Componente Modelación Hidro-Morfológica Marzo 14 de 2014 Quibdó, Chocó

INTRODUCCIÓN – ALCANCES CONSTRUCCIÓN DE MODELOS DETALLADOS DE LOS SECTORES DE ESTUDIO Y RESULTADOS PRINCIPALES MODELO SECTOR DEL PUERTO DE QUIBDÓ MODELO DELTA DEL ATRATO Y GOLFO DE URABÁ MODELO BIFURCACIÓN ISLA GRANDE VERIFICACIÓN DEL CANAL NAVEGABLE QUIBDÓ – GOLFO DE URABÁ DEFINIDO EN LOS ESTUDIOS DEL CONVENIO INVIAS-UTCH

INTRODUCCIÓN Construcción de modelos hidro-morfodinámicos (2D) de los sitios que fueron identificados como críticos para la navegación (ó que requieren mayor detalle de estudio) en el desarrollo de los estudios del convenio 3479 de 2008, INVIAS – UTCH; específicamente la Bifurcación – Isla Grande del Atrato (con sus brazos Murindó y Montaño) y el Delta del río Atrato.

Delta del Atrato Modelos: Topo-batimétricos Hidrodinámicos Morfológicos Bifurcación – Isla Grande (*) Incorporado al alcance Quibdó*

CONSTRUCCIÓN DE MODELOS COMPUTACIONALES EMPLEANDO “DELFT3D”

A. MODELO SECTOR PUERTO DE QUIBDÓ

LOCALIZACIÓN DEL PUERTO De acuerdo con el dimensionamiento preliminar de la infraestructura del puerto, resultado del desarrollo del Componente de Ingeniería Naval del presente Convenio, se requiere un canal de acceso de 94 m de ancho, una dársena de ciaboga de 85 m de radio y un calado mínimo de 2,7 m (incluye paso de quilla).

INFORMACIÓN REQUERIDA PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MODELO Elemento a modelar Información requerida Río Atrato – Sector Puerto de Quibdó - Alineamiento de las bancas (1) - Topo-batimetría del lecho de fondo (2) - Caudales del río Atrato en el sector a modelar (3) - Niveles de referencia aguas abajo del sector a modelar (4) (1) Cartografía digitalizada del río Atrato, obtenida a partir del Radar mapa año 2008, recopilado durante el desarrollo de la fase previa de este proyecto (Convenio 3479 de 2008, INVIAS – UTCH). (2) Sondeos topo-batimétricos del río Atrato entre la cabecera del municipio de Quibdó y la zona del puerto multimodal proyectado, realizados por el IDEAM en el mes de Septiembre del año 2012, como parte del componente de hidrometría del presente Convenio. (3) Curva de duración de caudales medios diarios de la Estación Hidrológica Quibdó, obtenida como parte del componente de hidrología del presente Convenio, a partir del procesamiento de registros hasta el año 2010. (4) Curva de calibración Nivel – Caudal de la Estación Hidrológica Belén, revisada como parte del componente de hidrología del presente Convenio.

VARIABLES HIDROLÓGICAS RELEVANTES El caudal medio del río Atrato a la altura de Quibdó es de 1000 m³/s, con un área de drenaje de 4.772 km², lo que equivale a un rendimiento medio de 209 l/s/km² hasta ese punto

CONSTRUCCIÓN GRILLA COMPUTACIONAL La grilla definitiva presenta una resolución promedio de 30 x 30 m (ligeramente variable por sector), que permite obtener un nivel de detalle adecuado para el análisis requerido.

GENERACIÓN SUPERFICIE TOPO-BATIMÉTRICA El modelo topo-batimétrico del río en el tramo descrito, se construyó tomando como base los puntos del sondeo realizado por el IDEAM durante el mes de Septiembre de 2012.

Post-proceso de información de campo para generar archivo de puntos (x,y,z) del río Atrato Insumos: Archivo x,y,d resultado del trabajo de batimetría Niveles (cota real) del río durante el tiempo de muestreo z = Nivel (x,y,t) – d (x,y,t) d x,y,z

Caudal aguas arriba (m³/s) Nivel de flujo aguas abajo (msnm) PLANTEAMIENTO DE SIMULACIONES CON EL MODELO CONSTRUIDO Escenario Caudal aguas arriba (m³/s) Nivel de flujo aguas abajo (msnm) Caudal bajo (Q95%) 400 21,5 Caudal medio (Q50%) 1000 24,2 Caudal alto (Q5%) 1800 26,6 En el escenario con caudal bajo, se transita un caudal correspondiente al Q95%, extraído de la curva de duración de caudales, definido como el caudal medio diario igualado ó excedido el 95% del tiempo, el cual fue adoptado como referencia para definir el nivel de reducción para navegación desde la primera fase de este proyecto (superado 347 días del año en promedio). En los escenarios con caudales medio y alto, se transitan caudales correspondientes al Q50% (equivalente al caudal medio del río) y Q5% (caudal superado 18 días del año en promedio) respectivamente, para evaluar las condiciones de navegabilidad en la zona del puerto en situaciones diferentes y determinar el escenario crítico de maniobrabilidad.

RESULTADOS: PROFUNDIDAD DE FLUJO (m) El cauce del río en este sector tiene un ancho cercano a los 500 m. Sin embargo, en la curva, el flujo se concentra en la parte externa, generando una playa seca sobre la barra interior, que sobresale en caudales menores. La concentración de flujo hacia la banca externa, hace que las profundidades en este sector sean considerables, inclusive durante caudales bajos.

RESULTADOS: VELOCIDAD MEDIA EN LA VERTICAL (m/s) Se observan valores significativamente mayores hacia la margen derecha, como resultado de la concentración de flujo en la banca exterior de la curva. Las corrientes críticas para la maniobrabilidad de embarcaciones en la zona proyectada del puerto, pueden estar asociadas al escenario con caudales bajos. (Las velocidades no resultan proporcionales al caudal que fluye por el río).

RESULTADOS A LA LUZ DE LA INFRAESTRUCTURA PORTUARIA PROYECTADA El canal de acceso presenta profundidades superiores a las requeridas (2,7 m) en toda su longitud. En la dársena de ciaboga se presenta un sector de 11.200 m² con profundidades entre 1 y 2,5 m, que incumplen el requerimiento de calado; sería necesario remover una capa de 1,2 m en promedio en dicho sector (volumen de 13.500 m³ de sedimento aprox.)

PROFUNDIDAD DE SOCAVACIÓN COMO RESULTADO DE LA CURVATURA DEL CANAL Y LA PROTECCIÓN DE ORILLA La profundidad máxima en la curva Casimiro, según resultados del modelo hidrodinámico (caudales medios), es actualmente de 7,5 m. Según la teoría, por efectos de la curvatura natural y por la fijación del talud (tablestacado) podría esperarse una socavación adicional de entre 1,8 y 2,7 m en la parte más profunda de la curva.

RESUMEN DE HALLAZGOS – RÍO ATRATO: SECTOR PUERTO PROYECTADO DE QUIBDÓ -En términos de profundidad, en general se presentan condiciones favorables para la navegación, con valores por encima del calado requerido (2,7 m) en el canal de acceso (para condiciones hidrológicas con un 95% de excedencia) y una única restricción localizada hacia la margen izquierda de la dársena de ciaboga, donde se presentan profundidades de entre 1 y 2,5 m. -En condiciones actuales, el área en la dársena de ciaboga que presentaría restricción para navegación tiene una extensión de 11.200 m² (1,1 hectáreas aprox.). Para cumplir con el requerimiento de calado en este sector, se tendrían que remover del orden de 13.500 m³ de sedimento mediante dragado capital.

-En cuanto a las corrientes esperadas, el escenario crítico se presenta en condiciones de caudal bajo, como resultado de la concentración de flujo en la parte exterior de la curva (sección angosta). -La magnitud de la velocidad de flujo en el sector de interés, puede presentar un valor máximo de 1,6 m/s (en la dársena de ciaboga), que debe ser tenida en cuenta para evaluar la capacidad de maniobra y potencia requerida por las embarcaciones en la zona de acceso al puerto. -Acorde con la teoría para la estimación de la profundidad de socavación por efecto de la curvatura del canal y estructuras de protección previstas, se podría esperar una socavación adicional a la actual de entre 1,8 y 2,7 m en la parte más profunda de la curva Casimiro, que debe ser tenida en cuenta para el diseño de la cimentación de estructuras sumergidas y de fijación de la banca en la zona del puerto.

B. MODELO DELTA DEL ATRATO Y GOLFO DE URABÁ

SEGUIMIENTO AL COMPONENTE DE HIDROMETRÍA Y TOPO-BATIMETRÍA Campaña: Noviembre 2012 (Delta del Atrato) Instalación estación limnimétrica aguas arriba del Delta Aforos líquidos y sólidos en suspensión Topo-batimetría Muestreo sedimentos del lecho Recopilación registros oleaje y marea

Campaña: Noviembre 2012 (Delta del Atrato)

RESUMEN CAMPAÑA HIDROMÉTRICA -El caudal promedio del río Atrato aforado entre el 01 y el 07 de Noviembre 2012 en Tumaradó (cabecera del Delta) fue de 3400 m³/s. - Condiciones representativas de caudales medios

RESUMEN CAMPAÑA HIDROMÉTRICA -Monitoreo de los principales ramales mediante campaña de aforos líquidos realizada durante la primera semana de Noviembre 2012 Aforos sólidos de sedimento en suspensión en el sitio de Tumaradó (concentración promedio = 0,4 kg/m³) Muestreo de sedimentos del lecho en cada brazo (D50 promedio = 0,2 mm) 2163 m³/s (61,5%) 709 m³/s (20,1%) Sumatoria aforos brazos: 3519 m³/s Promedio aforos Tumaradó: 3400 m³/s 647 m³/s (18,4%)

CONSTRUCCIÓN GRILLA COMPUTACIONAL

GENERACIÓN SUPERFICIE TOPO-BATIMÉTRICA El modelo topo-batimétrico del componente fluvial, se construyó tomando como base los puntos del sondeo realizado por el IDEAM durante el mes de Noviembre de 2012.

GENERACIÓN SUPERFICIE TOPO-BATIMÉTRICA El modelo topo-batimétrico del golfo de Urabá, se construyó tomando como base los puntos de profundidad de la carta náutica suministrada por el CIOH (sondeos de diferentes años)

VARIABLES HIDROLÓGICAS RELEVANTES El caudal medio del río Atrato en la desembocadura es de 3800 m³/s. La oscilación de mareas con respecto al nivel medio es de +/- 30 cm

VERIFICACIÓN COMPORTAMIENTO HIDRODINÁMICO DEL MODELO 2250 m³/s (64,2%) Ramal Roto Ramal León Ramal Coco 650 m³/s (18,6%) 600 m³/s (17,2%) -Modelo representa adecuadamente la distribución de caudales

PROFUNDIDADES DE FLUJO (m) – ESCENARIO CAUDAL /MAREA BAJA Tarena El Roto Matuntugo Coquitos Turbo Burrera Leoncito

PROFUNDIDADES DE FLUJO (m) – BRAZOS BURRERA Y LEONCITO El Brazo Burrera presenta profundidades de entre 3 y 4 m en su longitud, con un frente de sedimentación en el golfo de +/- 1,5 km El Brazo Leoncito presenta profundidades por encima de los 12 m en su longitud, con un frente de sedimentación de +/- 500 m en su boca principal

PROFUNDIDADES DE FLUJO (m) – BRAZOS MATUNTUGO Y COQUITOS El Brazo Matuntugo presenta profundidades por encima de los 8 m a lo largo del canal, con un frente de sedimentación en el golfo (profundidades por debajo de los 2,7 m requeridos) de +/- 1 km El Brazo Coquitos presenta profundidades por encima de los 4 m a lo largo del canal con excepción de las bocas, que presentan profundidades cercanas a los 2 m

PROFUNDIDADES DE FLUJO (m) – BRAZOS TARENA Y EL ROTO El Brazo Tarena presenta profundidades de entre 1 y 3 m en gran parte de su longitud, con valores mínimos en la boca El Brazo El Roto presenta profundidades mayores a 10 m en toda su longitud con valores de hasta 25 m. El sector profundo más angosto presenta amplitudes de hasta 280 m. Sin embargo, el frente de sedimentación en el golfo (frente a la boca del Roto), es de +/- 3 km con profundidades por debajo del calado requerido (2,7 m)

ESCENARIOS DE INTERVENCIÓN BOCA DEL ROTO Dragado 150 x 12 m Dragado 90 x 3 m

RESULTADOS MODELACIÓN HIDROSEDIMENTOLÓGICA (DISPERSIÓN SEDIMENTOS EN SUSP - GOLFO EN LA ACTUALIDAD)

RESULTADOS MODELACIÓN HIDROSEDIMENTOLÓGICA (DISPERSIÓN SEDIMENTOS EN SUSP – ESCENARIO DRAGADO)

RESULTADOS MODELACIÓN HIDROSEDIMENTOLÓGICA (DISPERSIÓN SEDIMENTOS EN SUSP – ESCENARIO DRAGADO + CIERRE BOCA IZQ.)

RESULTADOS MODELACIÓN HIDRODINÁMICA (LÍNEAS DE FLUJO)

CARACTERIZACIÓN DE OLEAJE (MÁX. ENERO)

CARACTERIZACIÓN DE OLEAJE (MÁX. NOVIEMBRE)

CARACTERIZACIÓN DE OLEAJE (TORMENTA)

CARACTERIZACIÓN DE OLEAJE – ABRIGO NATURAL BAHÍA DEL ROTO 1969 2013

C. MODELO BIFURCACIÓN ISLA GRANDE

COMPONENTE DE HIDROMETRÍA Y TOPO-BATIMETRÍA Campaña (Septiembre 2012): Instalación estaciones limnimétricas sector bifurcación Aforos líquidos Topo-batimetría Muestreo sedimentos del lecho San Alejandro Napipi Vigía

Campaña: Septiembre 2012

MONITOREO SIMULTÁNEO DE CAUDALES – DISTRIBUCIÓN DE FLUJO

VARIABLES HIDROLÓGICAS RELEVANTES El caudal medio del río Atrato en la cabecera de la bifurcación es de 2500 m³/s.

CONSTRUCCIÓN GRILLA COMPUTACIONAL

GENERACIÓN SUPERFICIE TOPO-BATIMÉTRICA El modelo topo-batimétrico de la bifurcación, se construyó tomando como base los puntos del sondeo realizado por el IDEAM durante el mes de Septiembre de 2012.

RESULTADOS PROFUNDIDAD DE FLUJO Y VELOCIDAD

MODELACIÓN HIDROMORFOLÓGICA – PRONÓSTICO DE EVOLUCIÓN BIFURCACIÓN (TOPOBATIMETRÍA EN COTA REAL MSNM) Actual 10 años 50 años 100 años

MODELACIÓN HIDROMORFOLÓGICA – PRONÓSTICO DE EVOLUCIÓN BIFURCACIÓN (DISTRIBUCIÓN DE CAUDALES) Total Montaño Murindó

3. VERIFICACIÓN DEL CANAL NAVEGABLE QUIBDÓ – GOLFO DE URABÁ DEFINIDO EN LOS ESTUDIOS DEL CONVENIO INVIAS-UTCH

EJEMPLO DETERMINACIÓN PUNTO CRÍTICO 20 PUNTOS EN TOTAL Vol Total = 526.000 m³

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