1. MODELACIÓN DINÁMICA INTEGRADA DEL CANAL DEL DIQUE Y SU SISTEMA LAGUNAR Jaime Iván Ordoñez. Luis A. Camacho Erasmo Rodríguez Gabriel Pinilla Leonel Vega Carlos Cubillos Andrés Luna Hugo Estupiñan FORO SCI Bogotá - Agosto 19 - 2011

4. DECANO FACULTAD DE INGENIERÍA Diego F. Hernández L. I.I., M.Sc, Ph.D. DIRECCIÓN Carlos E. Cubillos P., I.C., M.Sc, Ph.D. COORDINACIÓN OPERATIVA Silverio Farías M., I.C., M.Sc. ASESOR DE CALIDAD Raquel Duque Rico I.C., M.Sc. COORDINACIÓN CORMAGDALENA Paulino Galindo Yustres I..C. ASESORES CORMAGDALENA: C.N.R. Personalidades de Cartagena HIDRÁULICA Jaime Iván Ordoñez O. I.C., M.Sc, Ph.D. GRUPO DE APOYO William Perdomo I.C., Esp. AMBIENTAL Leonel Vega Mora I.A., M.Sc, Ph.D. MODELOS HIDRÁULICOS Y DE CALIDAD DE AGUA Luis A. Camacho I.C., M.Sc, Ph.D. COMISIÓN TOPOBATIMÉTRICA LIMNOLOGÍA Gabriel Pinilla Biol., Ph.D. MODELOS HIDROLÓGICOS Erasmo A. Rodríguez I.C., M.Sc, Ph.D. INGENIEROS AUXILIARES GEOLOGÍA Manuel Moreno Murillo Geol., M.Sc. SEDIMENTOLOGÍA Carlos E. Cubillos P. I.C., M.Sc. AUXILIARES DE INGENIERÍA HIDROGEOLOGÍA César Rodríguez Geol., M.Sc, Ph.D. MODELOS FÍSICOS José Urián Ramírez I.C. LABORATORISTAS GEOTECNIA Guillermo Ángel Reyes I.C., M.Sc.. OBRAS FLUVIALES Eduardo Bravo I.C., Esp. OPERARIOS DE LABORATORIO OTROS ASESORES EXTERNOS ADMINISTRADOR SECRETARIA SERVICIOS GENERALES TRANSPORTE FLUVIAL Edgar Higuera I.C., M.Sc. * Profesionales con experiencia en el Canal del Dique * * * * * * *

5. MARCO GENERAL DE LA MODELACION FISICA MATEMATICA HIDROMETEOROLOGIA HIDRAULICA CALIDAD DE AGUA SEDIMENTOLOGIA AGUAS SUBTERRANEAS AMBIENTAL Análisis Alternativa IV y sus variaciones Análisis de escenarios Alternativa IV y sus variaciones Análisis de sensibilidad e incertidumbre MODELACION

6. © [email_address]

7. Río Magdalena Calamar Canal del Dique A Cartagena Esclusa Compuertas A Barranquilla Regulación de caudal de entrada al Canal ?

8. Fuente: CARDIQUE

9. Fuente: CARDIQUE

11. Fuente: CARDIQUE

12. © [email_address] © [email_address]

15. Complejidad del sistema modelado Marea Desborde Interconexiones Con Ciénagas Hidrograma 4 Bocas

20. CAUDALES DE DESBORDE Y COTAS DE INTERCONEXIONES

21. RESULTADOS MODELO

25. Modelo La modelación de seis alternativas estudiadas se realizó mediante el modelo matemático integrado hidráulico, de calidad del agua y ecológico del Canal del Dique y su Sistema Lagunar implementado en el proyecto CORMAGDALENA-UNAL (2007a, 2007b; Camacho et al ., 2008) en la plataforma SIMULINK de MATLAB (The MATHWORKS Inc, 1996) con algunas modificaciones y actualizaciones incorporadas en el presente trabajo.

27. Modelo La modelación se realizó también con el apoyo del modelo HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center- U.S. Army Corps of Engineers), implementado por la Universidad del Norte (IDEHA, 1999, 2002, 2003a, 2003b), para las condiciones de caudales bajos sin desborde lateral.

28. OPCIONES DE MODELO Hec-Ras Mike-11 Mike 21 Simulink (Matlab) Dimensión 1-D 1-D 2-D 1.5-D Acople con modelos de calidad del agua 1. Fisico-Química 2. Cadenas alimenticias 3. Sedimentos 4. Bacteriológica No No No No Si No Si No Si No No No Si Si Si Si Acople con ciénagas No No Si SI Tipo de simulación 1. Eventos – corto plazo 2. Continua – largo plazo Si No Si No Si No Si Si Otros 1. Complejidad datos 2. Flexibilidad y amigab. No No Si No Si No No Si

32. MODELO HIDROLÓGICO - HIDRÁULICO CON INTERACCIONES CIÉNAGA - CANAL

33. MODELO HIDRÁULICO DE DESBORDE Y DE CANALES DE INTERCONEXIÓN

34. MODELO HIDRÁULICO Y DE SST P ET Canal del Dique Qesc Qlat - desborde Q conexión Qe Qs

35. MODELO HIDRÁULICO NITRÒGENO AMONIACAL

36. Condiciones de frontera aguas abajo- Marea Fuente: Leonel Vega, 2005 Fuente: Leonel Vega, 2005

37. MODELO DE CUÑA SALINA

38. DETERMINANTES MODELO DE CALIDAD DEL AGUA

39. Elevada diversidad biológica, en especial de aves y peces. Zonas de reproducción y crianza. Alta productividad biológica y elevada producción de peces. Importante actividad pesquera fundamental en la economía regional. Sistemas digestores de materia orgánica traída por los ríos. Trampas de sedimentos y de sustancias tóxicas. Reservas de agua para acueductos y riego. Controlan crecidas de los ríos y aportan agua en época seca, es decir, regulan los caudales . Permiten la recarga de acuíferos . Controlan el microclima local. Áreas para transporte, recreación y turismo . IMPORTANCIA ECOLÓGICA DE LAS CIÉNAGAS

41. INDICE DE ESTADO LIMNOLÓGICO - IEL IELP

42. PLATAFORMA MODELO INTEGRADO

43. PLATAFORMA MODELO INTEGRADO

44. ACTUALIZACIÓN DEL MODELO INTEGRADO Nueva Discretización (2008): 68 Tramos Anterior Discretización (2007): 18 Tramos

45. CANAL

46. SELECCIÓN ESCENARIO HIDROLÓGICO Año húmedo La Niña 1988-1989 Año seco El Niño 1991-1992 Año promedio

47. CURVA DE EXCEDENCIAS INCORA K7

48. SERIE DE CAUDALES 1988 1990 1991

49. CALIBRACIÓN MODELO HIDROLÓGICO Area 103 km 2

50. MODELACIÓN CONTINUA PARA CADA CUERPO DE AGUA

51. CALIBRACIÓN MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS R 2 =0.79 RMSE=1.05 m3/s Nash=0.77 DV = -6.4%

52. Inundación RESULTADOS MODELO HIDROLÓGICO P ET Canal del Dique Q Q t t P ET días días Años: 1988-1991

53. RESULTADOS MODELO HIDROLÓGICO PRECIPITACION [mm] EVAPOTRANSPIRACION [mm] ESCORRENTÍA [m3/s] TIEMPO [Días]

54. CALIBRACIÓN MODELO HIDRÁULICO Tramo Calibración R 2 Incora K7 – Gambote 0.9962 Gambote – Santa Helena 1 0.9715 Santa Helena 1 – Santa Helena 2 0.9407

55. CALIBRACIÓN MODELO HIDRÁULICO

56. VALIDACIÓN MODELO HIDRÁULICO

57. DESBORDE PERIODO DE CALIBRACIÓN

58. CALIDAD DEL AGUA – INSPECCIÓN DE CAMPO ENERO 2006

59. CONVENCIONES C = Concentración O 2 = Oxígeno disuelto 10 8 7 6 5 3 2 1 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 137 4,08 4 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 137 4,30 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 472 0,20 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 187 0,82 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 140 4,29 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 292 Sat C (  s/cm) O 2 (mg/l) 288 0,10 9 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 294 6,90 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 201 5,40 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 194 1,25

60. IDENTIFICACIÓN SITIOS DE MONITOREO Fuente: CARDIQUE

61. Fuente: CARDIQUE

62. CONVENCIONES C = Conductividad O 2 = Oxígeno disuelto 1 8 7 6 5 3 2 4 9 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 142 3,64 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 134 1,30 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 194 0,83 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 142 3,54 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 140 4,08 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 140 4,11 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 200 2,11 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 140 5,05 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 161 0,70

63. CONVENCIONES C = Conductividad O 2 = Oxígeno disuelto 1 8 7 6 5 3 2 4 9 10 11 12 13 14 15 16 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 144 3,79 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 142 4,12 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 142 4,17 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 145 3,68 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 143 2,69 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 163 3,06 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 171 6,31 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 143 4,10 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 684 4,58 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 164 2,86 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 206 2,20 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 600 5,51 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 450 5,50 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 215 3,50 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 1900 5,43 C (  s/cm) O 2 (mg/l) 204 1,93

64. Pasacaballos Calamar Pasacaballos Calamar 2 CAMPAÑAS DE MEDICIONES Embalse del Guájaro Ciénaga Jobo Ciénaga Luisa Ciénaga Capote Ciénaga Aguas Claras Ciénaga Juán Gómez Ciénaga María La Baja Bahía Cartagena Bahía Barbacoas Ciénaga Matuya DIA 1 DIA 2 DIA 3

70. D.R. SANTA - LUCÍA Fuente: CARDIQUE

71. Fuente: CARDIQUE

72. CD – COMPUERTAS GUAJARO Fuente: CARDIQUE

73. SALIDA EMBALSE DEL GUAJARO Fuente: CARDIQUE

74. CAÑO ZARZAL Fuente: CARDIQUE

75. CANALES DE ENTRADA A MATUYA MARGEN IZQUIERDA Fuente: CARDIQUE

76. CALIBRACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA

77. DIA 1 DE MEDICIONES

78. DIA 2 DE MEDICIONES

79. DIA3 DE MEDICIONES

80. CALIBRACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA

81. CONDUCTIVIDAD Y SST

82. OXÍGENO DISUELTO Y DBO

83. NUTRIENTES, NITRÓGENO Nitrógeno amoniacal (mg/l) Nitratos (mg/l)

84. NUTRIENTES, FÓSFORO

86. HIDROGRAMAS DE ENTRADA - CALAMAR

87. HIDROGRAMA TRANSITADO COND. ACTUAL

88. CARGA DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS

89. Jobo, Juan Gómez, Matuya: relación A/V más alta (ciénagas poco profundas) Zarzal, Honda, Palotal, Aguas Claras: mayores CPUE Capote y María La Baja: aguas más oxigenadas y macroinvertebrados de aguas más limpias Guájaro y La Luisa: Conductividades más altas y mayor cantidad de nitratos Análisis Multivariado CUANTIFICACION DEL EFECTO EN EL ESTADO LIMNOLÓGICO DE LAS CIÉNAGAS

90. 11 IEL= ∑ vi . ci . 100 i=1 INDICE DEL ESTADO LIMNOLÓGICO Variable Unidades Valor (vi) OD % Sat % 0,15 pH Unidades 0,05 Nitrato mg/L 0,1 Fósforo Total mg/L 0,1 N/P 0,1 Conductividad µS/cm 0,05 Relación A/V 0,05 CPUE Kg/canoa/día 0,15 Clorofila mg/m3 0,1 Nygaard 0,07 BMWP 0,04 ASPT 0,04 SUMATORIA 1 Valor del IEL Significado 0-50 Estado limnológico crítico . La ciénaga está sometida a fuerte estrés que impide el cumplimiento de la mayoría de sus funciones ecológicas 51-65 Estado limnológico aceptable . La ciénaga se encuentra dentro de límites aceptables de funcionamiento, pero se presentan disturbios que disminuyen su capacidad de autorregulación 66-80 Estado limnológico adecuado . La ciénaga cumple la mayoría sus funciones ecológicas en forma razonable 81-100 Estado limnológico ideal . La ciénaga cumple todas sus funciones ecológicas apropiadamente

91. INDICE DEL ESTADO LIMNOLÓGICO PARCIAL El índice IELP se ha calculado en cada intervalo de tiempo a partir de las variables de estado del modelo: porcentaje de saturación de oxígeno disuelto, pH, nitratos, fósforo total, la relación nitratos/fosfatos, conductividad, la relación área/volumen de la ciénaga y concentración de clorofila- a . El IEL Parcial representa el estado limnológico de las ciénagas en forma similar al IEL Completo

92. CUANTIFICACION DEL EFECTO EN EL ESTADO LIMNOL Ó GICO DE LAS CI É NAGAS

93. CUANTIFICACION DEL EFECTO EN EL ESTADO LIMNOL Ó GICO DE LAS CI É NAGAS

94. CUANTIFICACION DEL EFECTO EN EL ESTADO LIMNOL Ó GICO DE LAS CI É NAGAS

95. IELP

96. CUÑA SALIDA

97. CUANTIFICACION DEL AVANCE DE LA CUÑA SALINA

103. DECANO FACULTAD DE INGENIERÍA Diego F. Hernández L. I.I., M.Sc, Ph.D. DIRECCIÓN Jaime Iván Ordoñez IC., Dr. Eng COORDINACIÓN CORMAGDALENA Paulino Galindo Yustres I..C. ASESORES CORMAGDALENA: Personalidades de Cartagena HIDRÁULICA Jaime Iván Ordoñez O. I.C., M.Sc, Ph.D. GRUPO OCEANICOS AMBIENTAL Leonel Vega Mora I.A., M.Sc, Ph.D. MODELOS HIDRÁULICOS Y DE CALIDAD DE AGUA Luis A. Camacho I.C., M.Sc, Ph.D. Modelación hidrodinámica 3D Bahía de Barbacoas LIMNOLOGÍA Gabriel Pinilla Biol., Ph.D. MODELOS HIDROLÓGICOS Erasmo A. Rodríguez I.C., M.Sc, Ph.D. INGENIEROS AUXILIARES Mauricio Toro I.C., M.Sc, Ph.D. Andrés Osorio, IC, M.Sc., Ph.D. Andrés Gómez, IC, M.Sc., Ph.D. ADMINISTRADOR SECRETARIA * Profesionales con experiencia en el Canal del Dique * *FACULTAD DE MINAS * * *

108. Alternativa 2 Compuerta-esclusa K104

109. Alternativa 3 Angostamiento No.1 k0-k6 L= 6 Km Angostamiento No.2 k43-k48 L=5 Km Angostamiento No.3 k72-k77 L=5 Km

110. Alternativa 4 Compuerta-esclusa K104 Angostamiento No.3 k72-k77 L=5 Km Angostamiento No.2 k43-k48 L=5 Km Angostamiento No.1 k43-k48 L= 6 Km

111. Alternativa 5 Compuerta-esclusa K110

112. Alternativa 6 Compuerta-esclusa K110 Angostamiento No.3 k72-k77 L=5 Km Angostamiento No.2 k43-k48 L=5 Km Angostamiento No.1 k43-k48 L= 6 Km

113. Angostamientos Sección Transversal Tipica Sección transversal km 2 – Contracción No. 1. Sección transversal km 45 – Contracción No. 2. Otros Taludes Modelados 1V : 1.5H 1V : 2.0 H

115. HIDROGRAMAS - CORREA

125. Carga de SST del caño Matunilla (Toneladas por día)

126. Balance de SST en el Sistema (Millones de Toneladas por año) Cond. Act. Alt. 2 Alt. 3 Alt. 4 Alt. 5 Alt. 6 Carga de entrada Calamar 7.9 7.9 5.8 5.8 7.9 5.9 Desborde a la planicie y ci é nagas 2.5 4.5 1.0 2.2 2.4 0.7 Entrada a ci é nagas por canales interconexi ó n 2.1 3.0 1.6 2.6 2.1 1.4 Salida por ca ñ o Correa 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Salida por ca ñ o Matunilla 0.7 0.8 0.5 0.7 1.1 0.9 Salida por ca ñ o Lequerica 0.2 0.0 0.1 0.0 0.6 0.5 Salida por CD Pasacaballos 0.8 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0

127. Cargas de nutrientes y DBO vertida al mar en la bahía de Barbacoas [Ton/año] Cond. Act. Alt. 2 Alt. 3 Alt. 4 Alt. 5 Alt. 6 Carga de nitratos 43331 41297 36627 33769 65780 56483 Carga de fosfatos 7519 7079 5915 6980 11467 9594 Carga de DBO 54692 48274 43701 47693 83315 70764 Carga de Clorofila- a 73 66 60 56 110 93

128. Calidad del agua - Juan Gómez Oxígeno disuelto y Coliformes

129. Cuña Salina – Canal del Dique

130. Cuña Salina – Correa

131. Cuña Salina – Matunilla

132. Cuña Salina – Lequerica

133. Estado limnológico - Ciénagas A partir de las series de tiempo calculadas del IELP se ha estimado el valor del índice igualado o excedido el 50% del tiempo en cada ciénaga para cada alternativa. Los resultados muestran que en 9 de 11 ciénagas modeladas el IELP50 resultante de los cuerpos de agua es mayor para la alternativa 4 de angostamientos y compuerta-esclusa en el RK 104. Estos resultados son de esperarse ya que para esta alternativa se mantiene e incluso aumenta ligeramente con respecto a las condiciones actuales el flujo de intercambio en las ciénagas y los desbordes de caudal lateral gracias a los angostamientos.

134. Mejor Alternativa de disminución del caudal desde el punto de vista hidráulico, de calidad del agua, cuña salina y limnológico en el Canal del Dique El efecto combinado de las contracciones o angostamientos y de la esclusa – compuerta es reducir el caudal en el sistema en 27% con respecto a la condición actual de referencia manteniendo niveles de agua altos en las interconexiones ciénaga-canal sin que se afecten los intercambios de agua y de nutrientes necesarios para mantener adecuadas condiciones limnológicas en las ciénagas del sistema.

135. Mejor Alternativa de disminución del caudal desde el punto de vista hidráulico, de calidad del agua, cuña salina y limnológico Considerando los factores hidráulicos, sedimentológicos, de calidad del agua, de desarrollo de la cuña salina y limnológicos en las ciénagas del sistema lagunar se considera que la mejor alternativa para la disminución del caudal y el aporte de sedimentos a la Bahía de Cartagena es la alternativa 4 .

138. Recalibración Caudales Gambote SH1 SH2

139. Recalibración Niveles Gambote SH1 SH2

140. Recalibración Niveles SH1 Con corrección del cero de mira en 0.75 m

141. Recalibración Resultados de calibración del modelo Hidráulico - caudales y profundidades 0.96

142. Recalibración Resultados de calibración del modelo Hidráulico - caudales y profundidades 0.96

143. Comparación

144. Conclusiones de la Comparación El análisis de resultados muestra que para las nuevas condiciones evaluadas (Resultados del modelo integrado con los coeficientes de M&N) no se presentan cambios considerables en términos relativos con respecto a los resultados presentados en la Fase II de estudios del Canal del Dique. Por lo anterior se considera que es posible emplear las nuevas condiciones propuestas por M&N para la modelación del sistema del Canal del Dique sin alterar las recomendaciones y análisis hechos por la Universidad Nacional de Colombia en el 2008 en el informe de Fase II y que fueron tomados como referencia para realizar el contrato.