El documento presenta un estudio para determinar los tiempos de residencia de las aguas en la Bahía de Buenaventura mediante modelación matemática. Se caracterizó hidrodinámicamente la bahía y se implementó un modelo hidrodinámico calibrado y verificado. Se determinaron los tiempos de residencia para tres zonas de la bahía, los cuales variaron entre 30 y 90 días dependiendo de la zona y las condiciones de marea. Las descargas fluviales redujeron los tiempos de residencia en aproximadamente 8 días.

1. DETERMINACIÓN DE LOS TIEMPOS DE
RESIDENCIA DE LAS AGUAS EN LA BAHÍA DE
BUENAVENTURA
Presentado por:
Erika Paola Perdomo Portilla
Steven Andrés Moreno Toro
Dirección:
M. Sc. José Luis García Vélez
M. Sc. Carlos Alberto Ramírez Callejas

2. Contenido
Planteamiento del Problema
Objetivos
Metodología
Resultados
Conclusiones
Recomendaciones

3. Planteamiento del Problema
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones

4. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Planteamiento del Problema
El aporte de carga contaminante en la
bahía de Buenaventura, se da
principalmente por los vertimientos de
AR sin tratar del municipio, además de
los contaminantes que llegan a través de
los ríos tributarios

5. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
El tiempo de residencia en un
cuerpo hídrico (estuario, rio,
lago, reservorio, etc.) se define
como el periodo promedio de
tiempo que el agua permanece
dentro de él.
Es un indicativo de la capacidad
autodepurativa de las aguas
dentro de la Bahía y permite
comprender mejor el
comportamiento de los contami-
nantes y descargas vertidas en
ella.
¿Cuáles son los tiempos de residencia de las aguas en la bahía de
Buenaventura?
Pregunta de Investigación

6. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Objetivos
Objetivo General
• Determinación de los tiempos de residencia de las aguas en la Bahía de
Buenaventura mediante la modelación matemática.
Objetivos Específicos
• Caracterización hidrodinámica de la Bahía.
• Implementación de un modelo matemático hidrodinámico en la Bahía.
• Implementación del módulo de trazadores Lagrangianos en la Bahía.
• Establecer los tiempos de residencia de las aguas en la Bahía mediante la
simulación numérica, considerando diferentes condiciones mareales y sitios
de descarga de trazadores.

7. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Fase 1. Revisión
bibliográfica y
recopilación de
Información de
campo
Fase 2.
Caracterización
hidrodinámica de la
Bahía
Fase 3.
Implementación
del modelo
hidrodinámico
Fase 4.
Determinación
de los tiempos
de residencia de
las aguas en la
Bahía
Fase 5.
Análisis del
comportamiento
hidrodinámico y los
tiempos de residencia
Metodología

8. Revisión bibliográfica y recopilación de
información de campo
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Centro de Investigaciones
Oceanográficas e Hidrográficas
Manuales y foros virtuales

9. Resultados
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones

10. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Caracterización Hidrodinámica de la Bahía
de Buenaventura
Localización: Costa Pacífica de
Colombia, Coordenadas
geográficas entre los 77°16’ de
Oeste y los 3°56’ de Norte.
Morfología:
• 15 kilómetros de largo
• 2.3-4.5 kilómetros de ancho
• Extensión aproximada de
68,190 Ha
Una sola entrada de unos 1.6 Km de amplitud, conocida como La Bocana, que va
desde Punta Bazán al norte hasta Punta Soldado al sur

11. Caracterización Hidrodinámica de la Bahía
de Buenaventura
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Parámetro Promedio
Temperatura del aire(°C) 26.3
Temperatura superficial del mar(°C) 27
Humedad Relativa (%) 88.67
Precipitación (mm/año) 7229
Velocidad del viento (m/s) 1.5 – 1.8
Dirección del viento predominante Sur Oeste
Aspectos hidrometeorológicos

12. Caracterización Hidrodinámica de la Bahía
de Buenaventura
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
La bahía de
Buenaventura se
considera un estuario
bien mezclado la
mayor parte del
tiempo, porque el
volumen del prima
mareal es mucho
mayor al los
volúmenes de las
descargas fluviales

13. Caracterización Hidrodinámica de la Bahía
de Buenaventura
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
• Rango de marea media es de
3.11 m
• Velocidades de reflujo son
ligeramente mayores a la
registradas en condición de flujo
Flujo: Llenante de las aguas de la
bahía
Reflujo: Vaciante de las aguas de la
bahía
Reflujo
Flujo

14. Caracterización Hidrodinámica de la Bahía
de Buenaventura
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Mareas Vivas
Mareas Muertas
 Las mareas son de tipo semidiurno regular - 2 pleamares y 2 bajamares en un día
 Periodo medio de 12 horas y 25 minutos ciclo simple
Marea Astronómica

15. Construcción de la línea de costa y de la malla de cálculo
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
• Malla de espacio constante
• Celdas 50x50 m
• Angulo 25°
El tamaño de la malla tuvo en cuenta la
esquematización de los ríos tributarios
(Dagua y Anchicayá) debido a la
ausencia de información batimétrica
hasta el límite de la influencia mareal

16. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Esquematización de la Batimetría
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Digitalización de las Cartas náuticas N°153 y N°730 (2014)
Condiciones de Frontera e iniciales
Modelo FES2004 - Nivel de sicigia (2.24m) y Referencia
horaria (-5)
Caudales fluviales medios

17. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Análisis de sensibilidad
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Estaciones de control
• Viscosidad turbulenta:
1m/s², 5m/s², 10m/s²
• Rugosidad del lecho
0.024, 0.028, 0.030, 0.033 s/m1/3

18. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Análisis de sensibilidad
Viscosidad Turbulenta: Niveles de marea en la estación Muelle
-1
0
1
2
3
4
5
19/09/1997 6:00 19/09/1997 18:00 20/09/1997 6:00
Niveldemarea(m)
1 m/s2 5 m/s2 10 m/s2

19. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Análisis de sensibilidad
Viscosidad Turbulenta: Velocidades de flujo en la estación Muelle
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
19/09/1997 6:00 19/09/1997 18:00 20/09/1997 6:00 20/09/1997 18:00 21/09/1997 6:00
Velocidad(m)
1 m/s2 5 m/s2 10 m/s2

20. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Análisis de sensibilidad
Rugosidad del Lecho: Niveles de marea en la estación Muelle
-1
0
1
2
3
4
5
19/09/1997 6:00 19/09/1997 18:00 20/09/1997 6:00
Niveldemarea(m)
0.024 0.028 0.030 0.033

21. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Análisis de sensibilidad
Rugosidad del Lecho: Velocidades de flujo en la estación Muelle
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
19/09/1997 6:00 19/09/1997 18:00 20/09/1997 6:00 20/09/1997 18:00 21/09/1997 6:00
Velocidad(m)
0.024 0.028 0.030 0.033

22. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Calibración
• Ajuste de niveles de
marea variando la
rugosidad del lecho
• Estación La Bocana y
Muelle
• Estimación del
coeficiente de
determinación
mediante el software
Origin
• 14 al 29 de noviembre
de 1997

23. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Calibración
• Niveles de marea medidos y calculados en la estación La Bocana. Rugosidad de Manning 0.028 s/m1/3
• Las diferencias máximas fueron de 0.3 m entre los niveles de marea registrados en campo y calculados
por el modelo

24. Implementación del Modelo Hidrodinámico de la Bahía
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Verificación
Estación Mareógrafo, 17 al 31 de agosto de 2016, periodo más reciente
registrado y disponible.

25. Implementación del módulo de trazadores
Lagrangianos
Teniendo en cuenta
que en la bahía hay
diferentes descargas
fluviales se
subdividió en tres
zonas de 5Km de
extensión cada una
de ellas
Emisiones instantáneas
de trazadores conservativos y no sedimentables

26. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Tiempos de Residencia de las Aguas en la
bahía de Buenaventura
Determinación de los escenarios de modelación
Dt = 8 s, Número Courant = 3.86

27. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Se consideró como
tiempo de residencia,
el tiempo requerido
para que el 80% de las
partículas emitidas en
un sitio abandonen la
Bahía.
Las partículas
residuales se ubicaron
principalmente en
zonas de recirculación,
bajas velocidades y
bajas profundidades
Tiempos de Residencia de las Aguas en la
bahía de Buenaventura

28. Tiempos de Residencia de las Aguas en la
bahía de Buenaventura
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones

29. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Zona Baja
Tiempos de Residencia de las Aguas en la
bahía de Buenaventura

30. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Tiempos de Residencia de las Aguas en la
bahía de Buenaventura
Zona Media

31. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Tiempos de Residencia de las Aguas en la
bahía de Buenaventura
Zona Alta

32. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Tiempos de Residencia de las Aguas en la
bahía de Buenaventura
Partículas residuales
Emisión en rango
promedio de mareas
vivas (4.21m) y en
instante de bajamart=90 días
Zonas
Zona alta
Zona Media
Zona Baja

33. a) Con descargas fluviales b)Sin descargas fluviales
Relación entre el tiempo de residencia y las descargas fluviales
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Tiempos de Residencia de las Aguas en la
bahía de Buenaventura
Posición de los trazadores Lagrangianos después de 20 días de su emisión
Análisis para toda la Bahía: diferencia promedio de 7.8 días

34. Conclusiones
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
• Las velocidades máximas se presentan aproximadamente tres horas
después de pleamar y bajamar. La Bahía presenta velocidades de reflujo
ligeramente mayores a las del flujo mareal debido a las descargas de los
ríos.
• El tiempo de modelación computacional está relacionado fuertemente con
el tamaño y número de celdas de la malla y el tamaño del intervalo de
tiempo
• El análisis de sensibilidad del modelo mostró que el coeficiente de
rugosidad de Manning y la viscosidad turbulenta son parámetros
ligeramente sensibles para determinar las velocidades de flujo mareal y
poco sensibles para determinar los niveles de marea.

35. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Conclusiones
• El modelo implementado de la bahía de Buenaventura representó de
manera aceptable las características hidrodinámicas principales de la
Bahía, como son: el patrón de circulación de las corrientes tanto en el
flujo como en el reflujo de la marea, la variación de los niveles y rangos
de marea, las velocidades de las corrientes y la ligera amplificación de la
onda de marea desde la entrada de la Bahía hacia la zona de la isla
Cascajal.
• Se estableció un valor de ∆t igual a 8 segundos, por cuanto permitió
garantizar la estabilidad del modelo, con un Número de Courant máximo
de 3.86, menor al valor límite de 5.0 recomendado en MOHID.
• Se obtuvo una relación de 9 a 1 entre el periodo real simulado y el tiempo
computacional.

36. Conclusiones
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
• Los tiempos de residencia de las aguas en la Bahía de Buenaventura
dependen de diferentes factores, principalmente de la condición del
flujo y rango mareal, el instante y el sitio de vertimiento y la presencia
de zonas de bajas profundidades, bajas velocidades y de recirculación.
• Las descargas fluviales afectan inversamente los tiempos de residencia,
entre mayores sean las descargas fluviales menores serán los tiempos
de residencia.
• Los tiempos de residencia obtenidos para la condición de rango
promedio de mareas vivas (4.21 m) para las Zonas Baja, Media y Alta de
la bahía de Buenaventura fueron 64, 72 y 90 días, respectivamente.

37. Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
Conclusiones
• Los tiempos de residencia obtenidos para la condición de rango máximo de
mareas vivas (5.25 m) para las Zonas Baja, Media y Alta de la bahía de
Buenaventura fueron 47, 56 y 90 días, respectivamente.
• Conocer los tiempos de residencia en la bahía permiten comprender mejor
los procesos de transporte de las descargas y vertimientos de
contaminantes e identificar las zonas donde los contaminantes pueden
permanecer periodos prolongados y las zonas donde los contaminantes se
pueden evacuar en menores tiempos.
• Los vertimientos de contaminantes en la bahía son permanentes por lo cual
los problemas por contaminación también son permanentes. Es decir, a
pesar de la capacidad de autodepuración de la bahía, el vertimiento
continuo de aguas residuales sin ningún tipo de tratamiento ocasiona
igualmente altas concentraciones de contaminantes, especialmente en las
zonas próximas a los sitios de vertimiento.

38. Recomendaciones
Planteamiento del
problema
Objetivos Metodología Resultados Conclusiones Recomendaciones
• Se debe establecer un monitoreo permanente de diferentes parámetros
fisicoquímicos e hidrodinámicos garantizando la simultaneidad y
continuidad en las mediciones; todo ello con el fin complementar y
actualizar la caracterización hidrodinámica y fisicoquímica de las aguas
en la Bahía.
• El modelo MOHID demandó altos tiempos computacionales durante las
simulaciones, esto debido a que el modelo no tiene la capacidad de
aprovechar todos los recursos que ofrece el equipo en el que se realiza
la modelación. Para estudios similares se sugiere indagar otros modelos
matemáticos que puedan aprovechar de manera óptima los recursos
que ofrece el equipo de modelación de manera que reduzca los tiempos
computacionales y como consecuencia disminuya el riesgo de que la
simulación pueda ser interrumpida.
• Los vertimientos de agua residual tratada deben realizarse a través de
emisarios submarinos que alcancen preferiblemente la zona
suroccidental “Zona Baja” de la bahía de Buenaventura

39. GRACIAS!