estado del recurso hÍdrico en la cuenca hidrogrÁfica …

Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca – CAR Dirección de Monitoreo, Modelamiento y Laboratorio Ambiental

República de Colombia

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Bogotá D.C., Cundinamarca, Colombia.

ESTADO DEL RECURSO HÍDRICO EN LA CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RÍO CARARE (MINERO), 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

Septiembre de 2017

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3

OBJETIVO......................................................................................................................................... 3

1 Antecedentes ........................................................................................................................... 3

2 Metodología y Fuentes de Información ............................................................................ 5

2.1 Software de Modelación .................................................................................................. 5

2.2 Datos de entrada al Modelo ............................................................................................ 5

2.2.1 Modelación Hidrológica ........................................................................................... 6

2.2.2 Determinación de cargas ........................................................................................ 7

2.2.3 Tramo de modelación .............................................................................................. 8

3 Escenarios de simulación implementados ................................................................... 10

4 Resultados y Análisis Escenarios ................................................................................... 13

4.1 Tramo 1 ........................................................................................................................... 13

4.2 Tramo 2 ........................................................................................................................... 15







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 Carare (Minero), es necesario contar con una línea base que realice aportes al planteamiento de los usuarios que contribuirán al cumplimiento de los objetivos de calidad señalados en la Resolución 3463 del 28 de Diciembre de 2009. 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 Carare (Minero), teniendo en cuenta las cargas contaminantes y vertimientos actuales y proyectados dentro del quinquenio 2017-2021. Estos escenarios de simulación fueron propuestos a partir de la información de caracterizaciones y cargas reportadas en las auto-declaraciones presentadas para el cobro de tasa retributiva, las obras planteadas en los Planes de Saneamiento y Manejo de Vertimientos – PSMV, 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 2016. Así mismo se presenta el escenario de proyecciones de carga para 2021 sin tratamiento y el escenario de proyecciones carga 2021 con tratamiento que incluye la 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).

OBJETIVO Dar a conocer a los usuarios de la CAR y al público en general, el estado del recurso hídrico en la cuenca del río Carare (Minero), 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.

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 la Resolución 3463 de 2009, estableció los objetivos de calidad del agua para la cuenca del río Carare (Minero) a lograr en el año 2020. Así mismo, mediante el Acuerdo 29 del 19 de diciembre de 2011, 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 Carare (Minero), para el quinquenio 2011-2016. Teniendo en cuenta que las metas establecidas en el Acuerdo 29 de 2011 se encuentran vigentes hasta el 31 de Diciembre de 2016, es necesario fijar nuevas metas, 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 Carare (Minero), 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 realizar el análisis mencionado anteriormente y con el fin de actualizar la información base de caracterización del Río Carare (Minero), se realizó un ajuste del modelo de calidad del agua desarrollado en el Contrato CAR 279 de 2006, por el Consorcio Cuencas 2006, cuyo objeto era: “Modelación de la calidad de agua de las cuencas de segundo orden de jurisdicción de la CAR con el fin de establecer los lineamientos de la política de manejo de vertimientos”, el cual en el año 2012, se alimentó con la información de la red de monitoreo de calidad hídrica de la CAR para la recalibración de cada uno de los tramos establecidos en la modelación del año 2006.







2 Metodología y Fuentes de Información

2.1 Software de Modelación Los modelos de calidad del agua o de simulación de capacidad de asimilación de la fuente receptora de vertimientos líquidos, se han utilizado ampliamente como herramienta fundamental para la caracterización de corrientes y cuencas hidrográficas, así como insumo básico para la toma de decisiones asociadas al uso y manejo del recurso hídrico. Uno de los modelos de simulación más usados para representar el comportamiento de las corrientes naturales es el software QUAL2Kw v.5.1, desarrollado por el Departamento de Ecología del Estado de Washington. El software de modelación QUAL2Kw es una versión moderna del programa Qual2E (Brown y Barnwell, 1985). La versión 5.1 de QUAL2Kw corresponde a un modelo unidimensional de flujo uniforme y permanente que permite el cálculo dinámico de la calidad del agua a nivel diario (con intervalos de 1 hora) y está programado en el entorno Microsoft Excel. Está bien documentado y se puede obtener de forma gratuita (http://www.ecy.wa.gov/). El modelo implementado en el software QUAL2Kw, es una representación matemática del comportamiento del río Carare (Minero), que se basa en la información hidrológica, hidráulica y de calidad medida en la corriente principal, afluentes y vertimientos. La elección de este modelo, se basó en la posibilidad que ofrece de simular el comportamiento del Río Carare en los diferentes escenarios propuestos con el fin de determinar a partir de los resultados obtenidos, las metas de carga contaminante global.

2.2 Datos de entrada al Modelo Como datos de entrada de este modelo se utilizó la información descrita en la Tabla 1:

Tabla 1 Datos de Entrada del Modelo

DATO FUENTE

Datos hidrometeorológicos

Provenientes de la red de monitoreo de la CAR. Específicamente se utilizó la información de precipitación, humedad relativa, velocidad del viento, temperatura ambiente, brillo solar y punto de rocío, para estaciones seleccionadas por su localización en el tramo de modelación

Datos Hidráulicos

Esta información se extrajo del modelo Consorcio Cuencas: “Modelación de la calidad del agua de las corrientes principales de las nueve cuencas de segundo orden de la jurisdicción de la CAR, con el fin de establecer los lineamientos de la política del manejo de vertimientos”

Datos de Calidad Tomados de los puntos de monitoreo de la red de monitoreo y calidad del agua, localizados sobre la corriente principal, afluentes y vertimientos.

Datos Usuarios/Vertedores

Información de calidad del vertimiento y caudal de vertimiento, los cuales son variables para los escenarios propuestos, como se describirá más adelante. Esta información se obtuvo directamente de los grupos de Tasas Retributivas y seguimiento a PSMV´s de la CAR.

Fuente: Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca-CAR. 2017



http://www.ecy.wa.gov/





2.2.1 Modelación Hidrológica

Se identificaron estudios hidrológicos existentes de la cuenca del río Minero. En particular se revisaron: el Estudio Nacional del Agua del año 2014 y el Boletín Estadístico de Hidrología y Climatología del año 2012 elaborado por el IDEAM y la CAR, respectivamente. Sin embargo la mayoría de la información usada en este estudio, correspondió a la información de las estaciones hidrológicas dispuestas a lo largo del territorio instaladas por la CAR. A partir de la estación consultada se obtuvo la curva de duración de caudal, seleccionando el caudal ambiental correspondiente al Q 95%, caudal que es excedido el 95% de las veces. 2.2.1.1 Estaciones de Medición de caudal Se realizó una revisión de las estaciones CAR e IDEAM, localizadas en el área de estudio, seleccionando la estación Puente Caney como aquella estación con datos homogéneos y mayor registro de datos (Tabla 2).

Tabla 2 Estaciones seleccionada

CODIGO NOMBRE CATEGORIA ESTADO MUNICIPIO ELEVACIÓN

2312709 PUENTE CANEY

LG ACTIVA PAIME 1030


2.2.1.2 Caudal Mínimo El caudal mínimo o ecológico, corresponde al caudal Q95%, como lo propone el método del Northern Great Plains Resource Program (NGPRP, 1974), se seleccionaron los valores mínimos de caudal, a partir de los cuales se construyeron las curvas de duración de caudal por estación (Figura ).

Con el fin de generar diferentes escenarios de metas, se seleccionó el Q95% de la curva de duración de caudal de la estación puente Caney localizada en la cuenca del rio Minero. Para los tramos 1 y 2 se calculó el caudal, a partir del caudal por unidad de superficie, que representa el caudal aportado por cada km2 en función del área de la cuenca que tributa al tramo de estudio, a partir de los datos de registro de la estación consultada (Figura ). En la Figura , se aprecia que en la cuenca alta del río Minero (Tramo 1) el 50% de los datos de registro de caudal es superior a 1.4 m3/s, a la altura de la estación puente Caney (cuenca media) el caudal medio (Q50%) es de 11.40 m3/s y en la cuenca baja (Tramo 2) los valores de caudal excede los 23 m3/s (Q50%).







Figura 1. Curvas de duración de caudal rio Minero Fuente: Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca-CAR. 2017

En la Tabla 3, se indican los caudales mínimos (Q95%). ingresados en cada tramo de estudio, para simular los diferentes escenarios que consideran caudal mínimo, situación que permite representar la menor capacidad de asimilación de vertimientos del río Minero.

Tabla 3 Caudales de entrada a cada tramo de estudio

Tramo Tramo 1 Tramo 2

Q 95% (m3/s)

0.20 3.31


2.2.2 Determinación de cargas En la elaboración de los diferentes escenarios propuestos, la carga aportada por los usuarios (vertedores) es una de las variables más significativas para estimar los cambios en la calidad del agua y caudal del río Carare (Minero). A continuación se describe la metodología para la proyección de cargas contaminantes:







Inicialmente se revisaron los datos de población de cada uno de las áreas (cabeceras municipales y centros poblados), analizando cada una de las fichas de cálculo de carga contaminante para el periodo 2016, en las cuales se encuentra relacionada la población servida y la fuente de información, la cual en muchos casos corresponde a la suministrada en la autodeclaración presentada por los usuarios. Con dicha información se realizaron las proyecciones de población para el quinquenio de acuerdo a la metodología establecida en el RAS 2017. Para los aportes de carga per cápita, se tomaron los datos de caracterizaciones presentadas como sustento de las autodeclaraciones; en los casos en los que no existían caracterizaciones se proyectaron cargas tomando cargas per cápita de 43 g/hab.día para DBO5 y 45 g/hab.día para SST. Los porcentajes de remociones se aplicaron según el sistema de tratamiento existente o proyectado dentro del quinquenio y se tuvo en cuenta la eliminación de puntos, los cuales en su mayoría serían conectados al sistema de tratamiento. Esta información es tomada de los PSMV´s aprobados por la CAR.

2.2.3 Tramo de modelación De otra parte, se dio inicio a la alimentación de datos de entrada del modelo con la definición de dos tramos de modelación, los cuales se seleccionaron a partir de los siguientes criterios:

Cada tramo inicia y termina en un punto de la red de monitoreo de calidad del agua ubicados sobre la corriente principal.

Se identificó el nivel de cumplimiento de los objetivos de calidad para las campañas de monitoreo de calidad del agua en términos de DBO5 y SST, en la corriente principal del río Carare (Minero).

Se identificaron las zonas donde se ejerce mayor presión antrópica, con base en todos los puntos de vertimiento identificados.

La longitud total de modelación corresponde a 31.93 km aproximadamente Como se observa en la Tabla 4 se definieron dos (2) tramos de modelación a partir de la red de monitoreo de calidad de agua de la Corporación: En la Figura 3 se presenta la representación de los tramos de modelación para el río Carare (Minero):

TRAMOS LONGITUD DEL TRAMO (KM)

ESTACIÓN CALIDAD DE AGUA CAR ABSCISA

TRAMO 1 18 Olaya K16+980

Municipio de Paime K35+228 TRAMO 2 4 Municipio de Villagomez K37+964

-

Municipio de Buenavista

Municipio de San Cayetano

CP Camancha

Porcicola Montecarlo







Figura 2. Mapa Río Carare (Minero)

Fuente: Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca-CAR. 2017.







3 Escenarios de simulación implementados

De forma general se realizaron simulaciones en tres (3) escenarios. De estos, se usaron los escenarios con caudal mínimo del río Carare (Minero), para realizar las comparaciones para el año 2017, con la información de cargas actuales (Escenario 1) y para el 2021 sin sistemas de tratamiento (Escenario 2) y con la carga esperada según los sistemas de tratamiento a implementar durante el quinquenio (Escenario 3). Los escenarios simulados se presentan en la siguiente Tabla 5:

Tabla 5 Escenarios de Simulación Propuestos

# Nombre Código Descripción

1 Base 2017 E1_2017 Base Con la ubicación actual de los vertedores, los datos reales medidos durante el año 2017.

2 Proyección de carga sin tratamiento

E2_cargas 2021 sin tratamiento

La versión anterior de Qmin con la proyección de carga a partir del crecimiento poblacional. Sin sistemas de Tratamiento.

3 Proyección de carga con tratamiento

E3_cargas 2021 con tratamiento

La versión anterior de Qmin con la proyección de carga a partir del crecimiento poblacional. Con sistemas de Tratamiento propuestos en PSMV a horizonte de diseño 2021.


La descripción de los escenarios, teniendo en cuenta las fuentes de información y los cambios realizados en cada uno se presenta a continuación: ESCENARIO BASE 2017 (E1_2017 base)

Con este escenario se estableció la línea base del modelo de calidad. Se realizaron simulaciones con los datos de calidad, hidrología e hidráulica de la primera campaña de monitoreo de 2017 de la red de calidad del agua de la CAR. Al considerarse como línea base se ajustaron algunos de los parámetros del modelo (tasas de reacción, sedimentación, entre otros) para obtener una mejor representación de los datos reportados por el laboratorio. Los datos utilizados para la simulación de este escenario se evidencian en la Tabla 6:

Tabla 6 Datos de entrada Escenario Base 2017 (Esc 1)








CATEGORÍA SITIO DESCRIPCIÓN FUENTE

CALIDAD HÍDRICA

Corriente principal

Datos de calidad de la corriente principal del río Carare (Minero)

Los datos de calidad de la corriente principal fueron tomados de la red de monitoreo de calidad hídrica, para la primera campaña de monitoreo de 2017

Afluentes Datos de calidad de los afluentes principales del río Carare (Minero)

Los datos de calidad de los afluentes fueron tomados de las red de monitoreo de calidad hídrica, para la primera campaña de monitoreo de 2017

Vertimientos

Concentraciones de los determinantes de calidad de los vertimientos descargados sobre la corriente principal y los afluentes.

Los datos de calidad de vertimientos corresponden a las concentraciones reportadas como sustento de las autodeclaraciones de vertimientos por los usuarios en el año 2016

HIDROLOGÍA Corriente principal

Corresponde a los caudales para simulación de la corriente principal.

Los caudales fueron determinados mediante modelación hidrológica. El caudal de simulación es el caudal mínimo en la cabecera de cada tramo.

HIDRAÚLICA Corriente principal

Corresponde a los datos hidráulicos para simulación (velocidad, profundidad, ancho del rio, secciones trasversales.

La información hidráulica fue tomada de la simulación realizada por el CONSORCIO CUENCAS en el estudio "Modelación de la calidad de agua de las cuencas de segundo orden de jurisdicción de la CAR con el fin de establecer los lineamientos de la política de manejo de vertimientos" Año 2006.

CLIMATOLÓGICA Cuenca del río Carare (Minero)

Corresponde a los datos climatológicos de humedad relativa, velocidad del viento, temperatura ambiente, brillo solar y punto de rocío.

La información fue tomada de las estaciones hidrometeorológicas ubicadas en la cuenca del río Carare (Minero), teniendo en cuenta el día del monitoreo de calidad.







ESCENARIO PROYECCIÓN DE CARGA SIN TRATAMIENTO (E2_cargas 2021 sin tratamiento) La base de este escenario es el anterior (Escenario Base 2017) y se realizó la simulación modificando los aportes de carga per cápita y la población aportante para el año 2021 según la metodología establecida en el RAS, como se explicó anteriormente. La simulación se basó en la modificación de la siguiente información: Tabla 7 Datos de entrada Escenario Proyección de carga sin tratamiento (E2_cargas

2021 sin tratamiento)

CATEGORÍA SITIO DESCRIPCIÓN

CALIDAD Vertimientos Se incluyeron las cargas per cápita proyectadas al año 2021.

HIDROLOGÍA Corriente principal El caudal de simulación es el caudal mínimo en la cabecera de cada tramo de simulación.


ESCENARIO PROYECCIÓN DE CARGA CON TRATAMIENTO (E3_cargas 2021 con tratamiento) En este escenario se incluyen las cargas a verter en marco del funcionamiento de las PTAR proyectadas dentro del quinquenio. Los porcentajes de remoción de las PTAR fueron tomados de los diseños presentados en los PSMV´s. La simulación se basó en la modificación de la siguiente información:

Tabla 8 Datos de entrada Escenario proyección de carga con tratamiento (E3_cargas 2021 con tratamiento)

CATEGORÍA SITIO DESCRIPCIÓN

CALIDAD Vertimientos

Se definió un porcentaje de remoción en carga para los vertimientos que tendrán sistema de tratamiento operando en el quinquenio, que permitirá el cumplimiento de la norma de vertimientos nacional Resolución 631 de 2015.

HIDROLOGÍA Corriente principal El caudal de simulación es el caudal mínimo en la cabecera de cada tramo de simulación.








4 Resultados y Análisis Escenarios Los resultados se presentan como gráficas de concentración de SST y DBO5 en función de la longitud de modelación. De forma general para los tramos, se utilizó la información bajo caudales mínimos y cargas actuales, proyectadas sin tratamiento y proyectadas en el ingreso de operación de las PTAR dentro del quinquenio. En las siguientes figuras se evidencia en la parte superior la comparación frente a objetivos de calidad, en la parte inferior el detalle de los resultados en términos de concentración. 4.1 Tramo 1

Figura 3. Resultados SST- Tramo 1







Figura 4 Resultados DBO- Tramo 1

De acuerdo a los resultados gráficos presentados para el Tramo 1, se evidencia que los

parámetros de SST y DBO5 evaluados en los escenarios de simulación cumplen en la

longitud evaluada con los objetivos de calidad correspondientes a cada tramo.

Esta situación obedece a que esta corriente no está siendo presionada con entradas de

cargas contaminantes significativas en este parámetro que puedan afectar las condiciones

de calidad. Es importante resaltar que los usuarios deberán cumplir con lo establecido en

los PSMV’s aprobados.







4.2 Tramo 2

Figura 5 Resultados SST Tramo 2







Figura 6 Resultados DBO5 Tramo 2

Como se evidencia en las gráficas, las condiciones de calidad del río Carare (Minero) cumplen los objetivos de calidad desde la cabecera de la corriente. Lo anterior aplica para los tres escenarios de simulación; el escenario actual, el escenario con cargas proyectadas a 2021 sin tratamiento y el escenario proyectado a 2021 teniendo en cuenta la entrada en operación de las PTAR. Esta situación obedece a que esta corriente no está siendo presionada con entradas de cargas contaminantes significativas que puedan afectar las condiciones de calidad. Es importante que los usuarios de la corriente cumplan a cabalidad con las disposiciones establecidas en los PSMV´s aprobados por la CAR.



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