características particulares del sistema natural receptor que puedan incluirse en la modelación y/o análisis de resultados. De acuerdo a esta información, de los puntos de medición de calidad, los procesos dominantes y la complejidad requerida para representar de forma apropiada el prototipo. Con la información recogida en las etapas anteriores, se desarrolló el modelo conceptual. Para ello se hizo un esquema detallado del sistema a modelar, indicando claramente las entradas, salidas, fuentes, sumideros y procesos considerados. Igualmente, en esta etapa se definieron los determinantes de la calidad del agua a simular. Dado el modelo conceptual, se definió si es necesario construir un código o si existe software que permita implementar la representación construida del sistema natural. En este caso en particular, y como se explicará más adelante, se optó por utilizar el software QUAL2Kw v.5.1, desarrollado por el Departamento de Ecología del Estado de Washington. Debido a que este software ha sido extensamente probado y utilizado en diversos casos en los Estados Unidos y en otros países, no fue necesaria la verificación del código en el desarrollo de soluciones analíticas y cerradas, ejecución de ejemplos sintéticos o la reproducción de pruebas pos-modelación. Seleccionado el código del modelo, y conocidas sus necesidades de información, se prosiguió con la caracterización hidráulica e hidrológica de la fuente. En esta etapa se adoptó la información hidráulica e hidrológica suministrada por documentos técnicos emanados por la Direccion de Recursos Naturales en el año 2020, de los cuales se obtuvieron las curvas de calibración que describen la variación de las características hidráulicas (velocidad y profundidad) con el caudal. Igualmente, los parámetros hidráulicos, los tiempos de viaje o retención hidráulica y las consideraciones de mezcla (zona de mezcla, coeficientes de dispersión). Este paso corresponde a la primera etapa de toda modelación de calidad del agua, la cual se conoce como modelación hidrodinámica y de transporte. La información correspondiente a calidad de agua en el cuerpo receptor fueron obtenidos en la campaña de monitoreo realizada por el Laboratorio Ambiental de la CAR para el año 2019 semestre I. Con los datos obtenidos de la campaña de monitoreo, se hizo el análisis del estado actual del cuerpo de agua receptor y de los conflictos existentes con los usos actuales y potenciales del recurso hídrico. Estos datos son indispensables en la calibración o ajuste del modelo. Se procedió con la implementación del código del modelo. Una vez pre-procesados e introducidos los datos en el software, se definieron la función objetivo (medida del ajuste entre los datos medidos y los valores simulados), los parámetros y rangos de calibración. Una vez ejecutada la calibración del modelo, se obtuvo la combinación de parámetros que mejor representan las condiciones medidas.




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Una vez calibrado el modelo, se formularon los escenarios de simulación considerando diferentes condiciones de carga en el vertimiento y diferentes caudales en el cuerpo receptor. Se analizaron aspectos como la adición o remoción de carga contamínante a la salida del tramo de estudio, la capacidad de asimilación de la fuente receptora y la comparación entre los escenarios ejecutados. De acuerdo con el análisis de los resultados de la simulación, se elaboraron las respectivas conclusiones y recomendaciones del caso.




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4. DESCRIPCIÓN DEL TRAMO DE

MODELACIÓN En el presente capítulo se realiza una descripción resumida del río Bogotá, lo cual incluye aspectos físicos e hidráulicos de la cuenca, las subcuencas que la conforman y un diagnóstico resumido acerca de la calidad del agua a lo largo del río.

4.1. Río Bogotá

El río Bogotá nace en el páramo de Guacheneque en el municipio de Villapinzón, a una altura de 3100 msnm y se ubica en la parte central del departamento de Cundinamarca cubriendo el 32% de la superficie total del departamento. Desemboca en el río Magdalena a una altura de 275 msnm conformando un área tributaria total de 5904 km2 y una longitud total del cauce de 352 km aproximadamente. El área de la cuenca se compone de ríos, quebradas, lagunas, humedales y embalses y abarca 46 municipios, incluyendo Bogotá D.C. (CAR, 2019). El río Bogotá se divide en tres tramos: El primero es la cuenca alta, desde su nacimiento hasta la

desembocadura del embalse del Sisga. Comprende el recorrido del río desde el nacimiento, hasta el sector

conocido como los rápidos de Suesca, específicamente hasta el sitio del puente denominado Cacicazgo,

en este tramo el río tiene un recorrido 55 kilómetros aproximadamente. El segundo tramo, la cuenca media,

comprende el recorrido del río desde Suesca, hasta el Salto del Tequendama. En este sitio en donde el río

es regulado por el control de las compuertas de Alicachín, a su vez en este tramo se tiene el asentamiento

humano más importante de la cuenca como es Bogotá D.C. y las ciudades aledañas. Hasta este punto el

río tiene una longitud de 233 kilómetros aproximadamente. Por último, el tercer tramo que alude a la cuenca

baja que comprende el recorrido del río desde el Salto de Tequendama hasta la desembocadura el río

Magdalena en el casco urbano de Girardot. Hasta este punto, el río termina el recorrido con una longitud

aproximada de 352 kilómetros (CAR, 2019). A continuación, el Mapa 1 muestra los tres tramos del río

Bogotá.

Mapa 1. Tramos del río Bogotá.

Fuente: Tomado del POMCA del río Bogotá (CAR, 2019).




21

4.2. Subcuencas hidrográficas

Las subcuencas hidrográficas están definidas a partir de los principales tributarios del río Bogotá, los cuales

son 13, tal y como se muestran en el esquema topológico y su respectiva ubicación en el Mapa 2. A partir

de estos y junto con otros tributarios menores, se definieron 19 subcuencas hidrográficas, cuyo nombre,

código, cauce y longitud principal se presentan en la

Tabla 2. La delimitación de estas subcuencas se muestra en el mapa 3.

Mapa 2. Esquema de principales afluentes del río Bogotá.





22

Tabla 2. Lista de subcuencas hidrográficas de la cuenca del río Bogotá.

ID Nombre Código Cauce principal

Longitud cauce

principal (km)

1 Río Bajo Bogotá 2120-01 Río Bogotá 35.11

2 Río Calandaima 2120-02 Río Calandaima 18.00

3 Río Medio Bogotá (Sector

Salto - Apulo) 2120-03 Río Bogotá 34.91

4 Río Bogotá (Sector Soacha

- Salto) 2120-04 Río Bogotá 11.41

5 Embalse del Muña 2120-05 Río Muña 15.12

6 Río Tunjuelo 2120-06 Río Tunjuelo 40.52

7 Río Bogotá (Sector Tibitoc -

Soacha) 2120-07 Río Bogotá 52.57

8 Río Teusacá 2120-08 Río Teusacá 44.40

9 Embalse Tominé 2120-09

Río Tominé (Río

Siecha) 35.35

10 Embalse del Sisga 2120-10

Río Sisga (Río San

Francisco) 19.13

11 Río Alto Bogotá 2120-11

Río Funza (Río

Bogotá) 26.61

12 Río Bogotá (Sector Sisga -

Tibitoc) 2120-12 Río Bogotá 36.94

13 Río Neusa 2120-13 Río Neusa 26.55

14 Río Frío 2120-14 Río Frío 35.41

15 Río Balsillas 2120-15 Río Balsillas 53.33

16 Río Apulo 2120-16 Río Apulo 39.65

17 Río Soacha 2120-17 Río Soacha 17.41

18 Río Negro 2120-18 Río Negro 8.17

19 Río Chicú 2120-19 Río Chicú 21.41





23

Mapa 3. Subcuencas hidrográficas de la cuenca del río Bogotá.


Por sus condiciones físicas e hidráulicas, tipos de usuarios, cobro de tasa retributiva y de usos

predominantes, la cuenca se ha subdividido a su vez en 9 tramos como se muestra en la tabla 3 y se

decribe en el mapa 4.

Tabla 3. División de los tramos del río Bogotá.

Tramo Desde Hasta

Sitio Kilómetro Sitio Kilómetro

1 Nacimiento Rio

Bogotá 0.00 Q. la Quincha 13.4237216

2 Q. La Quincha 13.4237216 Q. La Quincha 41.2066263

3 Estación LG

Saucio 41.2066263

Estación LG

Saucio 97.1235773

4 Hacienda El

Triunfo 97.1235773

Hacienda El

Triunfo 104.159136

5 Río Negro, (Q. El

Amoladero) 104.159136

Río Negro, (Q. El

Amoladero) 122.313234

6 Estación Puente

Vargas 122.313234

Estación Puente

Vargas 179.021832




24

7 Estación LM

Vuelta Grande 179.021832

Estación LM

Vuelta Grande 235.211034

8 Salto de

Tequendama 235.211034

Salto de

Tequendama 294.714846

9 Rio Apulo 294.714846 Rio Magdalena 352.2888

Fuente: Dirección de Recursos Naturales (DRN) – CAR (2020).

Mapa 4. División de los tramos del río Bogotá.


4.3. Calidad del agua

De acuerdo con el POMCA del río Bogotá (CAR, 2019), en términos generales, la cuenca del río Bogotá

cuenta con muy buena densidad de drenaje, presentando las mejores condiciones en la cuenca baja y en

las subcuencas del costado nororiental, correspondientes a las cuencas del río Teusacá y del embalse de




25

Tominé. Las condiciones más desfavorables de drenaje la presentan en el sector de la parte media del río

Bogotá, en las subcuencas del río Balsillas y del sector Tibitoc – Soacha, principalmente debido a la alta

tasa de urbanización de estas zonas. En el Mapa 5 se muestran los valores de densidad de drenaje para

las subcuencas hidrográficas.

Mapa 5. Densidad de drenaje en la cuenca del río Bogotá.


En el POMCA (CAR, 2019) se menciona que, con la información recopilada en los PSMV de los municipios que conforman la cuenca, se pudo diagnosticar que en la cuenca alta, 14 de los 15 municipios que la conforman, y que representan el 94.5% de esta cuenca, reportan la existencia de 28 plantas para el tratamiento de aguas residuales y tres plantas en construcción. Lo anterior nos indica que solamente el 5.5% representado por el municipio de Villapinzón, no cuenta aún con un sistema de saneamiento para sus




26

aguas residuales, teniendo en cuenta que es allí donde nace esta importante fuente hídrica y es ahí mismo donde sufre su primer gran descarga contaminante de aguas servidas domiciliarias e industriales (curtiembres). En la cuenca media, el 87.5% de los municipios que la constituyen cuentan con plantas de tratamiento de aguas residuales, solo el municipio de Sibaté no cuenta con este sistema de tratamiento de aguas residuales y descarga directamente estas aguas en el embalse del Muña. En esta cuenca se encontraron 13 plantas, de las cuales, 8 son administradas directamente por la Corporación Autónoma Regional - CAR y están funcionando en buenas condiciones, ya que fueron optimizadas por esta entidad y cinco son administradas por los municipios directamente. Sin embargo, la causa fundamental del deterioro de la calidad del río en la cuenca media, lo constituyen los vertimientos del Distrito Capital, a través de los ríos urbanos y canales de aguas de escorrentía (CAR, 2019). La carga contaminante del Distrito Capital está constituida por las aguas servidas de una población de 8 millones de habitantes, las conexiones erradas, los vertimientos industriales, los aportes de sólidos originados de los procesos erosivos de los cerros orientales y de malas prácticas de disposición de residuos sólidos en canales y sumideros. Actualmente se está realizando la optimización y ampliación de la PTAR El Salitre para aumentar la capacidad operativa y mejorar el tratamiento de las aguas residuales, con el fin de reducir el impacto de los vertimientos domésticos en la cuenca del río Bogotá. El sistema hídrico del Distrito Capital está conformado por el canal Torca y los ríos Salitre, Fucha, Tunjuelo. Estos ríos transportan la escorrentía superficial de la ciudad y los vertimientos de los usuarios que presentan conexiones erradas o no están conectados a la red de alcantarillado sanitario. En términos de calidad hídrica, según el POMCA (CAR, 2019), el 65% de la DBO perteneciente a los

vertimientos domésticos es generada en la subcuenca Sector Tibitoc – Soacha, de igual manera el 67% de

los Sólidos Suspendidos Totales se generan en dicha subcuenca. Esto se debe a que en esta subcuenca

reside la mayor parte de la población de la cuenca río Bogotá. Es claro, que el sector doméstico genera

gran presión ambiental sobre la cuenca del río Bogotá. Por otro lado, el sector y/o actividad relacionada

con el sacrificio animal, genera el mayor impacto en las subcuencas Sector Tibitoc – Soacha y río Tunjuelo

respectivamente en términos de DBO y SST.

Los vertimientos predominantes en la cuenca son los provenientes de aguas residuales de tipo doméstico

y no doméstico, principalmente de la actividad de curtiembres, estos sectores generan la mayor cantidad

de vertimientos, e impacta negativamente la calidad de agua del río Bogotá. La mayor carga contaminante

de DBO por el sector Industrial se encuentra en la subcuenca Sector Tibitoc – Soacha. En la cuenca del

río Bogotá se genera el 28% de la actividad económica nacional, por ende, se generan vertimientos

especialmente en la ciudad de Bogotá y zonas urbanas aledañas. Adicionalmente, en la subcuenca río

Tunjuelo se encuentran alrededor de 300 empresas que se desarrollan la actividad de la curtiembre, la cual

genera aguas residuales con alto contenido de materia orgánica, sólidos y cromo (CAR, 2019).

Según el POMCA del río Bogotá, existen una serie de subcuencas priorizadas para la mejora de la calidad

del agua dentro de las cuales se encuentran: río Balsillas, río Negro, río Soacha, río Tunjuelo, Sector

Soacha-Salto y Sector Tibitoc-Soacha. Estos sectores deben ser tenidos en cuenta y analizados de forma

especial para la modelación de la calidad hídrica del río Bogotá, con el fin de comprender su impacto y

mejora en los escenarios proyectados de simulación.

Lo anterior se puede corroborar en el informe titulado CALIDAD DEL AGUA EN LA CUENCA DEL RÍO

BOGOTÁ (DRN, 2020), donde se realiza un análisis espacio temporal de la calidad del agua a partir de la

información de las estaciones de monitoreo de la CAR distribuidas a lo largo de la cuenca.




27

Dentro de los resultados de los informes desarrollados por la Dirección de Recursos Naturales (DRN), se

encuentra lo siguiente con respecto a ciertos determinantes de calidad del agua:

Las concentraciones de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), a la altura de Bogotá (kilómetro 179.6

del río Bogotá) hasta aguas arriba del salto de Tequendama en el municipio de Soacha, evidencian un

aumento considerable asociado a carga de contaminación urbana de estos municipios.

Las concentraciones de Sólidos suspendidos Totales (SST), a la altura de Bogotá (kilómetro 179.6 del

río Bogotá) hasta la desembocadura del río Bogotá en el río Magdalena, evidencian un aumento

considerable asociado a carga de contaminación urbana presentada en las subcuencas del río Balsillas

y del sector Tibitoc – Soacha.

El Oxígeno Disuelto, en la cabecera (Villapinzón), presenta una concentración cercana al oxígeno de

saturación con un valor promedio de 8 mg/L. No obstante, aguas abajo de la desembocadura de río

Negro (Km 102 del río Bogotá) en el municipio de Zipaquirá, los valores disminuyen de forma notoria

con valores cercanos a cero, para condiciones anaerobias. Este comportamiento se mantiene hasta

antes del Salto de Tequendama, donde se presenta reaireación del río generando aguas abajo

concentraciones cercanas a 5 mg/L.

Finalmente, de acuerdo con el POMCA (CAR, 2019), para la cuenca baja del río Bogotá, 7 de los 12 municipios que la conforman, no cuentan con sistema de tratamiento para la depuración y descargas de las aguas residuales domiciliarias provenientes de sus cascos urbanos, lo cual equivale al 58,33%; esto tiene una incidencia directa en los reiterados incumplimientos de los municipios de la cuenca baja frente a las metas de reducción de la carga contaminante para DB05 y SST para el quinquenio como lo dispone la CAR. Existen en la cuenca baja dos municipios Girardot y Tocaima que cuentan con PTAR agroindustriales, ubicadas únicamente en las plantas de sacrificio animal, que cumplen con la función de depurar las aguas de esta actividad y no a la totalidad del área urbana y a su vez, el municipio de Agua de Dios reportó plantas en desarrollos turísticos urbanísticos que son plantas administradas por conjuntos y urbanizaciones (administraciones privadas). Es importante mencionar que el municipio de Girardot no cuenta con STAR hoy en día, siendo este un sistema de tratamiento muy importante y necesario, ya que debe tratar parte de las aguas provenientes del embalse del Muña (CAR, 2019).




28

5. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN Y

ESTUDIOS PREVIOS

En este numeral, se presenta la información secundaria recopilada y estudios previos desarrollados en el

río Bogotá. Se describe la información disponible en la cuenca acerca de monitoreos de calidad de acuerdo

con las estaciones de la CAR, y se presentan estudios hidráulicos, hidrológicos y de calidad del agua

desarrollados en el río Bogotá, resumiendo sus más importantes aspectos en términos de la metodología

empleada y los resultados generados. También se incluye un inventario de vertimientos y captaciones a lo

largo de la cuenca, y específicamente del río Bogotá, de acuerdo con la base de datos suministrada por la

Dirección de Evaluación, Seguimiento y Control Ambiental (DESCA) de la CAR.

5.1. Información de determinantes convencionales

5.1.1. Corriente principal y afluentes

La información de los determinantes convencionales en afluentes y la corriente principal, se obtiene a partir

de las estaciones de monitoreo que hacen parte del programa de muestreo de la cuenca del río Bogotá en

la CAR, y de los análisis de parámetros de calidad del agua que se realizan semestralmente en este

programa. Específicamente, en estos monitoreos se realiza un análisis bacteriológico que incluye

Coliformes Totales y E. Coli, y un análisis de parámetros fisicoquímicos que incluyen: Aceites y Grasas,

Acidez, Alcalinidad, Carbono Orgánico Total, Cianuro Libre, Cromo Hexavalente, Cloro Total Residual,

Cloruros, Color, DBO5 (Total y Soluble), DQO (Total y Soluble), Dureza Total, Fenoles, Fosforo Total,

Fosforo Orto, Metales (Aluminio, Arsénico, Bario, Berilio, Boro, Cadmio, Calcio, Cobalto, Cobre, Cromo

Total, Hierro, Litio, Manganeso, Magnesio, Mercurio, Molibdeno, Níquel, Plata, Plomo, Selenio, Sodio,

Vanadio y Zinc), N-Amoniacal, N-Nitratos, N-Nitritos, Nitrógeno Total, NTK, Relación de absorción de Sodio

RAS, Sólidos Suspendidos Totales, Sólidos Totales, Sulfatos, Sulfuros, Surfactantes, Turbidez. También

se toman parámetros in situ como: Oxígeno Disuelto, Conductividad, pH, Temperatura del Agua,

Temperatura del Ambiente y Aforo de Caudal. Adicionalmente, se lleva registro de los parámetros: Material

Flotante y Espumas. Los Hidrocarburos totales se evalúan siempre que se observe una mancha de este

sobre la fuente hídrica.

A continuación, en la tabla 4, se presentan los puntos de monitoreo georreferenciados que existen

actualmente en la cuenca del río Bogotá; estos se ubican en vertimientos, afluentes y sobre la corriente

principal del río Bogotá. En el Mapa 6 se presenta la distribución espacial de los puntos de monitoreo en la

cuenca.




29

Tabla 4. Puntos de monitoreo en el río Bogotá.

No Nombre Completo del

Punto de Monitoreo Tramo

Abscisa

RB

(Km)

Río (R)

Afluente (A)

Vertimiento (V)

Coord.

Este

Coord.

Norte

Altitud

(msnm)

1 Aguas arriba Villapinzón Alta Superior 7.3 R 1055091 1070826 2877

2 Puente Villapinzón Alta Superior 11.2 R 1053799 1069308 2771

3 Aguas arriba Q.

Quincha Alta Superior 14.2 R 1053031 1060390 2769

4 Quebrada. Quincha Alta Superior A 1053019 1068371 2736

5 Estación LM Chingacio Alta Superior 17.7 R 1051402 1066197 2787

6 Agregados Chocontá Alta Superior V 1048111 1063652 2668

7 río Tejar Alta Superior A 1044722 1061551 2645

8 Puente vía Telecom Alta Superior 31.3 R 1042153 1060573 2644

9 Descarga Municipio de

Chocontá Alta Superior V 1042258 1060620 2640

10 Aguas abajo Municipio

Chocontá Alta Superior 34.6 R 1041964 1060042 2641

11 Estación LG Saucio Alta Superior 40.2 R 1041154 1056720 2635

12 Descarga Embalse

Sisga Alta Superior A 1039033 1055277 2626

13 Estación LM Santa

Rosita Alta Superior 47.9 R 1035927 1056381 2618

14 Puente Santander Alta Superior 53.7 R 1031592 1055047 2586


Suesca Alta Superior V 1031302 1054478 2580


Suesca Alta Superior 54.7 R 1030403 1051508 2580

17 Descarga Embalse

Tominé Alta Superior A 1030429 1050786 2578

18 Aguas arriba descarga

Papeles y Molinos Alta Superior 67.1 R 1026555 1049171 2556

19 Estación LG - Pte

Florencia Alta Superior 69.1 R 1025190 1049027 2570


Gachancipá Alta Superior V 1021952 1043839 2553


Gachancipá Alta Superior 78.8 R 1021244 1043552 2559




30



Abscisa

RB

(Km)

Río (R)

Afluente (A)

Vertimiento (V)

Coord.

Este

Coord.

Norte

Altitud

(msnm)

22 Estación LM -

Tocancipá Alta Superior 84.7 R 1017994 1041499 2572


Tocancipá Alta Superior V 1017565 1041102 2519

24 Aguas arriba Termozipa Alta Superior 91.7 R 1014822 1041910 2570

25 Hda El Triunfo Entrada

a Panaca Alta Superior 95.1 R 1012509 1041750 2580

26 Descarga Embalse

Neusa Alta Inferior A 1012106 1059411 2938

27 Puente Caldas río

Checua Alta Inferior A 1017582 1051477 2587

28 río Neusa en vía

Zipaquirá – Nemocón Alta Inferior A 1016901 1051766 2578

29 río Neusa Alta Inferior A 1012932 1046857 2577

30 Estación LG - El Espino Alta Inferior 98.9 R 1011761 1043957 2574

31 río Negro Alta Inferior A 1010353 1044072 2574

32 Aguas abajo río Negro Alta Inferior 102.0 R 1010311 1043749 2575

33 río Teusacá - Pte La

Cabaña Alta Inferior A 1013513 1019649 2501

34 río Teusacá Alta Inferior A 1009350 1038988 2564

35 Estación LG - Pte

Vargas Alta Inferior 120.5 R 1007888 1035918 2572

36 Quebrada La Tenería Alta Inferior A 1006441 1033604 2568

37 Aguas arriba de Chía Alta Inferior 133.4 R 1005353 1029605 2563


Chía Alta Inferior V 1004238 1029208 2564

39 Aguas abajo de Chía Alta Inferior 138.0 R 1004076 1029120 2562

40 Estación LG - Pte La

Balsa Alta Inferior 149.2 R 1000734 1025822 2548

41 río Frio – Virginia Alta Inferior A 1001039 1036478 2587

42 río Frío – Cacique Alta Inferior A 1000931 1028315 2561

43 Aguas abajo río Frío Alta Inferior 151.3 R 999437 1026392 2564

44 Estación LG - Puente La

Virgen Alta Inferior 162.4 R 997951 1022460 2550


Cota Media V 997913 1022489 2545




31



Abscisa

RB

(Km)

Río (R)

Afluente (A)

Vertimiento (V)

Coord.

Este

Coord.

Norte

Altitud

(msnm)

46 río Chicú Media A 994734 1017697 2562

47 LM Vuelta Grande Media 175.7 R 994661 1017423 2235

48 río Arzobispo -

Circunvalar Media A 1002113 1003040 2690

49 By Pass Juan Amarillo Media V 934756 1015610 2565

50 PTAR Salitre Media V 994602 1015587 2567

51 El Cortijo Media 179.6 R 994485 1014640 2562

52 Descarga Jaboque Media A 992377 1014455 2564

53 Descarga Engativá Media V 992113 1014312 2560

54 Aguas abajo Engativá Media 185.1 R 990724 1013679 2547

55 LG Pte Cundinamarca Media 189.9 R 989518 1011064 2564

56 LM Hda San Francisco Media 194.8 R 990787 1007799 2547

57 río San Cristóbal antes

de Bogotá Media A 1000288 997146 2513

58 río Fucha Media A 991605 1007504 2561

59 Aguas abajo río Fucha Media 195.9 R 990528 1007379 2553

60 Bombeo Gibraltar Media V 988406 1005876 2515

61 LG La Isla Media 208.8 R 984472 1003660 2556

62 río Tunjuelo antes de

Bogotá Media A 995116 988620 2667

63 río Tunjuelo Media A 983927 1003542 2540

64 Aguas abajo río

Tunjuelo Media 209.8 R 983635 1004000 2539

65 río Balsillas Media A 981926 1004225 2540

66 Aguas Abajo río

Balsillas Media 214.8 R 980761 1001927 2555

67 río Soacha Media A 983563 1000131 2555

68 Canal Soacha Media A 982257 1000629 2459

69 LG Las Huertas Media 222.3 R 980644 998020 2557

70 Pte. Variante

Mondoñedo Media 229.3 R 979933 994327 2557

71 Aguas arriba Salto

Tequendama Media 230.6 R 978871 994290 2549

72

Descarga Municipio San

Antonio del

Tequendama Q. La Cuy

Baja

Superior V 969400 1002448 1497




32



Abscisa

RB

(Km)

Río (R)

Afluente (A)

Vertimiento (V)

Coord.

Este

Coord.

Norte

Altitud

(msnm)

73 Quebrada Honda Baja

Superior A 965198 1003348 889

74 Aguas abajo Quebrada

Honda

Baja

Superior 250.8 R 964445 1002984 873

75 Estación Pte La Guaca Baja

Superior 259.8 R 958220 999640 665

76 Descarga Embalse del

Muña

Baja

Superior A 958220 999640 674

77 Quebrada Santa Marta Baja

Superior A 957194 999181 652

78 Aguas abajo Quebrada

Santa Marta

Baja

Superior 261.2 R 957137 999153 653

79 Quebrada Socotá Baja

Superior A 948329 993326 610

80 río Calandaima Baja

Superior A 948308 988679 510

81 Agua abajo río

Calandaima

Baja

Superior 278.6 R 945547 990147 460

82 río Apulo Baja

Superior A 942836 991180 430

83 Estación Pte. Portillo Baja Inferior 290.1 R 941105 984195 386


Tocaima Baja Inferior V 937394 983505 337

85 Finca El Silencio Baja Inferior 296.0 R 936450 983132 281

86 Desembocadura río

Bogotá Baja Inferior 343.8 R 920378 967451 281





33

Mapa 6. Distribución de ubicación de estaciones de monitoreo de la CAR en la cuenca del río Bogotá.


Es importante aclarar que, la información disponible acerca de los determinantes de calidad de las

estaciones de monitoreo corresponde a los monitoreos realizados desde el año 2005 hasta el año 2019.

La temporalidad de los monitoreos se establece a partir de los regímenes de lluvia presentes en la cuenca

del río Bogotá, los cuales son Monomodal y Bimodal. En línea con esto, la cuenca es muestreada en dos

campañas al año, abarcando el periodo de lluvias y el periodo seco.

5.1.2. Vertimientos de aguas residuales y captaciones

La Dirección de Evaluación, Seguimiento y Control Ambiental (DESCA) suministró a la Dirección de

Recursos Naturales (DRN) información acerca del inventario de vertimientos puntuales de aguas residuales

y de captaciones para la cuenca del río Bogotá que se tienen a la fecha y proyectados en un periodo de 5

años, desde el 2020 al 2024.

Para los vertimientos se incluye información del tipo de vertimiento (doméstico, no doméstico), la fuente

receptora, la ubicación (municipio), el usuario (particular o municipio), el año de eliminación del vertimiento

y parámetros de calidad convencionales para los años 2020 y 2024, como: Temperatura del agua, Caudal,

Conductividad, Sólidos Suspendidos Totales, Oxígeno Disuelto, Sólidos Sedimentables, Nitrógeno




34

Orgánico, N-Amoniacal, N-Nitratos, N-Nitritos, Fósforo Orgánico, Fósforo Inorgánico, Coliformes Totales,

Alcalinidad, pH, DQO y DBO. Para ciertos vertimientos no domésticos, se presenta información de

parámetros de calidad no convencionales para los años 2020 y 2024, como: Cadmio, Cromo Total, Níquel,

Plomo, Aluminio, Amoniaco, Arsénico, Bario, Berilio, Boro, Cianuro Libre, Cinc, Cloro Total Residual,

Clorofenoles, Cloruros, Cobalto, Cobre, Compuestos Fenolicos, Cromo (Cr+6), Difenil, Difenil Policlorados,

Fenoles Monohidricos, Flúor, Grasas Y Aceites, Hierro, Litio, Manganeso, Mercurio, Molibdeno, Plaguicidas

Órgano-Clorados, Plaguicidas Órgano-Fosforados, Plata, Sales, Selenio, Sulfatos, Sulfuro Hidrogeno,

Tensoactivos, Turbiedad, Vanadio y otros, según aplique. Por último, se presenta información asociada a

cada vertimiento como el expediente, el estado de este e información relativa al permiso de vertimiento

(normativa y actividad asociada).

La ubicación de los puntos de vertimientos se presenta en el Mapa 7. Dentro de esta base de datos

destacan los usuarios vertedores a lo largo de la cuenca, y municipios como Villapinzón, Chocontá, Suesca,

Tocancipá, Zipaquirá, Sesquilé, Chía, Gachancipá, Cajicá, Cota, Soacha, Apulo, Tocaima, Girardot y

Ricaurte.

Mapa 7. Ubicación de vertimientos de aguas residuales en el río Bogotá.





35

De acuerdo con la base de datos suministrada por la DESCA, en el río Bogotá existen actualmente 164

vertimientos domésticos y no domésticos. De estos, la mayoría con un 71%, son de carácter doméstico y

un 29% de carácter no doméstico. Dentro de los vertimientos de tipo no doméstico, se destacan distintas

actividades productivas como la fabricación y curtido de pieles sobre todo en la cuenca alta del río, la

producción y procesamiento de alimentos y productos no perecederos en la cuenca media y alta, la

producción energética en la cuenca alta, entre otros, en menor proporción.

Con respecto a las captaciones, dentro de la información suministrada por la DESCA, se incluye la

información de usuarios con captación directa del río Bogotá, con el caudal de cada una de ellas,

expediente asociado, el uso principal, la ubicación, y los caudales anuales proyectados desde el año 2021

hasta el 2024. Adicionalmente, teniendo en cuenta el promedio de caudales otorgados en los últimos cinco

años (2015-2019), establecido en aproximadamente 30 L/s sobre la fuente hídrica río Bogotá (concesiones

otorgadas en su mayoría en la cuenca alta y principalmente para uso agropecuario), se estimaron los

caudales proyectados a los años 2020 al 2024.

De la lista de usuarios del recurso hídrico suministrada, se evidencia que el principal uso de las captaciones

está asociado a uso agropecuario, con un 84.7%, de las 196 reportadas por la DESCA en el río Bogotá.

Seguido a este, se encuentra el uso industrial con un 5.6%, y por debajo se encuentran el uso doméstico,

energía, minería y recreativo con 4.1%, 4.1%, 0.5% y 1%, respectivamente.

5.1.3. PTAR SALITRE Y CANOAS

De forma complementaria a la información suministrada por la Dirección de Evaluación, Seguimiento y

Control Ambiental (DESCA), el Fondo para las Inversiones Ambientales de la cuenca del río Bogotá (FIAB),

suministró información referente a la calidad del agua y caudal de los vertimientos actuales (sin tratamiento)

y proyectados desde 2020 a 2024 de acuerdo con los diseños realizados y/o proyectados para la PTAR

Salitre.

Dentro de la información de la PTAR Salitre, se incluye la ubicación del vertimiento, la descripción de cada

Fase del proyecto, caudal, población, e información de determinantes convencionales desde el año 2020

al año 2024, como: Temperatura del agua, Caudal, Conductividad, Sólidos Suspendidos Totales, Oxígeno

Disuelto, Sólidos Sedimentables, Nitrógeno Orgánico, N-Amoniacal, N-Nitratos, N-Nitritos, Fósforo

Orgánico, Fósforo Inorgánico, Coliformes Totales, Alcalinidad, pH, DQO y DBO. También se incluye

información de determinantes no convencionales para los años 2020 y 2024, como: Cadmio, Cromo Total,

Níquel, Plomo, Aluminio, Amoniaco, Arsénico, Bario, Berilio, Boro, Cianuro Libre, Cinc, Cloro Total

Residual, Clorofenoles, Cloruros, Cobalto, Cobre, Compuestos Fenólicos, Cromo (Cr+6), Grasas y Aceites,

Hierro, Mercurio, Plaguicidas Organoclorados, Plaguicidas Organofosforados, Plata, Sales, Selenio,

Sulfatos y Turbiedad.

Con respecto a la PTAR CANOAS, en la base de datos entregada por el FIAB se señala que, el vertimiento

proyectado se tiene planteado al 2028, por lo cual no es incluido dentro del modelo del río Bogotá generado

para el presente estudio. Sin embargo, dentro de la información suministrada se encuentra la

caracterización de las Estaciones Elevadoras Navarra, Rivera, Gibraltar y el Recreo, y el vertimiento de la

PTAP Tibitoc, información que es tenida en cuenta para el montaje del modelo.




36

5.2. Información hidrológica

La información hidrológica se obtuvo del documento técnico denominado: “ESTIMACIÓN DEL CAUDAL

AMBIENTAL DEL RÍO BOGOTÁ Y AFLUENTES REQUERIDOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA

ESTIMACIÓN DE LOS OBJETIVOS DE CALIDAD” (DRN, 2020), desarrollado por el grupo de Rondas

Hídricas de la Dirección de Recursos Naturales (DRN) en la cuenca del río Bogotá. En este estudio, se

estimaron los caudales ambientales de los principales afluentes del río Bogotá y sobre los cuales

actualmente, se cuenta con información histórica de calidad del agua en las estaciones de monitoreo de la

CAR.

De acuerdo con el estudio, el caudal ambiental se obtiene mediante tres fases, el cual alude al primer nivel

de implementación de la Guía Metodológica para la Estimación del Caudal Ambiental (MADS, 2018):

5.2.1. Fase 1: Levantamiento de información y caracterización del

cuerpo de agua

Se seleccionaron estaciones hidrométricas a lo largo de la corriente principal del río Bogotá, con el fin de

determinar el caudal ambiental en diferentes sectores de la corriente hídrica, considerando variaciones

importantes de caudal, cambios en la morfometría de la corriente y disponibilidad y calidad de la

información. Las estaciones se presentan en la Tabla 5 y la ubicación de éstas en el Mapa 8.

Mapa 8. Ubicación de estaciones hidrométricas en el río Bogotá





37

Tabla 5. Estaciones hidrométricas en el río Bogotá.

ID CODIGO DEPTO MUNICIPIO CAT ESTACION CORRIENTE NORTE ESTE

1 2120815 CUND VILLAPINZON LM VILLAPINZON R. BOGOTA 1068510 1053100

2 2120027 CUND CHOCONTA LG SAUCIO R. BOGOTA 1057200 1039700

3 2120816 CUND SUESCA LM STA ROSITA R. BOGOTA 1056782 1036018

4 2120767 CUND GACHANCIPA LG PTE FLORENCIA R. BOGOTA 1049290 1025200

5 2120792 CUND TOCANCIPA LG TOCANCIPA R. BOGOTA 1041500 1018200

6 2120973 CUND COTA LM PTE LA VIRGEN - CAR R. BOGOTA 1022171 998028

7 2120714 CUND BOGOTA LG PTE CUNDINAMARCA R. BOGOTA 1011237 989686

8 2120882 CUND TOCAIMA LG PTE PORTILLO R. BOGOTA 941075 984382

9 2120920 CUND GIRARDOT LG LA CAMPIÑA R. BOGOTA 920391 967694

Fuente: Dirección de Recursos Naturales (DRN) – CAR.

De estas estaciones se tomaron los caudales medios diarios (m3/s) para una ventana de 10 años,

comprendida entre los años 2003 y 2013. Adicionalmente, se establecieron los tramos en que se divide el

río, y en los cuales se tienen aspectos hidrológicos de cambios en la oferta y demanda a lo largo del cauce.

5.2.2. Fase 2: Estimación del régimen de caudal ambiental,

considerando el funcionamiento ecológico (hidrología y ecología)

Con el fin establecer el régimen de caudales, la guía propone la estimación del valor de caudal ambiental

y su régimen de acuerdo con los Servicios Ecosistémicos que este tiene dentro de la cuenca, suposición

que se incluyó en el cálculo del caudal ambiental de los lugares en donde priman algunos usos, con el fin

de favorecer el consumo humano y el energético.

Una visualización gráfica de la dinámica del río y todos los actores que intervienen en este comportamiento

particular del río se presentan a continuación, en el

Mapa 9.




38

Mapa 9. Dinámica de la Cuenca del río Bogotá.


A partir de esto, se estableció que, para la cuenca alta, el régimen de estacionalidad del caudal ambiental

tiene un comportamiento aún menos Antropizado, puesto que, en este punto, no se tiene la influencia de

regulación de los embalses. El régimen de flujo del río tiene un comportamiento monomodal; estableciendo

un periodo húmedo con mayor afluencia entre los meses de junio y agosto; el resto de los meses tiene un

comportamiento de estiaje en la cuenca; es decir, que las pocas lluvias presentes, provocan un descenso

en los caudales del río que obligan a tener un mayor control del caudal ambiental que transita por el cauce.

En el caso de la cuenca media, se encuentra mayormente intervenida tanto por la operación de los

embalses, como por la extracción de agua para los usos domésticos, industriales y también los energéticos.

Esto dificulta establecer un régimen variable de forma estacional, toda vez que la operación y manejo que

se tiene para regular el caudal obedece a las condiciones establecidas en consenso dentro del Comité

Hidrológico, que acuerda la Corporación y en el que tienen injerencia los principales actores como son la

Empresa de Acueducto de Bogotá y Energía. No obstante, el régimen de variación estacional evidencia

que al final del tramo se cuenta con un comportamiento bimodal. Esto debido a los cauces tributarios que

aún no tienen un comportamiento regulado.




39

En la cuenca baja, el río recupera su condición natural de tipo bimodal con dos periodos claros de afluencia

en un primer periodo del año con mayor afluencia de caudales que tiene lugar entre los meses de mayo y

junio, y un segundo periodo representado en el mes de noviembre con mayor caudal.

Para la determinación del caudal ambiental, se parte de la información del régimen de variación estacional

para los tres tramos del río Bogotá. De acuerdo con el análisis anterior, se toma como base el mes donde

se presenta el mayor déficit de agua en los tres tramos, el cual corresponde a enero.

5.2.3. Fase 3: Evaluación del régimen de caudal ambiental,

considerando servicios ecosistémicos (calidad del agua y bienestar

humano)

Con respecto a los afluentes del río Bogotá, en el documento se menciona que se obtuvo el caudal

ambiental para cada uno de los sitios de interés mediante la información disponible. En la Tabla 6 se

resumen los puntos para los cuales se realizó la estimación, la ubicación de cada uno de estos y la estación

hidrológica mediante la cual esto fue posible. Se menciona que, en muchos casos no fue posible tener los

datos directamente de la serie hidrológica de monitoreo de caudales, por tanto se realizaron entre otras la

estimación a partir del rendimiento de caudales en donde se utiliza la relación de áreas con respecto desde

el área de aferencia a la estación hidrométrica, hasta la delimitación del área en el punto de desembocadura

de un tributario; también se tienen fuentes de información como la red de monitoreo de calidad hídrica en

donde se realizan aforos al cauce en los puntos donde se realiza el muestreo.

Tabla 6. Caudales ambientales estimados en la cuenca del río Bogotá.

No. Nombre Norte Este Qamb

(m3/s)

Fuente de

información Observación

1 Aguas arriba

río Bogotá 1,069,959 1,060,601 0.0200

Estación

2120815

2 Quebrada la

Quincha 1,068,359 1,053,059 0.0360

A partir de aforos

Calidad (2013 -2019)

3 Quebrada

Tejar 1,061,616 1,044,612 0.0100

Estación

2120917

4 río Sisga 1,056,547 1,039,300 0.2000 Descarga Embalse

Sisga

5 Embalse

Tominé 1,050,783 1,030,413 0.4000 CAR

Descargas Embalse

Tominé

6 río Neusa 1,043,906 1,011,940 0.0683 Estación

2120768




40


(m3/s)

Fuente de


7 río Negro 1,043,983 1,010,457 0.0700 Estación

2120967

8 río Teusacá 1,038,496 1,008,345 0.2000 Estación

2120788

Se aplicó rendimientos

desde la estación

hidrométrica

9 Quebrada la

Tenería 1,033,189 1,006,736 0.0840

A partir de aforos

Calidad (2013 -2019)

10 río Frío 1,026,509 999,533 0.0120 Estación

2120960

11 río Chicú 1,017,663 994,723 0.0200 Modelo ADZ

Modelo de Calidad

Hídrica realizado por el

Profesor Luis Alejandro

Camacho

12

río Juan

Amarillo

(Bypass)

1,015,712 994,442 0.2100 Estación

2120881

13 Humedal

Jaboque 1,014,398 992,413 0.0090

A partir de aforos

Calidad (2013 -2019)

14 río Fucha 1,007,279 991,141 1.8000 Acueducto

Consolidado del

informe realizado

DESCA

15 río Tunjuelito 1,003,537 983,924 1.9900 Acueducto

Consolidado del

informe realizado

DESCA

16 río Balsillas 1,002,326 980,882 1.3600

Estaciones

Bojacá y

Subachoque

Consolidado del

informe realizado

DESCA

17 Canal Soacha 1,000,654 982,200 0.0559

Corresponde a la

quebrada Tibanica, se

obtiene a partir del

Tunjuelo




41


(m3/s)

Fuente de


18 río Soacha 1,000,025 981,681 0.0190

Estaciones

Bojacá y

Subachoque

Consolidado del

informe realizado

DESCA

19 Quebrada La

Honda 1,003,212 965,203 0.0097

A partir de aforos

Calidad (2013 -2019)

20 Embalse Muña 994,115 979,356 - Turbinado

ENEL

Registros a la espera

de consolidación desde

ENEL (Generador)

21 Quebrada

Santa Marta 999,011 957,696 0.13

Estación

2120938


hasta la

desembocadura

22 Quebrada

Socotá 991,814 948,434 0.0100 Modelo ADZ

Modelo de Calidad

Hídrica realizado por el

Profesor Luis Alejandro

Camacho

23 río

Calandaima 989,795 946,811 0.07

Estación

2120887


desde la estación

hidrométrica

24 río Apulo 991,262 942,753 0.1000 Estación

2120881


5.3. Información hidráulica

Para la obtención de la información hidráulica, se empleó la información proveniente del documento

denominado: “INFORME DE MODELACION HIDRAULICA RÍO BOGOTÁ” (DRN, 2020), desarrollado por

el grupo de Rondas Hídricas de la Dirección de Recursos Naturales (DRN). En este documento se realizó

la modelación hidráulica del río Bogotá a flujo permanente a partir de información recopilada de la corriente

y considerando sus principales afluentes.

Se utilizó el modelo distribuido HEC-RAS, el cual ha sido ampliamente utilizado para modelación hidráulica

de canales a lo largo de los años y en la actualidad permite desarrollar modelación hidráulica

unidimensional y bidimensional. Su implementación fue posible mediante información de la topobatimetría

del cauce, las características de rugosidad del lecho y, el caudal ambiental estimado.




42

Para el análisis de este tipo de flujos, el HEC-RAS, presenta las siguientes consideraciones:

El flujo es permanente, es decir, constante en el tiempo.

La distribución de presiones en cada sección transversal del canal es hidrostática (líneas de corriente

paralelas).

La pendiente del canal es pequeña y uniforme.

Para el cálculo de la línea de energía, se permite el uso de las ecuaciones de flujo uniforme, que

consideran que la pérdida de energía por fricción es la más importante.

Para la construcción del modelo hidráulico, se utilizó información de estudios anteriores realizados en el río

Bogotá (INAR, 2018). De acuerdo con la información suministrada, se presentan los resultados de dos

modelaciones en el río Bogotá, una correspondiente a la cuenca alta y media y una para la cuenca baja.

En estos modelos se incorporan las adecuaciones hidráulicas realizadas a la fecha en el río Bogotá, las

cuales modifican la sección transversal del río (ancho y pendientes laterales). A continuación, se presenta

la Tabla 7, la cual resume las adecuaciones incluidas en los modelos y los abscisados correspondientes.

Tabla 7. Tramos de modelaciones hidráulicas.

Modelo Abscisa Ancho de fondo

(m)

Pendiente

lateral Desde Hasta

Cuenca alta y cuenca media

K227+856 K177+655 Sección natural Sección natural

K177+655 K116+693 15 2H : 1V

K116+693 K52+526 20 2H : 1V

K52+526 K35+333 25 2H : 1V

K35+333 K0+000 30 2H : 1V

Cuenca baja K109+480 K000+114 Sección natural Sección natural


De estos dos modelos descritos anteriormente, se cuenta con la siguiente información: cota de fondo de

canal, nivel de superficie del agua (msnm), profundidad (msnm), velocidad (m/s), rugosidad de lecho (n-

Manning), pendiente longitudinal (m/m), ancho de fondo de sección (m) y pendiente lateral. Estos dos

últimos únicamente para los subtramos donde se incorporó la adecuación hidráulica en HEC-RAS.

5.4. Parámetros calibrados

Para el ejercicio de modelación de calidad del agua utilizado como herramienta en el marco del

establecimiento de metas de carga para la cuenca del río Bogotá, se procedió a emplear la información de

calibración de los modelos calibrados de esta corriente con que cuenta la CAR. En el estudio UNAL-EAAB

(2010) se llevó a cabo la modelación de calidad del agua de todo el río Bogotá (desde su nacimiento en

Villapinzón hasta su confluencia en el río Magdalena) en forma dinámica por medio del modelo integrado

ADZ MDLC QUASAR (AMQQ). Este modelo es un software que permite la modelación en la plataforma

SIMULINK de Matlab® (TheMathWorks, 1996). Cuenta con la facilidad de modificarse y acoplarse de




43

manera relativamente sencilla. La descripción detallada del modelo y desarrollo se puede consultar en las

siguientes referencias bibliográficas: Díaz Granados et al., 1992, 2001; Camacho, 1997, 2000; Whitehead

et al., 1997; Lees et al., 1998; Camacho y Lees, 1998, 2000; Camacho et al., 2003; 2008,

CORMAGDALENA-UNAL (2007a, 2007b); EAAB-UNAL (2010, 2011).

El modelo conceptual AMQQ proviene de un marco jerárquico de modelación propuesto por Camacho et

al. (2003), que además contempla la obtención de un modelo distribuido de calidad del agua constituido

por la integración entre las ecuaciones completas de St. Venant, (SVE, e.g. Fread, 1985), las ecuaciones

de advección-dispersión y almacenamiento temporal de transporte de solutos (Transient storage zone

model, TS, Bencala y Walters, 1983), y el modelo agregado de calidad del agua QUASAR (Whitehead et

al., 1997). La gran ventaja del marco de modelación mencionado es que los distintos modelos hidráulicos

y de transporte están interconectados mediante relaciones paramétricas obtenidas utilizando la técnica de

igualación de momentos temporales (Camacho y Lees, 1999; Lees et al., 2000; Camacho, 2000).

Figura 5. Marco jerárquico de modelación de calidad del agua.

Fuente: Tomado de Camacho (2000), Camacho et al. (2003).

La base del modelo integrado hidráulico y de calidad del agua es el modelo Quality Simulation Along River

Systems (QUASAR, Whitehead et al., 1997; Lees et al., 1998). Este modelo es del tipo “hecho en casa” y

fue desarrollado originalmente en la plataforma SIMULINK por el Profesor Luis A. Camacho (Camacho et

al., 2003; UNAL-EAAB, 2011) adicionando extensiones para la simulación de determinantes biológicos,

bacteriológicos y fisicoquímicos no incluidos en el modelo QUASAR original (Whitehead et al., 1997; Cox,

2003; Kannel et al., 2011). En cada subtramo del canal se realiza un balance de masa de cada determinante

de calidad del agua. Se utiliza, por consiguiente, la representación de reactores en serie bien mezclados

para modelar tanto los procesos de transporte, advección y dispersión, como los procesos físicos y las

transformaciones químicas y biológicas resultantes en cada determinante. El modelo integra 15 ecuaciones

diferenciales acopladas para el canal de la corriente de estudio. En la Tabla 8 se resumen los determinantes

de calidad del agua y procesos modelados.

Tabla 8. Variables de estado del modelo AMQQ.




44

Determinante de calidad Variable de

estado Unidad Procesos modelados

Caudal Q m3/s Tránsito hidrológico

Nivel y, h m Desborde lateral

Caudal lateral QL m3/s Desborde lateral

Temperatura Te °C Conservativo

Sustancia conservativa Cons - Conservativo

Oxígeno Disuelto OD mg/L O Re-aireción, oxidación y

nitrificación.

Oxígeno de saturación Cs mg/L O Condiciones de saturación

Demanda Bioquímica de

Oxígeno DBO mg/L O

Oxidación, decaimiento,

sedimentación,

desnitrificación.

Nitrógeno Amoniacal NA mg/L N Nitrificación

Nitratos NI mg/L N Nitrificación, desnitrificación.

Fósforo soluble reactivo PSR mg/L P Hidrólisis

Fósforo particulado PP mg/L P Sedimentación e hidrólisis.

Algas (fitoplancton) A mg/L Chl-a Fotosíntesis, respiración y

muerte.

Sólidos Suspendidos Totales SST mg/L Sedimentación

Coliformes Totales CT UFC/100 mL Decaimiento de primer orden.

Fuente: Tomado de EAAB-UNAL (2010).

En este estudio no se consideró la interacción con algas o fitoplancton, por lo cual solo se incluyen en el

modelo los determinantes convencionales de calidad del agua. En la Figura 6 se presenta el esquema

conceptual del modelo de calidad del agua.




45

Figura 6. Esquema conceptual del modelo de calidad del agua AMQQ.


Los parámetros o tasas de transformación y constantes que incluye el modelo de calidad del agua se

resumen en la Tabla 9.

Tabla 9. Constantes y parámetros de calibración del modelo matemático AMQQ.

Símbolo Descripción Parámetro /

Constante

n Parámetro hidráulico n-Manning Parámetro

Cd Coeficiente de desborde lateral Parámetro

β1 Tasa de nitrificación (d-1) Parámetro

β3 Hidrólisis del nitrógeno orgánico (d-1) Parámetro

β4 Hidrólisis del fósforo orgánico (d-1) Parámetro

σ4 Velocidad de sedimentación del nitrógeno orgánico (m d-1) Parámetro

σ5 Velocidad de sedimentación del fósforo orgánico (m d-1) Parámetro

kd Tasa de decaimiento de la materia orgánica carbonácea (d-1) Parámetro

ks Velocidad de sedimentación de la materia orgánica (m d-1) Parámetro

kda Tasa de muerte del fitoplancton (d-1) Constante

kra Tasa de respiración del fitoplancton (d-1) Constante

kpa Tasa de fotosíntesis del fitoplancton (d-1) Constante

knd Tasa de desnitrificación (d-1) Parámetro

vss Velocidad de sedimentación de los SST (m d-1) Parámetro

vs Velocidad de sedimentación de los CT (m d-1) Parámetro





46

El modelo dinámico del río Bogotá fue calibrado a partir de los datos tomados durante tres campañas de

monitoreo en el río Bogotá. Estas se realizaron efectuando una minuciosa programación de toma de

muestras lo cual incluye la micro-localización de los puntos o estaciones de muestreo, los parámetros

fisicoquímicos y biológicos a medir, la programación y gestión de las muestras a efectuar, la logística

necesaria y los laboratorios a emplear, entre otros aspectos. La toma de muestras se realizó siguiendo la

misma masa de agua desde aguas arriba hacia aguas abajo, incluyendo los afluentes y vertimientos en el

orden que confluyen en la corriente principal, para lo cual se contó con un programa de monitoreo y de

tiempos de viaje.

Con esta misma información, los resultados de la calibración del río Bogotá fue validada y realizado un análisis de sensibilidad, lo cual comprobó la capacidad del modelo de predecir los resultados observados en la realidad. Esta validación permitió que el modelo contara con un rango satisfactorio de exactitud dentro de su dominio de aplicación, consistente con el objetivo establecido para la aplicación del modelo del río Bogotá.

6. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DE

CALIDAD HÍDRICA El ejercicio de modelación de un sistema natural se basa en una representación de los procesos que

ocurren en realidad en la naturaleza, mediante las matemáticas y, específicamente a partir de herramientas

numéricas o físicas, lo cual implica una serie de limitaciones intrínsecas, teniendo en cuenta la cantidad de

procesos que intervienen en la naturaleza.

En otras palabras, la modelación consiste en la representación de la realidad mediante un modelo

conceptual que cuenta con una serie de aproximaciones, hipótesis y simplificaciones que intentan predecir

el comportamiento de un sistema real. Este modelo conceptual es aterrizado a un código computacional

que permite realizar cálculos o estimaciones. Este código es configurado dependiendo del objeto de la

modelación; particularmente busca representar condiciones del área de estudio (hidrológicas, hidráulicas,

etc.).

Todos los elementos, procesos y procedimientos incluidos en el modelo, deben ser descritos ampliamente

en todos los ejercicios de modelación para que la toma de decisiones basadas en los resultados sea fiable

y se puedan identificar aquellos aspectos que se deban mejorar en trabajos futuros o a los cuales deba

hacerse un seguimiento más detallado. A continuación, se describe la implementación de la herramienta

de modelación seleccionada para la predicción del comportamiento de la calidad del agua del río Bogotá.

En este apartado se describe el montaje de la información recolectada y las consideraciones tenidas en

cuenta para ello.




47

6.1. Modelo matemático

De acuerdo con MADS (2018), los modelos de calidad de agua se pueden categorizar en dos tipos, los

primeros son los modelos de cuenca que pueden utilizarse para estimar cargas contaminantes puntuales

y difusas, estos se enfocan en modelar los procesos hidrológicos y los balances hídricos en la cuenca y

determinar las características fisiográficas, topográficas, usos del agua y descargas de aguas residuales

domésticas y no domésticas. La segunda categoría, son los modelos enfocados en determinar el impacto

de cargas contaminantes en los cuerpos de agua receptores, los cuales se enfocan principalmente en

simular las características hidrodinámicas del cuerpo de agua, la morfología de la corriente, parámetros de

reaireación, dispersión, transporte y destino de las sustancias contaminantes.

Para el presente ejercicio, en el cual se modelará el río Bogotá desde su nacimiento hasta su

desembocadura en el río Magdalena, se utilizará un modelo de la segunda categoría. En el caso de cuerpos

de agua lóticos, es típico utilizar un modelo unidimensional en estado estable; asumiendo que no se

producen gradientes de calidad de agua laterales y verticales. En otras palabras, se asume entonces que

el modelo contemplará la calidad únicamente en una dirección, con representación básica de la

hidrodinámica de la corriente y sin estratificación horizontal.

Sumado a lo anterior, el modelo aplicado debe: estar en capacidad de modelar determinantes

convencionales y los procesos intrínsecos para esto, ser confiable y contar con soportes científicos

suficientes, y garantizar una escala temporal con condiciones de entrada constantes que permitan saber

cómo se comporta la concentración de una sustancia contaminante en un tramo o cómo cambia dicha

variable con respecto al espacio.

De acuerdo con lo anterior, en el presente documento se aplicará el modelo QUAL2Kw (EPA, 2000), el cual

es unidimensional de estado estable, que modela determinantes convencionales y que está implementado

en Visual Basic y se opera desde Excel para Windows. La manipulación del modelo es relativamente

sencilla y en Colombia, es el más aplicado para la predicción del comportamiento de contaminantes en

aguas superficiales.

Este modelo QUAL2Kw es capaz de simular el transporte y los procesos de transformación de

determinantes de contaminación convencionales en una corriente. La representación del río se hace por

medio de un canal unidimensional, con flujo en estado estable no uniforme. Dentro de los determinantes

que incluye el modelo se encuentra la Conductividad, Sólidos Suspendidos Inorgánicos, Oxígeno Disuelto,

DBO (de rápida y lenta descomposición), Nitrógeno Orgánico Disuelto, Nitrógeno Amoniacal, Nitratos y

Nitritos, Fósforo Orgánico Disuelto, Fósforo Inorgánico, Fitoplancton, Detritos, Patógenos, Alcalinidad,

Carbono Orgánico Total, Algas De Fondo, Temperatura, Caudal y un Constituyente Genérico.

Tabla 10. Determinantes del modelo QUAL2Kw.

Variable Unidades

Temperatura °C

Conductividad µmhos

Sólidos suspendidos Inorgánicos mg D/L

Oxígeno disuelto mg O2/L




48

Variable Unidades

DBO de lenta descomposición mg O2/L

DBO de rápida descomposición mg O2/L

Nitrógeno Orgánico µg N/L

Nitrógeno Amoniacal µg N/L

Nitratos µg N/L

Fósforo Orgánico µg P/L

Fósforo Inorgánico µg P/L

Fitoplancton µg A/L

Detritos mg D/L

Patógenos cfu /10mL

Alcalinidad mCaCO3 /L

Constituyente genérico Definido por usuario

Carbono Inorgánico total mol /L

Biomasa de algas de fondo g D/m2

Nitrógeno de algas de fondo g N/m2

Fósforo de algas de fondo g P/m2

Fuente: Adaptado de Pelletier y Chapra (2005).

En forma general, el modelo de calidad del agua cuenta con un balance de masa (excluyendo zona

hiporreica) general para cada concentración de un constituyente En la Figura 7 se esquematiza el balance

de masa implementado en QUAL2Kw.

Figura 7. Balance de masa en el tramo

Fuente: Tomado de Pelletier y Chapra, 2005.




49

En la Figura 8 se presenta un esquema de las interacciones de calidad del agua que usa el modelo

QUAL2Kw para realizar las simulaciones en la corriente de estudio. El proceso completo y detallado de las

interacciones de las variables de estado en el modelo se encuentra en Pelletier y Chapra (2005).

Figura 8. Esquema de la interacción de las variables de estado en el modelo QUAL2Kw.

ab: Algas de fondo, ap: Fitoplancton, mo: Detritos, cs: lenta DBO, cf: rápida DBO, cT: Carbonos inorgánicos totales, o:

oxígeno, no: Nitrógeno Orgánico, na: Nitrógeno Amoniacal, nn: nitrato, po: Fósforo Orgánico y pi: Fósforo Inorgánico.

Fuente: Tomado de Pelletier y Chapra (2005).

El modelo genera diferentes hojas electrónicas y gráficas con los resultados en el mismo libro de Excel. La

sencillez y facilidad en la utilización del modelo es evidente desde el momento de suministrar la información

al mismo, hasta su ejecución.

Las hojas electrónicas están divididas por colores; el color azul alude a los datos que el modelador debe

suministrar al programa para llevar a cabo la simulación del modelo. En estas pestañas se establecen las

condiciones de frontera (cabecera), las fuentes puntuales o difusas (entradas o extracciones de agua), los

datos meteorológicos, los datos hidrológicos, los parámetros hidráulicos, y las características de ejecución

del modelo (métodos numéricos, deltas de tiempo, entre otros).

Las pestañas de color verde muestran todos los resultados del modelo, desde los cálculos hidráulicos en

cada uno de los tramos definidos en un inicio, hasta la calidad del agua a lo largo del río. Los resultados

del modelo dependen adicionalmente de las tasas cinéticas con las que interactúan los distintos

contaminantes. Las tasas pueden ser calibradas subjetivamente o auto-calibradas por medio de algoritmos

genéticos (GA). Los resultados que arroja el modelo se calculan en el centro de cada celda. De ahí radica




50

la importancia de definir una distribución adecuada del río, la cual debe distribuirse de acuerdo con los

cambios en los parámetros hidráulicos, la presencia de confluencias, o la existencia de datos observados.

Las pestañas rosadas contienen los resultados del modelo en forma gráficas. Los determinantes de calidad

son graficados con respecto a la distancia. En estas se aprecian los resultados del modelo y los valores

observados. Un análisis gráfico es importante para entender los procesos físicos y químicos que se llevan

a cabo en el río, y para concluir de forma cualitativa acerca de la calibración del modelo.

En la pestaña “rates” se definen las tasas de disolución, hidrólisis, oxidación, nitrificación, desnitrificación y

las velocidades de sedimentación, estos parámetros son los que controlan la calidad del agua y por lo tanto

son los que están sujetos a calibración en el modelo. En esta pestaña también se define la estequiometría

de las reacciones químicas que contempla QUAL2Kw.

6.2. Montaje del modelo

Como se describe en apartes de este documento, para el montaje del modelo se utilizó información primaria

de estaciones de monitoreo de la CAR, y se partió de estudios e información secundaria que incluye: el

inventario e información de vertimientos de aguas residuales y captaciones, los estudios hidráulico e

hidrológico en la cuenca del río Bogotá y los parámetros previamente calibrados para el río Bogotá de

EAAB-UNAL (2010).

6.2.1. Información hidrológica El modelo QUAL2Kw, en sus condiciones de frontera, requiere de datos de entrada de caudal que deben

ser suministrados por el modelador. En este caso, se cuenta con la información hidrológica para

condiciones de caudal ambiental, los cuales fueron estimados para los principales afluentes y en la

cabecera del río Bogotá (en Villapinzón), como condición inicial. En el Mapa 10 se muestra el mapa de los

afluentes tenidos en cuenta para la implementación del río Bogotá.

Mapa 10. Afluentes considerados en el modelo del río Bogotá.




51


6.2.2. Información hidráulica

A partir del modelo hidráulico, se estiman las curvas de descarga que relacionen la velocidad y profundidad

medias (a nivel de tramo) con el caudal del río Bogotá.

En la

Figura 9 y la Figura 10 se muestran los coeficientes obtenidos para una de las secciones del río Bogotá.

Estos coeficientes son estimados para cada sección transversal y con estos valores, se define dentro del

modelo de calidad, la geometría y la rugosidad de lecho del río (de forma implícita) en todo su recorrido,

desde Villapinzón hasta su desembocadura en el río Magdalena, el cual comprende una longitud

aproximada de 352 kilómetros. Con el fin de evitar problemas de cómputo y garantizar la estabilidad del

modelo, se establecen segmentaciones de aproximadamente 1000 metros para la configuración del canal.

En el Anexo 3 se presentan las curvas de calibración utilizadas para la representación de la hidráulica del

río Bogotá en el modelo QUAL2Kw.




52

Figura 9. Curva que relaciona la profundidad en función del caudal, sección para la abscisa K220+338.


Figura 10. Curva que relaciona la velocidad en función del caudal, sección para la abscisa K220+338.


6.2.3. Tasas de calibración

Como se describió en el aparte de Parámetros calibrados, en el año 2010 la Empresa de Acueducto y

Alcantarillado de Bogotá y la Universidad Nacional de Bogotá realizaron la implementación, calibración y

validación del modelo del río Bogotá en el modelo integrado y dinámico AMQQ. En dicho estudio, para el

proceso de calibración, el río se dividió de acuerdo con la siguiente configuración:

y = 0.7084x0.4591

R² = 0.998

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

Pro

fun

did

ad (

me

tro

s)

Caudal (m3/s)

Profundidad Vs Caudal

Profundidad Vs Caudal Potencial (Profundidad Vs Caudal)

y = 0.4694x0.373

R² = 0.9981

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

Ve

loci

dad

(m

/s)

Caudal (m3/s)

Velocidad Vs Caudal

Velocidad Vs Caudal Potencial (Velocidad Vs Caudal)




53

Tabla 11. Configuración del modelo AMQQ en el río Bogotá.

Tramo Abscisa Nombre ID

Vertimiento

1

K002+28

4 R.B. aguas arriba V/pinzón vía principal

K004+28

5 Queb. Chigualá 1

K004+33

2 R.B. aguas abajo Quebrada Chigualá

2

K004+64

8 R.B. Abajo Puente plaza de mercado V/pinzón

K004+74

3 Queb. Quinchá 2

K005+15

7 R.B. aguas arriba descarga alcantarillado V/pinzón

K005+26

7 Descarga Villapinzón 3

3

K005+28

8 R.B. Puente última descarga alcantarillado V/pinzón

K007+84

3 Queb. San Pedro 4

4

K010+97

9 R.B. Puente acceso Stock 4:40

5

K012+82

7

R.B. Puente de madera - acceso aguas abajo quebrada

Chingacio

K012+95

6 R.B. Descarga puente de madera curtiembres

K012+96

1 Pte de madera curtiembres 5

6

K013+27

1 R.B. Puente Hacienda-Pto intermedio

7

K014+86

5 R.B. Agregados Chocontá

K014+85

0 Desc. Agregados Chocontá 6




54


Vertimiento

K014+88

0 R.B. aguas abajo Agregados Chocontá

8

K017+88

4 R.B. Puente de madera Tarabita-Pto intermedio

9

K020+15

1 R.B. Puente aguas arriba Río Tejar

K021+22

3 Río Tejar 7

10

K023+41

9 R.B. Puente vía Chocontá- Cucunubá

11

K025+03 R.B. Aguas arriba PTAR Chocontá

K025+09 Desc. PTAR Chocontá 8

12

K025+50

9 R.B. Puente aguas abajo PTAR Chocontá

K027+66

2 R.B. Pto. Intermedio arriba Saucío

13

K030+64

0 R.B. Estación Telemétrica Saucío

14

K033+15

7 R.B. aguas arriba Río Sisga

K033+17

5 Río Sisga 9

K034+21

3 R.B. aguas abajo Confluencia Río Sisga

K037+47

7 R.B. Pte. vehicular vía Santa Rosita

15

K038+85

6 R.B. Estación Hidrológica Santa Rosita

K044+29

3 R.B. Pto. Intermedio Sta. Rosita - Pte. Santander

16

K044+41

9 R.B. Puente Santander




55


Vertimiento

K045+09

9 R.B. aguas arriba Ptar Suesca

K045+11

3 Desc. PTAR Suesca 10

K049+75

9 Río Tominé 11

17

K050+03

4 R.B. Compuerta Achury

K052+80

6 R.B. Pto. intermedio arriba Papeles y Molinos

K057+25

3 R.B. aguas arriba Papeles y Molinos

K057+26

8 Desc. Papeles y Molinos 12

K059+15

6 R.B. Pte. Florencia

18

K068+31

4 R.B. Puente Gachancipá

K068+36

2 Desc. PTAR Gachancipá 13

19

K073+52

0 R.B. Puente vehicular vía ECOPETROL

20

K075+14

6 R.B. Puente Tulio Botero

K075+45

4 Desc. PTAR Tocancipá 14

K078+78

0 R.B. aguas arriba descarga Bavaria

K078+79

5 Desc. Bavaria 1 15

21 K078+97

3 R.B Aguas Abajo descarga Bavaria




56


Vertimiento

K081+50

3 R.B. aguas arriba Termozipa

K082+68

6 Desc. Termozipa-Cenizas 16

R.B. aguas arriba Termozipa - Grasas

K082+70

1 Desc. Termozipa-Grasas 17

K083+81

7 R.B. Pto. I. Termozipa - Panaca

22

K086+13

9 R.B. Parque Panaca

K088+74

0 Desc. Bavaria 2 18

K089+18

2 R.B. aguas abajo Bavaria Carretera a Zipa

K089+07

7 Río Neusa 19

23

K089+39

3 R.B. Estación El Espino

24

K091+80

8 R.B. aguas arriba Confluencia Río Negro

K091+93

7 Río Negro 20

K101+09 Desc. Familia Sancela 21

K101+19

2 R.B. aguas abajo Refisal

25

K105+01

3 R.B. aguas arriba Confluencia Río Teusaca

K105+02

8 Río Teusacá 22

K105+04

3 R.B. aguas abajo Confluencia Río Teusaca




57


Vertimiento

26

K110+90

0 R.B. Estación LG Puente Vargas

K116+88

5 Desc. PTAR Cajicá 23

27

K123+83

2 R.B. Puente del Común

28

K126+15

8 R.B. aguas arriba Descarga PTAR Chía

K126+17

3 Desc. PTAR Chía 24

K133+44

0 R.B. aguas arriba Confluencia Canal Torca

K133+45

6 Canal Torca 25

29

K139+80

6 R.B. Puente la Balsa

K141+60

8 R.B. aguas arriba Confluencia Río Frío

K141+62

3 Río Frío 26

30

K141+63

8 R.B Aguas arriba río Frío

K147+31

2 R.B. Pto. intermedio Frío - Virgen

31

K152+76

8 R.B. Puente La Virgen

K156+87

4 Desc. PTAR Cota 27

K162+97

6 R.B. aguas arriba Conejera

K162+99

2 Humedal La Conejera 28




58


Vertimiento

32

K164+73

5 R.B. Aguas arriba río Chicú

K164+75

0 Río Chicú 29

K164+76

4 R.B. aguas abajo Río Chicú

33

K165+12

2 R.B. Estación Vuelta Grande

K168+81

5 Río Juan Amarillo 30

K168+95

6 Desc. PTAR El Salitre 31

34

K170+03

1 R.B. Estación LG El Cortijo

K170+13

2 Colector Villa Gladis 32

35

K172+63

5 R.B. Pte Humedal Jaboque (Parque La Florida)

K173+31

9 R.B. Descarga aguas arriba Pte. Amarillo

36

K173+33

4 R.B. Pte Amarillo aguas abajo Humedal Jaboque

K175+47

9 Desc. Vertimiento Engativá 33

K176+39

3 R.B. Punto intermedio aeropuerto

37

K180+32

6 R.B. Puente Cundinamarca

38

K183+12

4 R.B. Puente zona franca Kr 123

K183+24

1 Desc. Estación Navarra 34




59


Vertimiento

K184+85

0 Desc. Estación Rivera 35

39

K185+23

2 R.B Puente acceso Hacienda San Francisco

K185+98

7 Río Fucha 36

40

K186+80

1 R.B. aguas arriba Saucedal

41

K189+74

7 R.B. aguas arriba Gibraltar

K189+76

2 Descarga Gibraltar 37

K195+05

8 R.B. Pto. Intermedio aguas arriba La Isla

42

K199+25

4 R.B. Estación LG La Isla

K199+83

2 Río Tunjuelo 38

43

K204+98

7 R.B. aguas arriba Río Balsillas

K205+00 Río Balsillas 39

K205+01

6 R.B. aguas abajo Río Balsillas

K209+17

4 R.B. aguas arriba Río Soacha

K209+19

0 Río Soacha 40

44

K211+23

5 R.B. Estación de Calidad Las Huertas

45

K212+73

4 R.B. Puente Indumil

K213+06 Desc. colectores Soacha (1) 41




60


Vertimiento

K213+25

4 Desc. colectores Soacha (2) 42

K218+34

6 Desc. PTAR Canoas 43

46

K219+72

1 R.B. Puente Mondoñedo

47

K220+68

1 R.B. aguas arriba compuerta Alicachín

48

K225+63

7 R.B. aguas abajo Charquito

49

K228+69

3 R.B. Vía Mesitas - La Mesa

50

K250+37

4 R.B. Puente colgante aguas arriba La Guaca

K251+60

9 Desc. La Guaca 44

K251+70

6 Queb. Santa Marta 45

K267+56

2 Río Calandaima 46

K269+05

5 R.B. aguas abajo Confluencia Calandaima

K272+42

1 Río Apulo 47

51

K272+92

4 R.B. Puente vehicular aguas abajo Río Apulo

52

K280+45

5 R.B. Puente Portillo

K285+33

9 Desc. Tocaima 48

53 K285+35

3 R.B. Puente Agua de Dios




61


Vertimiento

K333+21

6 R.B. Puente Salsipuedes

Fuente Tomado de EAAB-UNAL(2010).

A partir de la segmentación de la Tabla 11, en el modelo AMQQ se determinaron 5 tramos de estudio que

presentan condiciones particulares frente a los parámetros calibrados (ver Tabla 12).

Tabla 12. Tramos definidos para el río Bogotá en modelo AMQQ.

Tramo Desde Hasta

1 K000+000 R.B. aguas arriba

Villapinzón K044+419

R.B. Puente Santander

2 K044+419 R.B. Puente Santander

K078+973 R.B Aguas Abajo descarga Bavaria

3 K078+973 R.B Aguas Abajo descarga Bavaria

K165+122 R.B. Estación Vuelta

Grande

4 K165+122 R.B. Estación Vuelta

Grande K219+721

R.B. Puente Mondoñedo

5 K219+721 R.B. Puente Mondoñedo

K344+362 Desembocadura

R.B.


De acuerdo con las investigaciones realizadas por Camacho (2009) y Pérez (2010), fue posible usar las

tasas calibradas para el modelo de estado estable QUAL2K, en la simulación del modelo dinámico AMQQ,

obteniendo resultados consistentes para el río Bogotá. Por lo tanto, en el presente documento se aplican

las tasas calibradas en el modelo AMQQ para esta implementación y simulación de escenarios en el río

Bogotá.

Una comparación entre los diagramas esquemáticos del modelo QUAL2Kw y el modelo AMQQ en relación

con las variables y los parámetros cinéticos de decaimiento, evidencian similitudes entre ambos modelos,

ambos cuentan con la ventaja de ser flexibles para ajustar los procesos físicos, químicos y biológicos, de

acuerdo con las condiciones y las características del sistema a modelar. Esto es importante para definir en

el modelo QUAL2Kw aquellas variables que deben ser suministradas como datos de entrada e implementar

de la forma más adecuada posible las tasas calibradas en el modelo AMQQ.

El modelo dinámico incluye únicamente una forma de materia orgánica con oxidación y sedimentación, la

cual se asocia a la DBO, por tanto, el modelo de estado estable se ajusta para reproducir este

comportamiento de manera acertada.

Con respecto a las especies de nitrógeno, en el modelo AMQQ, la nitrificación de nitrógeno amoniacal pasa

directamente al estado más oxidado del nitrógeno, el cual corresponde a los nitratos. En QUAL2Kw, la




62

nitrificación del nitrógeno amoniacal pasa por una especie intermedia que son los nitritos. En ambos

modelos se presenta la desnitrificación de los nitratos bajo condiciones particulares de oxígeno disuelto.

Esto es muy pertinente puesto que, como se mencionó en el numeral denominado DESCRIPCIÓN DEL

TRAMO DE MODELACIÓN, las condiciones en la cuenca media son críticas para oxígeno disuelto,

llevando el río Bogotá a condiciones anaerobias en un tramo de aproximadamente 80 Km, antes del salto

Tequendama.

Con relación a las especies de fósforo, se manejan en ambos modelos los mismos procesos de

sedimentación y decaimiento para la fase orgánica y la inorgánica. En los patógenos se cuenta con la tasa

de sedimentación calibrada, por lo cual, la tasa de decaimiento del modelo QUAL2Kw se asumirá como

nula. Por último, el flux de la demanda de oxígeno en los sedimentos es reproducible en ambos modelos.

6.2.4. Parámetros de vertimientos y captaciones

Como ya se menciono, con la información de calidad del agua suministrada por la Dirección de Evaluación,

Seguimiento y Control Ambiental (DESCA), autodeclaraciones de los usuarios para el cobro de tasa

retributiva, PSMV aprobados y el Fondo para las Inversiones Ambientales de la cuenca del río Bogotá

(FIAB), fue posible la implementación del modelo considerando la siguiente información de entrada: DBO,

SST, especies de nitrógeno (nitrógeno orgánico y amoniacal y nitratos), especies de fósforo (fósforo

orgánico e inorgánico), coliformes totales, alcalinidad, pH, conductividad , oxígeno disuelto y temperatura.

Con relación a los caudales suministrados e implementados en el modelo, se utilizan los correspondientes

a los años 2020 y 2024, de acuerdo con las bases de datos suministradas a la Dirección de Recursos

Naturales. Por otro lado, es importante mencionar que, para las captaciones, se tiene en cuenta la

Resolución CAR 2984 del 09 de octubre del 2017 por medio de la cual se otorgan unas concesiones a

grandes Captadores asociadas a las actividades de generación de energía, los cuales entran a operar

únicamente en condiciones de caudales máximos para el río Bogotá. En otras palabras, de la base de

captaciones suministrada por DESCA, no se incluyen estos grandes captadores a causa de que se

consideran condiciones de estiaje.




63

7. SIMULACIÓN DE ESCENARIOS En el presente capítulo se muestran los escenarios de simulación justificando la selección de cada uno de

ellos, partiendo desde su planteamiento, información utilizada, hasta los resultados obtenidos en cada uno

de estos. El análisis se realiza para los parámetros de DBO y Solidos Suspendidos Totales SST, teniendo

en cuenta los tramos ya prestablecidos y los objetivos de calidad estipulados. Finalmente, se presenta una

comparación de los resultados obtenidos para cada uno de los escenarios simulados, haciendo énfasis en

el análisis de los impactos generados sobre el río Bogotá.

7.1. Planteamiento de escenarios

Para la implementación del modelo de calidad del agua del río Bogotá, se procede a conceptualizar y

plantear los escenarios de saneamiento que serán simulados. Una de las principales utilidades de contar

con la información proyectada de vertimientos y captaciones, es la posibilidad de plantear escenarios para

evaluar el comportamiento del río en condiciones actuales y futuras, para el 2024.

En este sentido, el planteamiento de escenarios ha tenido en cuenta los cambios que se adoptarán en los

diferentes vertimientos y captaciones ubicados directamente en el río Bogotá, de acuerdo con los planes

de saneamiento de cada municipio.

7.1.1. Escenario 1: Línea base o condición actual

El primer escenario simulado pretende representar las condiciones actuales del río Bogotá considerando

los vertimientos y captaciones al año 2020, el caudal ambiental en la cabecera y los afluentes, la hidráulica

actualizada de acuerdo con las adecuaciones adelantadas a la fecha y las concentraciones en la cabecera

reportada en la información de la CAR, específicamente, el punto de monitoreo de calidad denominado

Aguas arriba de Villapinzón. En los afluentes se utilizó la información de los puntos de monitoreo de la CAR

que corresponden a cada fuente hídrica. Las tasas de reacción adoptadas para la modelación de la calidad

del agua, se presentaron en el capitulo 5 en el presente documento.

7.1.2. Escenario 2: Proyectado 2024

En el segundo escenario se pretende modelar el comportamiento del río Bogotá, variando las condiciones

de los vertimientos y captaciones con la información proyectada al año 2024, según la base de datos

suministrada por la Dirección de Evaluación, Seguimiento y Control Ambiental (DESCA), proyección de

cargas de acuerdo al PSMV, autodeclaraciones de usuarios y permiso de vertimientos vigentes. Se utiliza

el caudal ambiental en la cabecera y los afluentes, la hidráulica actualizada de acuerdo con las

adecuaciones adelantadas a la fecha y las concentraciones en la cabecera reportada en la información de

la CAR, específicamente, el punto de monitoreo de calidad denominado Aguas arriba de Villapinzón. Así

mismo, las tasas de reacción adoptadas para la modelación de la calidad del agua, se presentaron en el

capitulo 5 del presente documento.




64

7.1.3. Escenario 3: Proyectado 2024

En el tercer escenario se pretende modelar el comportamiento del río Bogotá, variando las condiciones de

los vertimientos y captaciones con la información proyectada al año 2024, según la base de datos

suministrada por la Dirección de Evaluación, Seguimiento y Control Ambiental (DESCA), proyección de

cargas de acuerdo al PSMV, autodeclaraciones de usuarios y permiso de vertimientos vigentes. Se utiliza

el caudal medio en la cabecera y los afluentes, la hidráulica actualizada de acuerdo con las adecuaciones

adelantadas a la fecha y las concentraciones en la cabecera reportada en la información de la CAR,

específicamente, el punto de monitoreo de calidad denominado Aguas arriba de Villapinzón. Así mismo,

las tasas de reacción adoptadas para la modelación de la calidad del agua, se presentaron en el capitulo 5

del presente documento.

Con respecto a los afluentes ríos Fucha, Tunjuelo, Salitre y Torca, para los escenarios 2 y 3, se utiliza como

información de entrada al modelo los objetivos de calidad establecidos en la Resolución 3162 del 2015 de

la Secretaría Distrital de Ambiente.

Tabla 13 Objetivos de calidad de la Resolución 3162 del 2015.

Parámetro Torca Salitre Fucha Tunjuelo

Oxígeno disuelto

(mg/L) 1 0,3 1 0,1

DBO5 (mg/L) 80 100 20 20

DQO (mg/L) 200 160 40 50

Ntotal (mg/L) 8 40 10 10

Ptotal (mg/L) 5 5 1 3

SST (mg/L) 50 100 50 60

GyA (mg/L) 10 10 10 10

Coliformes fecales

(UFC/100mL) 1,0,E+05 1,0,E+06 1,0,E+05 1,0,E+05

pH (unidades) 6,5 a 8,5 6,5 a 8,5 6,5 a 8,5 6,5 a 8,5

SAAM (mg/L) 1 1 1 1

Fuente: Tomado de la SDA (2015).

Los vertimientos proyectados, consideran los proyectos de saneamiento incluidos en los PSMV de los

diferentes municipios de la cuenca, dentro del horizonte previsto en el presente documento (año 2024). Por

otro lado, de acuerdo con la información suministrada por el Fondo para las Inversiones Ambientales de la

Cuenca del Río Bogotá (FIAB), se incorporan las concentraciones de la PTAR Salitre, garantizando el

caudal de 6 m3/s que se plantea en un futuro para el año 2024.




65

7.1.4. Resumen de escenarios

En la Tabla 14 se presenta el resumen de escenarios de modelación en el río Bogotá.

Tabla 14. Resumen de escenarios de modelación.

Escenar

io

Descripci

ón

Cabecera Afluente Vertimientos Captacion

es

Caudal Concentraci

ón Caudal

Concentraci

ón Caudal

Concentraci

ón Caudal

1 Línea

base

Ambient

al

Monitoreo

CAR

Ambient

al

Monitoreo

CAR

Actual Actual Actual

2 Proyecta

do (2024)

con

objetivos

de

calidad

en ríos

Torca,

Salitre,

Fucha y

Tunjuelo

Ambient

al

Monitoreo

CAR

Ambient

al

Monitoreo

CAR y

objetivos de

calidad en

ríos Torca,

Salitre,

Fucha y

Tunjuelo

Proyecta

do (2024)

Proyectado Proyectad

o (2024)

3 Proyecta

do (2024)

con

objetivos

de

calidad

en ríos

Torca,

Salitre,

Fucha y

Tunjuelo

Medio Monitoreo

CAR

Medio Monitoreo

CAR y

objetivos de

calidad en

ríos Torca,

Salitre,

Fucha y

Tunjuelo

Proyecta

do (2024)

Proyectado Proyectad

o (2024)





66

7.2. Resultados de simulación

Para llevar a cabo el análisis de resultados se tiene en cuenta lo establecido en los objetivos de calidad

para la cuenca del Bogotá, adicionalmente, se comparan los resultados de los escenarios de acuerdo con

los objetivos de calidad de las clases establecidas en el río Bogotá (ver Tabla 15). En el Mapa 11 se muestra

la distribución de las clases a lo largo de la cuenca y del río.

Tabla 15. Clases de los objetivos de calidad del río Bogotá.

Clase Descripción

Clase I Valores de los usos de agua para el consumo humano y doméstico con tratamiento

convencional, preservación de flora y fauna, uso agrícola, uso pecuario.

Clase II Valores de los usos de agua para el consumo humano y doméstico con tratamiento

convencional, uso agrícola con restricciones y uso pecuario.

Clase III Valores asignados a la calidad de los Embalses, lagunas, humedales y demás

cuerpos lénticos de aguas ubicados dentro de la Cuenca del río Bogotá.

Clase IV Valores a los usos agrícolas con restricciones y pecuario.

Clase V Valores de los usos para generación de energía y uso industrial.

Fuente: CAR 2020

Mapa 11. Objetivos de calidad del río Bogotá.

Fuente: Tomado de Boletín de calidad hídrica (CAR,2014).




67

7.2.1. Sólidos Suspendidos Totales (SST)

A continuación, en la Figura se presentan los resultados obtenidos en los escenarios de simulación

planteados en el río Bogotá con respecto a los sólidos suspendidos totales.

Figura 11. Resultados de sólidos suspendidos totales en los escenarios modelados en el río Bogotá.


En el escenario de línea base, se observan concentraciones elevadas de SST y por encima de los

escenarios proyectados en los diferentes tramos evaluados. En estos mismos tramos se presenta

incumplimiento de los objetivos de calidad para las clases correspondientes en todos los escenarios. En

los escenarios proyectados, la concentración disminuye considerablemente en comparación con las

condiciones actuales, sin embargo, continua la tendencia de incumplir los límites estipulados en los

objetivos de calidad de agua, principalmente en los tramos 2, 3, 7 y 9, lo anterior debido a la aglomeración

de vertimientos en dichos tramos y/o a la baja asimilación que presenta la fuente por caudal y/o

resuspensión de los solidos por su condición hidraulica.

7.2.2. Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

A continuación, en la Figura 12 se presentan los resultados obtenidos en los escenarios de simulación

planteados en el río Bogotá con respecto a la demanda bioquímica de oxígeno.




68

Figura 12. Resultados de demanda bioquímica de oxígeno en los escenarios modelados en el río Bogotá.


Como se evidencia en la figura 12, al inicio del tramo 2 se evidencia un aumento considerable en la

conentracion de la DBO, esto, se da por el vertimiento del municipio de Villapinzon, el cual no cuenta con

sistema de tratamiento de aguas residuales, asi mismo, en esta zona se presenta el vertimiento de

industrias curtiembreras que impactan negativamente la fuente. Dicho comportamiento presenta un

descenso y se logra el cumplimeinto de los objetivos de calidad aproximadamente a la altura del vertimiento

del municipio de Suesca inicio del tramo 3. En el kilómetro 60, la concentración rebasa nuevamente los

objetivos para el escenario base y de caudal ambiental; sin embargo, en caudal medio se evidencia el

cumplimeito de los mismos.

Aun cuando en el tramo 7 se evidencia un incumplimiento del objetivo de calidad en el escenario base,

para los escenarios 2 y 3 se evidencia una disminución de la concentración para el parámetro lo que

propende por el cumplimiento del mismo.




69

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