Estudio de Navegabilidad del Río Magdalena entre La Gloria (K460) Puente Pumarejo (K1) Canal del Dique. Informe Final

Transcripción

1 1. INTRODUCCIÓN Dentro de los trabajos asignados al Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores, en el marco del contrato adicional , suscrito entre la Universidad del Norte y CORMAGDALENA, se contemplo la ejecución de un estudio de las condiciones navegables del río Magdalena entre La Gloria (Cesar) y el Puente Pumarejo en Barranquilla y a través del Canal del Dique. Este estudio fue desarrollado entre octubre 1999 y julio del La primer fase del estudio comprende, una recopilación general de información, de la cual se destaca, el aporte realizado al estudio por el IDEAM. En razón de los artículos 7 y 15 del acuerdo 0043 del 21 de mayo de 1998, suministraron toda la información hidrológica de niveles diarios del río Magdalena, en el tramo La Gloria Calamar. Esta información permitió complementar y actualizar el análisis estadístico de niveles realizados por el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores en 1998, para cada una de las estaciones limnimétricas del IDEAM. Comprende este aspecto: análisis de consistencia de la información, cálculos de niveles de reducción con las respectivas curvas de remanso y la determinación de Períodos de Retorno. En el desarrollo de los trabajos, con el interés de unificar los sistemas de medición de niveles de la red de estaciones del IDEAM, se realizaron reuniones con la participación de funcionarios de CORMAGDALENA, Universidad Nacional e IDEAM, de las cuales se plantearon acciones y recomendaciones que permitan en futuro superar las inconsistencias observadas. Con base en los análisis realizados, nuevamente se ratifica la necesidad de contar con un sistema de nivelación confiable, ya que se detectan inconsistencias en los ceros de las miras del IDEAM, las cuales están referidas al sistema de nivelación del IGAC. Como complemento a los análisis hidrológicos e hidráulicos, se realizaron cálculos de transporte de sedimentos del río Magdalena en las estaciones del IDEAM en El Banco, Magangué y Calamar, caracterizando en tres tramos la zona de estudio, base para evaluar los dragados de mantenimiento del canal navegable. Otra de las actividades relevantes del estudio, la representa los trabajos de campo realizados, que tuvieron por objeto actualizar la información topográfica y batimétrica del río Magdalena y Canal del Dique.

2 Para fines del presente estudio, la información anterior es sintetizada y presentada en mapas de información morfológica y mapas de navegación, la cual se complementa con información geográfica general de la zona de estudio. Asimilando la experiencia obtenida del estudio de 1998, los mapas de navegabilidad presentan una mejora sustancial en donde adicional a la línea de máxima profundidad (thalweg), se definen canales para diferentes calados operativos de navegación. Estos mapas se presentan en la cartilla titulada Río Magdalena. Planos de resistencia de orillas y de navegabilidad. Sector La Gloria (K460) Puente Pumarejo (K1) y Canal del Dique. Julio 2000, Primera Edición. Esta tiene por objeto distribuirse a los usuarios de la hidrovía río Magdalena. Con base en los diferentes canales de navegación, se evaluaron las necesidades de dragado para el río Magdalena considerando diferentes condiciones de operación: 8, 10, 12 y 20 pies de profundidad, que permiten identificar y valorar la bondad del río Magdalena, en el tramo La Gloria Barranquilla. En la parte final del informe, se presentan consideraciones de los aspectos ambientales relacionados con los dragados hidráulicos de mantenimiento identificados en el tramo de estudio y se hace una evaluación morfológica de los tres sectores críticos a la navegación. 2

3 2. ZONA DE ESTUDIO La zona de estudio, está localizada en el Bajo Magdalena, entre La Gloria (Cesar) y Barranquilla (Atlántico) y el Canal del Dique a partir de Calamar hasta la Bahía de Cartagena. Ver figura 1. Para el trabajo actual, el abscisado del río Magdalena considerado en los mapas, se ha redefinido en función del alineamiento actual del thalweg, manteniéndose el mismo K0 ( Dársena de la SPRB) del estudio del Ministerio de Transporte, realizado en La tabla 1, presenta los abscisados equivalentes entre los dos sistemas. Tabla 1. Abscisado río Magdalena Abscisa (K) Población Mintransporte 1989 Estudio LEH-LF 2000 La Gloria Regidor San Antonio El Banco Hatillo de Loba Armenia Pinillos San Sebastían de Buena Vista Palmarito Retiro San Francisco de Loba Magangué Yatí Tacamocho Zambrano Plato Tenerife Heredia Calamar Cerro de San Antonio El Piñón Salamina Sitio Nuevo Barranquilla Dársena SPRB 0 0 Para el abscisado por el Canal del Dique, se mantuvo el del Ministerio de Transporte con K0 en Calamar y K115 en la desembocadura en la bahía de Cartagena. 3

4 3. INFORMACIÓN BASICA A continuación se presenta la información que se ha tenido en cuenta para la elaboración del estudio: 3.1. CARTOGRAFICA Cartografía IGAC, escala 1: Cartografía IGAC, escala 1: LEVANTAMIENTOS HIDROTOPOGRAFICOS Levantamientos batimétricos del sector Isla Becerra - Bocatoma San Pedrito Laboratorio de Ensayos Hidráulicos y Unidad de Estudios Fluviales - Buque Explorador 1975 y Levantamientos batimétricos del sector Isla Becerra - Bocatoma San Pedrito. Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores y Río Magdalena. Levantamiento hidrotopográfico detallado sector: Calamar - Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores. Ref. E , Plano 17. Julio Agosto de Río Magdalena. Levantamiento batimétrico detallado, sector: Desembocadura Río Cauca. Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores. Ref: E Plano 15. Julio Agosto de GEOMORFOLOGICA Estudio geomorfológico del río Magdalena entre Barrancabermeja y Barranquilla, CIAF, planos escala 1: de Geomorfología y dinámica fluvial del río Magdalena. Sector Robles - Calamar. Laboratorio de Ensayos Hidráulicos. Por: Kim Robertson Santafé de Bogotá. Agosto de Río Magdalena Calamar (Bolívar). Seguimiento al Comportamiento Hidráulico y Morfológico. Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores Noviembre

5 3.4. HIDROLOGÍA E HIDRAULICA Niveles - Caudales del río Magdalena en la estación Calamar Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM. Registros de niveles y aforos líquidos, para el período , en las estaciones del IDEAM en el río Magdalena: Regidor, El Banco, Armenia, Coyongal, Magangué, Plato y Tenerife. Registro de niveles en las estaciones del IDEAM en el Canal del Dique:: Incora (K7), Gambote, Santa Helena II y K107. Período Resultados de las campañas hidrosedimentológicas realizadas por el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores Resultados de las campañas hidrosedimentológicas realizadas en el Canal del Dique, por el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores Monitoría del Canal del Dique. Evolución del dragado del canal de acceso al Canal del Dique desde el río Magdalena. Unidad de Estudios Fluviales - Buque Explorador. Diciembre Río Magdalena. Sector Calamar - Bocas de Ceniza. Caracterización hidrosedimentológica y cuña salina basada en mediciones realizadas durante 20 campañas. Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores. Diciembre 1992 Río Magdalena en Calamar. Canal del Dique. Monitoreo al Comportamiento Hidráulico. E Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores. Mayo NAVEGABILIDAD Manual de ríos navegables. Dirección de Navegación y Puertos, Ministerio de Obras Públicas y Transporte, Mapa fluvial del río Magdalena, sector Bocas de Ceniza Canal del Dique Puerto Salgar, Dirección General de Transporte Fluvial, Ministerio de Transporte, 1994 Informe final. Estudio de navegabilidad del río Magdalena entre la Gloria (K435) y Calamar (K90). Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores Universidad del Norte, diciembre de

6 3.6. FOTOGRAFIAS AEREAS E IMÁGENES SATELITALES Fotografías. Vuelo de reconocimiento. Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores. Abril 16 de Imagen satelite landsat del río Magdalena entre Plato y Puente Pumarejo de diciembre de Imágenes de satélite landasat del río Magdalena: P8-R53 entre Plato y Bocas de Ceniza (marzo 1998) y P9-R54 entre la desembocadura del río Cauca y Plato (mayo 1998) INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA Proyecto Cuenca Magdalena Cauca. Convenio Colombo - Holandes. Volumen 1. Informe General Río Magdalena. Mapas de ruta fluvial 1-43, Defense Mapping Agency Aerospace Center, United States of America, 1990 Effects of an artificial cutoff on a low sinuosity river (Case: Magdalena river at the Garzas meander).. Manuel Alvarado, Andrés López. XXV Congreso IAHR tokyo Septiembre The Variability of Large Alluvial Rivers.A. Shumm and Brien R. Winkley Reflexiones sobre nuestros puentes. Programa de Ingeniería XXI. Escuela Colombiana de Ingeniería Revista Notivías, Instituto Nacional de Vías, Ministerio de Transporte. Edición año 3 No 35, diciembre de XIII Seminario Nacional de Hidráulica e Hidrología, Cali, agosto de 1998 Experiencia geomorfológica aplicada al diseño de puentes sobre ríos navegables. Caso: Puente Alejo Duran, río Magdalena. Manuel Alvarado. Río Magdalena Puente Alejo Durán. Estabilidad de la pila No 15 debido a las condiciones de socavación del 21 de agosto de 1998 E , Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores Universidad del Norte. Septiembre de

7 4. TRABAJOS DE CAMPO El objetivo general del estudio de navegabilidad, es actualizar la información referente a las condiciones navegables que presenta el río Magdalena entre La Gloria Puente Pumarejo y el Canal del Dique, entre Calamar y la bahía de Cartagena. Para este efecto, sé desarrollaron los respectivos trabajos de campo, comprendiendo las siguientes actividades: - Levantamientos topográficos de orillas e islas, llevados a actualizar los cambios morfológicos propios de la dinámica fluvial en el tramo considerado. - Levantamientos batimétricos, mediante secciones transversales, cada 1.0 Km, y detallados con secciones transversales cada 100 m en los sectores identificados como críticos a la navegación. La tabla 2, detalla las fechas de los levantamientos realizados para cada sector. Tabla 2. Cronograma de los trabajos de campo Fecha Abscisas (*) Sector 10 - Dic K0 K14 Puente Pumarejo 09 - Dic K14 K60 Remolino Salamina 08 - Dic K60 K90 Salamina Calamar 07 - Dic K90 K100 Calamar - Pedraza 08 - Dic K100 K123 Pedraza Robles 06 - Dic K123 K166 Robles Tenerife 08 - Dic K132 K142 Nervití 05 - Dic K166 K180 Tenerife - Plato 03 - Dic K180 K239 Plato Tacoloa 02 - Dic K239 K279 Tacaloa Retiro 01 - Dic K279 K380 Retiro Barranco de Loba 30 Nov K380 K402 Barranco de Loba El Banco 28 Nov K402 K432 El Banco La Gloria 24 y 25 Nov K432 K460 La Gloria (*) Por el talweg, levantamiento diciembre de 1999 Para la ejecución de este trabajo se utilizaron los siguientes equipos y aparatos: Vehículo, dos (2) embarcaciones con motor fuera de borda, dos (2) radio teléfonos, dos (2) radios tipo handy, dos (2) teléfonos celulares, dos (2) computadores portátiles, tres (3) ecosondas registradoras, cuatro (4) receptores GPS geodésicos diferenciales, tres (3) receptores de GPS tipo navegador, tres (3) cronómetros y herramienta en general. 7

8 4.1. RIO MAGDALENA Puntos de control Para el control planimétrico de los trabajos de campo, se utilizaron los puntos ubicados durante los trabajos realizados por el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores a finales de 1998, los cuales se encuentran localizados en sitios protegidos contra las inundaciones y/o destrucción rápida, generalmente cerca de las iglesias. La tabla 3, presenta la localización y coordenadas geográficas y de Gauss, para cada punto, obtenidas del promedio de lecturas del GPS-BASE durante varias horas y ajustadas a la red geográfica del Instituto Geográfico Agustín Codazzi -IGAC, mediante el punto RODEO 774, localizado en Punta Sabanilla, del municipio de Puerto Colombia. Tabla 3. Coordenadas de los puntos de control planimétrico COORDENADAS COORDENADAS DE PUNTO DE GEOGRAFICAS GAUSS CONTROL Latitud (N) Longitud (W) Norte Este La Gloria El Banco Pinillos Magangué , Plato Calamar Rodeo-774 (Sabanilla) Para el control altimétrico, se tuvieron en cuenta las cotas de los ceros de las siguientes estaciones limnimétricas del IDEAM, localizadas en las márgenes del río. Ver tabla 4. Tabla 4. Cotas ceros de los puntos de control altimétrico (1999) Estación Margen Municipio Abscisa (K)* Cota (msnm)** La Gloria Derecha La Gloria (Cesar) Regidor Izquierda Rioviejo (Bolívar) El Banco Derecha El Banco (Magdalena.) Las Palomas Izquierda Barranco de Loba (Bolívar.) Armenia Izquierda Pinillos (Bolívar) Coyongal Izquierda Magangué (Bolívar.) Barbosa Izquierda Magangué (Bolívar) Magangué Izquierda Magangué (Bolívar) Tacamocho Izquierda Córdoba (Bolívar) Plato Derecha Plato (Magdalena) Calamar Izquierda Calamar (Bolívar) * Por el thalweg, levantamiento Dic ** Sistema IDEAM - IGAC 8

9 Registros del nivel de agua Para tener una referencia en el proceso de la información, durante los trabajos de campo, se obtuvieron de los operadores de las estaciones limnimetricas del IDEAM, los registros diarios de nivel, correspondientes a los meses de noviembre y diciembre de La tabla 5, presenta el promedio diario. Día - Mes Tabla 5. Estaciones del IDEAM. Registros diarios de nivel de agua noviembre - diciembre 1999 La Gloria K460 Regidor K453.5 El Banco K402 Las Palomas K384 Armenia K334 Estación Coyongal K314 Barbosa K289 Magangué K257 Tacamocho K212 Plato K170 Calamar K93 1-Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Oct Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov

10 Día - Mes La Gloria K460 Regidor K453.5 El Banco K402 Las Palomas K384 Armenia K334 Estación Coyongal K314 Barbosa K289 Magangue K257 Tacamocho K212 Plato K170 Calamar K93 11-Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Nov Dic Dic Dic Dic Dic Dic Dic Dic Dic Dic Dic Descripción de los levantamientos Para los trabajos de campo, se contó como base, con los planos de navegabilidad elaborados por el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores entre La Gloria y Calamar en 1998, donde se identifican las poblaciones, estaciones limnimétricas del IDEAM, localización de las secciones batimétricas transversales. Como soporte adicional se contó con una copia del plano geomorfológico del río, preparado por el CIAF-IGAC en 1983, complementado con planos disponibles en el archivo técnico del Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores, entre Calamar y Barranquilla. En los puntos de control seleccionados, permaneció fijo un GPS-BASE, para control diferencial sectorial, en los diferentes tramos en que dividió el trabajo de campo, a los cuales se ajustaron las coordenadas de los equipos GPS-ROVER, que se utilizaron en las embarcaciones con motor fuera de borda para el posicionamiento de orillas, islas y secciones batimétricas. 10

11 En cada punto de control, el GPS-BASE recolecta información geográfica durante 8 horas/día, y debido en que en cada punto se permanece varios días, se pudieron establecer promedios absolutos independientes de alta precisión. Al finalizar los trabajos en Barranquilla, se realizo el ajuste al punto RODEO 774, que garantizara, la transformación de las coordenadas geográficas a coordenadas planas de Gauss (Origen del sistema IGAC en Bogotá), obteniéndose un buen ajuste, el cual fue confirmado al contrastar los levantamientos con la restitución aerofotogramétrica del plano geomorfológico del río preparado por el CIAF-IGAC en En cada sector, para el levantamiento de las orillas e islas y el posicionamiento de las secciones batimétricas programadas cada kilometro, se realizó el siguiente procedimiento: Entre dos (2) puntos de control, sobre una embarcación con motor fuera de borda, donde está ubicado el GPS-ROVER, se define la margen izquierda del río, con puntos registrados cada 10 segundos. Al llegar al sitio previsto donde se ubica una sección transversal batimétrica, se hace el recorrido perpendicular a la orilla, posicionando los puntos cada 10 segundos. Al llegar a la orilla opuesta, se retoma rápidamente la margen izquierda, repitiendo el proceso, hasta un sitio próximo al punto de control de aguas abajo. Cumplida esta actividad, se realiza el levantamiento y posicionamiento de la margen derecha del río y de sus islas. Para tener en cuenta en el proceso de la información, se obtuvieron de los operadores de las estaciones limnimétricas del IDEAM, los registros diarios de nivel Levantamientos detallados en sectores críticos En los siguientes sectores, previamente identificados con problemas para la navegación mayor, se realizaron levantamientos batimétricos detallados, con secciones transversales separadas entre 100 y 200 m: Pinillos K K 325 Meandro (desembocadura río Cauca) Puente Alejo Durán K K 181 Cruce bajo el puente Alejo Duran Calamar K90 K105 Bifurcación del Canal del Dique Inicialmente se realizaron los levantamientos de orillas, de acuerdo a la descripción ya presentada y posteriormente se realizaron las secciones transversales batimétricas, con posicionamiento cada 10 segundos. 11

12 4.2. CANAL DEL DIQUE Puntos de control topográfico Para el trabajo realizado, se utilizó como punto inicial del levantamiento planimétrico, el denominado Hidrotec 4 ubicado en la población de Calamar (Bolívar), el cual fue ajustado al punto Rodeo 774 de la red geográfica del IGAC. A partir de estos puntos, se trabajó con los GPS en tiempo real (precisión aproximada de 0.80 m) para los traslados de puntos y ayudándose con puntos trasladados anteriormente, en modo diferencial con post - proceso (precisión al centímetro), por el cauce del Canal hasta la bahía de Cartagena. La tabla 6, presenta las coordenadas geográficas y planas de los puntos de control planimétrico. Tabla 6. Puntos de control planimétrico Punto topográfico Coordenadas WGS84 Coordenadas planas Abscisa (Geográficas) datum Bogotá (Km) Latitud (N) Longitud (E) Norte Este Hidrotec º º Santa Lucía K º º Compuertas º º San Estanislao º º Mojón º º Punto Muelle º º MOPT º º Para el ajuste de la red topográfica, se amarró el sistema a un punto ubicado en las instalaciones del Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas CIOH, localizado en la Escuela Naval Almirante Padilla en la isla de Manzanillo en Cartagena, con coordenadas planas datum Bogotá N ,335 y E ,050. A partir de esta referencia, se llegó hasta la abscisa K (muelle de madera de una finca), utilizando los GPS en modo estático por intervalo de 2 horas. Esto genera una precisión subcentimétrica. Luego se siguió trasladando puntos, hasta llegar a la población de San Estanislao (K33+100), donde se empalmó con el ajuste de la poligonal Calamar San Estanislao realizado al comienzo de los trabajos. Al comparar los puntos obtenidos en el modo tiempo real con el modo diferencial con post-proceso, se notó que la diferencia no superaba los 50 cm. Para el control altimétrico, se tuvieron en cuenta las cotas de los ceros de las estaciones limnimétricas del IDEAM localizadas a lo largo del Canal y puntos de control de la red de nivelación del Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores. La tabla 7, presenta las cotas de los puntos de control altimétrico. 12

13 Tabla 7. Cotas de los puntos de control altimétrico Estación Abscisa (Km) Cota cero mira (msnm) Calamar IDEAM K Compuertas * Mahates Gambote ** K *** Matunilla Lequerica Pasacaballos * Parte superior de la regla ** Pila del puente *** Ranura en poste de concreto (Dársena Acuacar) Registros de nivel de agua Durante el período de trabajo de campo, entre agosto de 1998 a enero de 1999, se llevaron registros diarios promedio de los niveles de agua en las estaciones del IDEAM localizadas en el tramo de estudio. Con esta información de referencia, se calcularon todos los levantamientos batimétricos. La tabla 8, presenta la información descrita. Tabla 8. Registros del nivel de agua (msnm) Fecha Calamar* K7 Compuertas Arenal Mahates Gambote K Matunilla Lequerica 11/08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /08/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ * Río Magdalena 13

14 Fecha Calamar* K7 Compuertas Arenal Mahates Gambote K Matunilla Lequerica 29/10/ /10/ /10/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /01/ /01/ * Río Magdalena Descripción de los levantamientos En Noviembre de 1998, el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores, realizó el levantamiento de orillas del Canal del Dique, se utilizó el GPS en modo RTK (Real Time Kinematic), apoyado por el software Hypack y los radios módem. En consecuencia, un receptor se programó como base localizándolo en un punto con coordenadas conocidas y el otro receptor se programó como remoto y se movilizaba en la embarcación, alcanzando la orilla mediante el acercamiento de la antena del receptor remoto por medio de un brazo extensor. A medida que se avanzó en el recorrido y dependiendo de las condiciones atmosféricas, el alcance y potencia de los radios módem, y la flora de la región, se pudieron alcanzar distancias lineales de hasta 10 Km para cada punto de referencia. Por esto, a lo largo del Canal del Dique, se pudieron ubicar además de las referencias topográficas principales, 42 puntos de control topográfico secundario. En Noviembre de 1999, se realizó un sondeo longitudinal entre Calamar (K0) y la Bahía de Cartagena (K116) por el eje del Canal, el cual sé pocisionó con GPS. 14

15 5. RIO MAGDALENA. LA GLORIA BARRANQUILLA. ANALISIS DE NIVELES - CAUDALES Y TRANSPORTE DE SEDIMENTOS 5.1. ANALISIS DE NIVELES Para realizar los análisis de niveles del río Magdalena en la zona del proyecto, se seleccionaron, las estaciones operadas por el IDEAM, en el tramo La Gloria (Cesar) Calamar (Bolívar). Ver tabla 9. Toda la información requerida para complementar y actualizar los análisis estadísticos de niveles, fue suministrada por el IDEAM como un aporte al presente trabajo. Estación Abscisa K (*) Tabla 9. Estaciones seleccionadas Código Tipo de estación Período de Registro Estudio Navegabilidad 1998 Estudio Navegabilidad 2000 Regidor Limnimétrica El Banco Limnigráfica Armenia Limnigráfica Magangué Limnimétrica Calamar Limnimétrica *Por el thalweg, levantamiento diciembre 1999 A partir de la información procesada por el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de las Flores, para el informe de navegabilidad del río, presentado en diciembre de 1998, se realizó una actualización de los del comportamiento estadístico de los niveles del río en estas estaciones. Variación de niveles Curvas de frecuencia de niveles diarios excedidos, para probabilidades entre el 10 y 90%. Máximos y Mínimos Absolutos. Curvas de Duración de Niveles Excedidos Análisis de Frecuencia de Niveles Extremos 15

16 Curvas de frecuencia de niveles diarios excedidos, para probabilidades entre el 10 y 90%. Máximos y mínimos absolutos Para cada estación se construyó la curva de excedencias de niveles diarios, con la cual se obtiene la probabilidad con que un nivel es igualado o excedido. Los resultados se presentan en las figuras 2 a 6. Como característica general, es típico en el Bajo Magdalena, que para un ciclo hidrológico anual, se presente un período de niveles bajos desde finales de enero hasta principios de abril, un período de niveles medios entre mayo y agosto y el período de niveles altos, entre septiembre y diciembre. Con base en los registros de niveles diarios disponibles, se presentan los niveles medios diarios anuales y máximos y mínimos diarios. Ver tabla 10. Tabla 10. Variación de niveles Estación Abscisa (K) Medio diario (msnm) Máximo (msnm) Mínimo (msnm) Regidor El Banco Armenia Magangué Calamar Curvas de duración de niveles Esta curva representa el porcentaje de tiempo que un nivel dado es igualado o excedido, considerando todo el período de registro disponible en cada estación. El valor equivalente a un nivel excedido del 50 % del tiempo, corresponde al nivel medio del río en cada estación. Para efectos de la navegación, nos permite obtener el Nivel de Reducción para cada estación, el cual equivale al nivel que es excedido el 95% del tiempo del período de registro. Ver tabla 11. Tabla 11. Niveles de reducción Estación Abscisa (K) Nivel de reducción (msnm) Regidor El Banco Armenia Magangué Calamar

17 Las curvas de duración actualizadas para cada estación, son presentadas en las figuras 7 a Análisis de frecuencia de niveles extremos Concepto básico para diseño, con el cual se fija la probabilidad de riesgo en los diseños hidráulicos. La variable analizada para este caso corresponde a niveles máximos y mínimos anuales. El objetivo es determinar, los Períodos de Retorno asociados a los niveles históricos, el cual se define como el tiempo promedio en años, en que un nivel extremo es igualado o excedido por lo menos una vez. Las distribuciones de probabilidad que se tuvieron en cuenta para niveles máximos, fueron las siguientes: Gumbel Pearson Tipo III Log Pearson Tipo III Weibull El mejor ajuste se logró con la distribución Pearson tipo III. La tabla 12, presenta los niveles asociados a Períodos de Retorno entre 5 y 100 años, en las estaciones consideradas. Período de Retorno (años) Tabla 12. Períodos de Retorno para niveles máximos Regidor (K453.5) El Banco (K402) Magangué (K257) Calamar (K93) * Abscisado por el thalweg, levantamiento diciembre de 1999 La distribución de probabilidad utilizada para niveles mínimos, fue la Weibull. La tabla 13, presenta los niveles asociados a Períodos de Retorno entre 5 y 100 años, en las estaciones consideradas. 17

18 Período de Retorno (años) Tabla 13. Períodos de Retorno para niveles mínimos Regidor (K453.5) El Banco (K402) Magangué (K257) Calamar (K93) * Abscisado por el thalweg, levantamiento diciembre de ANÁLISIS DE CAUDALES Se presenta el análisis de caudales realizado por el Laboratorio de Ensayos Hidráulicos de Las Flores, tomando como base la información de aforos líquidos realizados por el IDEAM en las estaciones localizadas entre Regidor y Calamar. La tabla 14, presenta el registro de la información disponible. Tabla 14. Resumen información de caudales Periodo de registro Estación Abscisa (K) Código Aforos líquidos Caudales deducidos Regidor El Banco * Armenia Magangué * Calamar *Serie con datos incompletos Las curvas Nivel Caudal, elaboradas a partir de la información disponible se presentan en las figuras 12 a 15. Para todos los casos se seleccionó la curva de tendencia logarítmica ya que, además de presentar el mejor coeficiente de correlación, también representa en forma apropiada el comportamiento asintótico de los niveles para el rango de caudales máximos, característica propia de cauces con amplias planicies de inundación. Con base en el registro de caudales suministrados por el IDEAM, se determinó la variación de los caudales para las estaciones seleccionadas. Ver tabla

19 Tabla 15. Variación de los caudales Estación Promedio anual (m 3 /seg) Máximos y mínimos absolutos Q medio Q max Q min Q max Q min Regidor El Banco Armenia Magangué Calamar TRANSPORTE DE SEDIMENTOS El transporte total de sedimentos de una corriente aluvial, lo componen dos tipos de carga, la de lavado y la de material del lecho. La primera está compuesta por materiales producto de la erosión de la cuenca, de granulometría muy fina y velocidad de asentamiento (velocidad caída libre del grano) inferior a la magnitud de las fluctuaciones turbulentas de la velocidad de la corriente por lo que siempre están en suspensión. La segunda está compuesta por materiales originados en el propio lecho, de los cuales, parte se mueven por arrastre en el fondo y parte se mueve en suspensión, de disponibilidad limitada y en función del caudal del flujo. En la actualidad es prácticamente imposible medir instrumentalmente la carga total de sedimentos que transporta un río, sin embargo, ésta es posible determinarla mediante la utilización simultánea de métodos analíticos y formulaciones de distintos autores (Einstein, Toffaleti, Dubois, Engelund Hansen, etc) para la carga de arrastre y aforos sólidos mediante instrumentos como el USP-61 para medir la carga en suspensión. La carga de arrastre no se mide en los aforos sólidos, por no existir equipos adecuados con que medirla, ya que el movimiento de las partículas no es continuo en el tiempo y variable en el espacio, la velocidad de desplazamiento de los granos es inferior a la velocidad del flujo en sus inmediaciones y la ubicación de cualquier objeto en el lecho afecta la tasa de movimiento de material de arrastre. En el presente capítulo se calculará el transporte de sedimentos para el río Magdalena en las estaciones limnimétricas del IDEAM, El Banco, Magangué y Calamar, las cuales son secciones morfológicamente estables y presentan un buen registro histórico de caudales, niveles y velocidad. El cálculo del transporte total de sedimentos (sin incluir carga de lavado) se realizó aplicando las formulaciones de Einstein y Van Rijn (1984b y 1984c). De esta manera, se caracterizan los siguientes tramos. Ver tabla 16 19

20 Tabla 16. Caracterización de tramos para el calculo de transporte de sedimentos Tramo La Gloria El Banco El Banco - Magangué Magangué - Calamar Calamar - Barranquilla Estación El Banco Magangué Calamar Calamar Para el cálculo del transporte de sedimentos se utilizó el método de Einstein con el algoritmo hidráulico de Ordoñez, 1 el cual calcula tanto las condiciones hidráulicas como los parámetros sedimentológicos del flujo. La importancia de utilizar este método, se origina de medir a satisfacción todos los parámetros de importancia como lo es la distribución concentración de sólidos. Para el cálculo del transporte de sedimentos utilizando las ecuaciones de Van Rijn, se utilizaron las ecuaciones simplificadas del método en 1984, con las cuales se calculan tanto la carga de arrastre como la carga en suspensión. Los datos de entrada empleados para el cálculo del transporte de sedimentos por el método de Einstein y Van Rijn, se presentan en las tablas 17 y 18. Tabla 17. Características de los sedimentos del lecho Estaciones Gradación El Banco Magangué Calamar Diámetros (mm) D D D D D D D D D D D D Jaime Iván Ordoñez. Phd en Ingeniería, Universidad de California. 20

21 Tabla 18. Datos hidráulicos Estación Caudal (m 3 /s) Velocidad (m/s) Radio hidráulico (m) El Banco (K402) Magangué (K257) Calamar (K93) * Abscisado por el thalweg, levantamiento diciembre de Transporte de la carga de arrastre. Se refiere al movimiento de las partículas en contacto con el lecho, las cuales ruedan, se deslizan o saltan. Los materiales que se pueden encontrar en el lecho del río pueden ser tamaños mayores a limos (arenas). La carga de arrastre no medida, puede ser deducida por formulaciones como la de Eistein y Van Rijn. Los resultados obtenidos para determinar la carga de arrastre para distintos caudales en las estaciones del IDEAM, se presentan en la tabla 19. Tabla 19. Transporte en arrastre. Sector La Gloria Calamar Carga de arrastre (Qb) Millones ton/año Caudal El Banco Magangué Calamar (m 3 /s) Einstein Van Rijn Einstein Van Rijn Einstein Van Rijn Transporte de arenas en suspensión. La suspensión incluye las partículas incorporadas a la masa fluida, en cuyo seno permanece durante la mayor parte de su movimiento, y soportadas en virtud de las componentes ascendentes de la velocidad turbulenta. Con las ecuaciones de Eisntein y Van Rijn se calculó el transporte en suspensión. Esta componente es medida en campo y corresponde a la fracción de arenas. La tabla 20, presenta los resultados obtenidos. 21

22 Tabla 20. Transporte de arenas en suspensión (Qb) Millones ton/año Caudal El Banco Magangué Calamar (m 3 /s) Einstein Van Rijn Einstein Van Rijn Einstein Van Rijn Transporte total de sedimentos del lecho. La carga total de sedimentos es obtenida mediante la suma de la carga del transporte del lecho mas el transporte de la carga de sedimentos en suspensión. El transporte total de sedimentos para las secciones del IDEAM ubicadas en el río Magdalena en el tramo de estudio, se presenta en la tabla 21. Tabla 21. Transporte total de sedimentos del lecho Carga de arrastre (Qb) Millones ton/año Caudal El Banco Magangué Calamar (m 3 /s) Einstein Van Rijn Einstein Van Rijn Einstein Van Rijn

23 6. CANAL DEL DIQUE CALAMAR BAHIA DE CARTAGENA. ANALISIS DE NIVELES Y CAUDALES Para evaluar el comportamiento del Canal del Dique, se analizó la información histórica recopilada en el IDEAM, posterior al año 1986, la cual corresponde a la información disponible después del dragado de rectificación y ampliación, realizado entre ANALISIS DE NIVELES Para realizar los análisis de niveles del Canal del Dique, se seleccionaron, las siguientes estaciones del IDEAM. Ver tabla 22. Tabla 22. Estaciones seleccionadas Estación Abscisa (K)* Código Tipo de estación Período de registro Incora K Limnigráfica Gambote Limnigráfica Santa Helena Limnimétrica K Limnimétrica * K0 en Calamar A partir de la información recopilada, se realizaron los siguientes análisis, que permitieron conocer el comportamiento estadístico de los niveles del Canal en estas estaciones. Variación de niveles Curvas de frecuencia de niveles diarios excedidos, para probabilidad del 50%. Máximos y Mínimos Absolutos. Curvas de Duración de Niveles Excedidos Curvas de frecuencia de niveles diarios excedidos, para probabilidad de 50%. Máximos y mínimos absolutos. Para cada estación se construyó la curva de excedencias de niveles diarios, con la cual se obtiene la probabilidad de que un nivel sea igualado o excedido. Los 23

24 resultados, se presentan para las estaciones Incora K7, Gambote, Santa Helena 2 y K107. Ver figuras 16 a 19 Como característica general, en el Canal del Dique, para un ciclo hidrológico anual, se presenta un período de niveles bajos desde finales de enero hasta principios de abril, un período de niveles medios entre mayo y agosto y el período de niveles altos, entre septiembre y diciembre. Con base en los registros de niveles diarios disponibles, se presentan los niveles medios diarios anuales y máximos y mínimos diarios. Ver tabla 23. Tabla 23. Variación de niveles Estación Abscisa (K) Medio diario (msnm) Máximo (msnm) Mínimo (msnm) Incora K Gambote Sta Helena K Curvas de duración de niveles excedidos Esta curva, representa el porcentaje de tiempo que un nivel dado es igualado o excedido. Considerando todo el período de registros disponibles en cada estación. Para efectos de la navegación, permite obtener el Nivel de Reducción para cada estación, el cual equivale al nivel que es excedido el 95% del tiempo del período de registro. Ver tabla 24. Tabla 24. Niveles de reducción en el Canal del Dique Estación Abscisa (K) Nivel de reducción (msnm) Incora K Gambote Santa Helena K Las figuras 20 a 23 presenta las curvas de duración para las estaciones Incora K-7, Gambote, Santa Helena 2 y K ANÁLISIS DE CAUDALES El análisis de caudales, se realizó tomando como base la información de aforos líquidos realizados por el IDEAM en las estaciones ubicadas a lo largo del Canal del 24

25 Dique. Además, se cuenta con listados de caudales diarios del IDEAM. La tabla 25, presenta el registro de la información consultada. Tabla 25. Resumen información de caudales Estación Abscisa (K) Código Período de registro Aforos líquidos Listado de caudales Incora K Gambote Santa Helena Santa Helena K Se elaboraron para todas las estaciones, las curvas Nivel Caudal, a partir de la información disponible. Ver figuras 24 a 26. Para todos los casos, se seleccionó la curva de tendencia logarítmica ya que, además de presentar el mejor coeficiente de correlación, también representa, en forma apropiada, el comportamiento asintótico de los niveles para el rango de caudales máximos. Con base en el registro de caudales presentados en los anuarios estadísticos del IDEAM, se determinó la variación de los caudales para las estaciones. Ver tabla 26. Tabla 26. Variación de los caudales Estación Promedio anual (m 3 /seg) Máximos y mínimos absolutos (m 3 /seg) Q medio Q max Q min Q max Q min Incora K Gambote Santa Helena K

26 7. ASPECTOS GEOMORFOLOGICOS A continuación se presenta un resumen general de los aspectos morfológicos más relevantes del río Magdalena entre la Gloria y Barranquilla y el Canal del Dique. La síntesis que se presenta, se realizó a partir de los siguientes documentos: - Proyecto Cuenca Magdalena Cauca. Convenio Colombo - Holandes. Volumen 1. Informe General Estudio geomorfológico del río Magdalena entre Barrancabermeja y Barranquilla, CIAF Evolución del río Magdalena entre 1923 y 1981 en relación con el contexto geomorfologico. Jack Khobzi. Revista CIAF VOL The Variability of Large Alluvial Rivers.A. Shumm and Brien R. Winkley RIO MAGADALENA El Bajo Magdalena, donde está ubicada la zona de estudio, el río se desarrolla sobre un extenso valle aluvial, formado por la unión de varias depresiones de origen tectónico, las cuales progresivamente han sido rellenadas por materiales aluviales, separadas por sistemas de colinas de baja elevación. Esto indica que este sector se caracteriza por una tendencia generalizada a la acumulación de sedimentos. Como consecuencia de este proceso, se observa bifurcaciones del cauce y cambios de curso dentro del depósito aluvial que caracterizan la morfología del área. A partir de la de la información recopilada, se presentan los aspectos morfológicas más relevantes del río Magdalena en el tramo La Gloria Barranquilla. Para un mejor manejo, el análisis se realizo en varios subsectores, que presentan condiciones morfológicas similares. La Gloria (K460) - El Banco (K402). El río en el tramo discurre a través de un cauce conformado por antiguos brazos abandonados, delimitado en algunos puntos por orillas conformadas por diques naturales que periódicamente han sido realzados. La dinámica corresponde a la de un cauce con aspectos transicionales hacia meándrico, con corrimiento de orillas y la formación y destrucción de islas. La presencia de depósitos de materiales relativamente resistentes, confina a su vez los depósitos de baja resistencia, donde se presentan las divagaciones del cauce 26

27 mayor. En este sector el tramo más inestable corresponde al codo de Matecaña. Ver figura 27. El Banco (K460) - Pinto (Brazo de Mompós). El río se bifurca en dos grandes brazos, Brazo de Mompós y Brazo de Loba - Quitasol, el tramo central de la Isla conformada por estos dos brazos, corresponde a la denominada Depresión Momposina. Es una gran llanura inundable, donde en su parte interior discurren varios brazos del río. Geológicamente esta depresión corresponde a un gran bloque central hundido, que se encuentra enmarcado por las fallas longitudinales de Chicagua y Romeral. Ver figura 28. La geomorfología de la zona inundable, se caracteriza por un fenómeno de subsidencia que controla la morfología de la zona, influenciada por inundaciones periódicas (los valores de subsidencia, promedio de los últimos años 3.8 mm/año y la rata de acumulación de sedimentos, presentan valores de 3 mm/año 4 mm/año). El brazo de Mompós, fue el principal durante la época de la colonia hasta aproximadamente el año El Brazo de Loba Quitasol, en los últimos sesenta años se ha constituido como el brazo principal. Entre El Banco y la confluencia con el río Cauca, presenta un cauce poco sinuoso, con diques sobrealzados y frecuentes vertederos hacia los extensos basines, casi siempre inundados. Aguas abajo de la confluencia del río Cauca los rasgos morfológicos se vuelven netamente meándricos. En el tramo Magangue Yatí, se observan el desarrollo de meandros activos, en algunos puntos controlados por ciertos controles litológicos. Ver figuras 29 a 30. Pinto (Brazo de Mompós) - Plato (K170). Se observa una configuración meandrica con procesos activos de erosión de orillas, los cuales pueden alcanzar tasas hasta de 60 m/año. Entre 1923 y 1981, el río presentaba un cauce menos sinuoso son valores de S=1.3. En 1981, presentó un incremento (S=1.43), con presencia de un mayor número de islas y barras, lo cual puede indicar el cambio hacia un régimen transicional hacia una dinámica trenzada, la cual no alcanza ha desarrollarse, dado que la pendiente del valle se mantiene constante. Ver figura 31. Plato (K170) - Pedraza (K100). Desde Plato, el río atraviesa un conjunto de colinas bajas formadas por rocas sedimentarias plegadas, conformadas por areniscas, limolitas y arcillolitas (Duque 1980). El cauce del río, se caracteriza por estar confinado por afloramientos rocosos sobre ambas orillas. A pesar de lo anterior, se observa presencia de islas, con anchos similares por ambos brazos. A partir de Barrancavieja (K100), el confinamiento por rocas duras disminuye y solo ocurre localmente, de tal manera que el río se encuentra en capacidad de desarrollar una morfología en función del caudal, la pendiente y la carga de sedimentos. Los afloramientos rocosos, locales o en largos tramos, en una sola orilla, establecen un control litológico del trazado de la misma. El estrechamiento 27

28 del valle entre Zambrano (K175) - Plato y Pedraza Barrancanueva (K106), ofrece la posibilidad de analizar esta situación: el río, al no poder desarrollar libremente sus meandros, (que le imponen las condiciones hidrológicas y sedimentológicas) deforma atípicamente las curvas contra los flancos resistentes de su valle. La energía que no pudo absorber la evolución meándrica en los tramos muy estrechos, es utilizada para profundizar el cauce y obtener un efecto similar, ajustando de esta manera su pendiente de equilibrio (Kim Roberston, 1990). Ver figura 32. Pedraza (K100) - Bocas de Ceniza. Vuelve a presentarse una serie de meandros, de poca amplitud y gran longitud de onda, relativamente activos. Se identifican dos sectores de mayor actividad en el tramo considerado, el sector de Calamar (K93) y el sector Suán (K83) Salamina (K62). Entre el puente Pumarejo (K1) y la desembocadura del río en Bocas de Ceniza, el alineamiento del cauce se encuentra relativamente controlado por las estructuras de encauzamiento en la desembocadura, el Dique Direccional y los muelles de los terminales portuarios de Barranquilla. La configuración geométrica de este sector se considera meándrica con una sinuosidad muy baja. Ver figura Unidades geomorfológicas Con base en los estudios realizados por el CIAF y en la información disponible en el sector, se presenta un resumen de las principales características geomorfológicas. Se identifican tres (3) unidades geomorfológicas bien diferenciadas, de origen morfoestructural y fluvial, definidas en el estudio de la siguiente manera: Ver figuras 27 y 29 a 33. Orillares y aluviones recientes. Corresponden a materiales aluviales depositados recientemente por el río, remanentes de la zona de migración. Típicamente presentan una forma ondulada, resultado de las diferentes posiciones de la orilla del río en el tiempo, morfología comúnmente llamada "orillares". También comprende estos depósitos, las islas presentes en el cauce. Dique aluvial. A los lados del cauce mayor del río Magdalena en proximidad de la orilla se identifica una sobre - elevación, resultado de la depositación periódica de arenas y limos a partir de los niveles de desbordamiento, los cuales conforman el dique aluvial. Estos sedimentos poco compactos recubren generalmente depósitos más antiguos y arcillosos asociados a los bacines laterales y ciénagas. En algunos puntos su limite es bien marcado y en otros difuso. Bacines. Hacia las franjas laterales de río se localizan depresiones, o zonas receptoras de agua de desborde y de los sedimentos finos principalmente arcillas. Estas zonas presentan un drenaje pobre, y corresponden a pantanos y ciénagas cuyo nivel de aguas fluctúa periódicamente. Por la formación de los 28