DETERMINACIÓN DE LAS FRANJAS FORESTALES Y ESTABLECER LAS MEDIDAS DE INTERVENCIÓN Y MANEJO PARA LA QUEBRADA MANIZALES
Autores
Arturo Gómez Tobón1
Jorge Alonso Aristizabal Arias 2
1 Ingeniero Civil Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, Especializado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos Facultad de Minas Medellín. Especializado en Ingeniería Ambiental con Énfasis en Sanitaria Universidad Nacional de Colombia. Profesor catedrático Universidad Nacional sede Manizales.
2 Ingeniero Civil Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, Especializado en Geotecnia, Vías y Transporte Universidad Nacional sede Manizales, Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos Facultad de Minas Medellín. Estudiante de Maestría Gestión del Riesgo y Desarrollo ESING Bogotá. Profesor catedrático Universidad Nacional sede Manizales.
PRESENTACIÓN
La ciudad de Manizales centra la gestión del riesgo de desastres en dos amenazas principalmente como lo son los deslizamientos y las avenidas torrenciales. Los días 21 de Marzo y 23 de Abril se presentaron avenidas torrenciales en la cuenca de la quebrada Manizales asociadas al fenómeno de la Niña que se desarrollaba por esa época, este evento generó afectaciones severas a una serie de casas, fábricas tan importantes como Colombit y Sicolsa y la vía panamericana ya que todas estas estructura se encuentran ubicadas muy cerca a la orilla. A su vez durante estas crecientes se generaron alrededor de 44 fenómenos de inestabilidad sobre las orillas y 3 eventos de gran magnitud hacia la parte alta de la cuenca. Debido a esto Corpocaldas contrato un estudio sobre esta línea de drenaje y su cuenca en el cual se hizo la caracterización geológica, hidrológica e hidráulica a lo largo de sus 7.5 km de longitud y 3.400 Ha , así mismo se hizo la evaluación de amenaza por inundación de los flujos hiperconcentrados empleando el software FLO-2D (flujo no Newtoniano), la cual sirvió para la determinaron las franjas de protección forestal, y adicionalmente se hicieron recomendaciones de uso del suelo y se diseñaron entre otras obras tres grandes diques de retención de escombros y empalizadas de altura promedio 10 m con el fin de mitigar los efectos aguas abajo. Estos diques fueron construidos parcialmente y meses después se presentó una nueva avenida torrencial la cual puso a prueba estos sistemas de retención cuyo funcionamiento fue satisfactorio.
OBJETIVO GENERAL
• Demarcar la faja protectora de la corriente, utilizando la metodología sugerida por CORPOCALDAS mediante Resolución 053 de 2011.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Caracterización Geológica, Geotécnica de la Cuenca de la Quebrada Manizales
• Caracterización Hidrológica e Hidráulica de la cuenca de la Quebrada Manizales.
• Modelar el flujo hiperconcentrado con el software FLO-2D
• Establecer el mapa de amenazas por inundación.
• Plantear recomendaciones de uso de suelo, obras y acciones que permitan una consolidación o recuperación de la faja protectora.
• Modelar nuevamente el flujo con las obras propuestas con el fin de evaluar su efectividad ante nuevos eventos
MARCO TEÓRICO
Localización El área de estudio se encuentra localizada en el municipio de Manizales área comprendida en la cuenca de la Quebrada Manizales, el cual se ubica en la región central del occidente colombiano, entre las coordenadas planas referidas a Choco:
X: 1`046000 m X: 1`053000 m E
Y: 844000 m N Y: 856000 m N
X: 1`053000 m E X: 1`046000 m E
Y: 856000 m N Y: 844000 m N
Geología
1.1 Formaciones Geológicas.
Las formaciones geológicas que se destacan de la quebrada son: En la parte superior aflora el Stock Manizales cuerpo ígneo intrusivo de composición predominantemente tonalítica, constituyendo un cuerpo de forma irregular, en gran parte cubierto por depósitos piroclásticos procedentes de la actividad volcánica reciente. Intruye rocas metamórficas del Complejo Cajamarca con una aureola de contacto bien definida. (González, 1990). En la parte media y baja surge el Abanico aluvial de Maltería que corresponde a un depósito cuaternario constituido por depósitos de piedemonte interestratificado con depósitos de lluvia piroclástica, también se observan en la parte media y baja los depósitos de caída piroclástica que representan las últimas manifestaciones de actividad volcánica del complejo volcánico Ruiz-Tolima. Están compuestos por fragmentos rotos de pómez y escorias de composición dacítica, así como de rocas de diferente tamaño que forman niveles de cenizas y lapilli
1.2 Formaciones superficiales.
La formación superficial más destacada a lo largo de la cuenca de la Quebrada Manizales, son los depósitos fluviales y fluvio volcánicos que están constituidos por depósitos de flujos de escombros de piedemonte, interestratificados con depósitos de lluvia piroclástica y se encuentra disectado en su totalidad por la quebrada Manizales. Mapa de formaciones superficiales de la Quebrada Manizales.
1.3 Geomorfología
En la parte media y baja de la zona se presentan unidades de origen fluvio-glacial y fluvio-volcánico erosionables restringidas al valle principal del sector de Maltería y la Enea. Son zonas fácilmente erosionables dadas sus características geológicas y que se ven gravemente afectadas por la actividad antrópica. La parte alta responde a unidades de origen denudacional con topografía abrupta coincidente con imponentes cuerpos ígneos principalmente flujos de lava. Mapa geomorfológico de la cuenca de la Quebrada Manizales.
1.4 Morfometría
En la cuenca media y baja predominan las pendientes menores de 15 grados. En la cuenca alta se presentan pendientes promedio entre 15 grados y 45 grados.
2 Geotecnia Se realizó la prospección geotécnica a lo largo de la línea de drenaje, con la respectiva toma de muestras en cada uno de los 17 apiques realizados, de las cuales se obtuvieron los parámetros mostrados a continuación:
3 Hidrología e Hidráulica: Características de la Cuenca La cuenca de la Quebrada Manizales se divide en 27 subcuencas, las cuales se identifican en la siguiente Figura.
Sobre estas microcuencas se evaluaron los parámetros morfométricos y fisiográficos y para la cuenca en general los resultados obtenidos para la cuenca se muestran en la siguiente Tabla 2
3.1 Tiempo de concentración Se estimó el tiempo de concentración por varios métodos esto se sustenta en la alta variabilidad de este parámetro. Finalmente, se recomienda utilizar el valor medio de varias ecuaciones eliminando los valores extremos, el valor promedio obtenido fue de 1.014 horas.
3.2 Caudales máximos estimados para diferentes periodos de retorno Una vez caracterizada la cuenca, evaluados los registros de lluvia se procedió a calcular el caudal por diferentes metodologías y para diferentes periodos de retorno los valores obtenidos se presentan en la siguiente tabla 3:
Como caudales de diseño se tomó la media armónica de los caudales calculados en la tabla anterior, para el periodo de retorno de 100 años se tomó un caudal de 1141 m3/s y para el periodo de retorno de 200 años 1360 m3/s
ANTECEDENTES
En la Quebrada Manizales se han reconocido importantes procesos de movimientos en masa activos como deslizamientos, caídas de rocas, flujos de lodo, así como también erosión de fondo y orillas, adicionalmente el mal ordenamiento territorial sobre sus orillas hacen que durante las fuertes lluvias típicas en la zona se afecten los terrenos circundantes generando daños severos en viviendas, fábricas y potreros debido a la gran cantidad de material detrítico que fluye por la quebrada, lo que condiciona la ocurrencia de flujos de lodo. Durante el Fenómeno de la Niña del año 2011 se presentaron 2 eventos de crecientes extraordinarias en la Quebrada Manizales los días 21 de marzo y 13 de abril dejando un saldo total de 11 viviendas destruidas, 11 viviendas averiadas, 32 familias afectadas (Unidad Nacional de Gestión del Riesgo, 2011), además de daños severos en fábricas muy importantes como lo son Colombit, Progel, Industria licorera de Caldas y daños en fábricas menores ubicadas cerca al puente de la libertad, adicionalmente cierres totales de la vía Manizales – Bogotá.
MODELACIÓN CON EL SOFTWARE FLO-2D La estimación de la descarga de los flujos de lodo de la cuenca de la Quebrada Manizales, fue simulada usando el Software FLO-2D. Un modelo de elevación digital – MED preparado para este propósito fue empleado como parte del modelo. El producto del modelo, asume los valores de precipitación de 24 horas, para un período de retorno determinado como evento detonador, se realizó la modelación para la Quebrada en las condiciones iniciales y con las obras propuestas. El modelo bidimensional de diferencias finitas FLO-2D (O’Brien) simula flujo de fluidos no newtonianos, como flujos de lodos y aludes torrenciales en ríos y quebradas, y en conos de deyección. El modelo permite simular flujo en topografías complejas, tales como planicies de inundación y áreas urbanizadas, así como el intercambio de fluido entre ríos y la planicie de inundación. Puede modelarse flujo de agua, flujo hiperconcentrado de sedimentos, flujo de lodos y alud torrencial (flujo de barro). Como datos de entrada se requiere la topografía digital del terreno, la geometría del río, valores estimados de la rugosidad del río y de la planicie de inundación, hidrogramas de entrada (líquido y sólido), precipitación y propiedades reológicas de la mezcla aguasedimento.
Parámetros de entrada del modelo
Propiedades de los materiales del flujo de lodos según O`brien y Julien (1988). Limite Plástico= 29.68%, Limite Liquido= 38.21% y Pasante tamiz 200=43.89%.
Los valores de cedencia y viscosidad tomados de la tabla para la Matriz Aspen Pit1 son los siguientes:
Para τ = aeBc Cv α=0.18 y β=25.7
Para n = aeBc Cv α=0.0360 y β=22.1
Parámetros para la resistencia del flujo laminar (K) K= 2480 (vegetación escasa).
Concentración de sedimento Cv: En volumen= 0.30-0.35 y En peso= 0.54-059. Gravedad específica de los sólidos Gs=2.689 (valor mínimo encontrado). Hidrograma de entrada y salida Los hidrogramas de líquidos y sólidos de entrada y el hidrograma de salida combinado se observan en las gráficas siguientes.
RESULTADOS
Una vez modelada la creciente se obtuvieron mapas de altura de lámina de del flujo de lodos, dirección del flujo, velocidad y amenaza por deslizamiento en las figuras siguientes se ,muestra un tramo de la quebrada modelado con y sin obras de mitigación donde se aprecia la zonificación por amenaza de inundación donde el color rojo representa la amenaza alta (alturas de lámina de agua superiores a 1.5 metros), el color naranja amenaza media (alturas de lámina de agua entre 0.5 y 1.5 metros) y el color amarillo amenaza baja (alturas de lámina de agua menores a 0.5 metros) y la franja de inundación disminuye notablemente con las estructuras de retención de sólidos .
Obras y Recomendaciones: Diques de retención de solidos gruesos
Obras de bioingeniería:
Con el propósito de mejorar las condiciones de estabilidad y regulación hidrológica de la microcuenca de la quebrada Manizales por medio de las coberturas vegetales se recomienda realizar plantaciones forestales en las riberas de la quebrada, en una franja con la mayor continuidad posible, que tenga una ancho promedio de veinte (20) metros, desde el borde de cauce normal, en ambas márgenes de la quebrada, utilizando especies como el urapán, el laurel de cera, el eucalipto grandis, el gavilán, el surrumbo, arrayán de Manizales, drago, sauce y el aguacatillo.
APORTES DE LA INVESTIGACIÓN A LA TOMA DE DECISIONES
Se decidió por parte de la Alcaldía, Corpocaldas y la Unidad Nacional para la Gestion del riesgo construir parcialmente los diques de retención de solidos hacia la parte alta de la cuenca con el fin de mitigar los efectos de inundación aguas abajo y retener los bloques de gran tamaño que causan los mayores daños. Se determinaron las franjas de protección forestal a todo lo largo de los 7.2 km de la quebrada.
Se utiliza como fuente de consulta permanente de las Curadurías Urbanas para la evaluación de las licencias de construcción a lo largo de la quebrada. Es un documento de consulta para la formulación del POT del municipio que se adelanta en la actualidad.
APORTES DE LA INVESTIGACIÓN A LOS TEMAS DE LA REGIÓN
Sirvió para disminuir la vulnerabilidad de la conducción de agua de la ciudad, reubicando las tuberías de 28 y 30’’ en el sector de SICOLSA por encima de la cota máxima de inundación esperada. Ha sido un insumo determinante en el proyecto de rehabilitación vial de la vía Manizales – Bogotá entre el sector del Puente de la Libertad – Potro Rojo.
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