Valoración de cambios hidrológicos en la cuenca del río Bogotá

En este trabajo se presentan reflexiones sobre el diseño hidrológico asociado a eventos extremos, algunas consideraciones sobre la suposición de estacionaridad, e implicaciones de la no estacionaridad en el diseño hidrológico. Se muestran algunos análisis que pretenden ilustrar variaciones hidrológicas en la cuenca del río Bogotá, mediante pruebas estadísticas de tendencias y saltos; cambios en el uso del suelo y procesos de urbanización; agradación del fondo del cauce en algunos tramos, e inclusión de fenómenos macroclimáticos en el análisis de frecuencia de caudales máximos. Por último, se presentan algunas consideraciones finales sobre las diferentes influencias naturales y antrópicas que afectan los sistemas hidrológicos. Asimismo, plantea la necesidad de análisis de los registros hidrológicos existentes, junto con información contextual, y la importancia de incrementar los esfuerzos de medición, análisis y modelación en la cuenca del río Bogotá

Metodología para la caracterización de frentes erosivos y sedimentarios en las orillas de los ríos

En la dinámica fluvial, la erosión-sedimentación son procesos cíclicos complementarios con implicaciones en todas las escalas geomorfológicas de los ríos. A pesar de ser un proceso natural en los ecosistemas loticos, este ciclo dinámico es visto desde la gestión de riesgo como un problema cuando, asentamientos humanos que se encuentran en las orillas son expuestos a las necesidades de espacio que la migración lateral fluvial demanda. Actualmente, la forma de clasificar estos procesos es a través de mapas de grados de resistencia relativa a la erosión hídrica fluvial, donde solo se tienen en cuenta las composiciones litológicas y el comportamiento geomecánico de las orillas. En esta tesis se plantea una metodología de integración de variables con el fin de caracterizar la aparición de frentes erosivos y sedimentarios en las orillas, valiéndose del uso de técnicas de aprendizaje supervisado. La metodología fue aplicada en el río Magdalena desde Calamar (K115) hasta el Puente Pumarejo (K22) a través de 42 años de cambios analizados por medio de imágenes satelitales. Los resultados apuntan a que es posible reducir el grado de incertidumbre en la predicción de estos procesos, específicamente su clasificación, superando desafíos de escala e información en la toma de datos.MaestríaMagister en Ingeniería Civi

Aplicación de métodos hidrológicos para determinar el régimen de caudal ambiental (RCA) en la cuenca hidrográfica del río Cali

El objetivo general del proyecto de grado consistió en caracterizar el régimen de caudal ambiental (RCA) en la cuenca baja del río Cali basado en los factores hidrológicos, que inciden en su determinación, para el período y zona de estudio. Esta información permite valorar y predecir efectos que sobre el mismo traería la construcción de obras reguladoras o futuras intervenciones humanas. Este tema ha empezado a estudiarse a nivel mundial debido a los impactos nocivos que se producen después de un aprovechamiento del recurso, sin tener un criterio técnico de la cantidad que se debe dejar para que el río continué con las funciones naturales aunque se haya fijado un caudal ambiental equivalente a al 75% de la media multianual, es necesaria una revaluación. Como objetivos específicos se tuvieron: Caracterizar el régimen natural de caudales en la cuenca del Río Cali con base en la información secundaria de la estaciones limnigráficas de Bocatoma y Pichindé Estimar y comparar el caudal ambiental de la cuenca del río Cali mediante metodologías hidrológicas halladas en la revisión bibliográfica. Generar recomendaciones, para la determinación del régimen de caudal ambiental, de acuerdo los análisis de los resultados obtenidos, en el contexto colombiano. La metodología propuesta para alcanzar estos objetivos consistió en: recopilación de información antecedente, análisis exploratorio de la información histórica hidroclimatológica y caracterización del régimen natural de caudales, estimación del régimen de caudal ambiental usando el enfoque metodológico propuesto por Castro (2008) y el Ministerio de Medio Ambiente (2013). Los principales resultados obtenidos: caracterización del régimen natural de caudales, estimación del régimen de caudal ambiental variable intra e interanualmente y considerando los planteamientos de Lhumeau y Cordero (2012) de adaptación basada en ecosistemas y la ideas de Ortega et al. (2010) asociadas a la reducción de las emisiones por deforestación y degradación forestal para delinear las recomendaciones en la determinación de RCA desde una visión holística de la conservación para pequeñas cuencas andinas como la del río Cali. La principal conclusión de este trabajo es que cualquier intervención que se realice sobre el río impacta negativamente el comportamiento natural que tiene el mismo y esa alteración se refleja en calidad, cantidad y en la estructura. El establecimiento de un RCA en concordancia con Palau (1994) y Castro (2008) debe estar enmarcado dentro de un conjunto de prácticas de gestión en la cuenca relacionadas con el uso del suelo, la participación comunitaria, los derechos de agua, y reducción de las presiones antrópicas.PregradoINGENIERO(A) AGRICOL

La variabilidad climática de baja frecuencia en la modelación no estacionaria de los regímenes de las crecidas en las regiones hidrológicas Sinaloa y Presidio San Pedro

El asumir estacionaridad ha sido una de las premisas principales en el estudio de las componentes del ciclo hidrológico y la piedra angular en el análisis de frecuencia de eventos extremos. La estacionaridad ha sido una hipótesis común y práctica en la planificación y gestión derecursos hídricos. A partir de ella se han usado métodos estadísticos para extraer de los datos todos los indicadores hidrológicos útiles para proporcionar estimaciones, donde estas estimaciones pueden ser refinadas año con año conforme los registros en las estaciones hidrométricas se hacen más largos. En años recientes, diversos estudios han demostrado que los registros hidrológicos presentan algún tipo de no estacionaridad, como cambios y tendencias, lo cual ha llevado a los expertos a un consenso, en el sentido de que la hipótesis de estacionaridad a nivel de cuenca se encuentra comprometida. Entre los principales mecanismos que han sido sugeridos como los inductores de cambios en el ciclo hidrológico de las cuencas y en la magnitud y frecuencia de las crecidas se encuentran los efectos de la intervención humana (p. ej., cambio de uso de suelo, embalses), el efecto de la variabilidad climática de baja frecuencia (p. ej., El Niño-Oscilación del Sur, Oscilación Decadal del Pacífico) y el cambio climático debido al incremento de los gases a la atmósfera. El objetivo del presente estudio yace en el desarrollo de un marco para análisis de frecuencia bajo condiciones de no estacionaridad por medio de los Modelos Aditivos Generalizados en Localización, Escala y Forma (GAMLSS por sus siglas en inglés). Dos diferentes aproximaciones para la modelación estadística no estacionaria fueron las aplicadas a los registros de caudales instantáneos máximos anuales en las regiones hidrológicas Sinaloa y Presidio San Pedro en el noroeste del Pacífico mexicano. Estos modelos consisten básicamente en el modelo con incorporación de tendencias temporales en los parámetros de las distribuciones paramétricas y el modelo con incorporación del forzamiento de la variabilidad climática de baja frecuencia. Los resultados en la primera aproximación muestran la capacidad de los modelos para describir la variabilidad presente en los regímenes de crecidas; asimismo, se observa la alta dependencia de los parámetros de las distribuciones paramétricas respecto del tiempo, lo cual sugiere la ausencia de estacionaridad en los regímenes de crecidas en las estaciones de aforo de estudio. En el segundo enfoque, en el cual los índices climáticos (Niño12, Niño3, Niño3.4, SOI y PDO) que describen el comportamiento de los patrones de variabilidad de baja frecuencia fueron incorporados como covariables explicativas en los modelos, permiten resaltar el importante papel de los fenómenos de macroescala que ocurren en el Pacífico, en la variabilidad interanual de los regímenes de las crecidas en la costa del Pacífico mexicano. Además, la comparación de los modelos en la inferencia de cuantiles entre los modelos no estacionarios respecto del clásico modelo estacionario muestra que las diferencias obtenidas asumiendo no estacionaridad y sus equivalentes estacionarios pueden ser importantes durante extensos periodos de tiempo

Influencia de variables macroclimáticas en la sequía meteorológica en el sur del Perú

Los indicadores para monitorización y caracterización de sequías permiten identificar, cuantificar y comparar eventos de esta clase. Estas herramientas se han utilizado frecuentemente en políticas de gestión de recursos hídricos; sin embargo, son menores los esfuerzos realizados en la predicción de las sequías, y en concreto, en el empleo de variables climáticas globales (VCG) correlacionadas con estos fenómenos para su predicción. La escasez de recursos hídricos y demandas en aumento acentúan más los impactos posibles de sequías futuras, siendo grande el potencial de beneficios prácticos derivados de modelos de predicción. La presente investigación desarrolla los principales factores condicionantes de la climatología árida del Sur del Perú, como son la Cordillera de los Andes, o las aguas frías del océano Pacífico, que provocan condiciones climáticas estables con ausencia de precipitaciones.Sanchez Romero, C. (2009). Influencia de variables macroclimáticas en la sequía meteorológica en el sur del Perú. http://hdl.handle.net/10251/14545Archivo delegad

Caracterización del campo de precipitación sobre la microcuenca urbana del campus Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá

Esta investigación presenta las características del ciclo diurno, intra anual e inter anual de la precipitación sobre una micro cuenca urbana, las cuales han sido analizadas empleando registros históricos de precipitación de los años 2007 a 2011 de la red pluviométrica instalada en el campus de la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá, con mediciones duales en las cubiertas de siete edificios del campus Igualmente, se han investigado las características de duración, hora de inicio, profundidad, intensidad promedio, así como el patrón temporal de la precipitación mediante la metodología propuesta por Huff (1967). Los resultados indican en la escala interanual e intraanual el importante impacto que tiene la ocurrencia del fenómeno ENSO sobre la precipitación registrada localmente en la red pluviométrica. Con relación al ciclo diurno los resultados indican que las tormentas predominantemente ocurren entre la 1 y las 3 pm, con duraciones cortas, entre 1 y 2 horas, con profundidades inferiores a 2 mm y máximas en un solo caso de alrededor de 50 mm. Adicionalmente, se obtuvieron curvas adimensionales de masa para la zona de estudio, apropiadas para la estimación de tormentas sintéticas con fines de diseño hidrológico en la parte central de la ciudad de Bogotá. De la misma manera, se ha analizado la forma más adecuada de estimar el campo de precipitación en el área objeto de análisis, a partir de los valores puntuales registrados en la red de monitoreo. Para ello, se aplicaron métodos determinísticos y geoestadísticos de interpolación espacial, con el fin de obtener mapas de precipitaciones, los cuales se evaluaron bajo diferentes tipos de función objetivo, permitiendo así comparar los diferentes resultados obtenidos. Los resultados del análisis espacial de la variabilidad del campo de precipitación, a través del empleo de técnicas de análisis geoestadístico (kriging) con diversos modelos de semivariograma y de técnicas no-geoestadísticas, indican que no necesariamente mayor complejidad en el método de interpolación utilizado brinda los mejores resultados. La aplicación de la metodología de validación cruzada (leave one out) demostró ser de gran utilidad al momento de definir criterios de desempeño y calificación de la calidad e incertidumbre de los dos tipos de interpoladores empleados en este estudio, evidenciando que aún las mejores interpolaciones, en su mayoría, brindan una sobre estimación de la variabilidad del campo de precipitación.Abstract: This MSc Thesis describes the characteristics of the diurnal cycle, intra annual and inter annual precipitation on an urban micro-basin, which have been analyzed using historical rainfall records for the years 2007 to 2011. The records from the raingauge network installed on the campus of the National University of Colombia in Bogotá, with dual measurements on the roofs of seven buildings on campus, have also allow to investigate the characteristics of duration, start time, depth, average intensity and the temporal pattern of precipitation according to the methodology proposed by Huff (1967). On year-to-year scale the results indicate the important impact of the occurrence of ENSO on rainfall recorded locally on the network. Regarding the diurnal cycle results indicate that storms mainly occur between 1 and 3 pm, with short durations between 1 and 2 hours, with depths of less than 2 mm and maximum, in one case of about 50 mm. Dimensionless mass curves for the study area, appropriate for estimating synthetic storms for hydrological design purposes in the central part of the city of Bogota were also obtained. Similarly, it was analyzed the best way to estimate the precipitation field in the area of study, from the point values recorded in the monitoring network. For doing this, deterministic geostatistical methods and spatial interpolation procedures were applied, in order to obtain precipitation maps, which were evaluated under various objective functions, thus allowing to compare the different results. The results of the spatial analysis of the variability of the precipitation field, through the employment of geostatistical techniques (kriging) with various models of variogram and non-geostatistical techniques, indicate that not necessarily greater complexity in the interpolation method used provides the best results. The application of the methodology of cross-validation (leave one out) proved to be very useful when defining performance criteria and quality grading and uncertainty of the two types of interpolators used in this study, showing that even the best interpolations, mostly provide an overestimation of the variability of the precipitation field.Maestrí

Desarrollo de un modelo de pronóstico de cuadales semanales asociado a la variabilidad climática intranual en Colombia

En Colombia, la variabilidad climática y la posición geográfica son dos de los aspectos que más influyen en las actividades sociales y económicas las cuales provienen del manejo de una variedad de recursos naturales, destacando las actividades agrícolas y de riego entre muchos otros. Un factor que incide en la relación de estos dos aspectos es el océano Pacífico tropical al considerarse como uno de los moduladores más influyentes en el clima global a diferentes escalas temporales y que relacionado con la atmósfera constituye el fenómeno El Niño-Oscilación del Sur (ENSO); muestra sólida de la variabilidad climática que influye los regímenes climáticos de gran parte del planeta. El segundo factor se debe a que el país está en medio de dos océanos y de la Amazonía, cuya interacción con la topografía local hace que sea tan variable nuestro clima. Investigaciones recientes evidencian como los fenómenos macroclimáticos están fuertemente asociados a la dinámica de los caudales; lo que motiva a estudiar cómo estos, inciden en la climatología de Colombia. Se desarrolla entonces una herramienta de predicción de caudales de ríos a escala semanal en un horizonte máximo de 3 meses, que permite mejorar el conocimiento a corto plazo de la evolución y el comportamiento de los caudales durante el mes teniendo como fundamento la incidencia de variables macroclimáticas o parámetros oceánico – atmosféricos. / Abstract. In Colombia, climate variability and geographical position are two of the most influential factors in the social and economic activities which come from the management of a variety of natural resources, with emphasis on irrigation farming and many others. A factor in the relationship of these two aspects is the tropical Pacific Ocean regarded as one of the most influential in modulating global climate at different scales and the atmosphere is related to El Niño-Southern Oscillation (ENSO) solid sample of climatic variability that influences climate regimes for much of the planet. The second factor is that the country is in the midst of two oceans and the Amazon, whose interaction with local topography makes it so variable climate. Recent research evidence as macroclimatic phenomena are strongly associated with the dynamics of the flows; what motivates studying how these impinged on the climatology of Colombia. It then develops a tool for predicting river flows at a horizon weekly maximum of three months, which improves the short-term knowledge of the evolution and behavior of the flows during the month having as basis the incidence of variables macroclimatic or parameters ocean - atmosphere.Maestrí

Método de pronóstico de funciones de distribución de probabilidad no estacionarias de caudales medios mensuales

El presente estudio presenta un método para el pronóstico de funciones de distribución de probabilidad (fdp) no estacionarias del caudal medio mensual, a partir de la combinación de las covariables explicativas relevantes que definen un modelo estadístico. Se emplean estaciones con series de datos de caudales medios, superior a 30 años y se seleccionan los indicadores macroclimáticos que serán las covariables a considerar. A partir un ANOVA se establece la combinación de covariables que mejor representaran o explican la variabilidad del caudal. Los modelos son evaluados con la herramienta GAMLSS, la cual además provee información del ajuste a través del cálculo del Criterio de Akaike y el Coeficiente de Correlación de Filliben, los cuales se emplean para la selección del modelo que definirá la fdp de caudales medios mensuales. Resulta ventajoso la disponibilidad y uso de múltiples covariables explicativas, se hace necesario la identificación de las covariables relevantes para explorar y analizar la mejor o mejores combinaciones posibles de éstas. Además emplear la combinación de criterios para la estimación de la bondad de ajuste de un modelo estadístico, resultan útiles y complementarios en el momento de selección de modelos estadísticos.The present study proposes a non-stationary probability distribution functions (pdf) forecast method of mean monthly flow, derived from the combination of relevant explanatory variables which define a statistical model. Stations that had a data time series of a minimum of 30 years of length were selected. The macro-climatic indicators which were the covariants considered were selected using an ANOVA to establish the best combination of covariants for explaining flow variability. Models were fitted using GAMLSS tool, which provides information on model fit using the Akaike Information Criterion (AIC) and the Filliben Correlation Coefficient,these were used to select the forecast model of mean monthly flow in each station. The availability and use of multiple covariates and the identification of the best possible combinations proved to be beneficial. Combining several criteria to assess model fit was also deemed useful for statistical model selection.Magíster en HidrosistemasMaestrí

Determination of hydroclimatically homogeneous areas. A technical proposal

[EN] Different hydroclimatology researchers apply eigenvectors-based techniques to compress large volumes of information while preserving the invariant structure of the original data. This research developed a methodology applying one of these techniques, Principal Component Analysis, on the elements of variability in hydroclimatic time series, and then to identify clusters with the “k-means” method. The result is a regionalized map by variable. Finally, these maps are intersected, obtaining areas with a homogeneous hydroclimatic structure, because the variables have similarity in their variance structure. In the case study, 8 variables were evaluated for Colombia (9268 time series), obtaining as a result 26 hydroclimatic regions. Obtaining hydroclimatically homogeneous regions offers the possibility of generating, among others, projects for climate change adaptation in a localized way to provide quasi-specific solutions that maximize results.[ES] Diferentes investigadores en hidroclimatología aplican técnicas basadas en autovectores para comprimir grandes volúmenes de información mientras conservan la estructura invariante de los datos originales. La presente investigación desarrolló una metodología que aplica una de estas técnicas, Análisis de Componentes Principales, a los elementos de variabilidad en series de tiempo hidroclimáticas y luego se identifican grupos o clústers mediante el método “k-means”. El resultado es un mapa regionalizado por variable. Finalmente se hace la intersección de estos mapas y obteniéndose áreas que presentan una estructura hidroclimática homogénea debido que las variables comparten su estructura de varianza. En el caso de estudio se evaluaron 8 variables para Colombia (9268 series de tiempo), obteniendo como resultado 26 regiones hidroclimáticas. Obtener regiones hidroclimáticamente homogéneas brinda la posibilidad de generar, entre otros, proyectos de adaptación al cambio climático de forma localizada con el fin de dar soluciones cuasi particulares que maximicen los resultados. A la Gobernación del Magdalena y a COLCIENCIAS por seleccionar al ing. David De León Pérez como beneficiario de una beca-crédito condonable mediante la convocatoria 672 de COLCIENCIAS “Formación de capital humano de alto nivel para el departamento del Magdalena 2014” (Maestría Nacional). Al equipo del Taller S-Multistor que brindó su apoyo en medio de la Cooperación Programática entre la Dirección General de Cooperación Internacional (DGIS) del Ministerio de Asuntos Exteriores de los Países Bajos e IHE Delft, a través de la participación de la Facultad de Estudios Ambientales y Rurales de la Pontificia Universidad Javeriana (Bogotá, Colombia).De León Pérez, D.; Domínguez, E. (2021). Determinación de áreas hidroclimáticamente homogéneas. Una propuesta técnica. Ingeniería del agua. 25(2):97-114. https://doi.org/10.4995/ia.2021.14659OJS97114252Abadi, A.M., Rowe, C.M., Andrade, M. 2019. Climate regionalization in Bolivia: A combination of non-hierarchical and consensus clustering analyses based on precipitation and temperature. International Journal of Climatology, 40(10), 4408-4421. https://doi.org/10.1002/joc.6464Aliaga, V.S., Ferrelli, F., Piccolo, M.C. 2017. Regionalization of climate over the Argentine Pampas. 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