INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA
Modelación hidrológica de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real como herramienta en la implementación de pago por servicios ecológicos en la Reserva de La Biosfera Sierra Gorda, Querétaro, México
TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARACIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADEMICO DE:
MAESTRA EN CIENCIAS ESPECIALIDAD EN SISTEMAS AMBIENTALES
POR: NYREE GRICEL ABAD CUEVAS
MONTERREY, N.L.
DICIEMBRE DE 2006
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY
CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA Los miembros del comité de tesis recomendamos que el presente proyecto de tesis presentado por la Lic. Nyree Gricel Abad Cuevas sea aceptado como requisito parcial para obtener el grado académico de: Maestra en Ciencias en Sistemas Ambientales Especialidad en Manejo de Recursos Naturales
Comité de Tesis:
_________________________ Dr. Fabián Lozano Asesor
________________________ Dr. Mario Manzano Camarillo Sinodal
____________________ Dr. Jorge García Orozco Sinodal
Aprobado:
_______________________ Dr. Francisco Ángel Bello Director del Programa de Graduados en Ingeniería Diciembre, 2006
Agradecimiento
A mi asesor, el Dr. Fabián Lozano, por su apoyo incondicional y asesoría en la realización de este proyecto. A los Drs. Mario Manzano y Jorge García por la asesoría brindada en la realización del proyecto. Al equipo del LABSIG: Patty, Chelo, Jessy y Ericka por su ayuda en el uso de los softwares de sistemas de información georreferenciada.
El apoyo por parte del proyecto QRO 2004-C01-53 “Captura de
carbono y servicios ambientales hidrológicos como alternativas no tradicionales de aprovechamiento de los recursos naturales del Estado de Querétaro”. Al equipo de soporte de Automated Geospatial Watershed Assessment (AGWA) por la orientación en el proceso de aplicación de la herramienta AGWA.
Al Señor Emmanuel Alvarez
Ramírez, de Datos Históricos de las Estaciones Meteorológicas Automáticas (EMA´s) de la CNA, por su apoyo en el envío de la información climatológica y orientación en el manejo de la misma. A la Lic. Elizabeth Ramos García, del Centro Hidrometeorológico de la Comisión Estatal de Aguas de Querétaro, por la información climatológica enviada. A Carlos Bustamante por su apoyo en la creación de los macros. A Jorge Donato por su apoyo en la obtención de los archivos auto ejecutables para el manejo de los datos climatológicos.
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Dedicatoria Dedico este trabajo a Dios, por darme la oportunidad de culminar este proyecto y por acompañarme siempre.
A mis padres, hermano y hermana, por el apoyo, fortaleza y amor que siempre me han brindado.
A mis abuelitas, Grace y Aura, por su cariño y tenerme siempre presente.
A Carlos Caballero, por su apoyo académico y amistad incondicional.
Al Dr. Orlando Tejada, por sus consejos y preocupación.
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Resumen Se modeló el comportamiento hidrológico de las cuencas: El Chuveje y Arroyo Real, ubicadas en la Sierra Gorda de Querétaro, mediante la herramienta Automated Geospatial Watershed Assessment (AGWA), específicamente mediante el modelo Soil Watershed Assessment Tool (SWAT). En base a los resultados del modelo, se identificó las áreas de mayor percolación, producción de agua, escurrimiento y producción de sedimentos, entre algunas variables de respuesta hidrológica. Adicionalmente, se analizó el efecto de diferentes cambios de cobertura en la respuesta hidrológica en términos de cantidad y calidad de agua. Además de lograr la aplicación del modelo SWAT en dos cuencas mexicanas, por medio de los resultados de la modelación, se identificaron las áreas más importantes de manejo y conservación, en términos de la respuesta hidrológica con y sin cambios de cobertura vegetal. Adicionalmente, se obtuvo la cantidad de agua que sale de cada Cuenca en m3/día. Este dato será utilizado en un estudio económico de aplicación de sistemas de pagos por servicios ecológicos en las áreas de estudio.
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Índice de Contenido Índice de Figuras ..............................................................................................................viii Índice de Gráficas................................................................................................................ x Índice de Tablas ................................................................................................................xii Índice de Anexos..............................................................................................................xiv Introducción ........................................................................................................................ 1 CAPÍTULO I. ANTECEDENTES................................................................................. 4 1.1. Ciclo hidrológico y sus relaciones .......................................................................... 5 1.1.1. Agua clima ....................................................................................................... 5 1.1.2. Agua- suelo ...................................................................................................... 6 1.1.3. Agua-vegetación............................................................................................... 8 1.1.3.1. Los bosques y selvas ............................................................................... 11 1.1.3.2. Cambios de uso de suelo ......................................................................... 13 1.2. Modelación hidrológica: algunas consideraciones................................................ 15 1.2.1. Escala espacial y temporal ............................................................................. 17 1.2.2. Sistemas de información georreferenciadas................................................... 18 1.3. Modelación hidrológica con AGWA .................................................................... 19 1.4. Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro .............................................. 21 1.4.1. Características generales ................................................................................ 21 1.4.2. Características abióticas ................................................................................. 24 1.4.2.1. Litología y geomorfología....................................................................... 24 1.4.2.2. Geología .................................................................................................. 25 1.4.2.3. Edafología ............................................................................................... 28 1.4.2.4. Hidrología................................................................................................ 30 1.4.2.5. Climatología ............................................................................................ 32 1.4.3. Características bióticas................................................................................... 33 1.4.3.1. Flora ........................................................................................................ 33 1.4.3.2. Vegetación............................................................................................... 34 1.4.4. Características socioeconómicas .................................................................... 39 1.4.4.1 Población.................................................................................................. 39 1.4.4.2. Actividades económicas........................................................................... 41 1.4.5. Características de manejo............................................................................... 46 1.4.5.1 Zonas Núcleo............................................................................................ 46 1.4.5.2. Zonas de amortiguamiento ...................................................................... 48 1.4.5.3. Zonas de influencia ................................................................................. 50 1.4.6. Problemática................................................................................................... 51 1.4.6.1 Ambiental ................................................................................................. 51 1.4.6.2. Socioeconómicos..................................................................................... 54 1.5. Objetivos ............................................................................................................... 58 1.5.1 Objetivo general .............................................................................................. 58 1.5.2. Objetivos específicos...................................................................................... 58 1.6. Alcance.................................................................................................................. 59 CAPÍTULO II. METODOLOGÍA................................................................................... 60 2.1 Descripción de la metodología............................................................................... 60 2.1.1 Selección del programa de modelación hidrológica ....................................... 60 2.1.2. Requerimientos de datos y capas de información .......................................... 61 vi
2.1.2.1. Capas de información georreferenciada .................................................. 63 2.1.2.2. Tablas de datos ......................................................................................... 64 2.1.3. Obtención y preparación de las capas de información y datos ....................... 66 2.1.3.1. Obtención ................................................................................................. 66 2.1.3.2. Preparación de las capas de información ................................................. 67 2.1.3.3. Preparación de las tablas y archivos de datos ......................................... 74 2.1.4. Modelación hidrológica .................................................................................. 78 2.1.4.1. Delineación de la cuenca.......................................................................... 79 2.1.4.2. Parametrización con la cobertura y tipo del suelo.................................... 81 2.1.4.3. Generación de archivo de precipitación .................................................. 83 2.1.4.4. Generación de archivos de entrada y corrida del programa .................... 85 2.1.4.5. Despliegue de resultados.......................................................................... 85 2.1.4.6. Modificación de la cobertura de suelo .................................................... 86 2.1.4.7. Análisis y presentación de los resultados................................................. 87 CAPÍTULO III. RESULTADOS ..................................................................................... 88 3.1. Capas de información............................................................................................ 88 3.2. Estación de precipitación y generadora de clima .................................................. 88 3.3. Características de las modelaciones hidrológicas ................................................. 92 3.4. Descripción general de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real ............................ 92 3.4.1. Descripción de la cuenca El Chuveje............................................................. 96 3.4.2. Descripción de la cuenca Arroyo Real........................................................... 97 3.5. Resultados de la cuenca El Chuveje...................................................................... 99 3.5.1. Descripción de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ............................... 99 3.5.2. Resultados de la simulación base ................................................................. 107 3.5.3. Efectos de los cambios de cobertura vegetal y uso de suelo en la respuesta hidrológica de las subcuenca de la cuenca El Chuveje ........................................... 132 3.6. Resultados modelación hidrológica de la cuenca Arroyo Real........................... 143 3.6.1. Simulación base............................................................................................ 143 3.6.2. Resultados de la simulación base de la cuenca Arroyo Real ........................ 150 3.6.3. Resultados de los efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la cuenca Arroyo Real ..................................................................... 174 CAPÍTULO IV. DISCUSIÓN........................................................................................ 185 4.1. Cuenca El Chuveje .............................................................................................. 185 4.2. Cuenca Arroyo Real ............................................................................................ 193 4.3. Resultados de las modelaciones hidrológicas como herramienta de información para los estudios de pagos por servicios ambientales ................................................. 198 CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................... 200 5.1 Conclusiones ............................................................................................................ 200 5.2. Recomendaciones..................................................................................................... 202 Bibliografía...................................................................................................................... 203 Anexos............................................................................................................................. 208
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Índice de Figuras Figura 1. Curvas de velocidad de infiltración según la textura de suelo............................ 7 Figura 2. Diagrama de flujo que presenta el esqueleto general de uso de KINEROS y SWAT en AGWA. ............................................................................................................ 20 Figura 3. División estatal y la Reserva Sierra Gorda de Querétaro ................................. 22 Figura 4. Municipios de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro ...................................... 23 Figura 5. Edafología por municipio de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro ............... 29 Figura 6. Red de ríos principales de la Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro sobre las cuencas de los ríos Tamauín y Moctezuma........................................................ 31 Figura 7. Áreas núcleo de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro.................................... 47 Figura 8. Estructura de organización de los directorios requerido por el modelo AGWA ........................................................................................................................................... 62 Figura 9. Tabla de vista de vegetación NALC del modelo AGWA................................. 69 Figura 10. Tabla de precipitación..................................................................................... 75 Figura 11. Imagen de la tabla de estaciones generadoras de clima (wgn.dbf)................. 76 Figura 12. Imagen de un archivo generador de clima. ..................................................... 77 Figura 13. Unidades de mapeo de la FAO y unidades de suelo para la ponderación de suelo. ................................................................................................................................. 81 Figura 14. Estaciones climatológicas (ERIC II) y cuencas El Chuveje y Arroyo Real en la Reserva Sierra Gorda de Querétaro............................................................................... 90 Figura 15. Estaciones meteorológicas automáticas (EMAS) y cuencas El Chuveje y Arroy Real en la subcuenca del río Santa María Bajo. ..................................................... 91 Figura 16. Áreas núcleo de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro y cuencas El Chuveje y Arroyo Real ....................................................................................................................... 94 Figura 17. Municipios de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro y de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real...................................................................................................... 95 Figura 18. Vegetación de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real según la clasificación del INEGI .......................................................................................................................... 97 Figura 19. Modelo de elevación digital y subcuenca de la cuenca El Chuveje ............. 101 Figura 20. Edafología de las subcuencas de la cuenca El Chuveje................................ 105 Figura 21. Vegetación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje adaptada a la clasificación: North American Land Cover Characterization (NALC) .......................... 106 Figura 22. Precipitación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ............................ 107 Figura 23. Evapotranspiración de las subcuencas de la cuenca El Chuveje .................. 111 Figura 24. Percolación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje .............................. 113 Figura 25. Escurrimiento de las subcuencas de la cuenca El Chuveje........................... 118 Figura 26. Producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ....... 123 Figura 27. Pérdidas por transmisión de las subcuencas de la cuenca El Chuveje.......... 128 Figura 28. Producción de agua de las subcuencas de la cuenca El Chuveje.................. 130 Figura 29. Descarga de los ríos de la cuenca El Chuveje .............................................. 131 Figura 30. Modelo de elevación digital y subcuencas de la cuenca Arroyo Real.......... 144 Figura 31. Edafología de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real.............................. 147 Figura 32. Vegetación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real adaptada a la clasificación North American Land Cover Characterization (NALC)............................ 150
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Figura 33. Figura 34. Figura 35. Figura 36. Figura 37. Figura 38. Figura 39. Figura 40. Figura 41. Figura 42.
Precipitación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real .......................... 151 Evapotranspiración de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ................ 155 Percolación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ............................ 157 Escurrimiento de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real......................... 161 Producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ..... 165 Pérdidas por transmisión de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real........ 170 Producción de agua de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real................ 172 Descarga de los ríos de la cuenca Arroyo Real ............................................ 174 Diagrama de metodología de trabajo ............................................................ 209 Imagen de la tabla DBF de precipitación...................................................... 234
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Índice de Gráficas Gráfica 1. Elevación y precipitación de las subcuenca de la cuenca El Chuveje .......... 109 Gráfica 2. Evapotranspiración y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca El Chuveje............................................................................................................................ 110 Gráfica 3. Percolación, conductividad hidráulica y edafología de las subcuenca de la cuenca El Chuveje........................................................................................................... 115 Gráfica 4. Percolación y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca El Chuveje116 Gráfica 5. Escurrmiento y cobertura vegetal de la subcuencas de la cuenca El Chuveje ......................................................................................................................................... 120 Gráfica 6. Escurrimiento y número de curva de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ......................................................................................................................................... 121 Gráfica 7. Producción de sedimentos y edafología de las subcuencas de la cuenca El Chuveje............................................................................................................................ 125 Gráfica 8. Producción de sedimentos y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca El Chuveje. ...................................................................................................................... 126 Gráfica 9. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 14. El Chuveje. ............................................................................................. 134 Gráfica 10. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 64. El Chuveje .............................................................................................. 136 Gráfica 11. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 24. El Chuveje. ............................................................................................. 138 Gráfica 12. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 21. El Chuveje. ............................................................................................. 139 Gráfica 13. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 31. El Chuveje .............................................................................................. 141 Gráfica 14. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 41. El Chuveje .............................................................................................. 142 Gráfica 15. Precipitación y elevación de las subcuenca de la cuenca Arroyo Real ...... 152 Gráfica 16. Evapotranspiración y cobertrura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ..................................................................................................................... 153 Gráfica 17. Percolación, conductividad hidráulica y edafología de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real......................................................................................................... 158 Gráfica 18. Percolación, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ............................................................................................... 160 Gráfica 19. Escurrimiento, número de curva y edafología de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ....................................................................................................................... 162 Gráfica 20. Escurrimiento, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ................................................................................................ 164 Gráfica 21. Escurrimiento y producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ..................................................................................................................... 166 Gráfica 22. Producción de sedimentos, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ............................................................................. 167 Gráfica 23. Producción de sedimentos y edafología de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ..................................................................................................................... 168
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Gráfica 24. Escurrimiento, pérdidas por transmisión y producción de agua de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ............................................................................. 173 Gráfica 25. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 64. Arroyo Real ............................................................................................ 176 Gráfica 26. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 61. Arroyo Real ............................................................................................ 177 Gráfica 27. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 24. Arroyo Real ............................................................................................ 178 Gráfica 28. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 31. Arroyo Real ............................................................................................ 180 Gráfica 29. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 34. Arroyo Real ............................................................................................ 182 Gráfica 30. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 94. Arroyo Real ............................................................................................ 183
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Índice de Tablas Tabla 1. Intercepción de diferentes clases de coberturas de suelo ................................... 10 Tabla 2. Infiltración de diferentes tipos de vegetación .................................................... 11 Tabla 3. Comparativa de estimados empíricos de impactos típicos del uso de la tierra en cuencas de diferentes escalas ............................................................................................ 15 Tabla 4. Litología ............................................................................................................. 26 Tabla 5. Hidrología .......................................................................................................... 30 Tabla 6. Listado de las capas de información necesarias................................................. 63 Tabla 7. Listado de las tablas primarias y secundarias de datos ...................................... 64 Tabla 8. Descripción de las tablas de atributos de las capas de información................... 66 Tabla 9. Propiedades que se les asignará a todas las capas de información .................... 68 Tabla 10. Clasificación de la vegetación de la cuenca El Chuveje según la NALC ........ 70 Tabla 11. Clasificación de la vegetación de la cuenca Arroyo Real según la NALC ...... 70 Tabla 12. Reglas de composición para las proporciones de suelos dominantes y componentes en cada unidad de mapa .............................................................................. 72 Tabla 13. SNUM adicionados a la tabla de la FAO_World............................................. 73 Tabla 14. Características de las estaciones usadas en la modelación hidrológica de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real ................................................................................... 89 Tabla 15. Características de las modelaciones hidrológicas de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real ....................................................................................................................... 92 Tabla 16. Porcentaje de cobertura y uso de suelo de la cuenca El Chuveje..................... 96 Tabla 17. Composición porcentual edafológica de la cuenca Arroyo Real ..................... 98 Tabla 18. Porcentaje de cobertura y uso de suelo de la cuenca Arroyo Real................... 99 Tabla 19. Composición de suelo de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ............... 102 Tabla 20. Características de suelo asignados por AGWA a las subcuencas de la cuenca El Chuveje. ...................................................................................................................... 103 Tabla 21. Porcentaje de composición de la vegetación según la clasificación NALC de las subcuencas de la cuenca El Chuveje.......................................................................... 104 Tabla 22. Listado y abreviaciones de los cambios de cobertura y uso de suelo realizados a las cuencas El Chuveje y Arroyo Real ......................................................................... 133 Tabla 23. Porcentaje de composición de combinaciones de suelos de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real......................................................................................................... 146 Tabla 24. Características de suelo asignados por AGWA a las subcuencas de la cuenca Arroyo Real. .................................................................................................................... 148 Tabla 25. Porcentaje de composición de vegetación las subcuencas de la cuenca Arroyo Real.................................................................................................................................. 149 Tabla 26. Comparación de los resultados de los cambios de cobertura a áreas quemadas con los otros cambios de cobertura realizados ................................................................ 191 Tabla 27. Comparación de los resultados de los cambios de cobertura a áreas quemadas con los otros cambios de cobertura realizados ................................................................ 197 Tabla 28. Matriz cualitativa comparativa de modelos hidrológicos .............................. 229 Tabla 29. Descripción de las tablas primarias de datos.................................................. 230 Tabla 30. Descripción de las tablas secundarias de datos .............................................. 231
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Tabla 31. Variables medidas en las estaciones meteorológicas automáticas del servicio meteorológico nacional ................................................................................................... 236 Tabla 32. Características de las capas de información digitalizadas.............................. 241 Tabla 33. Características de la capa de información original del límite del área natural protegida.......................................................................................................................... 242 Tabla 34. Cácterísticas del modelo de elevación digital ................................................ 243 Tabla 35. Estaciones climatológicas (ERIC II).............................................................. 244 Tabla 36. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de vegetación en base a la clasificación de vegetación NALC............................................ 246 Tabla 37. Efectos de los cambios de cobertura y uso de suelo en los resultados de las variables hidrológicas de respuesta de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ............ 248 Tabla 38. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de vegetación en base a la clasificación de vegetación NALC............................................ 250 Tabla 39. Efectos de los cambios de cobertura y uso de suelo en los resultados de las variables hidrológicas de respuesta de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real.......... 252 Tabla 40. Comparación de la reclasificación de la vegetación del INEGI a las clasificaciones de la NALC y MRLC. ............................................................................ 257 Tabla 41. Comparación entre los números de curvas y valores de cobertura entre las clases de la NALC y MRLC ........................................................................................... 258 Tabla 42. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la NALC y MRLC para la cuenca El Chuveje .................................................................... 260 Tabla 43. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la NALC y MRLC para la cuenca El Chuveje. Continuación. .......................................... 260 Tabla 44. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la NALC y MRLC para la cuenca Arroyo Real .................................................................. 261 Tabla 45. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la NALC y MRLC para la cuenca Arroyo Real. Continuación. ........................................ 262 Tabla 46. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de vegetación en base a la clasificación MRLC .................................................................. 263 Tabla 47. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de vegetación en base a la clasificación MRLC. Continuación.......................................... 263 Tabla 48. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de vegetación en base a la clasificación MRLC .................................................................. 264 Tabla 49. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de vegetación en base a la clasificación MRLC. Continuación.......................................... 265 Tabla 50. Look up para la clasificación de la vegetación según NACL (North American Land Cover Characterization .......................................................................................... 272
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Índice de Anexos Anexo 1. Diagrama de metodología de trabajo.............................................................. 209 Anexo 2. Selección del modelo hidrológico .................................................................. 210 Anexo 3. Descripción de tablas de datos........................................................................ 230 Anexo 4. Tratamiento de los datos de las estaciones de precipitación del ERIC .......... 232 Anexo 5. Tratamiento de datos de las estaciones meteorológicas automáticas (EMA´s) ......................................................................................................................................... 235 Anexo 6. Características de las capas de información utilizadas................................... 241 Anexo 7. Cálculo de los lapsos de temperatura y precipitación..................................... 244 Anexo 8. Resultados de la cuenca El Chuveje ............................................................... 246 Anexo 9. Resultados de la cuenca Arroyo Real ............................................................. 250 Anexo 10. Simulación con el coverage de cobertura y uso de suelo en base a la clasificación de la MRLC................................................................................................ 254 Anexo 11. Glosario de acrónimos y términos ................................................................ 266 Anexo 12. Relación de la vegetación con los parámetros hidrologicos de suelos ......... 272
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Introducción _____________________________________________________________________ Introducción La Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro es un área natural protegida de la República Mexicana ubicada en el Estado de Quéretaro. Esta área natural protegida alberga gran biodiversidad de flora y fauna, incluyendo especies endémicas y bajo categoría de protección especial. A su vez, se caracteriza por un paisaje variado y accidentado presentando variedades de climas y alturas entre (300 y 3,100 msnm) que dan lugar a diversos ecosistemas, desde bosques de coníferas y bosques tropicales hasta un desierto (Eccardi, 2004).
La gran biodiversidad de especies y ecosistemas se le atribuye a su historia geológica evolutiva y a su posición geográfica que la convirtieron en un punto de transición entre la zona neártica y neotropical. Actualmente, la Sierra es un corredor biológico entre las especies de estas dos regiones (INE, 1997).
Además, la Reserva fue lugar de asentamientos y guerras, por el dominio del territorio, por parte de indígenas, como los jonaces, pames, otomíes y huastecos; y de misioneros españoles franciscanos que se instalaron en la región heredando parte de su cultura y estructuras arquitectónicas declaradas Patrimonio de la Humanidad (Eccardi, 2004).
Además de su valor biológico y cultural, la Sierra ofrece servicios de formación y protección de suelos, regulación del clima y captura de dióxido de carbono y gases de efecto invernadero, gracias a los bosques de corta edad y rápido crecimiento que conforman parte de su vegetación.
La cobertura vegetal desempeña una función primordial en la formación y protección de suelos evitando la erosión de suelos y con ello el azolve de ríos de regiones a menor altitud. Todo esto permite la retención de suelos beneficiando a las actividades productivas, sobre todas la agrícola (Eccardi, 2004).
La Sierra actúa como captadora de la humedad proveniente del Golfo de México que repercute en el aporte de agua para los ríos y arroyos de la región Huasteca y la Planicie Costera del Golfo (cuenca del río Pánuco). Su naturaleza cárstica permite 1
Introducción _____________________________________________________________________ restituir una gran parte de las aguas absorbidas y esto abastece las aguas para las partes bajas de la región, este fenómeno se da especialmente en el macizo montañoso de Pinal de Amoles y Arroyo Seco (INE, 1997). El agua capturada, en la Sierra Gorda Queretana, es utilizada por medio de las corrientes pluviales para el desarrollo de una buena parte de las actividades agropecuarias y Pesqueras en La Huasteca de San Luis Potosí (INE, 1997).
Pero la Sierra Gorda ha sufrido un lento proceso de deforestación como consecuencia de la extracción de madera y transformación de los bosques a milpas y potreros para ganado. El agotamiento de las fuentes de agua, la proliferación de basureros a cielo abierto y la cacería sin control fueron empobreciendo paulatinamente los ecosistemas y la población serrana.
Ante la problemática e importancia social y ecológica de la región, es necesario poner en marcha estrategias que garanticen la conservación de los recursos naturales, paralelamente con el desarrollo y bienestar de la población. Para lograrlo, se necesita de información real para la toma de decisiones que den un giro trascendentalmente positivo en el manejo de los recursos.
El objeto de este estudio está centrado en contribuir a resolver parte de la problemática relacionada con los recursos hídricos de esta área natural protegida. El estudio se centra en la modelación hidrológica de dos microcuencas de la Sierra Gorda de Quéretaro: El Chuveje y Arroyo Real.
La modelación hidrológica se
realizará con una herramienta de ArcView llamada Automated Geospatial Watershed Assessment (AGWA), específicamente el modelo Soil & Water Assessment Tool (SWAT).
Integrando
ambas
microcuencas
a
sistemas
de
información
georreferenciada, se simulará el comportamiento hidrológico de cada cuenca.
El resultado se verá reflejado en información acerca del flujo, calidad y disponibilidad de agua integrando características espaciales y temporales de la región, como la topografía, cobertura y tipo de suelo, variables climáticas y cambios de uso del suelo. Todas características de gran influencia sobre el régimen hidrológico de una región.
2
Introducción _____________________________________________________________________ Además, se modelará el efecto del cambio de cobertura vegetal sobre las variables mencionadas. Toda esta información permitirá identificar las áreas recarga, así como también las áreas prioritarias de manejo y conservación en términos de servicios hidrológicos.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ CAPÍTULO I. ANTECEDENTES
El agua es un elemento esencial para la vida y funcionamiento de los ecosistemas. Todas las especies vivientes requieren de este compuesto para llevar a cabo muchas de sus funciones biológicas básicas.
Pero, además de su rol en reacciones
bioquímicas, el agua tiene muchas otras funciones dentro de los ecosistemas. Algunos ejemplos son la regulación del clima, limpieza de contaminantes, hábitat de especies, transporte de nutrientes y otros (Daily, 1997).
Esto sin mencionar su
importancia económica y social como en la agricultura, pesca, turismo y salud (UNESCO, 2003).
La existencia de agua depende de muchos elementos y factores que tienen roles fundamentales en el flujo de agua y, por ende, en la oferta de bienes y servicios hidrológicos.
Para comprender el ciclo hidrológico se necesita comprender las
relaciones biofísicas entre el agua, los elementos bióticos y abióticos, y factores climáticos y antropogénicos. Esta es la base para conservar los recursos y servicios hidrológicos de los que depende la vida de todas las especies.
Como herramientas de ayuda para el análisis de los recursos hídricos se utilizan programas de modelación hidrológica que utilizan variables temporales y espaciales para simular el flujo de agua, así como las entradas y salidas, de un área determinada grande o pequeña.
En general, estos programas tienen por objeto predecir el
comportamiento de una cuenca en términos de cantidad y/o calidad a corto o largo plazo considerando diferentes factores, según el modelo.
Existe una gran variedad de programas de modelación hidrológica de diferentes características, disponibilidad y costos. Muchos de estos programas están asociados a sistemas de información georreferenciada, que permiten un manejo más efectivo y procesamiento rápido de los datos. Los criterios de selección del modelo hidrológico dependerán de los objetivos del estudio y de las características del área de estudio.
4
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.1. Ciclo hidrológico y sus relaciones
El flujo de agua o ciclo hidrológico es el proceso mediante el que el agua en la atmósfera precipita cayendo en la tierra, cuerpos de agua y zonas glaciares y regresa nuevamente a la atmósfera por medio de la transpiración de las plantas y evaporación de los cuerpos de agua, formando nubes de vapor de agua para iniciar el ciclo nuevamente (Gayoso, 2000).
Este es uno de los procesos naturales de los cuales depende la existencia de los diferentes ecosistemas y formas de vida, ya que de este dependen los demás ciclos biogeoquímicos que mantienen el flujo de materia y energía entre las especies vivientes (Daily, 1997).
El ciclo del agua depende de una serie de factores bióticos, abióticos y climáticos cuyas características facilitan o dificultan el flujo de agua de la tierra a la atmósfera y viceversa.
Entre algunos de los elementos que participan de manera directa o
indirecta en el ciclo hidrológico están: los suelos, topografía, cobertura vegetal, clima, cuerpos de agua, sol y otros (Gayoso, 2000).
Cualquier cambio en alguno de estos elementos ocasionará efectos positivos o negativos en el movimiento del agua como se describe en los siguientes puntos.
1.1.1. Agua clima
De manera muy especial, el clima y el ciclo hidrológico guardan una estrecha relación en su papel como reguladores del flujo de materia y energía en la tierra.
La palabra clima hace referencia a una serie de fenómenos atmosféricos como temperatura, régimen de lluvias y estacional, vientos dominantes, humedad relativa, la insolación, presión atmosférica, nubosidad y precipitaciones.
Los parámetros climáticos varían complejamente en tres dimensiones: latitud, longitud y topografía de elevación. A escala regional, la temperatura varía con la 5
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ latitud, exibiendo un grandiente norte sur fuerte.
La temperatura también varía
predeciblement con la elevación por medio de lapsos (Spreen 1947), pero es afectada por la proximidad a la costa, con un efecto moderado (Bryan, B., n.d.).
La precipitación también varía con la latitud pero de un modo más complejo que la temperatura debido a los efectos continentales, masas de aire y cinturones de presión. De manera muy general, altas precipitaciones ocurren a latitudes ecuatoriales y bajas precipitaciones ocurren las partes fuera de los trópicos. La distancia a las costas también afecta la precipitación debido a que las masas de aire cercanas a la costa tienden a ganar mucha humedad del mar. La precipitación también varía de manera compleja con la elevación hasta la línea permanente de nieve, arriba de la cual la precipitación es mínima (Bryan, B., n.d.).
Sin embargo, algunos estudios, como el realizado por Craig (n.d.) acerca de las Relaciones entre Acumulaciones de Elevación y Precipitación Mensual de las Faldas de la Montañas Alberta, demuestran una relación lineal entre la precipitación y la elevación.
Todos estos parámetros a los que hace referencia el clima juegan un papel en el ciclo hidrológico y afectan la calidad y cantidad de agua y por ende el uso de los recursos hídricos. (UNESCO, 2003).
1.1.2. Agua- suelo
Formado por rocas, minerales, material orgánico y otros compuestos químicos, el suelo tiene funciones de gran importancia como proveer del medio para el crecimiento (agua, minerales, soporte) de las plantas, consumo de desechos y restos de plantas muertas, reciclaje de nutrientes, participación en la regulación del flujo de gases invernaderos y absorción de agua.
Es de interés de este estudio destacar la capacidad de los suelos de absorber el agua proveniente de las precipitaciones (infiltración) poniéndolas a disposición de las plantas y recargando los cuerpos de aguas superficiales y subterráneos. Dependiendo
6
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ de determinadas características de los suelos se verán favorecidos los procesos de infiltración o escurrimiento de agua, afectando la calidad y los flujos de agua.
Las características de los suelos dependen de cinco factores: clima, organismos vivos y plantas, topografía, naturaleza del material y la edad de suelo. Las características de los suelos que son determinantes en la infiltración de agua son la textura, porosidad, contenido de materia orgánica (estabilidad estructural) y características químicas. Otros indicadores de la calidad de los suelos son: la resistencia mecánica, densidad aparente y status físico (capacidad de ofrecer agua y aire a las raíces) (Leguía, 2004).
La textura de los suelos o tamaño de las partículas influye en la velocidad de movimiento del agua, la capacidad de almacenarse y la susceptibilidad del suelo a la erosión y saturación.
Los suelos arenosos permiten la rápida infiltración pero no retienen mucha agua y se erosionan con facilidad. Por otro lado, los suelos de arcilla de fina textura tienen baja velocidad de percolación pero altas capacidades de almacenamientos que los hacen susceptibles a la saturación. Los suelos de textura limosa, tienen una capacidad de infiltración intermedia entre los dos ya mencionados.
Figura 1. Curvas de velocidad de infiltración según la textura de suelo (Pizarro, R. et al. Módulo 3. Curvas de infiltración. Sociedad Estándares de Ingeniería para Aguas y Suelos LTDA)
7
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Sin embargo, según una recopilación de literatura científica realizada por Pereira (n.d.), el tipo de material arenoso presenta mayor valor de almacenamiento específico que la grava, el limo y la arcilla, en orden descendente.
En cuanto a la estabilidad estructural de los suelos, se ve favorecida con la formación de agregados. Estos agregados controlan el movimiento y retención de agua y aire en el suelo con lo que esta característica también es de relevancia.
1.1.3. Agua-vegetación
De los factores que afectan el escurrimiento directo y la erosión, la cobertura vegetal es el que tiene mayor influencia. Pequeñas variaciones en ella, con respecto al resto de los factores (clima, suelo, relieve y manejo), ocasionan mayores porcentajes de variación en las tasas de escurrimiento y pérdida de suelo (Silva, n.d).
Las plantas y sus residuos protegen los suelos interceptando las gotas de agua y disminuyendo la fuerza con la que estas chocan con el suelo. De este modo, se evita la compactación y formación de costra en los suelos; efectos que disminuyen la infiltración y aumentan los escurrimientos (Leguía, 2004).
El hecho que las gotas se tarden más tiempo en alcanzar el suelo al correr por los troncos y hojas de los árboles evita que el suelo se sature de agua tan rápidamente, por ejemplo en el caso de una fuerte lluvia; mitigando la posibilidad de inundaciones y desbordamientos.
Otro proceso de gran influencia es el de transpiración de las plantas, la que consiste en la liberación de parte del agua que han tomado del suelo aportando vapor de agua a la atmósfera que regresará nuevamente a la tierra.
Las plantas también protegen a los suelos de los rayos del sol, disminuyendo la cantidad de agua que se evapora y permitiendo la recarga de aguas subterráneas y superficiales.
Además, mantiene un microclima que propicia el hábitat de los
microorganismos descomponedores de residuos.
8
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Adicionalmente, las hojas de las plantas aportan importante proporción de material orgánico a los suelos que favorece la formación de agregados dándole mayor estabilidad estructural y porosidad. El material orgánico protege los suelos de la erosión y aumenta su capacidad de retención de agua favoreciendo la infiltración de agua.
En resumen, el porcentaje y ubicación de la cobertura del suelo influye en la cantidad de energía disponible para mover el agua y otros materiales. Se ha demostrado que la textura, porosidad y contenido de material orgánico es mayor en los suelos de ecosistemas boscosos que en suelos agrícolas (Leguía, 2004). Es por esto que las cuencas hidrográficas forestadas disipan la energía asociada con las lluvias, mientras que las cuencas con suelos desnudos y cobertura de tipo antropogénica tienen menos habilidad para protegerse.
Por otro lado, el porcentaje de la superficie que es impermeable, debido a la urbanización y carreteras, influye en el volumen de agua que escurre e incrementa la cantidad de sedimentos movidos.
La cuencas con suelos susceptibles a erosión
tienden a tener mayor potencial de pérdida del suelo y acarreo de sedimentos que suelos no erosionables (n.a, n.d (AGWA’S tutorial 1)).
Aunque en términos generales la vegetación minimiza los efectos erosivos y escurrimientos y favorece la infiltración y recarga de aguas superficiales y subterráneas, el grado de protección e influencia en el ciclo hidrológico varía dependiendo del tipo de vegetación, características y uso del suelo.
Muchos estudios se han realizado para investigar las diferencias del efecto de los diferentes tipos de vegetación. En Macapo, Cojedes, Venezuela se encontró que el bosque produce mayor escorrentía que las sabanas y que aunque la producción de sedimentos es igual en ambos ecosistemas, la torrencialidad y erosividad subsecuente es mayor para el bosque (Silva, nd).
Otro estudio demostró que existe una diferencia entre la humedad de suelo de las praderas y los bosques dependiendo de la estación. La humedad de las praderas y arbustos resultó mayor que la de los bosques, como consecuencia de que la humedad 9
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ de las praderas es mayor al inicio del período de crecimiento, pero menor al final. Por otro lado, no se presentaron diferencias en la intercepción de precipitación entre estos dos tipos de vegetación. Este hecho se debe a la mayor área por unidad de masa de las finas hojas de los pastizales en comparación a las hojas gruesas y tallos de los árboles. Esto significa que la humedad de los bosques es menos heterogenea que la de las praderas durante distintos períodos de crecimientos y estaciones climáticas. (James, 2003).
Por otro lado, Jiménez (n.d.), presenta datos de intercepción de dosel y hojarasca, de cuatro tipo de coberturas de la cuenca río Jalapa en Honduras, en los que la intercepción del bosque de pino supera a la de roble, café de sombra latifoliada y pasto, en ese orden. Sin embargo, es importante mencionar que la lluvia efectiva fue menor para el bosque de pino y mayor para el pasto.
Tabla 1. Intercepción de diferentes clases de coberturas de suelo
Intercepción
Lluvia
Tratamiento Dosel
Hojarasca
Total
efectiva
60.6
3.7
64.3
35.7
55.7
1.6
57.3
42.7
56.7
0.6
57.3
42.7
9.7
x
9.7
90.3
Bosque de pino (Pinus oocarpa) Roble (Quercus peduncularis) Café + sombra latifoliada (Coffea arabica) Pasto (Hyparrhenia rufa) Fuente: (Jiménez, n.d.)
En lo que a infiltración se refiere, en la tabla 2 se presentan datos obtenidos de una recopilación de Jiménez (fuente original Suárez de Castro (1980)).
10
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Tabla 2. Infiltración de diferentes tipos de vegetación
Cobertura
% Eficiencia-
Vegetal
Infiltración
Bosque
68.9
Matorral
x
Pasto
24.7
Cultivos Agrícolas**maíz, acahual, duraznos
x
Suelo Desnudo
6.3
Total
100
Fuente: (Jiménez, Francisco, n.d.). 1.1.3.1. Los bosques y selvas
Los bosques son ecosistemas conformados por árboles, arbustos y plantas. En la República Mexicana, alrededor del 30% de la superficie está cubierta por bosques de diferentes tipos. Entre los tipos de bosques que caracterizan a México se pueden mencionar: bosques de coníferas, pino, abetos, encino y mesófilo, tropicales (o selvas) y bosques de niebla (SEMARNAT, 2003).
Los bosques y selvas ofrecen diversos servicios ambientales: captura de carbono, conservación de la biodiversidad, regulación del clima. Es interés de este estudio resaltar los servicios hidrológicos (mantenimiento de la calidad y cantidad de agua) este tipo de vegetación.
Existen mitos y realidades acerca de los servicios hidrológicos de los bosques. En algunos casos, ciertos beneficios se perciben dependiendo de ciertas condiciones; como el tipo de bosque, extensión, intensidad, pendiente y muchos otros factores. Algunos ejemplos son el incremento de flujo anual de agua, que se cumple en el caso de los bosques nublados; el incremento de la precipitación, que se puede dar a escala
11
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ continental (Pagiola, 2003) y reducción de inundaciones, que se puede percibir a pequeñas escala o en eventos de poca intensidad (Porras, 2003).
Por otro lado, otras relaciones son aún inciertas, como la relación entre el bosque y el aumento del flujo de agua en la época seca (Pagiola, 2003).
Diversos estudios han comprobado que los bosques tienen influencia en la reducción de escurrimientos, mejora de la capacidad de infiltración de los suelos y menor erosión, favoreciendo la recarga de cuerpos de agua superficiales y acuíferos (INE, 2002). Evidencia de estas afirmaciones, podría considerarse el hecho de que a pesar de cubrir una pequeña porción de la superficie terrestre (6%), los bosques captan casi un 50% de toda la lluvia del planeta (SEMARNAT, 2003).
En México, la importancia hidrológica de los bosques queda sentada en el marco legal de incentivo de protección, establecido mediante el pago por servicios hidrológicos. Las zonas de elegibilidad para este tipo de programas deben tener cuando menos el 80% de su superficie total de cubierta forestal de bosques y selvas. La clasificación de los tipos de ecosistemas considerados en el sistema de pagos son dos: bosque mesófilo de montaña (bosque nublado) y otros bosques o selvas (CONAFOR, 2004)
Sin embargo, a pesar de los beneficios que los bosques y selvas han demostrado tener en términos de servicios ecológicos, es importante tener en cuenta, que para comprender su influencia en los servicios hidrológicos hay que considerar múltiples factores (como las pendientes, tipos de suelo y parámetros climáticos) y no se deben asumir como un hecho sin previo diagnóstico, más sí utilizarse como guía.
En general, los servicios y beneficios hidrológicos que ofrecen los bosques y selvas son (SEMARNAT, 2003): •
El mantenimiento de la capacidad de recarga de los mantos acuíferos,
•
El mantenimiento de la calidad de agua: control de cantidad de nutrientes como fósforo y nitrógeno, cantidad de químicos y control de salinidad.
•
La reducción de la carga de sedimentos cuenca abajo,
•
La reducción de las corrientes durante los eventos extremos de precipitación,
12
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ •
La conservación de manantiales
•
El mayor volumen de agua superficial disponible en época de secas y
•
La reducción del riesgo de inundaciones
•
Regulación de la tabla de agua/salinidad
•
Mantenimiento de hábitats acuáticos
Lamentablemente, estos ecosistemas están siendo duramente golpeados por el hombre a nivel mundial. En México, se ha reportado una disminución de las cobertura boscosa del 29% en los últimos 50 años.
Muchas de las áreas restantes están
considerablemente alteradas y se estima que el 86% del territorio está afectado por la erosión (SEMARNAT, 2003). Las causas de su destrucción se pueden resumir en sobreexplotación y destrucción por deforestación e incendios para convertir áreas boscosas en áreas de cultivos y pastizales, tal como es el caso de la Sierra Gorda de Querétaro.
1.1.3.2. Cambios de uso de suelo
El uso del suelo es una característica superficial de las cuencas hidrográficas que tiene un efecto en los procesos de la infiltración, evapotranspiración y erosión; y por ende, en la calidad y cantidad de agua (Burns, I.S. et al., n.d.)
La deforestación, sobrepastoreo y prácticas agrícolas inadecuadas han deteriorado los suelos enormemente, afectando no sólo la productividad de estas actividades económicas sino también la calidad y cantidad de agua.
La agricultura reduce el contenido de materia orgánica en los suelos en un 25 % o más, a la vez, reduce la fuente de aporte de residuos de las plantas e incrementa la descomposición por elevadas temperaturas, aireación y humedad.
Las prácticas ganaderas inadecuadas ocasionan la compactación de los suelos producto de exceso de la capacidad de carga, disminuyendo la infiltración y favoreciendo la erosión. En ocasiones, las heces de los animales pueden ser fuentes de contaminación a los cuerpos de aguas.
13
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Estudios de simulación de lluvia, conducidos en sitios representativos de pastizales semiáridos del norte de México, indican que la variabilidad de las características del suelo, relacionadas con la intensidad de pastoreo y morfología de los suelos, puede afectar el potencial de generación de escurrimientos superficiales y la tasa de erosión hídrica. En este estudio, la primera característica se representa por el valor de una curva numérica, cuyos valores superiores se observaron en el sitio donde el suelo es poco profundo (sobrepastoreados) y de textura menos arenosa (Ibarra, 1999).
En resumen, estudios como los realizados por Leguía (n.d.) y Silva (n.d.) han demostrado que los cambios de vegetación, resultan en alteraciones en el ciclo hidrológico, incremento de los escurrimientos y erosión, pérdida de nutrientes, disminución de la porosidad y capacidad de infiltración y de recarga de agua de los suelos, así como alteraciones a los reservorios de aguas subsuperficiales.
El grado de impacto del uso del suelo sobre el régimen hidrológico también está sujeto a la variabilidad espacial y temporal y al tamaño del área en cuestión. Un estudio realizado por Faúres (n.d.) afirma que en cuencas de gran tamaño, los procesos de erosión naturales tienen mayor impacto en el transporte de sedimentos que las prácticas inadecuadas del uso de la tierra. A continuación se presenta una tabla comparativa de estimados empíricos de las escalas de las cuencas a las cuales impactos típicos del uso de la tierra pueden ser observados (ver tabla 3):
14
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Tabla 3. Comparativa de estimados empíricos de impactos típicos del uso de la tierra en cuencas de diferentes escalas Tamaño de la cuenca en km2
Impacto Observable Pequeña
Mediana
Grande
0.1-10
10-100
Mayor de 100
Flujo promedio
X
-
-
Flujo pico
X
-
-
Flujo base
X
-
-
Recarga de acuíferos
X
-
-
Transporte de
X
-
-
Patógenos
X
-
-
Nutrientes
X
X
X
Salinidad
X
X
X
Pesticidas
X
X
X
del uso de la tierra en:
sedimento
Fuente: (Faures, n.d.)
De estos datos, Faures sugiere que el impacto sobre el régimen hidrológico (flujo de distribución, transporte de sedimentos, etc) es más visible en cuencas pequeñas, mientras que el impacto en la calidad del agua puede ser medido en cuencas grandes debido al efecto acumulativo.
1.2. Modelación hidrológica: algunas consideraciones
La modelación hidrológica es la simulación del flujo de agua de un área mediante programas computacionales. Estos representan generalmente: entradas, demandas, pérdidas, almacenaje e interrupciones de flujo.
Los modelos de cuencas hidrológicas tienen cinco componentes básicos: procesos hidrológicos (cuenca) y sus características, datos de entrada, ecuaciones, condiciones iniciales y de frontera y datos de salida. Estos son generalmente clasificados en base
15
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ al método que usan para describir los procesos hidrológicos, escalas espaciales y temporales, y condiciones específicas o usos objeto de su diseño (Burns, I.S., et al, n.d.).
En base a la forma en que trata o maneja los componentes espaciales, los modelos de cuencas se pueden dividir en dos tipos: modelos concentrados y distribuidos. Los modelos de parámetros concentrados o concentrados consideran una cuenca como una sola unidad y no consideran la variabilidad espacial en los procesos, entradas, condiciones de frontera o propiedades hidrológicas de la cuenca. En contraste, los modelos distribuidos consideran (idealmente) variabilidad espacial en la cuenca resolviendo las ecuaciones para cada píxel del grid (Burns, I.S., et al, n.d.).
Ninguno de estos dos extremos es ideal. El primero es una simplificación gruesa, mientras que el segundo requiere de gran cantidad de datos no obtenibles. Como resultado, se han combinado ambos, subdividiendo la cuenca en elementos más pequeños con propiedades hidrológicas similares que pueden ser descritas por medio de parámetros conjuntos. Este tipo de modelos se les conoce con el nombre de parcialmente distribuidos o cuasi-distribuidos (Burns, I.S., et al, n.d.).
Por otro lado, la descripción del proceso hidrológico puede ser determinístico, estocástico o combinado (Burns, I.S., et al, n.d.).
Los modelos determinísticos no utilizan variables aleatorias y para cada grupo de datos de entrada el modelo dará resultados arreglados y repetibles. Las ecuaciones que describen los procesos hidrológicos y de erosión en un modelo determinístico deben ser de prioridad en la selección de un modelo (Burns et al., n.d.). Los modelos con ecuaciones basadas fundamentalmente en principios físicos o métodos empíricos robustos son los más ampliamente usados en simulación computacional de producción de sedimentos y escurrimientos superficial (Burns et al., n.d.).
Por el contrario, los modelos estocásticos usan distribuciones para cada variable para general valores aleatorios para el modelo de entrada. Por esta razón, el resultado es aleatorio con su propia distribución y puede ser presentado como un rango de valores con límites de confidencia (Burns et al., n.d.). 16
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ La gran mayoría de los modelos de cuencas son determinísticos (por ejemplo SWAT). Los modelos estocásticos puros no son reales.
Sin embargo, la generación de
variables estocásticas es comúnmente utilizada para optimizar modelos o determinar la sensibilidad de modelos a varias variables de entrada. Si sólo partes del modelo son descritas por las leyes de probabilidad, entonces se hace referencia a un cuasideterminístico, cuasi-estocástico o mezclado (Burns et al., n.d.).
1.2.1. Escala espacial y temporal
La variable espacial para la que un modelo es diseñado es importante en el proceso de simulación y tratamiento de datos. El escurrimiento en cuencas mayores de 1,000 km2 es dominado por el almacenaje de agua en los canales. A diferencia de lo que sucede en cuencas pequeñas, menos de 100 km2, donde domina el flujo sobre la tierra. En el caso de cuencas intermedias, la homogeneidad y promedio hidrológico del proceso juegan un papel determinante (Burns, I.S., et al, n.d.).
La escala espacial es un criterio de selección del modelo ya que las características de almacenaje varían dependiendo de la misma. En cuencas grandes con redes y fases de canales, es dominante el almacenaje en los canales. Estas cuencas no son tan sensibles a lluvias de alta intensidad pero de poca duración. Sin embargo, en cuencas pequeñas es dominante la fase del suelo y el flujo superficial. Estas cuencas tienen una fase de canal menor y son muy sensibles a lluvias de alta intensidad y poca duración (Burns, I.S., et al, n.d.).
De igual manera, los procesos hidrológicos ocurren a diferentes escalas de tiempo: un evento, diarias, anuales. Para un solo evento, los modelos no generan condiciones de humedad del suelo inter- tormenta, de manera que esta información debe ser proveída como una condición inicial para correr el modelo. Este tipo de modelo debe ser usado para eventos de corta duración o para finalizar el diseño de prácticas de manejos técnicamente complejos estructurales y no estructurales (Burns, I.S., et al, n.d.).
17
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.2.2. Sistemas de información georreferenciadas
La utilización de sistemas de información georreferenciada (SIG) en un proceso de modelación hidrológica tiene como propósito la adquisición y preparación de datos espaciales y la presentación y despliegue de resultados. Uno de los fines de utilizar el SIG es facilitar la realización de cálculos cuantitativos y el manejo y análisis de gran cantidad de información.
El empleo de un SIG con un modelo hidrológico requiere de tres pasos: construcción de la base de datos espacial, generación de coberturas temáticas requeridas por el modelo y desarrollo de una interfase de comunicación entre el modelo y el SIG (Domínguez et al., n.d.).
En cualquier campo de manejo de recursos naturales los componentes necesarios de operación de un SIG son: la vegetación, suelo, topografía, hidrografía y zonas climáticas. En el ámbito de aplicaciones hidrológicas la descripción topográfica de la cuenca es una de las más importantes; de esta se deriva del modelo de elevación digital (DEM).
El DEM contiene información para definir la red de drenaje
superficial y la cuenca de captación, así como la pendiente del terreno y las áreas tributarias (Domínguez et al., n.d.)
Las aplicaciones generales de un SIG son variadas, desde evaluaciones de patrones de cambio de una variable con respecto al tiempo, reclasificación datos, evaluación de efectos potenciales de un factor ambiental, determinación de atributos topográficos y predicción de la respuesta de una cuenca ante un evento hidrológico como es el caso de este estudio (Domínguez et al., n.d.).
Los resultados que se pueden obtener varían según ciertas características del modelo; algunos ejemplos son, cálculo de hidrogramas, cálculos de redes de drenaje y acumulación de flujo, desarrollo de sistemas de expertos que permitan la planeación y operación óptima de recursos hidráulicos regionales o de un sistema de control de avenidas (Domínguez et al, n.d.)
18
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.3. Modelación hidrológica con AGWA
Existen un gran número y variedad de programas de modelación hidrológica de diferentes características y requerimientos. Algunos muy específicos aplicados para conocer la calidad del agua y otros más amplios que arrojan resultados tanto de la calidad como disponibilidad de agua.
Conocer las características básicas del modelo hidrológico así como los procesos hidrológicos, escalas temporales y espaciales y el objeto y condiciones de su diseño, son algunas de las consideraciones primordiales en la selección adecuada y el alcance exitoso de los objetivos de un proyecto.
Los criterios y modelos considerados para el desarrollo de este proyecto se detallan en la sección de la metodología, resultando el modelo AGWA como el elegido para la simulación de la Reserva.
AGWA es una extensión de ArcView y una herramienta o sistema multipropósito de modelación hidrológica usada para recursos hídricos, uso del suelo y manejo de recursos naturales.
Utiliza dos modelos hidrológicos: KINEROS y SWAT,
desarrollados por el U.S. Agricultural Research Service.
Ambos modelos son
modelos determinísticos. El primero es un modelo diseñado para un evento y para cuencas pequeñas (aproximadamente 100 km2), mientras que el segundo es un modelo de simulación a largo término para cuencas de gran tamaño (Burns et al., n.d.).
AGWA cuenta con una interfase para ambos modelos que permite obtener una respuesta rápida. Utiliza modelos de elevación digital, grids de cobertura de suelo, datos de suelo, precipitación y clima.
A continuación un diagrama que muestra la aplicación y resultados esperados de cada modelo (ver figura 2)
Con el uso de este modelo, se espera poder analizar el comportamiento hidrológico en términos de calidad y cantidad de agua de la Reserva, así como identificar las áreas
19
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ de recarga y simular los cambios en el régimen hidrológico en base a variaciones del uso de la tierra.
Figura 2. Diagrama de flujo que presenta el esqueleto general de uso de KINEROS y SWAT en AGWA. (Burns, I.S., et al, n.d.)
20
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.4. Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro
La información que a continuación se presenta, referente a la descripción de la Sierra Grorda de Querétaro, fue obtenida del Plan de Manejo de esta área natural protegida (INE, 1997).
1.4.1. Características generales
La Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro es un área Natural Protegida que fue declarada formalmente el 19 de mayo de 1997, en gran parte, gracias a los esfuerzos de sus habitantes. Está ubicada entre los paralelos 20° 50’ y 21° 45’ de latitud norte y los meridianos 98° 50’ y 100° 10’ de longitud oeste. Políticamente está ubicada en el estado de Querétaro, representando el 32% del territorio total de este estado (ver figura 3.).
Cuenta con 383,567-44-87.5 ha de extensión divididas en 11 zonas núcleo y una zona de amortiguamiento. Las zonas núcleo abarcan una extensión de 24,803-35-87.5 y la zona de amortiguamiento tiene una extensión de 358,764-09-00 ha.
Los límites de la Reserva de La Biosfera Sierra Gorda son: al Norte con el río Santa María, al Sureste con el río Moctezuma, al Oeste con la sierra formada por cerro El Toro, cerro Ojo de Agua y cerro El Infiernillo y al Sur con el río Victoria – Xichú – Extóraz – Santa Clara hasta la intersección con el río Moctezuma.
La Reserva abarca la totalidad de los municipios de Arroyo Seco, Jalpan de Serra y Landa de Matamoros, el 88.03% de Pinal de Amoles y el 69.7% de Peñamiller (ver figura 4).
La Reserva ocupa la mayor parte de la Sierra Gorda, la cual forma parte de la Sierra Madre Oriental y cubre la mitad norte del estado de Querétaro, el oeste del estado Guanajuato y una pequeña porción de San Luis Potosí (por la región de Xilitla). Existen sólo 2 vías de acceso bien establecidas para entrar a la Reserva y ambas son carreteras asfaltadas: La Carretera Federal 120 San Juan del río – Querétaro – Xilitla – 21
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ San Luis Potosí, que comunica a la Sierra Gorda con el resto del estado de Querétaro, con el centro del país y con la Huasteca Potosina; y la Carretera Federal 69 que comunica con el centro del estado de San Luis Potosí y es el camino que lleva hacia la ciudad de Río Verde, San Luis Potosí, y de ahí hacia el norte del país. Existen, además, otros caminos de terracería que dan acceso a la Reserva.
Figura 3. División estatal y la Reserva Sierra Gorda de Querétaro
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________
Figura 4. Municipios de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.4.2. Características abióticas 1.4.2.1. Litología y geomorfología
Las características estructurales, litológicas y geomorfológicas presentes en el área evidencian los diferentes eventos geológicos que modelaron a través del tiempo el paisaje característico de la Sierra Gorda.
El proceso geológico más evidente es el de la orogenia, causado por esfuerzos tectónicos compresivos y distensivos que dieron lugar a la formación de la denominada provincia fisiográfica Sierra Madre Oriental. Esta provincia ocupa una extensión de 5,000 km2 en la porción norte del estado de Querétaro, y los sistemas fluviales del río Santa María y del río Moctezuma (potentes tributarios del Río Pánuco) la cortan de tajo a través de imponentes cañones, delimitando a la denominada Subprovincia de Carso Huasteco. Dentro de esta Subprovincia de la Sierra Madre Oriental, se ubica la Reserva de la Biosfera Sierra Gorda de Querétaro que ocupa el 76.68 % de la misma.
Las topoformas que caracterizan a la Reserva son: Sierras de laderas convexas, Sierras de laderas abruptas; Cañones; y Llanuras intermontanas.
Al oeste predominan laderas convexas con pendientes de 12 a 70%. En la parte este y sur, sierras de laderas abruptas, con pendientes de 12 a 70%. Los cañones presentan pendientes de 40 a más de 70%. Finalmente, se localizan llanuras intermontanas en una pequeña porción del noroeste de Arroyo Seco, con pendientes del orden del 12 al 40%.
La topografía de la Sierra Gorda Queretana es abrupta, de 300 a 3,100 msnm, con una altitud media predominante entre los 1,300 y los 2,400 msnm, caracterizada por elevaciones como los cerros de Jasso y el de La Media Luna (2,420 msnm). Este último está ubicado al suroeste de la Reserva. Al oeste se encuentra el cerro de la Tembladera (1,880 msnm) y al este el cerro de Otates (1,450 msnm), cerro del Pelón (1,400 msnm), La Tinaja, San Pedro y Piletas.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Entre los cerros más elevados se pueden mencionar el Cerro de La Calentura y de La Pingüica, en el municipio de Pinal de Amoles, con alturas de 3,060 y 3,100 msnm, respectivamente.
Cabe mencionar que el cerro de La Pingüica forma parte del
parteaguas entre la subcuenca del Tamuín y la subcuenca del río Extóraz, perteneciente éste al Moctezuma.
La llanuras intermontanas se presentan a altitudes entre 600 y 900 msnm, con una altitud promedio de 750 msnm y una extensión entre 5 y 7 km2, donde se han desarrollado distintos asentamientos humanos y la agricultura. En el municipio de Arroyo Seco desde la comunidad de El Salitrillo hasta Concá; se localiza el municipio de Jalpan de Serra.
Este se extiende desde la localidad del mismo nombre
comprendiendo a las localidades de Tancama, Carrera de Tancama y Saldiveña, además de Tancoyol, Saucillo y otras; en el municipio de Landa de Matamoros, desde la cabecera municipal hasta la Vuelta y en el Valle de Guadalupe, Tres Lagunas y Tilaco.
1.4.2.2. Geología
La región está conformada por diferentes eventos sedimentarios que se ven reflejados en los ambientes de formación de plataforma y de cuenca que han sufrido movimientos tectónicos, causando plegamientos y fallas geológicas tanto normales como inversas. Estas estructuras geológicas determinan la presencia de un complejo relieve.
La mayor parte de la Sierra Gorda pertenece a la denominada plataforma Valles San Luis Potosí, que durante el cretácico y el terciario se vio afectada por distintos esfuerzos tectónicos de la Orogenia Laramide. La deformación de la plataforma Valles San Luis determina un patrón estructural orientado de noroeste a sureste representado por numerosos plegamientos recumbentes de considerable amplitud expuestos en rocas del cretácico. Este patrón estructural está representado por dos estilos de deformación: uno sobre rocas calcáreas-arcillosas y arcillo-arenosas de estratificación delgada, representado por las formaciones Soyatal, Mexcala y Trancas; y el otro en rocas calcáreas de estratificación mediana a gruesa que constituye la
25
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ formación El Abra. Esta última, por lo general, presenta estructuras anticlinales amplias con abundantes diasclasas y fracturas, además de fallas normales de poca y mediana extensión. Esta formación favorece el desarrollo del paisaje cárstico.
En la Reserva predominan rocas del cretácico inferior de la era Mesozoica, con litología de tipo roca sedimentaria y conglomerados. La formación Las Trancas son las rocas más antiguas que afloran en la Sierra Gorda, estas son del jurásico superior al cretácico inferior y subyacen a la formación El Abra. Se la encuentra en los núcleos del anticlinorio El Piñón y de los anticlinales cerro de Yesca y Bonanza, parcialmente aflora en los ríos Extóraz y Santa María.
En el anticlinal del Cerro de la Yesca la formación Trancas consiste de 3 cuerpos. El inferior está compuesto por pizarras calcáreas carbonosas de color gris oscuro, el cuerpo medio de calizas claras con estratificación de mediana a gruesa, de 50 m de espesor y el cuerpo superior formado de filitas interestratificadas con capas muy delgadas de caliza arcillosa. Esta formación subyace discordantemente a la formación El Abra.
Tabla 4. Litología
Fuente: (INE et al, 1997)
La formación El Abra continúa la secuencia estratigráfica y está constituida por calizas con espesores de 1,500 a 2,000 m. Carrillo y Suter (1982) definen 4 facies para esta formación, que son: formación Tamaulipas para las facies de cuenca, constituidas por calizas de textura fina con capas y nódulos de pedernal, y con intercalaciones de
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ finos estratos de lutita; formación Tamabra para las facies de talud, compuestas por brechas sin sedimentarias y calizas bioclásticas de textura media; y formaciones El Doctor y El Abra para las facies de plataforma, constituida en el borde por arrecifes de rudistas y calizas bioclásticas olíticas de textura gruesa.
Durante casi todo el terciario afloran numerosos cuerpos intrusivos de pequeña magnitud ubicados al sureste de la localidad de Pinal de Amoles. A fines del terciario ocurrieron frecuentes erupciones volcánicas que dieron lugar a las rocas ígneas extrusivas presentes en la Sierra Gorda y que se componen de una secuencia de riolitas y tobas ácidas que afloran en la localidad de Atarjea, mientras que los basaltos se presentan desde Ayutla hasta Arroyo Seco.
Al norte se identifican testigos del período cuaternario de la era Cenozóica así como rocas sedimentarias de litología aluvial. La edad del relieve es menor que la edad de las rocas que lo constituyen. Esta ha sido determinada con el método conocido como sedimentos correlativos determinando que los valles profundos que disectan a la Sierra Madre Oriental son posteriores al Eoceno, es decir, durante el terciario inferior, mientras que la parte más profunda es la más joven, de edad Holocénica, es decir cuaternario, y es más antigua hacia las porciones superiores.
La dinámica actual del relieve determinada por las características estructurales, litológicas, topográficas y climáticas define los procesos exógenos de intemperismo, erosión y remoción en masa que modelan al relieve. El análisis de la dinámica actual del relieve no debe limitarse a la actividad externa relacionada con el clima, sino que debe abarcar a las fuerzas endógenas dado que, según algunas investigaciones, la Sierra Madre Oriental se encuentra en proceso de levantamiento, lo que acelera el efecto de los agentes modeladores del relieve.
Debido a la naturaleza calcárea de la región, así como a la influencia de otros factores de tipo geológico, climático y geográfico, las rocas presentan procesos de disolución, determinando la presencia de distintas formas de relieve cárstico como son dolinas, simas, cavernas y poljés, entre otros. En la Sierra Gorda Entre se encuentran más de 500 simas con diferentes profundidades, entre las que destacan el Sótano del Barro, con una longitud de 410 m de tiro libre, que lo clasifica como el tercero en su tipo a 27
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ nivel mundial, así como el Sotanito de Ahuacatlán de 288 m (Lazcano, 1986). Asimismo, se presentan afloramientos de yacimientos fosilíferos del cretácico representados por conglomerados de conchas marinas.
1.4.2.3. Edafología
Los suelos se describen de acuerdo a la clasificación de FAO-UNESCO, adecuada por INEGI (1986).
El suelo predominante en la Reserva es el litosol de color negro o gris muy oscuro, con altos contenidos de nutrientes y que presenta desde 10 cm de profundidad en laderas y pendientes abruptas con alto riesgo de erosión, hasta 50 cm en los valles.
También se presentan luvisoles de color rojizo o pardo amarillento ácidos, con pedregosidad superficial (comunidades de Pinal de Amoles, Landa de Matamoros, Soledad de Guadalupe, La Lagunita, San Juan Buenaventura y San José del Tepame); se asocian con suelos secundarios de tipo litosoles, rendzinas, feozem y, en algunas partes, con cambisoles calcáreos. Estas asociaciones presentan textura media a fina de color pardo grisáceo osscuro; su textura es de migajón arcilloso y profundidad de menos de 50 cm.
Al sur de la comunidad de Jalpan de Serra se encuentran regosoles (Carrizal de los Sánchez), que son suelos jóvenes con capa superficial de color grisáceo oscuro; su textura es de migajón arcilloso cuando están asociados con fluvisol éutrico de textura fina (al sur del cañón del río Jalpan); son generalmente delgados y cuando son profundos presentan pedregosidad superficial con cantidades altas de calcio, potasio y magnesio. También se asocian con luvisoles, litosoles y rendzinas; con profundidades menores a los 50 cm.
Por último, los vertisoles pélicos (comunidades de Concá, municipio de Arroyo Seco, y La Reforma y Otates, municipio de Landa de Matamoros), distribuidos en pequeñas zonas de forma irregular; son de color negro y textura arcillosa, y cuentan con capacidad de retener nutrientes; son generalmente poco profundos (menos de 10 cm).
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________
Figura 5. Edafología por municipio de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.4.2.4. Hidrología
La Sierra Gorda de Querétaro cuenta con recursos hidrológicos de gran valor, distribuidos en tres subcuencas principales: Río Santa María, Río Extóraz y Río Moctezuma, afluentes del Río Pánuco; así como laderas medias y altas que constituyen áreas relevantes de captación y aprovisionamiento de agua que promueven los procesos ecológicos y el suministro del líquido para las comunidades locales.
La Reserva pertenece a la Región Hidrológica del Río Pánuco (RH-26). El área se divide en dos cuencas: la del Río Tampaón o Tamuín, y la del Río Moctezuma. La primera ocupa una extensión de 2,038 km2, siendo sus principales afluentes los ríos Ayutla, Santa María y Jalpan. La segunda, abarca 1,532 km2 de la Reserva, siendo su principal afluente el río Extóraz.
De los 66 ríos y arroyos registrados en la entidad, 25 se localizan en el área natural protegida y debido a la naturaleza cárstica de la región, se presentan bajos escurrimientos y corrientes superficiales.
Tabla 5. Hidrología
Fuente: (INE et al., 1997)
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________
Figura 6. Red de ríos principales de la Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro sobre las cuencas de los ríos Tamauín y Moctezuma.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.4.2.5. Climatología
La Reserva presenta diversos climas, también llamados microclimas.
En la parte central el clima que predomina es el semicálido-subhúmedo, que comprende la zona de transición entre los cálidos y templados, y abarca las localidades más frescas de los primeros y las más cálidas de los segundos. El tipo es (A)C1(w0)(w); es el más seco de los subhúmedos, con régimen en verano, temperatura media del más frío superior a los 18 °C, bajo porcentaje de lluvias invernal menor del 5%, con verano cálido isotermal (parte de los municipios de Arroyo Seco, Jalpan de Serra, Pinal de Amoles y Landa de Matamoros).
Al suroeste seco y semiseco semicálidos (BS1hw y BS0hw), presenta lluvias en verano, pero es durante el invierno que alcanza su máximo registro, de 10.2%, y su mínimo para la misma fecha es menos de 5%.
Al noroeste y oeste son templados subhúmedos con lluvias en verano C(w2) y C(w2) (w), con verano cálido, el más húmedo de los subhúmedos, con escasa precipitación invernal y extremoso; comprende altitudes entre 2,000 y 2,500 msnm. Al oeste, El Cantón, San Gaspar, Pinal de Amoles, Puerto del Derramadero y al este Valle de Guadalupe, Pinalito de La Cruz, Tres Lagunas, Rancho Nuevo y La Esperanza del norte de Jalpan.
Según datos de siete estaciones climatológicas, la precipitación media anual máxima es de 883.33 y la mínima de 313.31 mm, aunque en la región de Agua Zarca se alcanzan los 1,500 mm.
La intensidad de lluvias promedio para Ahuacatlán y Jalpan de Serra es de 48.9 mm/24 hr y el número de días con lluvia apreciable es 61.3, mientras que los días nublados son 63.2 y 79.6 respectivamente; para Peña miller el promedio de lluvia máxima es de 35 mm/24 hr y 53.5 días nublados.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Los vientos dominantes llegan del norte, Ahuacatlán reporta del sureste, mientras que para Peña miller son del sureste y norte en el mes de enero mientras que en julio sólo del norte.
Las temperaturas mínimas se dan en los meses de diciembre y enero, las máximas en abril y mayo, y el promedio anual varía de 13 °C, en las zonas altas de Pinal de Amoles, a 24 °C en las regiones más bajas como Jalpan.
En la Reserva se encuentran cinco estaciones climatológicas en las siguientes localidades: Peñamiller, municipio de Peñamiller; Jalpan de Serra, Tres Lagunas y La Lagunita, municipio de Jalpan de Serra; y Ayutla, municipio de Arroyo Seco. Se reportan dos estaciones más dentro del municipio de Cadereyta, ya que se localizan en áreas con vegetación muy similar a las de la Reserva. Estas estaciones no tienen más de 28 años de observación.
1.4.3. Características bióticas
Debido a la gran complejidad fisiográfica con alturas que van desde los 300 hasta los 3,100 msnm, se dan numerosas variantes climáticas que favorecen el establecimiento de comunidades vegetales representativas de la flora mexicana asociadas con algunas poblaciones frágiles de fauna silvestre.
1.4.3.1. Flora
La flora es tan diversa que se localizan varias de las especies vegetales de distribución restringida en el país. Dentro de la Reserva existen muchas especies que cuentan con estatus de protección. Hay reportadas un total de 1,724 especies de plantas vasculares y 124 del reino Fungi. Del total de plantas vasculares, 25 tienen categoría de protección según la NOM-059-ecol-1994: 11 Amenazadas, 5 Peligro, 4 Sujetas a protección especial, 5 Raras.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Dentro del reino Fungi se tienen 5 especies con categoría de protección. Así también el Decreto del área reporta especies representativas como magnolias, ocotillo, cilantrillo, maguey, biznaga, palo escrito, zapote, oyamel o guayamé, granadillo y cedro rojo.
Muchas especies son endémicas a la Sierra Madre Oriental. Dentro de la riqueza florística se encuentran especies de los bosques tropicales y de bosque mesófilo de montaña.
1.4.3.2. Vegetación
La clasificación de la vegetación sigue la base fisonómica florística empleada por Rzedowski (1978) y para la Reserva presenta siete tipos de vegetación, siendo los principales los bosques y selvas en sus diferentes modalidades, seguidos del matorral xerófilo.
Los bosques y selvas presentan una gran diversidad de climas y ocupan una extensión de 268,250 ha. Aquí se consideran al bosque tropical subcaducifolio, bosque tropical caducifolio, el bosque mesófilo de montaña, el bosque de encino y los bosques de coníferas. En segundo lugar en extensión tenemos al matorral xerófilo con 61,500 ha, el cual es un conjunto de comunidades vegetales dominadas por plantas arbustivas que crecen en regiones áridas y semiáridas.
El resto del área es ocupada por la agricultura y los asentamientos humanos (áreas calculadas con base en la clasificación de la Comisión Técnica Consultiva para coeficientes de Agostadero). En éstas se presentan una importante variedad de especies cultivadas de importancia alimenticia como Zea mays (maíz), Phaseolus spp. (frijol) y Citrus spp. (limón); especies de ornato y protección como Eucalyptus spp. (eucalipto), Delonix regia (framboyán), Ligustrum lucidum (trueno) y Jacaranda mimosaefalia (jacaranda); y pastos introducidos como Digitaria decumbens (pangola) y Panicum maximum (guinea).
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Los tipos de vegetación en la reserva son:
1. Bosque tropical subcaducifolio Esta comunidad ocupa extensiones muy reducidas que no han sido cuantificadas. Está presente en las profundas cañadas de los ríos Santa María, Moctezuma y sus afluentes en los municipios de Landa de Matamoros, Jalpan de Serra y Arroyo Seco. Las especies principales son Adelia barbinervis (espino blanco), Brosimum alicastrum (oxite), Cedrela odorata (cedro rojo), Cupania dentata, Enterolobium cyclocarpum, Macfadyena unguiscati, Neurolaena lobata, Ceiba pentandra (ceiba), Ficus pertusa (higuerón) y Bursera simaruba (chacá).
2. Bosque tropical caducifolio Esta comunidad tiene una extensión de aproximadamente 145,250 ha, de las cuales 122,445.75 ha se encuentran más o menos conservadas y se localizan en los municipios de Jalpan de Serra, Pinal de Amoles, Landa de Matamoros y Arroyo Seco. El resto se encuentra combinado con matorral xerófilo y a veces con encinar (ladera y cañadas).
Las altitudes en que se desarrolla son 300 a 1,400 msnm y las especies arbóreas dominantes son: Bursera simaruba (chacá), Capparis incana (palo cenizo), Esenbeckia berlandieri (jopoy), Lysiloma microphylla (palo de arco), Phoebe tampicensis (laurel) y Psidium sartorianum (guayabillo). También se encuentran Acacia coulteri (guajillo), Guazuma ulmifolia (aquiche) y Bursera lancifolia (chacá).
3. Bosque de encinos (Quercus) Los encinares son comunidades que se desarrollan en altitudes entre los 800 y 3,100 msnm y participan con 61,500 ha. El municipio que reporta mayor porcentaje de este tipo de vegetación es Pinal de Amoles, pero también se desarrolla en los municipios de Landa de Matamoros, Jalpan de Serra, Arroyo Seco y Peñamiller, siendo las especies características: Quercus mexicana y Q. castanea, en cañadas y laderas, entre los 1,200 a 2,300 msnm; Q. polymorpha en altitudes inferiores; Q. crassifolia y Q.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ greggii, en altitudes de 2,200 a 3,100 msnm ; de afinidad hacia los climas húmedos y a menudo colindando con el bosque mesófilo de montaña se presenta el encinar de Q. affinis.
4. Bosque de coníferas Comunidades vegetales perennifolias en las cuales los géneros predominantes son Pinus, Juniperus, Cupressus y Abies y ocupan una extensión de 22,250 ha.
5. Bosque de pinos (Pinus) Este tipo de vegetación abarca una superficie de 19, 000 ha y tiene afinidad por los climas: frío, templado, semicálido húmedo y subhúmedo. Destacan varias especies de Pinus y conviven con Juniperus y Abies. En el área se encuentra Pinus greggii desde Valle Verde, municipio de Jalpan de Serra a El Madroño, municipio de Landa de Matamoros, hasta los 1,600 msnm, y P. patula (pino lacio), en el municipio de Pinal de Amoles, entre 2,400 y 2,850 msnm en áreas con régimen de frecuentes neblinas y acompañado de P. montezumae, P. ayacahuite y P. teocote. Pinus rudis en las zonas secas entre los 2,750 y 3,100 msnm; y en una pequeña porción Pinus oocarpa en La Florida, municipio de Arroyo Seco. Entre los municipios de Peñamiller y Pinal de Amoles se tiene un bosque de pino piñonero (P. cembroides y P. pinceana).
6. Bosque de enebro (Juniperus) La superficie que abarca es de 2,750 ha, en la comunidad de Tres Lagunas, Landa de Matamoros; además, manifiesta una etapa de transición entre el matorral xerófilo y el bosque de encino – pino. Se desarrolla en altitudes de 1,500 y 2,500 msnm y las especies características son Juniperus flaccida, J. deppeana (nebrito) y Arbustus xalepensis (madroño). Cerca de La Florida, municipio de Arroyo Seco, se encuentra mezclada con pino y encino.
7. Bosque de cedro blanco (Cupressus lindleyi) Ocupa 400 ha y el árbol dominante es Cupressus lusitanica, el cual está sujeto a protección especial y se desarrolla a altitudes de 1,600 a 2,600 msnm, en el municipio 36
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ de Landa de Matamoros particularmente cerca de las comunidades de Llano Chiquito, Pinalito de La Cruz y La Florida.
8. Bosque de oyamel (Abies) Este tipo de comunidad tiene a Abies guatemalensis y A. religiosa como especies dominantes, las cuales están en peligro de extinción y existen sólo en pequeños manchones, localizados en los municipios de Jalpan de Serra, Landa de Matamoros y Pinal de Amoles, entre los 2,200 y 3,100 msnm. Una especie importante que también se encuentra en estos bosques (en las barrancas del cerro de La Pingüica, en el municipio. de Pinal de Amoles) es Pseudotsuga menziesii.
9. Bosques mixtos Es importante mencionar que bosques de encinos y pinos se encuentran mezclados, ocupando 38,250 ha. Estos se encuentran en los municipios de Jalpan de Serra, Landa de Matamoros, Pinal de Amoles y Arroyo Seco, y las especies más representativas son Pinus greggii, P. patula, Quercus laurina y Q. obtusata.
10. Bosque mesófilo de montaña Se localiza en las regiones más húmedas, con precipitación media superior a 1,000 mm, en los municipios de Pinal de Amoles, Jalpan de Serra y Landa de Matamoros.
Su extensión es de 10,000 ha. Las especies más importantes de esta comunidad son: Liquidambar styraciflua, (somerio o quirámbaro), Dalbergia palo-escrito (palo escrito), Ulmus mexicana (petatillo), Taxus globosa (granadillo), Tilia mexicana, Nephelea mexicana, Clethra pringlei, Quercus affinis (encino escobillo), Quercus germana (encino bellotón), Magnolia dealbata y Magnolia schiedeana (especies que están amenazadas).
11. Matorral xerófilo Conjunto de comunidades vegetales dominadas por plantas arbustivas que crecen en regiones áridas y semiáridas con un área de 56,419 ha. De acuerdo con su 37
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ composición florística y la forma biológica de las especies dominantes, en la Reserva se encuentran los siguientes subtipos.
12. Matorral crasicaule Formación dominada por cactáceas de tallos carnosos, globosos o cilíndricos como nopales, biznagas y órganos que se desarrollan a altitudes entre 1,400 y 2,500 msnm, principalmente en el municipio de Peñamiller, con especies como Stenocereus dumortieri (órgano), S. queretaroensis (pitayo), Myrtillocactus geometrizans (garambullo) y Opuntia imbricata (cardenche).
13. Matorral submontano Se desarrolla entre los 800 a 2,200 msnm, estrechamente ligado con afloramientos de rocas calizas, lutitas en los municipios de Jalpan de Serra, Arroyo Seco y parte alta de Peñamiller. Las especies predominantes son: Acacia angustissima (barba de chivo), Acacia berlandieri (guajillo), Acacia micrantha (mezquitillo), Cigarrilla mexicana (San Pedro) y Cordia boissieri (trompillo), entre otras. En los cañones de los ríos Extóraz y Moctezuma existe matorral submontano, sin embargo cambia en composición florística con frecuencia. En las cañadas profundas y de laderas con poca pendiente, donde se conserva más humedad, el matorral es más denso y alto, mientras que en los alrededores de Peñamiller es bajo.
14. Matorral micrófilo Se desarrolla en pequeñas porciones del municipio de Peñamiller a alturas entre 1,300 y 2,000 msnm, con precipitaciones entre 380 y 400 mm y temperaturas anuales de 18 a 22 °C. Las especies más frecuentes son: Acacia vernicosa (chaparro prieto), Condalia mexicana (granjero prieto), Fouqueira splendens (ocotillo), Koeberlinia spinosa (junquillo), Larrea tridentata (gobernadora) y Prosopis laevigata (mezquite), entre otras.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 15. Matorral rosetófilo Ocupa áreas muy pequeñas en la cuenca del río Extóraz en el municipio de Peñamiller y comparte características climáticas del matorral micrófilo; se desarrolla entre los 1,600 y 2,200 msnm. Las especies más comunes de este matorral son: Agave lechuguilla (lechuguilla), Dasylirion acotriche (sotol), D. longissimum (junquillo) y Hechtia glomerata (guapilla).
16. Encinar arbustivo Este tipo de vegetación tiene poca participación, ya que se desarrolla en climas extremosos (secos y fríos) en las cimas del cerro de La Pingüica, municipio de Pinal de Amoles, y Cerro Grande, municipio de Jalpan de Serra. Está formado por especies de Quercus (encinos), Arctostaphylos pungens y Litsea sp. (laurel).
17. Vegetación de galería Presente en las orillas de los ríos Extóraz, Moctezuma, Jalpan y Santa María. Con presencia de especies como Platanus mexicana (álamo), Taxodium mucronatum (sabino), Salix sp. (sauces) y Carya illinoensis (nogal).
1.4.4. Características socioeconómicas 1.4.4.1 Población
La población total actual de la reserva es de 93,336 habitantes (INEGI, 1995), que representa el 7.5% de la población estatal. Esta se distribuye en 638 localidades (entendiéndose como todo lugar ocupado con una o más viviendas habitadas según INEGI), lo que indica una alta dispersión en el territorio. La distribución de la población por tamaño de localidades es la siguiente: 382 localidades entre 1 y 99 habitantes; 223 localidades entre 100 y 499 habitantes; 25 localidades entre 500 y 999 habitantes; 7 localidades entre 1,000 y 2,499 habitantes; y una localidad, Jalpan de Serra, con más de 5,000 habitantes.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ La tasa de crecimiento media anual para la población de la Reserva es de 1.73%, menor en puntos a la tasa anual estatal. Las tasas de crecimiento máxima y mínima en el ámbito municipal corresponden a Jalpan de Serra y a Arroyo Seco, con 2.12% y 0.12%, respectivamente. Estas cifras indican que el municipio de Jalpan de Serra es el principal polo de atracción para la inmigración poblacional hacia la Sierra Gorda; en contraste, el municipio de Arroyo Seco es el que mayor emigración presenta.
Por otro lado, la pirámide de edades en el área muestra un alto porcentaje de población infantil y juvenil: el rango de 0 a 14 años participa con el 43.77%; el de 15 a 19 años, con 11.5%; el de 20 a 24 años, con 8.03% y el de 25 a 34 años con el 11.06%. La densidad de población es menor a la estatal, ejemplo de ello es que en el 35% del territorio estatal se encuentra sólo el 7.5% de su población. La densidad de población máxima se registra en el municipio de Jalpan de Serra con 43.1 hab/km2 (0.43 hab/ha), mientras que en Arroyo Seco se registra la mínima densidad de población con 18.4 hab/km2 (0.18 hab/ha). El promedio para toda la región es de 25.3 hab/ km2.
Cabe mencionar la tasa de crecimiento social para los municipios de la Reserva y para el estado, ya que de ahí deriva la categoría migratoria que presentan. El estado tiene una tasa de crecimiento social de 0.98 y una categoría migratoria de atracción, mientras que el único municipio de la Reserva que presenta una tasa positiva es Jalpan de Serra con sólo 0.16, lo que se cataloga como un municipio en equilibrio. Para el resto de los municipios, la tasa de crecimiento es negativa con una categoría de expulsión, de acuerdo a los términos utilizados en el documento de referencia.
El crecimiento demográfico en los últimos 50 años, combinado con el deterioro de los recursos naturales de la región, sistemas productivos poco eficientes y falta de empleo, ha propiciado que parte de la población de esta región viva en condiciones de extrema pobreza, lo cual es evidente si se considera que el 79% de la población ocupada tiene ingresos menores a 2 salarios mínimos.
Asimismo, los municipios de la Sierra Gorda están clasificados entre los más marginados del estado, presentando un índice de marginación alto los de Jalpan de Serra, Arroyo Seco y Peñamiller. Destaca el dato de que el municipio de Pinal de 40
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Amoles es el más marginado del estado de Querétaro. Debido a estas condiciones, existe un considerable fenómeno de emigración de la población masculina en busca de empleo, sobre todo a partir de la edad de 15 años. De alguna manera, los ingresos generados por este fenómeno y que son inyectados en la región, han permitido la supervivencia de las familias de los trabajadores, pero esto ha derivado en fuertes problemas sociales y culturales. Este fenómeno se ha presentado, de una manera particular, debido a que los municipios de Arroyo Seco, Jalpan de Serra, Pinal de Amoles y Landa de Matamoros se encuentran alejados del corredor industrial Querétaro – San Juan del Río, por lo que tienen débiles ligas comerciales y escasos movimientos de mano de obra que los vinculen con la capital del estado o los municipios del sur. De ahí que la migración se realice principalmente hacia Estados Unidos o hacia otros estados de la República, más que a la parte sur de la propia entidad. Tal situación es un tanto distinta para el municipio de Peñamiller, ya que su ubicación al otro lado de la Sierra (en la zona del semidesierto queretano) favorece las posibilidades de desplazarse a los centros industriales del corredor.
1.4.4.2. Actividades económicas
La población económicamente activa (PEA) de la Reserva se comporta de la siguiente manera: 30.96% no recibe ingresos, el 48.01% están en el rango entre 0 y 2 salarios mínimos, el 14.3% recibe 2 o más, y el 6.73% no está especificado.
El sector que predomina en la Reserva es el primario, con una participación de 60.5% de la PEA, el secundario participa con 17.02% y el terciario con 16.58%, hay un 5.9% no especificado.
En el municipio de Jalpan de Serra, el sector primario cuenta con la mitad de la población económicamente activa (52,545); sin embargo, el sector terciario cobra una importancia especial (28.8%), debido a la situación estratégica de la ciudad de Jalpan de Serra, que la convierte en el principal centro de servicios de la región. Por último, está el sector secundario (14.06%). En Landa de Matamoros, el sector primario alcanza el porcentaje de la PEA más alto de La Sierra con 73.77%, y tienen poca importancia el secundario, con 9.79%, y el terciario con 11.48%.
41
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ En Arroyo Seco también hay una presencia alta del sector primario (63.85%). Ahí la agricultura es la más importante de las actividades del municipio y, junto con Jalpan de Serra, son los principales municipios agrícolas de la Reserva. El sector secundario (15.83%) y terciario (18.22%) tienen poca importancia.
Para el municipio de Pinal de Amoles se vuelve a presentar un alto porcentaje del sector primario (65.77%), mientras que el sector secundario (12.42%) y el terciario (10.88%), son también escasos. Finalmente, el municipio de Peñamiller tiene el porcentaje más bajo del sector primario con 42.58%, siendo casi igual en importancia que el sector secundario con 39%, en parte por la presencia de la minería y la artesanía. El sector terciario aporta sólo un 15.51%.
Correlacionando la actividad con los ingresos se vislumbra que la población serrana, en un alto porcentaje, se dedica a las actividades primarias (principalmente agricultura, ganadería y silvicultura), pero sobre todo para autoconsumo. A continuación se menciona la situación que guardan las principales actividades productivas de la región.
1. Agricultura
La agricultura en la región es de temporal y riego, con clara predominancia de la primera. Ésta se distribuye en valles de Jalpan, Landa y Arroyo Seco, en las riberas del río Extóraz en Peñamiller, y en laderas de Pinal de Amoles. Está enfocada a producir principalmente maíz y frijol, y a menor escala alverjón y garbanzo. Es practicada por la mayor parte de la población con fines de autoconsumo y, en ocasiones, para venta de los excedentes del producto.
La agricultura de riego se ubica principalmente en los valles de Jalpan, río Extóraz y Concá, municipio de Arroyo Seco, en donde se produce principalmente maíz, frijol, jitomate, tomate de cáscara y chile poblano. En las márgenes del río Extóraz, en Peñamiller (algunas hectáreas fuera de la reserva), se produce maíz y frijol.
42
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ El valor de la producción, tanto de riego como temporal, es bajo. Por ejemplo, en el ciclo primavera-verano en 1996, fue de $13’494,000 para el maíz y $7’861,000 para el frijol; para el ciclo 96/97, el valor de la producción fue de $7’272,200 para tomate rojo y $1’049,905 para otros cultivos como garbanzo, tomatillo, chile poblano y alverjón.
La fruticultura es mayoritariamente de riego y aporta una producción importante de cítricos (naranja y en menor medida limón y mandarina), mango y guayaba. La producción se localiza principalmente en el municipio de Arroyo Seco y en segundo término en el de Jalpan de Serra. Los demás municipios tienen una producción frutícola poco considerable que incluye el cultivo de naranja, manzana, durazno y pera en Pinal de Amoles, café en Landa de Matamoros y nuez en Peñamiller. En 1996, el valor de la producción de mango, naranja, limón, mandarina fue de $ 3’965,450.
El café es un cultivo significativo para la zona de Agua Zarca, en el municipio de Landa de Matamoros, donde se tuvo una producción de 1,370 sacos de 60 kilos, la cual es insignificante si se compara con los casi 2 millones de sacos producidos en Chiapas (principal productor).
2. Ganadería
La principal actividad ganadera en la Reserva, considerada la actividad pecuaria más importante para los pobladores de la región, es la cría de ganado vacuno, aunque existe también la presencia de otros tipos de ganado. Se cuenta con una población de 47,473 cabezas de ganado vacuno distribuidas en razas como el cebú, suizo y criollo. Se orienta, sobre todo, a la producción de pies de cría, bajo sistemas extensivos de libre pastoreo, carentes de tecnología moderna, que utilizan pastos nativos y, en pequeñas áreas, zacates inducidos tales como estrella de África y Guinea.
Datos para los municipios de Arroyo Seco, Jalpan de Serra, Landa de Matamoros y Pinal de Amoles (excluido Peñamiller) dan un volumen de producción de carne en canal en la Reserva, en 1996, de 2,772 toneladas, con un valor de $49,700. La
43
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ producción de leche para el mismo grupo de municipios fue de 1’672,000 l, con un valor de $5’016,000.
Por su parte, la región cuenta con 21,810 cabezas de ganado porcino, distribuidas en zonas rurales y de traspatio (SAGAR, 1997). Su valor fue de $9’166,000 y el de la producción de carne en canal de $17,600, excluido Peñamiller.
Para el caso del ganado caprino se tienen 19,585 ejemplares, de los cuales aproximadamente la mitad se encuentran en el municipio de Peñamiller. El valor de la producción de carne en canal fue de $34,800, excluido Peñamiller. El ganado equino cuenta con 11,767 cabezas y se ocupa principalmente como medio de transporte rural.
3. Aprovechamiento forestal
En la reserva existen más de 120,000 ha de bosques de encino y pino, de las cuales 13,000 ha son sometidas a aprovechamientos forestales. Se aprovecha madera del Cupressus lindleyi (cedro blanco), Pinus patula, P. montezumae y P. teocote (pino), y también la madera plagada del Pinus greggii. Existen seis aserraderos en la región (uno particular en La Lagunita, y dos particulares y uno ejidal en Madroño, municipio de Landa de Matamoros; uno comunal en San Juan de los Durán, municipio de Jalpan de Serra; y uno más en la Unión de Ejidos Benito Juárez en el Madroño, municipio de Pinal de Amoles.
4. Uso del suelo
La aptitud de los suelos se determina por su vocación y es influida principalmente por factores como la topografía, el clima y la hidrología, entre otros.
En la Reserva los usos actuales del suelo son el forestal, el agrícola, el pecuario, el habitacional y, ahora como resultado de la creación de la Reserva, la conservación. El uso potencial del suelo de la Sierra Gorda, es básicamente forestal (70%), ya que cuenta con superficies extensas de bosques y selvas.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ La actividad agrícola ocupa superficies mayores a las que determina su vocación, ya que las áreas llanas son escasas, además de que presentan problemas de suelos con baja profundidad y pobre contenido de nutrientes, por lo que se catalogan como suelos frágiles y erosionables. Las pendientes oscilan entre 12 y 70%, lo que hace que la Reserva casi no tenga aptitud para desarrollar agricultura. Cabe mencionar que las actividades agrícolas que se desarrollan son en su mayoría para el autoconsumo. De igual forma, las áreas de vocación pecuaria son escasas, por lo que el pastoreo se realiza principalmente en los bosques y de manera extensiva, con el consecuente daño al suelo y a la vegetación.
La tenencia de la tierra en el territorio de la Reserva se inscribe dentro de diferentes modalidades. De acuerdo con los datos del Registro Agrario Nacional de 1997, la superficie de la Reserva presenta tres tipos de tenencia: la privada, la comunal y la ejidal, con un porcentaje de participación de 69.33 % para la primera y 30.67% para las dos restantes.
El número de ejidos dentro de la Reserva es 55, con una superficie de 117,503.49 ha, de los cuales 19 fueron certificados y el resto está en proceso de serlo. Según datos de INEGI, en 1991 la extensión del suelo por tipo de vegetación presentaba las siguientes proporciones: el 55.7% con pastos naturales, agostaderos o enmontada, 30.6% de bosque o selva, 13.16% con siembra y sólo el 0.65 % con otro uso.
Por otro lado, en la Reserva existen zonas en donde se alteró la vocación y uso del suelo, provocando con ello la remoción de la vegetación natural y el deterioro del ambiente en general, ya que es común que se realicen talas o desmontes para la introducción de ganado o para desarrollar la actividad agrícola.
La superficie de siembra es de 38,144.4 ha, de las cuales 16,004.5 son tierras ejidales y el resto es propiedad privada. Se realizan en esta área dos tipos de cultivo: de temporal y de riego, con una ocupación de la superficie de 71.9 y 28.1%, respectivamente.
La ganadería se realiza en forma extensiva, contribuyendo directamente al deterioro de la vegetación y el suelo. Las extensiones utilizadas actualmente para esta actividad 45
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ no se pueden cuantificar, ya que se encuentra ganado vacuno en la mayoría de las localidades de la Reserva.
Por último, el sector forestal aprovecha unas 13,000 ha, de especies como Pinus sp. (pino) y Quercus sp. (pino). No obstante, un 70% del territorio tiene vocación forestal, por lo que esta debería ser la principal actividad a desarrollar en un futuro.
1.4.5. Características de manejo 1.4.5.1 Zonas Núcleo
Zonas mejor conservadas o no alteradas, que alojan ecosistemas o fenómenos naturales de especial importancia, o especies de flora y fauna que requieran protección especial. En ellas podrá autorizarse la realización de actividades de preservación de los ecosistemas y sus elementos, la investigación científica y educación ambiental, y limitarse o prohibirse aprovechamientos que alteren los ecosistemas.
Las zonas núcleo se encuentran en la periferia, en regiones despobladas y poco accesibles a los cañones de los ríos Moctezuma y Ayutla (Santa María). El Sótano del Barro (la más pequeña), Cañón de Ayutla y Puente Santa María, En la ribera del río Santa María, continúas a lo largo de un cañón se encuentran Raudal del Buey, Chacas y Barranca de Paguas. Por otro lado Cañada de las Avispas, Joya del Hielo, Joya del Hielo, Cañón del Moctezuma, finalmente en el sur de la Reserva, en el municipio de Pinal están las únicas zonas núcleo que poseen cactáceas: Cerro Grande, Mazatiapán.
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________
Figura 7. Áreas núcleo de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro
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Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.4.5.2. Zonas de amortiguamiento
La Reserva se ha subdividido a la zona de amortiguamiento en 6 Subzonas considerando las características naturales de la región (pendiente y erodabilidad), su estado de conservación, presencia de ecosistemas o hábitats especiales, la importancia como parte de procesos físicos (captación de agua), y los usos del suelo actuales y potenciales.
Las subzonas propuestas son: Subzonas de aprovechamiento controlado; Subzonas de aprovechamiento sustentable; y Subzonas de aprovechamiento intensivo.
1. Subzonas de aprovechamiento controlado
Áreas sobresalientes por ser de interés estratégico en materia de protección de ríos, corredores biológicos, por su biodiversidad o grado de conservación y la presencia de elementos naturales de relevancia, que deben dedicarse a la conservación, rehabilitación, restauración y un aprovechamiento de bajo impacto para los ecosistemas.
•
Cañón del río Tancuilín. Ocupa aproximadamente 700 ha en ambas márgenes del río con extensiones importantes de bosque mesófilo y bosque tropical subcaducifolio.
•
Joya de los Lirios. Contiene un fragmento importante de bosque mesófilo de montaña.
2. Subzonas de aprovechamiento sustentable
Abarcan la mayor parte de la Reserva y son las principales áreas de recarga de acuíferos. Aquí se podrán realizar actividades productivas y la utilización de los recursos naturales en forma sustentable. Contienen extensiones boscosas conservadas, las que deberán ser protegidas sin permitir cambios en el uso del suelo; áreas deforestadas, en las que se deberá promover la rehabilitación forestal y construcción
48
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ de obras de protección y conservación de suelos y agua. Las actividades productivas deberán buscar la optimización en el uso de los recursos naturales, estar sujetas a programas que sean sustentables y ser congruentes con los objetivos de la Reserva.
Entre estas subzonas existen algunas áreas en particular, en donde se dará énfasis al desarrollo de actividades productivas y de conservación como lo son:
1. Áreas de recarga hidrológica. Son las principales áreas de recarga acuífera de manantiales, cauces y ríos de la Reserva. Aquí se dará énfasis a la protección de la cubierta vegetal, el suelo y el agua, así como a la regeneración de zonas deterioradas.
Existen 4 áreas de recarga hidrológica que son:
•
Macizo montañoso de Pinal de Amoles y Arroyo Seco (que abarca la mayor parte del municipio de Pinal de Amoles, el suroeste de Arroyo Seco y pequeñas porciones de Peñamiller y Jalpan de Serra);
•
Cerro Alto en el municipio de Jalpan de Serra;
•
Cadena montañosa al oriente de la carretera que comunica el Puente Ayutla con la cabecera municipal de Arroyo Seco; y
•
Cadena montañosa de San José de las Flores a Sabino Chico (municipios de Arroyo Seco y Jalpan de Serra.
2. Áreas de rehabilitación. Áreas con uso inadecuado del suelo en donde se buscará ordenar las actividades productivas y promover la recuperación de la vocación natural de los suelos, topoformas y/o paisajes. Existen 2 áreas de rehabilitación:
•
La región de Agua Zarca, municipio de Landa de Matamoros; y
•
Partes bajas orientales del macizo montañoso de Pinal de Amoles que abarca los municipios de Pinal de Amoles y Jalpan de Serra.
49
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 3. Subzonas de aprovechamiento intensivo
Las áreas que se ubican en los asentamientos humanos y sus inmediaciones favoreciendo la utilización de los recursos de manera intensiva, comprenden a las 630 localidades que existen en la Reserva y sus tierras de labor aledañas.
Además, se incluyen los principales valles del área que son:
Valle de Concá y ribera del Río Santa María, Valle de Arroyo Seco, Valle de Purísima de Arista y Jalpan; Valle Tancama, Valle de San Vicente y Malila; Valle de Landa de Matamoros, La Lagunita y La Vuelta; Ribera del río Extoraz; Valle de Tancoyol, Valle de Tilazo; Valle de Acatitlán de Zaragoza, Valle de El Saucillo; San Antonio Tancoyol; Valle de Tres Lagunas y Valle de Guadalupe; Transecto de Valle Verde a Rancho Nuevo; San Juan de los Durán.
1.4.5.3. Zonas de influencia
Las zonas de influencia son las áreas que circundan la poligonal general de la Reserva y que de forma natural interactúan con ella en sus procesos biofísicos, ecológicos y socioeconómicos.
Estas zonas constituyen un área de amortiguamiento para la
Reserva de La Biosfera Sierra Gorda y en lo particular para las zonas núcleo, cuya ubicación se registra en los márgenes de la misma. Se encuentran formando parte de los estados de Querétaro, San Luis Potosí, Guanajuato e Hidalgo por lo que estos estados concertarán las estrategias y medidas a tomar para generar proteger y ampliar el alcance de conservación de la Reserva
Se plantea que las zonas de influencia a considerar en el futuro para asegurar el desarrollo de acciones de conservación en la región, sean las siguientes áreas:
Vertiente sur del río Extóraz, Vertiente norte del río Santa María, Sierra de Xilitla (aquí se ubica una reserva forestal), Vertiente sur del río Moctezuma. Sierra Gorda de Guanajuato.
50
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Detalles acerca de su ubicación y límites se pueden encontrar en el Programa de Manejo de la Reserva.
1.4.6. Problemática 1.4.6.1 Ambiental
Los principales temas en donde se manifiestan los problemas ambientales detectados y priorizados por la población de la Reserva fueron: agua, generación de residuos sólidos, aprovechamientos forestales, fauna silvestre, incendios forestales, pérdida de áreas con vocación forestal, aprovechamiento de recursos no maderables, aprovechamiento de plantas del semidesierto, erosión y actividades de vigilancia. A continuación se presentan los de interés para este estudio.
1. Agua
Las características hidrológicas y climáticas de la Reserva determinan las condiciones de la problemática relacionada con el agua, ya que cuenta con precipitaciones anuales que no superan los 850 mm y, además, la naturaleza cárstica de los suelos propicia que gran parte del agua pluvial que se recibe se infiltre y haya pocas corrientes superficiales permanentes utilizables. No obstante, parte del agua infiltrada llega a aflorar en manantiales, pozos, etc., los cuales constituyen las principales fuentes de abastecimiento regionales. El problema es que no existen suficientes estructuras para almacenar y abastecer de agua a toda la población. Así, únicamente 9,112 viviendas (50.36% del total) en casi 300 comunidades, disponen de agua entubada.
El nivel del servicio de abastecimiento en las comunidades que lo reciben es calificado de regular a malo. Por otra parte, muchas de las líneas de conducción de agua (hierro galvanizado, PVC, mangueras, etc.) están en mal estado provocando fugas, además de que existe despilfarro por parte de los pobladores.
La deforestación en los alrededores de manantiales y cuencas hidrológicas (sobre todo en el macizo montañoso del municipio de Pinal de Amoles) es la situación que más 51
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ afecta la captación de agua para la región y podría significar problemas graves de abastecimiento en el futuro. A lo anterior hay que agregar que en los últimos años se han presentado sequías que han disminuido los niveles de los manantiales y afectado la cubierta vegetal.
La calidad del agua en los principales cauces de la Reserva no está determinada cuantitativamente y se considera que hay cierto deterioro debido a factores como descargas de aguas residuales de asentamientos humanos, basura y escurrimientos de los excesos de compuestos químicos que se utilizan para la agricultura. Hay 3,627 viviendas en la Reserva (21.1% del total) que cuentan con drenajes, los cuales son vertidos directamente a la red pública y a ríos, grietas y sótanos. El resto de las viviendas no disponen de servicio de drenaje y, por consiguiente, de una infraestructura de sanitarios adecuada, por lo que la población defeca al aire libre, causando problemas de higiene y riesgo de enfermedades.
Las poblaciones de Escanelilla y Ahuacatlán de Guadalupe, en el municipio de Pinal de Amoles, descargan sus aguas residuales y basura en las márgenes del río Jalpan que arrastra esa contaminación hasta la presa Jalpan, de donde se abastece la población del mismo nombre. Después de la Presa, el río ya disminuido en caudal, recibe los drenajes de la ciudad de Jalpan de Serra.
Por otro lado, en el río Extóraz se vierten drenajes desde el estado de Guanajuato y a lo largo de su recorrido por el municipio de Peñamiller, lo que afecta su calidad. Esta corriente se une posteriormente con el río Moctezuma, el cual viene muy contaminado por las aguas residuales de la ciudad de México.
En lo que respecta a las fuentes de abastecimiento, sólo 26 tienen sistemas de descontaminación y el resto está expuesto a contaminación, principalmente por basura, drenajes y defecación al aire libre. No se cuenta en toda el área con plantas de tratamiento de aguas residuales en funcionamiento. Finalmente, los dispositivos alternativos a los drenajes, como son las letrinas, sólo cubren a unas 360 familias, a pesar ser una demanda de la población, y las fosas sépticas no son construidas de manera adecuada.
52
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 2. Pérdida de áreas con vocación forestal
La pérdida de áreas de vocación forestal se debe, en gran medida, a que desde hace varias décadas grandes extensiones boscosas han sido deforestadas con fines agropecuarios. La tasa de deforestación promedio estimada para los municipios de la Reserva sea del orden de las 550 ha anuales.
Las principales causas de la deforestación han sido los incendios, los cambios en el uso del suelo con fines agropecuarios, las plagas y la tala clandestina. En lo que respecta a la leña, su consumo es alto en toda la Sierra y ya empieza haber problemas de escasez en algunas comunidades, en especial en el municipio de Arroyo Seco).
A pesar que se ha iniciado la reforestación (con fines comerciales y doméstico), el ritmo de deforestación, es mayor al de reforestación, los apoyos para reforestación son poco atractivos ($400 por hectárea reforestada y rehabilitada) y faltan recursos a mediano y largo plazo (10 años) para motivar a la mayoría de los pequeños propietarios o ejidatarios a cambiar el uso del suelo a forestal.
3. Erosión
La deforestación y las prácticas agrícolas inadecuadas han propiciado problemas de erosión en muchas zonas de la Sierra Gorda, con la consecuente pérdida de suelo, sobre todo en Pinal de Amoles y Peñamiller. También la zona de Agua Zarca, municipio de Landa de Matamoros y algunas zonas de Jalpan de Serra y Arroyo Seco podrían convertirse en un problema serio a mediano plazo.
La erosión hídrica potencial varía de 65 a 190 ton/ha/año en Pinal de Amoles, de 54 a 250 ton/ha/año en Arroyo Seco, de 168 a 552 ton/ha/año en Landa de Matamoros, y de 117 a 571 ton/ha/año en Jalpan de Serra.
Para mitigar los impactos de la erosión se llevan a cabo algunas acciones como la construcción de presas filtrantes y terrazas de formación sucesiva, así como un
53
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ proyecto piloto para el manejo de microcuencas en La Barranca, municipio de Pinal de Amoles. No obstante, falta instrumentar más estrategias contra la erosión.
4. Aprovechamientos forestales
El mal aprovechamiento de la madera por falta de capacitación y equipo en malas condiciones genera ineficiencia del proceso y contaminación por residuos. Por otro lado, la legislación inadecuada en lo que a aprovechamiento forestal de tipo doméstico, ya sea por exceso de trámites o falta de legislación genera gastos y necesidades a la población.
Además, las exigencias y precios del mercado, obligan a la sobreexplotación del recurso maderero para alcanzar los ingresos necesarios.
5. Incendios forestales
Entre 1993 y 1997 se ha tuvo un promedio anual de 230 ha afectadas por incendios en los cinco municipios de la Reserva. La región ha sido golpeada por la gran incidencia de incendios superando la marca en el año 1998 (16,000 hectáreas).
Las brigadas para el control y combate de incendios son pocas para la región. Además, a pesar de haber grupos de voluntarios, hace falta la capacitación y la dotación de equipo.
1.4.6.2. Socioeconómicos
Los principales problemas socioeconómicos son: educación escolar, salud, servicios públicos; difusión de la Reserva, control de la natalidad, educación familiar, actividades culturales, rescate de tradiciones y vigilancia comunitaria.
54
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ Se mencionarán a continuación aquellos aspectos que tienen mayor relevancia y relación para con los servicios hidrológicos y recursos hídricos. Detalles acerca de la problemática social puede ser consultada en el Programa de Manejo de la Reserva.
1. Educación, salud y servicios públicos
La educación es uno de los aspectos que frenan el desarrollo de La Sierra. El 23% población (mayor de 15 años) es analfabeta. Por otro lado, el sistema educativo es de mala calidad y no es acorde con las necesidades de la región. La población económicamente activa y alumnos de nivel preescolar y medio superior no reciben educación ambiental. Adicionalmente y debido a la dispersión de la población, los centros educativos no están accesibles para todos.
Para la atención médica existen 2 hospitales generales (Jalpan de Serra y Peñamiller), 43 centros de salud, siete unidades móviles y cuatro casas de salud. Los principales problemas de salud están relacionados con la desnutrición, falta de higiene y alcoholismo.
La marginalidad se manifiesta en los cinco municipios que conforman la Reserva, sólo el 50.3% de la población cuenta con agua entubada, 65.1% con energía eléctrica y 21.1% con drenaje, sólo hay 639 líneas telefónicas en servicio; además, el índice de hacinamiento es de 5.4 habitantes por casa. Por otro lado, los caminos pavimentados apenas superan los 200 km. y comunican sólo a las cabeceras municipales y principales poblaciones. Esta falta de servicios, derivada de la falta de programas de desarrollo urbano y ordenamiento territorial para todas las comunidades, repercute en el nivel de vida de la población y provoca presión contra los recursos naturales, especialmente sobre la leña y el agua. 2. Actividades productivas
La dinámica de la producción en la Reserva está determinada por un alto porcentaje de la población económicamente activa (PEA) dedicada a actividades del sector primario (ganadería, agricultura, pesca, minería y forestal, de acuerdo con la
55
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ clasificación Mexicana de Actividades y Productos de INEGI) con un 60%, mientras que 17% de la PEA está en el sector secundario, 17% en el terciario y 6% no está especificado.
A continuación se presentarán la problemática de las actividades productivas relacionada con las actividades de interés para el estudio propuesto:
a. Prácticas agrícolas La agricultura constituye un foco de la problemática ambiental y de producción en la región pues, aunque es la actividad a la que se dedica más gente, no genera los ingresos suficientes y tampoco cumple con el objetivo de alimentar a toda la población.
La actividad se realiza de manera empírica y tiene una productividad muy baja (de 0.4 a 0.8 ton/ha para el maíz y frijol), por la falta de asesoría técnica que se manifiesta en prácticas inadecuadas y no compatibles con el ambiente (cultivo en laderas, quema de esquilmos, uso de agroquímicos); a ello se suma la presencia de intermediarios, quienes, en su proceso de mercantilismo y monopolio, compran los productos cada vez más baratos y los distribuyen a precios sin control.
La fruticultura presenta el problema del uso no controlado de agroquímicos, falta de mercado, falta de procesamiento industrial de la fruta y decaimiento de la actividad por falta de apoyos en cultivos con potencial como el aguacate (Peñamiller), pera, durazno y manzana (Pinal de Amoles).
Por último, el café es un cultivo cuya producción presenta los problemas de falta de asesoría técnica, falta de canales de comercialización, terrenos rentados e intermediarismo.
Aunque su producción es baja, tiene la ventaja de que se produce sin fertilizantes ni insecticidas y podría ser certificado y eventualmente vendido como café orgánico.
56
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ b. Ganadería extensiva La práctica de la ganadería se ha convertido en un serio problema ambiental en la región, ya que ha favorecido la deforestación y los cambios de uso de suelo, mediante la conversión de terrenos forestales a áreas de agostadero; al respecto, lo más crítico son las consecuencias del sobre pastoreo. Esta actividad ha sido propiciada por los apoyos de las dependencias federales y por la falta de una diversificación productiva que permita tener otras alternativas económicas para la población.
Se calcula en 213,345 ha el total de tierras dedicadas a la ganadería en el año agrícola 1995/1996 para los municipios de Landa de Matamoros, Jalpan de Serra, Pinal de Amoles y Arroyo Seco (65% de las 327,830 ha de los cuatro municipios). De estas, 27,790 ha (8.48%) son pastos inducidos, 184,620 ha (56.31%) son praderas naturales (libre pastoreo), y 935 ha (0.3%) son cultivos forrajeros. Si a esto sumamos 54,997 ha de todo Peñamiller, obtenemos la suma de 268,342 ha, que representan el 65.7% de las 408,520 ha de los cinco municipios. Lo anterior incide en la vegetación natural, sobre todo en el sotobosque.
Además, la actividad presenta algunas características como un ganado de baja calidad, pastos poco productivos y especies invasoras como el huizache (Acacia farnesiana), que invade las zonas de pastos al igual que otras especies dañinas como la moradilla.
La crianza de ganado vacuno es la actividad pecuaria considerada más importante para los pobladores de la región. Se centra en producir pies de cría bajo sistemas extensivos de libre pastoreo, los cuales son carentes de tecnología moderna y producen pocas ganancias.
Otro tipo de ganado que causa serios daños a los ecosistemas es el caprino. Este ganado es criado de manera extensiva y su libre pastoreo provoca daños al suelo y a la vegetación natural de los bosques de pino de Pinal de Amoles y al matorral xerófilo de Peñamiller. Además, genera pocas ganancias a sus dueños.
El ganado porcino es criado principalmente en zonas rurales y de traspatio. El problema con este tipo de ganado es que la crianza se realiza en zahurdas y los 57
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ excrementos se vierten en las riberas de algunos ríos, como es el caso de Concá y Jalpan.
Los ganados asnal, equino y avícola generan poco impacto negativo contra los ecosistemas. Aunque SAGAR y Fundación PRODUCE orientan y asesoran a los productores pecuarios, no existe ningún centro de investigaciones que apoye con programas de investigación aplicada para resolver problemas como la baja rentabilidad, la mala calidad genética, la falta de tecnología y los daños al ambiente (cambio de uso de suelo y afectación a vegetación silvestre por libre pastoreo).
1.5. Objetivos 1.5.1 Objetivo general
Modelar el comportamiento hidrológico de las microcuencas El Chuveje y Arroyo Real, considerando características físicas, biológicas y climatológicas, para apoyar la implementación de nuevas estrategias que garanticen la conservación de los servicios hidrológicos y el bienestar socioeconómico de la población de esta región.
1.5.2. Objetivos específicos
•
Modelar el comportamiento hidrológico de las microcuencas El Chuveje y Arroyo Real utilizando variables espaciales y temporales.
•
Identificar las áreas de mayor percolación y producción de agua de ambas microcuencas.
•
Identificar las áreas de mayor producción de sedimentos y escurrimientos de ambas microcuencas.
•
Identificar las áreas más impactadas en cuanto a recarga y calidad de agua ante el cambio de cobertura y uso de suelo.
58
Capítulo I. Antecedentes _____________________________________________________________________ 1.6. Alcance
La propuesta de tesis presentada pretende analizar el comportamiento hidrológico actual y futuro (ante cambios de uso de suelo) de las microcuencas El Chuveje y Arroyo Real, mediante el modelo hidrológico SWAT de la extensión AGWA de ArcView.
59
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ CAPÍTULO II. METODOLOGÍA La metodología general que se seguió para el desarrollo del proyecto y el alcance de los objetivos propuestos se presenta en el diagrama del Anexo 1 y se describe a continuación:
2.1 Descripción de la metodología 2.1.1 Selección del programa de modelación hidrológica
La primera etapa, selección del modelo hidrológico, se realizó mediante la elaboración de una matriz comparativa entre las características y criterios requisitos del proyecto y de los modelos hidrológicos.
Los criterios que se consideraron para la selección del modelo hidrológico se enumeran a continuación:
1) Manejo de datos GIS 2) Interfase con ArcGis/ArcInfo 3) Uso intervalos de tiempo 4) Tamaño de cuenca aprox. 15,000 hectáreas. 5) Facilidad de uso 6) Modelación: entrada y salida de agua y calidad y cantidad de agua (balance hídrico,
infiltración,
evapotranspiración,
percolación, caudales pico) 7) Modelación a largos períodos de tiempo 8) Costo
60
escorrentía,
sedimentación,
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Los programas hidrológicos que se consideraron en el proceso de selección fueron:
1) SWAT 2) BASIN 3) HMS 4) Heart 5) HSPF 6) HEC-PREPO 7) SWRRB 8) WMS 9) AGWA 10) MIKE BASIN 11) SMS 12) SHERTRAN 13) KINEROS 14) HYDRA 15) ANNIE 16) AQUATOX 17) CORMIX 18) PLOAD-REHI
En el Anexo 2, se describe el proceso y resultados de la selección del modelo hidrológico. En base a este análisis se seleccionó la herramienta de ArcView AGWA para desarrollar el proyecto.
2.1.2. Requerimientos de datos y capas de información
En base a los resultados de la tabla 28 se seleccionó la extensión AGWA para realizar la modelación hidrológica de las microcuencas El Chuveje y Arroyo Real. Los siguientes pasos de la metodología se desprenden de los requerimientos de la extensión a utilizar.
61
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Antes de aplicar el modelo es indispensable conocer que información requiere el modelo y el arreglo físico y contenido que debe poseer la misma. Para esto se consultó el manual de AGWA (Burns, I.S., n.d.), así como el manual de usuario y teórico de SWAT (Neitsch, J.G. et al, 2002). La información que a continuación se presenta proviene de esta fuente; con algunas excepciones, en cuyo caso se hará la referencia correspondiente.
La extensión AGWA requiere que los archivos estén organizados según la siguiente estructura:
Figura 8. Estructura de organización de los directorios requerido por el modelo AGWA Fuente: (Burns, I.S. et al, n.d.)
El directorio “agwa” ubicado en el disco “C:” estuvo integrado principalmente por los siguiente subdirectorios: “datafiles”, “documents”, “gisdata”, “manual”, “models” y “proyectos”. Dentro del subdirectorio “proyecto” se guardaron todos los proyectos de modelación deseados.
A su vez, dentro del subdirectorio de cada proyecto, la
extensión generó una serie de nuevos subdirectorios donde se almacenó la 62
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ información, temporal y no temporal, generada durante la modelación: “av_cwd”, “rainfall” y “simulations”.
Se identificaron dos tipos de información necesaria: capas de información y tablas. A su vez, ambos tipos de información se subdividen en primarias y secundarias.
Los archivos de las capas de información se ubicaron en el directorio de “gisdata”, mientras que las tablas proporcionadas por el usuario se ubicaron en el directorio “datafiles”.
2.1.2.1. Capas de información georreferenciada
Las capas de información necesarias para la modelación se listan en la siguiente tabla 6: Tabla 6. Listado de las capas de información necesarias
Capas de Información Primarias
Secundarias
Nombre
Tipo
Nombre
Tipo
DEM
Grid
Dirección de flujo
Grid
Cobertura de Suelo
Grid
Flujo de
Grid
acumulación Suelo
Coverage/shapefile
Red de Drenaje del
Grid
DEM Estaciones
Límite de cuencas
Grid
Grid de límite de
Cuenca: elementos
Shapefile
cuenca (cuando
de altiplanicie y red
aplique)
de drenaje
Shapefile
Polígonos de
Shapefile
Thiessen* Intersecciones*
Shapefile
*Sólo cuando más de dos estaciones son usadas para generar el archivo de precipitación 63
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Las capas de información primaria son las capas de información básica que se utilizaron en los primeros pasos de la modelación. Esta información se guardó en la carpeta de “gisdata”.
Las capas de información secundarias se generaron y guardaron por la herramienta AGWA. Algunas son temporales y eliminadas automáticamente por el programa.
2.1.2.2. Tablas de datos
Las tablas de datos requeridas por el programa se listan en la tabla 7 y sus características se describen en el Anexo 3.
Tabla 7. Listado de las tablas primarias y secundarias de datos
Tablas de datos Primarias Hgr.dbf
Secundarias Tablas de precipitación
final_swat_soil_lut.dbf Weights.dbf soil_lut.dbf
Swatpptfiles.dbf
Wgnfiles.dbf
Tablas de salida
FAO_World.dbf FAO_Properties.dbf FAO_Summ. Dbf Kin_lut.dbf Nacl_lut.dbf Pcp.dbf Temp.tmp xx.wgn
Las tablas de datos primarias, hgr.dbf, final_swat_soil_lut.dbf y soil_lut.dbf son parte del directorio “datafiles”.
La tabla wgnfiles.dbf vino integrada en el mismo
directorio, sin embargo, la información estaba referida a los Estados Unidos, de
64
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ manera que fue necesario generarla, así como también los archivos generadores de clima a los que la tabla wgnfiles.dbf hace referencia.
También se generaron dos archivos de precipitación de precipitación y otro de temperatura. El primer archivo de precipitación se elaboró con los datos de las estaciones climátológicas que se utilizaron en la modelación y el segundo con los datos de precipitación de estas estaciones. El archivo de temperatura (.tmp) estuvo integrado por la fecha y temperatura máxima y mínima de la estación o estaciones que se utilizaron en la modelación.
Las tablas de datos FAO_World, FAO_ Properties, FAO_Summ y kin_lut venían ubicadas en el directorio “datafiles” de AGWA.
Así como la kin_lut.dbf y
nacl_lut.dbf
Las tablas de datos secundarias son generadas por el programa y/o el usuario. De las listadas, las tablas de precipitación se tuvieron que generar de información de las áreas de estudio. El resto se generaron durante la modelación.
Por otro lado, las tablas de atributos de las capas de información se adaptaron a la estructura requerida para que la modelación se lleve a cabo sin errores. características de los campos de estas tablas de atributos son:
65
Las
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Tabla 8. Descripción de las tablas de atributos de las capas de información
Capa de Información Dem
Descripción Esta tabla es parte de la capa de información y debe contener dos columnas: value y count.
Cobertura vegetal
Esta tabla es parte del grid de cobertura vegetal y debe contener los siguientes campos: value y count.
Los
valores de la columna value se asociarán con el campo class de la tabla de vista nacl_lut.dbf Suelo
La tabla de atributos del shapefile de suelos debe contener principalmente el SNUM (soil mapping unit) para poder relacionarse con las tablas de la FAO y kin_lut.dbf.
Estaciones
Esta tabla deberá contener el ID de la estación climatológica: Nws_id.
También deberá contener los
campos: latitude, longitude, elevation, startyr, startrmo, endyr y endmo
2.1.3. Obtención y preparación de las capas de información y datos
Se adquirieron las mismas capas de información de tres fuentes: INEGI (cartografía), INEGI (digital), CONABIO y programa SHFWIN; y se compararon para seleccionar la mejor las de mayor resolución o detalle.
2.1.3.1. Obtención 1. Digitalización de las capas de información
Se digitalizaron las capas de información que el modelo requería según la disponibilidad cartográfica y se seleccionaron las de mayor detalle o resolución disponibles.
66
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ 2. Extracción del modelo de elevación digital del INEGI
Se adquirieron los modelos de elevación digital del servidor de INEGI (www.inegi.gob.mx). Los modelos de elevación digital se convertieron en mosaico (jpg) mediante el programa ERDAS.
3. Extracción de los grids del programa SHFWIN
De este programa se extrajeron las capas de información de edafología, cobertura vegetal y el modelo de elevación digital.
Los grids del programa SHFWIN se obtuvieron mediante el programa IDRISI. El grid en formato IDRISI se transformó a grid de ArcGis mediante la extensión GRID2Idrisi. A este se le asignó la proyección geográfica y datum mediante el ArcCatalog, ya que estas características se perdieron en el proceso de extracción del grid del SHFWIN a IDRISI.
Finalmente, el corte al área de estudio se realizó
mediante el geoprocessing wizard de ArcView o el ArcToolBox de ArcGis.
4. Extracción de las capas de información de la CONABIO
Se accesó la página de la CONABIO (http://www.conabio.gob.mx/) y se extrajeron las capas de información de interés: edafología y cobertura vegetal. Los shapefiles obtenidos del servidor de la CONABIO en coordenadas geográficas, se cortaron en base al área de estudio mediante el geoprocessing wizard o el ArcToolBox. Finalmente, este corte se transformó a UTM mediante el projection wizard de ArcView o mediante el ArcToolBox de ArcGis.
2.1.3.2. Preparación de las capas de información
Todas capas de información se prepararon para que cumplieran con los requerimientos del modelo. Adicionalmente, se les asignó las siguientes propiedades:
67
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Tabla 9. Propiedades que se les asignará a todas las capas de información
Propiedades de las Capas de Información Proyección
UTM
Datum
NAD27
Unidades
metros
Zona
14
1. DEM La tabla de atributos del DEM estuvo formada por dos campos: value y count.
2. Coverage de cobertura de suelo
Debido a que la clasificación de cobertura de suelo del INEGI no coincide con la descrita en la tabla nacl_lut.dbf, se realizó un ajuste o reclasificación de la vegetación. Este ajuste se realizó considerando las características de las vegetaciones de ambas clasificaciones: INEGI y NALC.
La tabla de atributos del grid de cobertura de suelo seleccionado se formó con dos campos: value y count.
El campo value se llenó de números ordinales que se
asociaron al campo “clase” (class) de la tabla nacl_lut.dbf. En la tabla nacl_lut.dbf, cada clase se describió por un tipo de cobertura de suelo según la clasificación de la NACL:
68
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________
Figura 9. Tabla de vista de vegetación NALC del modelo AGWA Fuente: (Burns, I.S. et al, n.d.)
• CN=número de curva • A, B, C, D=grupos de suelos hidrológicos • COVER=dosel • INT=profundidades de intercepción • N = coeficiente de manning • IMPERV= superficie que el agua no puede penetra Para ajustar la tabla de atributos del coverage de cobertura y uso de suelo digitalizado se utilizó la tabla dbf de la NACL incluida en el fólder “datafiles” del programa AGWA. Se reclasificaron las clases en base a la clasificación de la NACL. Este paso es necesario debido a que la generación de una nueva tabla de clasificación de vegetación requiere de la información de parámetros no disponibles para las clases de vegetación del INEGI (como por ejemplo, números de curvas y porcentaje de cobertura de dosel).
A continuación se presentan las tablas de clasificación de Vegetación de la NACL y las tablas de ajuste de la reclasificación de la vegetación INEGI a la de la NACL, así como las tablas de vegetación características para las cuencas El Chuveje y Arroyo Real:
69
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Asignación de la vegetación según la clase de la NACL a la vegetación de la cuenca El Chuveje:
Tabla 10. Clasificación de la vegetación de la cuenca El Chuveje según la NALC
Vegetación-INEGI
Clase según la NACL Vegetación
Clase
Agricultura temporal
Agricultura
7
Bosque encino
Bosque Roble
2
Bosque encino pino
Bosque Roble
2
Bosque pino
Bosque
1
Bosque pino encino
Bosque
1
Pastizal inducido
Pastizal
4
Asignación de la vegetación según la clase de la NACL a la vegetación de la cuenca Arroyo Real:
Tabla 11. Clasificación de la vegetación de la cuenca Arroyo Real según la NALC
Vegetación-INEGI
Clase según la NACL Vegetación
Clase
Agricultura temporal
Agricultura
7
Bosque encino
Bosque Roble
2
Bosque encino pino
Bosque Roble
2
Pastizal inducido
Pastizal
4
Selva baja caducifolia
Bosque
3
70
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ 3. Coverage de Edafología El ajuste de la tabla de atributos del coverage de edafología consistió en asignar a cada tipo de suelo de la capa de edafología su correspondiente valor de SNUM (soil mapping unit o número de clasificación de suelo según la FAO). Los datos se adicionaron manualmente utilizando com guía la tabla FAO_World del fólder “datafiles” del modelo AGWA. Este proceso fue necesario debido a que el programa utiliza varias tablas en base a esta clasificación para extraer el valor de variables (como conductividad hidráulica) que son utilizadas por el modelo.
La tabla de la FAO_World considera en la asignación del SNUM el porcentaje de contenido y la textura de cada tipo de suelo que forma una combinación. Debido a que la información de la carta del INEGI no proporciona esta información, se realizaron algunas adaptaciones..
Como no existían combinaciones que coincidieran con todas las combinaciones de suelo del coverage digitalizado, algunos de los SNUM que se asignaron a la tabla de atributos del coverage de edafología fueron creados y adicionados a la tabla dbf original de la FAO_World.
Esto se hizo con el objetivo de considerar las
combinaciones originales de suelos.
Sin embargo, como se desconocían los
porcentajes de los suelos de cada combinación, el porcentaje de cada suelo se asignó en base a una de las combinaciones de la tabla de reglas de composición de la FAO (2003). Se seleccionaron las combinaciones más sencillas y que no consideraban inclusiones.
71
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Tabla 12. Reglas de composición para las proporciones de suelos dominantes y componentes en cada unidad de mapa Suelo dominante Suelos asociados Inclusiones de suelo % área
No.
% área
No.
% área
100
0
0
0
0
90
0
0
1
10
80
0
0
2
10 + 10
70
0
0
3
10 + 10 + 10
70
1
30
0
0
60
1
30
1
10
60
2
20 + 20
0
0
50
2
20 + 20
1
10
50
1
30
2
10 + 10
50
1
30
4
5+5+5+5
40
2
20 + 20
4
5+5+5+5
40
1
30
1
10
40
2
20 + 20
2
10 + 10
30
3
20 + 20 + 20
1
10
30
2
20 + 20
3
10 + 10 + 10
30
3
20 + 20 + 20
2
5+5
25
3
20 + 20 + 20
3
5+5+5
24
3
20 + 20 + 20
4
4+4+4+4
(FAO, 2003) • No.: número de suelos asociados o inclusiones • % área: porcentaje de área Los SNUM que se adicionaron y sus respectivas combinaciones y porcentajes se presentan a continuación:
72
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Tabla 13. SNUM adicionados a la tabla de la FAO_World
FAOSOIL SNUM
Suelos-Textura
SUELO 1
%
SUELO 2
%
SUELO 3
%
3105
I-Rc-E-2
I2
60
Rc 2
20
E2
20
3553
Rc-3
Rc 3
100
4304
Bk-Lk-3
Bk 3
70
Lk 3
30
6307
Re-Je-3
Re 3
70
Je 3
30
6495
E-Lo-Bc-2
E2
60
Lo 2
20
Bc 2
20
6705
Lc-Lo-3
Lc 3
70
Lo 3
30
6706
Lc-Lo-I-3
Lc 3
60
Lo 3
20
I3
20
6707
Lc-E-I-3
Lc 3
60
E3
20
I3
20
6708
Hl-Lc-3
Hl 3
70
Lc 3
30
• SNUM: soil number unit mapping. • Clases de suelos: Bc=cambisol crómico, Bk= cambisol cálcico, E=rendzina, Hl=feozem lúvico, I=litosol, Je=fluvisol eútrico, Lc=luvisol crómico, Lo=luvisol órtico, Rc=regosol calcárico; • Texturas: 1=gruesa, 2=media, 3= fina • Suelo 1=suelo dominante, • Suelo 2 y suelo 3= suelos asociados 4. Shapefile de estaciones de precipitación El shapefile de las estaciones de precipitación se obtuvo mediante una tabla de coordenadas geográficas en grados y minutos cuya fuente fue un archivo de texto de la base de datos ERIC. Estas coodenadas se transformaron a grados decimales. A partir de esta tabla, creó un shapefile en ArcView o ArcGIS. La proyección se cambió a UTM mediante el projection wizard de ArcView o por medio de las herramientas de proyección del arccatalog de ArcGIS.
Se realizó una selección preliminar de las estaciones climatológicas cercanas a la Reserva (dentro y fuera de la Reserva) de las que se seleccionó la(s) más cercana(s) a
73
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ las cuencas El Chuveje y Arroyo Real, respectivamente. A partir de esta selección se creó el tema de las estaciones de precipitación.
La tabla de atributos de este shapefile se modificó para que contuviera un campo Station_id para los números identificadores de cada estación. Además, se adicionaron los campos: nombre de la estación (name) y latitud (latitude), longitud (longitude) y elevación (elevation). También el año y mes de inicio y fin de registros (startmo, startyr, endmo, endyr).
2.1.3.3. Preparación de las tablas y archivos de datos
1. Tablas de precipitación La tabla de precipitación estuvo formada por tres campos: año, día y precipitación. El campo de año estuvo formado por cuatro dígitos, el de día representó el día juliano (1366) de cada año sin que falte ninguno. El campo de precipitación se pobló con el valor de precipitación en milímetros. Si llegó a faltar algún dato, el modelo realizó una acomodación mediante un esquema de ponderación como el que aplica para la precipitación distribuida (ver la sección de generación de archivos de precipitación). Cualquier valor negativo de precipitación se interpretó por el programa como falta de datos.
El nombre de los campos que corresponde a las estaciones de precipitacion más cerncas al área de estudio, estuvo constituido de la letra G y el ID de la estación; ID que coincidió con el Station_ID de la estación de la tabla de atributos del tema de las estaciones de precipitación.
74
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________
Figura 10. Tabla de precipitación Los datos de precipitación se obtuvieron del CD-rom de Extracción Rápida de Información Climatológica (ERIC) y se acomadaron según los requerimientos del modelo mediante macros de visual Basic. Detalles de este procedimiento se describen en el anexo 4.
El archivo de Excel final se grabó en formato .dbf, formato requerido por el modelo, y se guardó en la carpeta de precipitación de la carpeta datafiles.
2. Archivo de temperatura
El modelo requirió de un archivo de temperatura que contenga los datos de temperatura máxima y mínima ordenados por año y días julianos, en orden creciente. Los primeros cuatro datos correspondieron al año, los tres siguientes al día juliano, los cinco siguientes a la temperatura máxima y los últimos cinco a la temperatura mínima.
Los datos de temperatura máxima y mínima que se utilizaron fueron los de la estación que se utilizó en la modelación hidrológica.
75
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Al igual que los datos de precipitación, los datos de temperatura se extrajeron del CDrom de Extracción Rápida de Información Climatológica (ERIC) y se acomadaron según los requerimientos del modelo mediante macros de visual Basic. Detalles del procedimiento se describen en el anexo 4.
El archivo de Excel resultante se grabó en formato de texto, donde se terminaron de arreglar los datos para finalmente transformar el archivo a formato o extensión .tmp mediante la terminal MSDOS. Este archivo se guardó en la carpeta de precipitación de la carpeta datafiles.
3. Wgnfiles.dbf
Esta tabla estuvo constituida de los datos de las estaciones generadoras de clima más cercanas al área de estudio. Los campos o datos que formaron esta tabla son los siguientes: state, station (nombre), latitude, longitude y datafiles.
En el campo
datafiles se colocó el nombre del archivo generador de clima de cada estación.
Figura 11. Imagen de la tabla de estaciones generadoras de clima (wgn.dbf) La creación de esta tabla se realiza en formato Excel y luego se guarda en formato DBase IV.
76
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ 4. Archivos generadores de clima
Los archivos generadores de clima se ubicaron en el subdirectorio de AGWA “datafiles” y presentaron el siguiente formato:
Figura 12. Imagen de un archivo generador de clima. Las columnas corresponden a los meses del año y cada fila representa los parámetros listados a continuación, en el orden presentado:
8. Probabilidad de un día húmedo
1. Temperatura máxima
después de un día seco
2. Temperatura mínima 3. Desviación
estándar
de
9. Probabilidad de un día húmedo
la
después de un día húmedo
Temperatura máxima 4. Desviación
estándar
de
10. Número de días promedio de
la
precipitación
Temperatura mínima
11. Máxima precipitación de 30
5. Precipitación promedio 6. Desviación
Estándar
de
minutos de precipitación
la
12. Radiación Solar
precipitación promedio
13. Temperatura de Rocío
7. Coeficiente de sesgo de la
14. Velocidad
precipitación
77
del
Viento
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Estos parámetros se calcularon mediante las fórmulas especificadas en el manual de usuario de SWAT (Neitsch, S.L., 2002), con la ayuda de programas estadísticos como el SPSS, Excel, y/o por medio programas autoejecutables como el pcpSTAT y el dew02 (Liersch, S., 2003). La información de cada parámetro se reunió en un archivo de Excel que se transformó a archivo de texto. Mediante la terminal MSDOS, el archivo de texto se transformó a archivo con extensión wgn.
En el anexo 5 se describe el tratamiento de los datos para la obtención de los 14 parámetros mensuales que componen los archivos generadores de clima. Los datos se arreglaron en un archivo de Excel, el que fue transformado a formato de texto y finalmente, a formato .wgn mediante la terminal MS-DOS.
2.1.4. Modelación hidrológica
SWAT es uno de los modelos hidrológicos determinísticos de AGWA, desarrollado por el U.S. Agricultural Research Service, para predecir el impacto de prácticas de manejo en el agua, sedimento y producción de químicos agrícolas en grandes (escala cuenca) con variados suelos, uso de tierra y condiciones de manejo durantes períodos de tiempo mayores de un año.
Para la modelación se necesitaron modelos de elevación digital, grids de cobertura de suelo, capa de suelo, datos de precipitación y temperarura. Los resultados que se obtuvieron de la modelación con SWAT fueron: cantidad de agua, producción de sedimentos, escurrimientos, evapotranspiración y percolación. Estos resultados se presentaron en intervalos en un mapa.
78
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ La modelación consitió de los siguientes pasos:
1) Delineación de la cuenca 2) Parametrización con la cobertura y tipo de suelo 3) Generación de los archivos de precipitación 4) Generación de archivo de entrada y correr el programa 5) Resultados 6) Modificación de la cobertura de suelo
2.1.4.1. Delineación de la cuenca
La delineación de la cuenca consistió en establecer los límites del área de estudio y dividirla en subcuencas o elementos en base al umbral de área de contribución (CSA) fijado por el usuario.
Para la delineación de la cuenca se utilizó el DEM, a partir del cual se generaron los grids de dirección de flujo y otro de flujo de acumulación.
El DEM se debe
encontrarse en la vista del proyecto. Los espacios o huecos del DEM fueron llenados por el programa antes de la generación de los grids de dirección de flujo y flujo de acumulación para evitar errores.
Generados estos archivos de entrada, se procedió a la creación de la cuenca. La creación de la cuenca se realizó mediante el uso de un raster que señale los límites de la cuenca o mediante la señalización del punto de salida de la cuenca.
La delineación de la cuenca en base al punto de salida, se realizó haciendo uso del archivo stream 2,500 grid, generado automáticamente por el modelo después de haber creado el grid de flujo de acumulación. El archivo stream 2,500 grid, contenía la red de ríos específica para el DEM y fue creado por el programa seleccionando todas las celdas del grid de acumulación con valores mayores que 2,500. En otras palabras, son todas las celdas a las que contribuye el escurrimiento proveniente de las celdas río arriba mayores de 2,500.
79
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ En el caso de la cuenca El Chuveje se utilizó un raster para crear los límites. Pero para la cuenca Arroyo Real, se utilizó el stream 2,500 grid y se seleccionó manualmente la salida de la cuenca a partir de la que se estableció el límite.
La división de la cuenca en elementos o subcuencas se puede basar o no en las estaciones internas o lagos. Debido a que no se contaba con estaciones dentro del área de estudio, la división de la cuenca en elementos se basó solamente en el umbral de área de contribución (CSA). El porcentaje de umbral de área de contribución varió según la cuenca. Para cada cuenca, se utilizó el mínimo valor posible, según lo permitió el modelo, para tener mayor complejidad geométrica en la discretización.
El umbral de área de contribución se refiere al área mínima que se requiere antes que se canalice el agua en un canal. Mientras más pequeño sea el valor de CSA, mayor será el número de elementos o subcuencas en los que será dividido la cuenca y viceversa.
De este modo, el valor de CSA, es una medida de la complejidad
geométrica a la que la cuenca es discretizada. Información acerca del valor de CSA recomendado aún no se encuentra disponible. Sin embargo, el valor de 2.5% ha producido los mejores resultados en análisis preliminares (Burns, I.S.et al., n.d.).
Como penúltimo paso se le asignó un nombre a la cuenca y se seleccionó el modelo hidrológico a utilizar. Finalmente, se seleccionó la relación hidráulica geométrica. El programa tiene incorporado dos opciones de relaciones hidráulicas. Debido a que no se cuenta con esta información del área de estudio, se utilizó la relación hidráulica geométrica de North Carolina´s Coastal Plain; debido a su mayor similitud con el área de estudio en términos de características ambientales y ecológicas:
• Ancho del canal: 0.0107*(Area)^(0.38) • Profundidad del canal: 0.0015*(Area)^(0.36)
80
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ 2.1.4.2. Parametrización con la cobertura y tipo del suelo
El objetivo de esta etapa fue la extracción de parámetros hidrológicos asociados a los datos de cobertura de suelo y suelo. Por esta razón, fue necesario que los temas de cobertura de suelo y suelo se encuentraran en la vista.
En la parametrización de la cuenca con el tipo de suelo se utilizó la clasificación de suelos de la FAO. Para comprender el proceso, fue necesario conocer como estaba estructurada la clasificación de suelos de la FAO.
El sistema de clasificación de suelo de la FAO, denominado como Soil Map of the World (SMW), consta de 5,000 unidades de mapas (mapping units) y más de 200 unidades de suelo Este sistema es el resultado de la compilación de datos de suelo de cada país del mundo y está arreglado en 10 regiones continentales. Una de estas regiones es América del Norte (Levick et al, n.d).
Los mapas de la FAO están formados unidades de mapa (mapping units) poligonales. Cada una de estas unidades de mapa está asociada a un número único, nombre identificador de suelo y número y unidades de suelo (soil-units) contenida en la unidad de mapa. Cada polígono o unidad de mapa puede estar caracterizado por varios componentes o unidades de suelo en diferentes porcentajes como se muestra en la figura 13:
Figura 13. Unidades de mapeo de la FAO y unidades de suelo para la ponderación de suelo. Fuente: (Burns, I.S. et al., n.d.)
81
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ La parametrización con el tipo de suelo consistió en la extracción de parámetros hidrológicos de las tablas de vista: FAO_World, FAO_Properties, FAO_Summ y kin_lut.dbf y adición de esta información a la tabla de atributos de la cuenca
Para obtener el valor promedio de cada parámetro hidrológico, el modelo realizó una ponderación de área de las propiedades de texturas.
Para obtener un valor promedio, el modelo realizó una ponderación de área de las propiedades de suelo basada en la textura de los suelos. En primer lugar, el modelo buscó el SNUM en el coverage de suelo. Mediante el SNUM, se estableció una relación con la tabla de vista FAO_World, tabla que contenía las unidades de suelo y los porcentajes cada unidad de mapa. Con las unidades de suelo se relacionó esta tabla con las otras tres mencionadas (FAO_Properties, FAO_Summ y kin_lut.dbf) que contienen la textura y otras propiedades de los suelos.
Estas cuatro tablas se complementaron.
El modelo buscó la información en la
primera, luego en la segunda, tercera hasta llegar a la cuarta. La primera estuvo organizada en base a las unidades de mapa. Las dos siguientes estuvieron organizadas en base a las unidades de suelo. La última asoció la textura a parámetros hidráulicos como conductividad hidráulica saturada, capilaridad media y porosidad.
Utilizando la información de la capa superficial, el modelo obtuvo los parámetros hidráulicos asociados a cada unidad de suelo contenida dentro de una unidad de mapa, los ponderó en porcentaje y obtuvo un promedio del parámetro para cada SNUM los que fueron escritos en una tabla temporal que fue adicionada al proyecto.
Para terminar con la parametrización de la cuenca con el suelo, el modelo intersectó los temas: cuenca y suelos, para determinar la composición de cada subcuenca. Si más de un tipo de SNUM intersectó una misma subcuenca, el modelo utilizó el porcentaje de presencia de cada SNUM para obtener un valor promedio de los valores promedio de cada SNUM obtenidos en el paso anterior. adicionados a la tabla de atributos de la cuenca.
82
Finalmente, estos valores son
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ Algunas de las propiedades y parámetros hidrológicos que se encuentraban en estas tablas son: conductividad hidráulica saturada (Ks), profundidad, fragmentos de roca, capacidad de retención de agua disponible (AWC), carbón orgánico (cbn), grupos de suelos hidrológicos, número de capas de suelos, profundidad de suelo.
Finalmente, la parametrización con la cobertura de suelo consistió en derivar los parámetros hidrológicos, número de curva y porcentaje de cobertura, de la tabla nacl_lut.dbf. Este proceso se dió mediante la intersección del grid de la cuenca (grid de los subcuencas o elementos) con el de cobertura de suelo creando un archivo temporal del que se obtuvieron los porcentajes de constitución de cada clase de cobertura en cada elemento de la cuenca. Este porcentaje lo usó el modelo para ponderar los valores de los parámetros hidrológicos de la tabla de vista.
2.1.4.3. Generación de archivo de precipitación
La escritura del archivo de precipitación se realizó por medio de la herramienta “AGWA Tools” y tuvo como objetivo asignar profundidades de precipitación a las subcuencas. Para esto, el tema de las estaciones de precipitación se creó y agregó a la vista del proyecto y así como la tabla de precipitación creada.
El archivo de precipitación escrito o generado por el modelo puede ser de dos tipos: precipitación uniforme o distribuida. El archivo de precipitación es uniforme cuando se utilicen los datos de no más de dos estaciones. Los datos de precipitación uniforme son tomados de la estación más cercana al centro de la cuenca.
El archivo de
precipitación distribuida se deriva de múltiples estaciones y depende de la técnica de ponderación de Thiessen para asignar las profundidades de precipitación adecuadas a todas las subcuencas.
En este caso, se creó un archivo de precipitación uniforme con el fin de poder apreciar de manera más efectiva los efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de las cuencas.
83
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ El archivo de precipitación se creó en base a la información de la estación más cercana al área de estudio.
El modelo SWAT permite la generación del archivo de precipitación considerando la opción de elevaciones de bandas, es decir, los efectos orográficos. Para utilizar esta opción se calculó el intervalo de banda y lapsos de temperatura y precipitación.
Para hacer los cálculos de intervalo de banda se utilizó la siguiente fórmula:
Intervalo de Banda = (Elevación máxima –elevación mínima)/ 9 El modelo permite el uso de hasta 10 intervalos de banda. Se utilizaron 9 bandas para evitar realizar ajustes.
En lo que se refiere a los lapsos de temperatura y precipitación, diferentes estudios han demostrado que existe una variación lineal entre estas variables y la elevación (Craig, n.d.). Como no se contaba con la información de la relación de cambio de la temperatura y precipitación con respecto a la elevación de las áreas de estudios, se asumió una relación lineal al efectuar los cálculos de los lapsos de temperatura y precipitación.
Lapsos = (Dato Estac 1- Dato Estac 2) / (Elevación Estac 1- Elevación Estac 2)
• Datos Estac: dato de precipitación o temperatura de la estación 1 o 2 (University of Maryland, 2000)
Una descripción del procedimiento seguido para los cálculos de los lapsos se presenta en el anexo 7.
El archivo de precipitación generado por el modelo se guardó en la carpeta “rainfall” del proyecto.
84
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ El proceso finalizó con el ajuste de la precipitación y/o temperatura a razón de los efectos orográficos. Datos de elevación y ubicación del tema de las estaciones fue escrita en el archivo de precipitación y utilizada en conjunto con la elevación media de las bandas para el ajuste en cada subcuenca.
2.1.4.4. Generación de archivos de entrada y corrida del programa
Esta etapa consistió en seleccionar los archivos de entrada de las etapas anteriores, el de la cuenca y el de precipitación; así como establecer ciertas condiciones como fecha de inicio y años de simulación. También se seleccionó si se utilizaron datos de temperatura observada o simulada. La primera opción se seleccionó en caso que se cuente con la información.
Se continuó con la asignación de un nombre a la
simulación y la selección de la estación climatológica generadora a partir del archivo wgn.dbf y finalmente, se procedió a la modelación.
2.1.4.5. Despliegue de resultados
Los parámetros de salida del programa son:
1.
Precipitación (mm)
2.
Evapotranspiración (mm)
3.
Percolación (mm)
4.
Escurrimiento superficial (mm)
5.
Pérdida de transmisión (mm)
6.
Producción de agua (mm)
7.
Producción de sedimentos (ton/ha)
8.
Descarga de canales (m3/día)
Los resultados se dan en promedios anuales para cada subcuenca. El despliegue de los mismos se realizó por medio de la herramienta “view swat results” del modelo y seleccionando los archivos de entrada (cuenca y simulación) y el parámetro de salida.
85
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ 2.1.4.6. Modificación de la cobertura de suelo
Para la modelación del escenario de cobertura de suelo modificado se utilizó la herramienta Land Cover Modification Tool.
Hay cuatro formas de realizar la
modificación de cobertura de suelo:
1. Cambiar la cobertura de un área por otro en un área definida por el usuario 2. Cambiar un tipo de cobertura (completa) por un nuevo tipo de cobertura. 3. Analizar un área quemada o mapa de polígono. 4. Cambiar un patrón de cobertura aleatorio a un mapa de polígonos.
En este estudio y para ambas cuencas se utilizaron las opciones 1 y 3, listadas.
Para aplicar la opción 1 (cambio de un tipo de vegetación en un área señalada) se usó la simulación base, realizada con el coverage según la clasificación de la NALC. Para aplicar la opción 3 (cambio de vegetación a vegetación quemada), se utilizó un coverage de cobertura y uso de suelo en base a la clasificación de la MRLC. Para fines comparativos se realizó una segunda simulación base con un coverage de cobertura y uso de suelo basado en la clasificación de la MRLC. Este paso fue necesario debido a que se desconocen los valores de números de curva y cobertura para vegetación quemada de las clases de vegetación de la NALC, no siendo así para las clases de la MRLC.
La reclasificación de la vegetación del INEGI al sistema de la MRLC, así como los resultados de esta simulación base, se presentan en el anexo 10.
Para cada cambio de cobertura se repitieron los pasos de modelación a partir de la parametrización de suelo y cobertura vegetal, exceptuando la generación del archivo de precipitación, ya que se utilizó el mismo archivo generado en la simulación base.
86
Capítulo II. Metodología _____________________________________________________________________ 2.1.4.7. Análisis y presentación de los resultados
Para ambas cuencas, los resultados se presentaron y analizaron individualmente para el escenario de vegetación NALC. La comparación de la simulación base con las simulaciones de los escenarios de cambios de cobertura vegetal se realizó por medio de diferencias porcentuales. De igual manera se realizó para los escenarios de áreas quemadas, pero usando como simulación base la realizada con el coverage de la MRLC por el mismo método.
La presentación de los resultados en diferencia
porcentual permitió comparar los cambios de cobertura y de áreas quemadas.
87
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ CAPÍTULO III. RESULTADOS 3.1. Capas de información
Después de haber comparado las capas de información de edafología y cobertura y uso de suelo de la CONABIO, con las del programa SHFWIN y las digitalizadas (escala 1:250,000 del INEGI), se seleccionaron para la modelación las capas de información digitalizadas debido a que estas poseen el mayor detalle. El Modelo de Elevación Digital seleccionado fue el mosaico elaborado a partir de las imágenes de la página del INEGI. Estas capas de información fueron utilizadas para la simulación de ambas cuencas.
Las características originales de todas las capas de información se presentan en el anexo 6. Las características finales de todas las capas de información utilizadas en las modelaciones son:
• Proyección: UTM • Unidades: Metros • Esferoide: Clarke 1866 • Datum: NAD27 • Zona: 14 La capa de información de límite de la cuenca El Chuveje utilizada, fue la enviada por el Grupo Ecológico de la Sierra Gorda de Querétaro.
3.2. Estación de precipitación y generadora de clima
Se realizó una selección preliminar de 42 estaciones de precipitación de las que se seleccionó la estación de Jalpan SMN para ser utilizada en la modelación hidrológica de ambas cuencas. La estación Jalpan DGE se utilizó, en conjunto con la de Jalpan SMN para estimar lapsos de temperatura y precipitación (ver anexo 7).
88
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Ambas estaciones (Jalpan DGE y SMN) son las más cercanas al área de estudio (ver figura 14) con las mismas coordenadas de latitud y longitud, pero difieren en la elevación de ubicación y en los años de registros. La estación de Jalpan SMN tiene un período de registro más extenso, otra razón por la que seleccionó (ver tabla 35).
En la figura 14 se puede observar que estas estaciones están ubicadas dentro de la cuenca Arroyo Real y son las más cercanas a la cuenca El Chuveje.
De igual manera, se realizó una selección preliminar de las estaciones meteorológicas automáticas más cercanas a ambas cuencas. De las siete estaciones resultantes, se seleccionó la estación de Huichapan para ser utilizada en la modelación hidrológica de ambas cuencas. (ver figura 15)
Las características de las estaciones Jalpan SMN y Huichapan se describen en la tabla 14.
Tabla 14. Características de las estaciones usadas en la modelación hidrológica de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real Clave
22008
HI03
Nombre
Jalpan (SMN)
Huichapan
Latitud
21.22
20.39
Longitud
-99.47
-99.66
Elevación (m)
754
2080
Estado
Querétaro
Hidalgo
Inicio
Jan-42
2004
Final
Nov-95
2005
Años Sin Registros
1961-1968
Ninguno
Uso en la modelación
precipitación y temperatura
generadora de clima
89
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 14. Estaciones climatológicas (ERIC II) y cuencas El Chuveje y Arroyo Real en la Reserva Sierra Gorda de Querétaro
90
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 15. Estaciones meteorológicas automáticas (EMAS) y cuencas El Chuveje y Arroy Real en la subcuenca del río Santa María Bajo.
91
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ 3.3. Características de las modelaciones hidrológicas
Para la modelación hidrológica de ambas cuencas, El Chuveje y Arroyo Real, se utilizó la herramienta AGWA, específicamente el programa SWAT.
Para ambas cuencas, se utilizaron: las relaciones hidráulicas de North Carolina Coastal Plains (ver metodología), las elevaciones de bandas para crear el archivo de precipitación y temperatura observada para la simulación.
Otras caracterísicas de la modelación hidrológica se presentan en la tabla 15:
Tabla 15. Características de las modelaciones hidrológicas de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real Cuencas Características de Simulación
El Chuveje
Arroyo Real
Área de contribución
625 Ha (13.5% de área)
886 Ha (6.2% de área)
Intervalo de banda
176
167
Ajuste de intervalo de banda
1
1
Lapso de precipitación
1.3 mm/km
1.3 mm/km
Lapso de temperatura
0.8 ºC/km
0.8 ºC/km
Fecha inicial de simulación
1/1/1943
1/1/1943
Número de años simulados
52
52
anual
Anual
Frecuencia de salida de resultados
3.4. Descripción general de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real
La descripción de las áreas de estudios: cuencas El Chuveje y Arroyo Real que se presenta a continuación esta dada en base a la información geográfica generada a partir de la cartografía digitalizada (INEGI), capas de información obtenidas del servidor de la CONABIO e INEGI, información enviada por el Grupo Ecológico de la
92
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Sierra Gorda y Plan de Manejo de la Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro (INE, 1997).
Las cuencas El Chuveje y Arroyo Real se encuentran ubicadas en la parte sur de la Reserva. La superficie total de las cuencas es de 45,17 km2 (45,171,449.95 m2) y 143,41 km2 (143,409,229.52 m2) para El Chuveje y Arroyo Real, respectivamente. Ninguna de las cuencas está ubicada dentro de alguna de las áreas núcleos de la Reserva (ver figura 16).
La cuenca El Chuveje se encuentra en su totalidad dentro del municipio de Pinal de Amoles, mientras que la cuenca Arroyo Real se encuentra principalmente dentro del municipio de Jalpan de Serra, Pinal Amoles y una pequeña área en Landa de Matamoros (ver figura 17).
Las cuencas El Chuveje y Arroyo Real se encuentran dentro de la subcuenca del río Santa María Bajo, que a su vez pertenece a la cuenca del río Tamauín dentro de la región hidrológica del Panúco RH-26.
93
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 16. Áreas núcleo de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro y cuencas El Chuveje y Arroyo Real
94
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 17. Municipios de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro y de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real
95
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ 3.4.1. Descripción de la cuenca El Chuveje
La cuenca El Chuveje se caracteriza por la dominancia de suelos del tipo luvisol crómico asociado a luvisol crómico y litosol (suelos secundarios) en un 78.49% de la superficie total y con menor área, 21.51% de la superficie total de la cuenca, el regosol eútrico asociado a fluvisol eútrico (suelo secundario).
La textura que
caracteriza a toda la cuenca es la fina o arcillosa (ver figura 20).
En lo que a uso y cobertura de suelo se refiere, esta cuenca se caracteriza por la dominancia de tres tipos de vegetaciones: bosques de encino (28.16%) y de pino encino (23.61%) y pastizal inducido (21.18%). La vegetación menos predominante es el bosque de pino (2.12%) (ver tabla 16 y figura 18).
Tabla 16. Porcentaje de cobertura y uso de suelo de la cuenca El Chuveje
Vegetación NALC
%
Vegetación INEGI
%
Agricultura
11.41
Agricultura
11.41
Bosque
25.73
Bosque pino
2.12
Bosque pino encino
23.61
Pastizal
21.28
Pastizal inducido
21.28
Bosque de Roble
41.58
Bosque encino
28.16
Bosque encino pino
13.41
En base al sistema de clasificación de cobertura y uso de suelo de la NALC y la reclasificación realizada, el tipo de vegetación dominante en esta cuenca son los bosques de robles (oakwoodland) cubriendo casi la mitad de la superficie total de la cuenca (41.58%). Los bosques y pastizales cubren un porcentaje similar de superficie y la agricultura cubre menos área, pero con un porcentaje no despreciable (11.41%) (ver figura 21).
96
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 18. Vegetación de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real según la clasificación del INEGI La cuenca El Chuveje se caracteriza por elevaciones de 1,038 a 2,628 metros. Sus áreas de mayor elevación están en la parte suroeste.
Las partes bajas se ven
representadas por una franja delgada que se extiende del norte al sur-este de la cuenca (ver Figura 19).
3.4.2. Descripción de la cuenca Arroyo Real
La cuenca Arroyo Real presenta una composición de suelos más compleja y variada que la cuenca El Chuveje. Se caracteriza por la dominancia de la combinación de suelo regosol eútrico con fluvisol eútrico en un 30.75% de la superficie total. Sin embargo, el suelo dominante que predomina en la cuenca es el luvisol crómico, encontrándose en dos combinaciones una de 20.48% y otra de 23.53%. Los únicos 97
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ que no se encuentran asociados a suelos secundarios son el cambisol cálcico y el regosol calcárico. Por otro lado, para la combinación de suelo litosol más rendzina se encuentran dos tipos de textura (ver figura 31)
Tabla 17. Composición porcentual edafológica de la cuenca Arroyo Real Porcentaje
Suelo
Textura
1.55
Cambisol cálcico
3
0.04
Litosol+rendzina
2
17.56
Litosol+rendzina
3
(%)
20.48
23.53 6.09 30.75
Luvisol crómico+luvisol órtico+litosol Luvisol crómico+rendzina+litosol Regosol calcárico Regosol eútrico+fluvisol eútrico
3
3 3 3
En esta cuenca la vegetación dominante es la selva baja caducifolia. Este tipo de vegetación cubre un poco menos de la mitad de la superficie total de la cuenca (41.91%). La vegetación menos dominante es el pastizal inducido (3.45%). El porcentaje de cobertura por cultivos agrícolas tiene un valor muy similar al de la cuenca El Chuveje (11.49%). De igual manera sucede con la composición de bosques de encino y encino pino. Sin embargo, en la cuenca Arroyo Real no se presentan bosques de pino ni de pino encino (ver figura 18).
98
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Tabla 18. Porcentaje de cobertura y uso de suelo de la cuenca Arroyo Real Vegetación NALC Agriculture
11.49
Forest
41.91
Grassland
3.45
Oak woodland
Vegetación
%
INEGI Agricultura Selva baja caducifolia
43.15
% 11.49 41.91
Pastizal inducido
3.45
Bosque encino
27.65
Bosque encino pino
15.49
En base a la reclasificación de vegetación realizada (INEGI a la NALC), la mayor parte de la cuenca Arroyo Real está cubierta por bosque y bosques de robles en porcentajes muy aproximados (41.91% y 43.15%). El área restante se distribuye en agricultura (11.49) y pastizales (3.45%), superando notablemente la cobertura por cultivos agrícolas (ver figura 32).
La cuenca Arroyo Real presenta menores elevaciones que la cuenca El Chuveje y van de 720 a 2225 m. En la cuenca Arroyo Real predominan áreas de menor elevación, estás se extienden desde la parte noroeste al Sureste. (ver figura 30).
3.5. Resultados de la cuenca El Chuveje 3.5.1. Descripción de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
La delineación y discretización de la cuenca se realizó en base al grid de dirección de flujo, grid de acumulación de flujo, DEM y shapefile de límite de la cuenca. El modelo SWAT discretizó la cuenca El Chuveje en 11 subcuencas (ver figura 19) de área máxima de contribución igual a 625 ha. Cada subcuenca está identificada por un número único asignado por el modelo SWAT. El número de segmentos de ríos resultantes es de 7 y cada uno está identificados por un número que coincide con el de la subcuenca en el que se encuentren.
99
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Los resultados de la cuenca El Chuveje presentados en el anexo 8 muestran que las subcuencas presentan extensiones superficiales de diferente amplitud. La subcuenca 64 es la más pequeña de todas, con una extensión de 60,953.15 m2. La subcuenca de mayor tamaño es la 41 y posee una superficie de 8.56 km2.
Los valores medios estimados de pendiente y elevación para cada subcuenca son realizados por el modelo en base a promedios estadísticos. En cuanto a la pendiente media, la subcuenca 64 presentó el menor valor y la 74, el mayor valor. Las otras dos subcuencas con mayores valores de pendiente media son la 54 y 44.
Por otro lado, la mayor elevación promedio la presentan las subcuencas 31 y 41 y la menor elevación promedio la presentan las subcuencas 64 y 54. Esta última es la subcuenca de salida. En el mapa de elevación digital (Figura 19) se puede observar que las partes más bajas de la cuenca El Chuveje se encuentran en las subcuencas 54, 64, 14, 24 y 74.
100
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 19. Modelo de elevación digital y subcuenca de la cuenca El Chuveje
101
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Como se puede observar en el mapa de Edafología de la cuenca El Chuveje (figura 20) y en la tabla 19, todas las subcuencas, excepto la 31, 41 y 64, se caracterizan por dos combinaciones de suelo.
Tabla 19. Composición de suelo de las subcuencas de la cuenca El Chuveje % composición Subcuenca
Lc+Lo+I
Re+Je
11
95.49
4.51
14
29.26
70.74
21
90.37
9.63
24
17.22
82.78
31
100.00
34
79.56
41
100.00
44
92.00
8.00
54
29.93
70.07
64 74
20.44
100.00 53.50
46.50
En estos casos, el modelo selecciona la combinación de suelo para cada subcuenca según la dominancia.
Esta combinación es la que determinará algunas de las
características hidrológicas de la subcuenca.
Los suelos que caracterizan cada subcuenca según el modelo SWAT se presentan a continuación:
102
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Tabla 20. Características de suelo asignados por AGWA a las subcuencas de la cuenca El Chuveje. Suelo ID #Subc.
(SNUM)
64
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
54
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
24
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
14
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
21
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
74
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
44
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
34
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
31
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
11
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
41
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
Suelos
Textura
• # Subc: número de subcuenca • Suelo ID (SNUM): # identificación de suelo según la FAO; unidad numérica de mapeo de la FAO (FAO mapping unit number); código secuencial, único para cada unidad de mapa de suelo
En las subcuencas 64, 24, 54 y 14, el modelo asignó la combinación de regosol eútrico y fluvisol eútrico indicando que esta es la combinación dominante en estas subcuencas.
El mapa de vegetación (figura 21) muestra la cobertura vegetal que caracteriza a cada una de las subcuencas. Para conocer los porcentajes de cobertura vegetal en cada subcuenca se realizó un cálculo de las áreas dando como resultado los presentados en la tabla 21:
103
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Tabla 21. Porcentaje de composición de la vegetación según la clasificación NALC de las subcuencas de la cuenca El Chuveje % de composición de cobertura vegetal
No.
Subcuenca Agricultura Pastizal Bosque 11
22.58
14 21
8.71
roble
30.04
47.38
12.25
87.75
48.05
24
Bosque
27.10
12.41
16.14 87.59
31
21.11
10.07
65.09
3.73
34
0.43
24.24
32.24
43.09
41
8.29
25.40
40.70
25.60
44
6.52
4.37
10.78
78.32
54
15.78
4.72
15.91
63.59
64
100.00
74
4.07
95.93
Las subcuencas 24, 74, 14, 44 y 54 están dominadas por bosque de roble con valores entre 63 y 95.93 %. La subcuenca 11 y 34 también está dominada por bosques de robles pero en menores porcentajes, 47.38% y 43.09%. La subcuenca 64 está cubierta en su totalidad por esta vegetación. La subcuenca 31 y 41 se caracteriza por la dominancia de bosques en un 65.09% y 40.70%. La subcuenca 21 está dominada de pastizales en un 48.05 %.
Las subcuencas 14, 74 y 24 están constituidas de bosques de robles y pastizales, solamente.
El resto de las subcuencas se caracterizan por cobertura de bosque,
bosque de roble, pastizales y agricultura temporal; con alguno de estos tipos de vegetación ocupando más del 40% de área.
104
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 20. Edafología de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
105
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 21. Vegetación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje adaptada a la clasificación: North American Land Cover Characterization (NALC)
106
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ 3.5.2. Resultados de la simulación base
Precipitación Los mayores valores de precipitación de la cuenca El Chuveje se presentaron en las subcuencas 31 y 41 con valores de 869.32 y 862.93 mm, respectivamente.
Figura 22. Precipitación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
107
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Muchas variables influyen en la precipitación, principalmente, se puede mencionar la temperatura y la presión de vapor, esta última a su vez está asociada a la humedad relativa.
La velocidad y dirección del viento y la radiación solar, también son
variables de gran influencia.
En el caso del modelo SWAT, el modelo calcula la precipitación en base a los datos climatológicos que se le proporcionan. Básicamente, en base a las probabilidades de un día húmedo después de uno seco y un día húmedo después de uno húmedo.
Sin embargo, un criterio utilizado en este estudio para la generación de la precipitación en las cuencas es la elevación. En la medida en que la elevación aumenta, aumenta la cantidad de agua precipitada. Este comportamiento ha sido comprobado en estudios de otras cuencas y es el resultado de las variaciones climatológicas consecuencia de las variaciones de elevación.
Por ejemplo, la
disminución de la temperatura a medida que aumenta la elevación.
En la figura 22 se puede observar que las cuencas 31 y 41, de mayor precipitación, (869.32 y 862.93), poseen las mayores elevaciones (2,091.98 y 2,018.96 m); y la cuenca 64, de menor elevación (1,315.15 m), menor precipitación (805.71 mm).
108
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
875
2000
850
1500
825
1000
800
500
775
0
750
m
2500
64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
mm
Elevación y Precipitación De Las Subcuencas Del Chuveje
31
No. Subcuenca Elevación (m)
Pcp (mm)
Gráfica 1. Elevación y precipitación de las subcuenca de la cuenca El Chuveje Pcp: Precipitación
A pesar de las diferencias, la precipitación entre las subcuencas no presentó mayor variación (ver gráfica 1). La diferencia relativa entre el valor máximo y mínimo de precipitación es de tan solo 7.33%. En términos de porcentaje de precipitación media, la cuenca 31 recibe un aporte de 9.41 % y la cuenca 64 de 8.72%.
Evaporación La evapotranspiración es el primer proceso por medio del cual el agua deja la superficie de la tierra. El agua que precipita es interceptada por el dosel de la vegetación para luego evaporarse. La cantidad de agua interceptada (que se evapora) y la transpirada dependerá del tipo de vegetación, morfología y edad de la cobertura vegetal.
La cantidad de agua transpirada también depende indirectamente de
variables climatológicas como humedad relativa, presión de vapor y velocidad el viento.
Por último, la cantidad de agua que se evapora del suelo dependerá
principalmente de la biomasa y residuo sobre el suelo.
109
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ La subcuenca que mayor evapotranspiración presentó es la 24 con un valor de 481.30 mm. Le siguen en valor de evapotranspiración las subcuencas 14, 54 y 64 (478.15, 477.6 y 474.15 mm).
La subcuenca 64 está totalmente dominada por bosques de robles. De igual manera, ocurre para las subcuencas 24 y 14 en porcentajes superiores a 87%, con la diferencia que estas también poseen pequeñas extensiones de pastizales.
La subcuenca 54
también está dominada por bosques de robles, pero en menor porcentaje, 63.59%; además, posee extensiones de bosques, agricultura y pastizales.
Evapotranspiración y Cobertura Vegetal de las Subcuencas De La Cuenca El Chuveje 120%
485
100%
480
470 60%
465
40%
mm
475
80%
460
20%
455
0%
450 64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
31
No Subcuencas Agricultura
Pastizal
Bosque
Bosque roble
ET (mm)
Gráfica 2. Evapotranspiración y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ET: Evapotranspiración
Las subcuencas de mayor evapotranspiración (24, 14, 54, y 64) poseen los menores valores de porcentajes de cobertura (ver figura 23). Estos valores fueron asignados por el modelo en base a valores de porcentaje de cobertura o área de intercepción de las clases de vegetación de la NALC (ver figura 9). Según estos datos, el mayor porcentaje de cobertura o área de intercepción le corresponden a los cultivos
110
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ agrícolas, seguido de bosques, pastizales y por último, bosques de roble.
Estos
porcentajes de cobertura fueron obtenidos en base a un estudio previo realizado en el Suroeste de los Estados Unidos (consulta a
[email protected], junio 2006).
Figura 23. Evapotranspiración de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
111
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Sin embargo, la subcuenca 74, de menor valor de evapotranspiración (460.81 mm), presentó también bajo porcentaje de cobertura.
Esta subcuenca 74 también está
dominada por bosque de roble en un 95.93%, en porcentaje de composición mayor en comparación a las otras subcuencas, exceptuando la 64. El valor de porcentaje de cobertura calculado por el modelo es de tan solo 20.18%, superando solamente al de la subcuenca 64. La subcuenca 74 es la cuarta subcuenca de menor elevación y precipitación.
La cantidad de agua que resulta de la evapotranspiración es producto de tres procesos, uno de los cuales depende el porcentaje de cobertura del dosel o cobertura de intercepción. El hecho que algunas de las subcuencas con mayor evapotranspiración presentaran de los más bajos porcentajes de cobertura sugiere que en estas subcuencas se da mayor transpiración por parte de las plantas y/o evaporación de agua del suelo.
En cuanto a la elevación media, las subcuencas 64, 14 y 54 son las de menor elevación y precipitación.
La subcuenca 24 es la quinta de menor valor de
precipitación y elevación. El hecho que las subcuencas de mayor evapotranspiración presentaran las menores elevaciones, y considerando la diferencia climatológica en función de la elevación (tal y como se consideró en la generación del archivo de precipitación) se pude suponer que estas subcuencas tenían mayor temperatura, variable que favorece la evapotranspiración. Cabe mencionar que estas subcuencas registraron las menores precipitaciones.
A pesar de las diferencias señaladas, la evapotranspiración presenta menor variación. Como ya se mencionó, la subcuenca que mayor evapotranspiración presenta es la 24, con valores de 481.30 mm de agua. La subcuenca con menor evapotranspiración fue la número 74, con un valor de 460.81 mm. Del porcentaje total evapotranspirado por la cuenca El Chuveje, a la subcuenca 24 le corresponde un 9.32% y a la cuenca 74 un 8.93%. El cambio porcentual máximo es de 0.39%.
112
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Percolación La mayor percolación la presentaron las subcuencas 64, 24 y 14 con valores de 277.59, 275.62 y 269.11 mm, respectivamente (ver figura 24).
Figura 24. Percolación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
113
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ El modelo AGWA-SWAT utiliza las siguientes fórmulas para calcular la cantidad de agua que percola:
W perc, ly = SW ly, excess (1- exp ( - ∆t/TT perc)) SW ly, excess = SW ly – FC ly, Si SW ly > FC ly, SWly, excess = 0, Si SW ly < = FC ly TT perc = (SAT ly – FC ly) / Ksat FC ly = WP ly + AWC ly •
W perc, ly - Contenido de agua que se mueve a la siguiente capa
•
SW excess, ly - volumen de agua drenable en la capa de suelo determinado día
•
SW ly - Contenido de agua de la capa de suelo determinado día.
•
∆t - longitud del paso tiempo (hrs)
•
TT perc - tiempo de viaje para la percolación. Es único para cada capa
•
SAT ly - cantidad de agua en el suelo cuando está saturada (mm)
•
FC ly - capacidad de campo (mm)
•
Ksat - conductividad hidráulica saturada (mm/hr)
Como se puede observar, la percolación está basada en las características hidráulicas de los tipos de suelos y su textura; pero también considera las variables de interacción suelo-planta como capacidad de campo, cantidad de agua disponible y punto permanente de marchitación.
Las subcuencas que presentaron los mayores valores de percolación están formadas principalmente o en su totalidad por regosol eútrico y fluvisol eútrico (62, 24, 14 y 54). El resto de las subcuencas están caracterizadas por luvisol crómico, luvisol órtico y litosol. La textura de todos los suelos es fina.
114
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
300
120
250
100
200
80
150
60
100
40
50
20
0
%
Percolación, Conductividad Hidráulica y Edafología
0 64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
31
No. Subcuencas Lc+Lo+I
Re+Je
ks x 100 (mm/hr)
Perc (mm)
Gráfica 3. Percolación, conductividad hidráulica y edafología de las subcuenca de la cuenca El Chuveje
•
Lc+Lo+I: Luvisol crómico + luvisol órtico + litosol
•
Re + Je: Regosol eútrico + fluvisol eútrico
•
Perc: Percolación. Eje Y primario
•
Ks: Conductividad Hidráulica. Eje Y primario
Como se mencionó anteriormente, en base a la composición de suelo y textura se derivan los parámetros o características hidráulicas como la conductividad hidráulica. Las subcuencas 64, 24 y 14 son las que presentan mayores valores de conductividad hidráulica: 1.79, 1.71 y 1.66 (mm/hr), factor que influye en la velocidad de flujo del agua a través de la capa de suelo (ver gráfica 3).
La cobertura vegetal de estas subcuencas está dominada por bosque de roble en porcentajes que van de 63.59% a 100.00 %. De estas subcuencas, la subcuenca 54 es la que menor porcentaje de composición de bosque de roble posee (63.59%).
115
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
120%
300
100%
250
80%
200
60%
150
40%
100
20%
50
mm
Percolación y Cobertura Vegetal De Las Subcuencas De La Cuenca El Chuveje
0
0% 64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
31
No. Subcuencas Agricultura
Pastizal
Bosque
Bosque roble
Perc (mm)
Gráfica 4. Percolación y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca El Chuveje Perc.: Percolación
Se observa que las subcuencas de mayor percolación tienen mayor proporción de composición de bosque de roble y baja composición de otros tipos de cobertura. En cuanto a la cobertura o área de intercepción, las subcuencas de mayor percolación presentaron menores porcentajes de área de intercepción.
Por otro lado, se puede observar que las subcuencas 74, 24, 54 y 14 (en ese orden) tienen pendientes entre 54 y 65%, las mayores en comparación a las otras subcuencas. A pesar de esto son de las subcuencas de mayor percolación. Por el contrario, la subcuenca 64, presentó el tercer valor más bajo de pendiente. Todas estas subcuencas presentaron las elevaciones medias más bajas.
Comparando las subcuencas 54 y 74, se puede observar que a pesar que la subcuenca 54 está formada mayormente por regosol eútrico y fluvisol eútrico (al igual que las subcuenca 64, 24 y 14) y tiene mayor conductividad hidráulica que la subcuenca 74; la subcuenca 74 presentó mayor percolación (ver gráfica 2). Pero la subcuenca 74
116
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ recibe mayor precipitación (828.19 mm) que la subcuenca 54 (819.87 mm) y menor evapotranspiración (460.81 mm, 74 y 477.66, 54 mm). Adicionalmente, la subcuenca 74 tiene mayor composición de bosque de roble y no tiene cobertura agrícola. También tiene mayor pendiente y elevación que la 54.
Se infiere que la
evapotranspiración, precipitación y composición de cobertura vegetal son las causantes del comportamiento entre estas dos subcuencas e influyen en los resultados de percolación obtenidos.
En base al análisis de las diferentes características biofísicas y la base teórica del modelo se puede inferir, en el caso de esta modelación hidrológica, que la percolación depende de la textura y tipo de suelo y de la cobertura vegetal. La combinación de suelos regosol eútrico y fluvisol posee mejores propiedades de retención de agua que la combinación de luvisol crómico, órtico y litosol. A estas características biofísicas se debe la mayor percolación de las subcuencas 64, 24 y 14.
Escurrimiento El mayor escurrimiento se dio en las subcuencas 31, 21 y 41 con valores de 237.18, 221.33 y 119.48 mm de agua. La menor cantidad de agua escurrida, 42.22 mm, la presentó la subcuenca 64, seguida por la 24 y 14. Estos resultados son contrarios a los obtenidos para la percolación ya que el agua que percola no escurre.
117
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 25. Escurrimiento de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
118
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ El escurrimiento depende de variables como la pendiente, elevación, suelo, textura y cobertura y uso de suelo, además de la intensidad y la duración de un evento de lluvia.
El modelo SWAT utiliza el método del número de curva para calcular el escurrimiento. El método de número de curva relaciona el tipo y/o textura de suelo, según sus propiedades hidrológicas, y cobertura vegetal. A mayor número de curva mayor es el escurrimiento. En el caso del modelo AGWA-SWAT el número de curva se determina en base a la textura del suelo y a la composición de cobertura de vegetal.
Adicionalmente, para que el escurrimiento tenga lugar, es necesario que precipite una mínima cantidad de agua. A continuación se presenta la ecuación matemática usada por el modelo para estimar el escurrimiento:
Q = (R – 0.2 S) ^2 / (R + 0.8 S), donde R > 0.2S, Q = 0 si R ≤ 0.2 S S= 254 ((100/CN) – 1)
•
R - precipitación
•
S - parámetro de retención relacionado con el # curva, potencial de humedad
Las subcuencas de mayor escurrimiento presentaron también mayor precipitación, variable de la que depende directamente el escurrimiento.
La cobertura vegetal que caracteriza a estas subcuencas es variada, sin embargo, son las subcuencas que presentan menor composición de bosque de roble, además de poseer extensiones agrícolas y pastizales.
La subcuenca 21 está dominada por
pastizales en un 48.05%. La subcuenca 31 está dominada por bosques en un 65.09% pero tiene un composición agrícola de 21.11%. La subcuenca 41 está dominada por bosque en un 40.70% y también posee bosque de roble y cultivos agrícola en un 25.60 y 8.29%.
119
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Escurrimiento, CN y Cobertura Vegetal De Las Subcuencas De La Cuenca El Chuveje 120%
250
100%
200
80%
150
60% 100
40% 20%
50
0%
0 64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
31
No. Subcuencas Agricultura
Pastizal
Bosque
Bosque roble
Esc S. (mm)
CN
Porcentaje Cobertura
Gráfica 5. Escurrmiento y cobertura vegetal de la subcuencas de la cuenca El Chuveje •
Esc. S.: Escurrimiento superficial. Eje Y secundario
•
CN: Número de curva. Eje Y secundario
La composición de la vegetación y la textura de las combinaciones de los suelos determinan el número de curva que el modelo asigna a cada subcuenca. A mayor número de curva, mayor potencial de escurrimiento, criterio que se ve reflejado en los resultados obtenidos.
Los resultados de la gráfica 5 señalan que los suelos de la cuenca El Chuveje tienen menor potencial de escurrimiento si están cubiertos por bosques de robles y mayor potencial de escurrimiento si están cubiertos por cultivos agrícolas.
120
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Escurrimiento, CN y Edafología 120
250
100
200
80 60
%
150 100 40 50
20 0
0 64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
31
No. Subcuencas Lc+Lo+I
Re+Je
CN
Esc S. (mm)
Gráfica 6. Escurrimiento y número de curva de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
•
Lc+Lo+I: Luvisol crómico + luvisol órtico + litosol
•
Re + Je: Regosol eútrico + fluvisol eútrico
•
CN: Número de curva. Eje Y primario
•
Esc S.: escurrimiento superficial. Eje Y primario
Las subcuencas de mayor escurrimiento coinciden con las subcuencas de mayor precipitación. Sin embargo, considerando que la diferencia entre las precipitaciones máxima y mínima (869.32 mm, subcuenca 31 y 805 mm, subcuenca 64), se infiere que esta variable no es la determinante en los resultados de escurrimiento.
Por otro lado, no se observa una relación entre las pendientes medias de las subcuenca y los resultados de escurrimientos, pero si con las elevaciones medias.
Las
subcuencas con mayor elevación media son las de mayor escurrimiento.
En la gráfica 6, se puede observar que la subcuenca 74 posee un número de curva menor que la subcuenca 54, pero su valor de escurrimiento es mayor. La subcuenca 121
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ 74 se le asigno un número de curva y valor hidráulico menor que el de la subcuenca 54, pero mayormente difieren en la composición de cobertura vegetal. La subcuenca 74 posee mayor composición vegetal de bosques de robles (95.93%), razón a la que se infiere se debe el menor número de curva. La subcuenca 54, posee 63.59% de bosques de robles y 15.91% de bosques, pero tiene 15% de cobertura agrícola. Otros factores que influyen en el mayor escurrimiento de la subcuenca 74 son la mayor precipitación incidente, pendiente y elevación.
Considerando el método que utiliza el modelo para estimar el escurrimiento, se infiere que las variables determinantes en los resultados de escurrimiento son la cobertura vegetal y uso de suelo, textura y tipo de suelo y precipitación.
Desde un contexto general, la elevación y la pendiente también tienen influencia en el potencial de escurrimiento.
En el caso del modelo AGWA-SWAT, estas dos
variables no son consideradas en la ecuación con la que se estiman los escurrimientos.
De la gráfica 4, se puede concluir que las subcuencas 31, 21 y 41 tienen menor capacidad para retener agua que el resto de las subcuencas. Por el contrario, las subcuencas que tienen mejores características para retener agua son las 64, 24 y 14. Estas características son producto de las propiedades de los suelos (como textura) y cobertura vegetal, principalmente.
Producción de sedimentos En la gráfica de producción de sedimentos se observan dos grupos de resultados. El primer grupo (74, 44, 34, 11, 41, 21 y 31) con valores entre 166 y 92 ton/ha y el segundo grupo (64, 24, 14 y 54) con valores entre 0.02 y 6.3 ton/ha (ver gráfica 7).
Las subcuencas con mayor producción de sedimentos coinciden con las subcuencas que presentan mayor escurrimiento y menor percolación, pero en diferente orden (31, 41 y 21). De igual manera, las subcuencas con menor producción de sedimentos coinciden con las subcuencas de menor escurrimiento (64, 14 y 24) y mayor percolación.
122
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Los valores más altos de producción de sedimentos son: 165.72, 174.04 y 124.15 ton/ha y corresponden a las subcuencas 31, 21 y 41.
Figura 26. Producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
123
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ La producción de sedimentos se da cuando hay escurrimiento. El modelo estima la producción de sedimentos en base a la ecuación de MUSLE. Esta ecuación usa la cantidad de escurrimiento superficial para simular erosión y producción de sedimentos para cada HRU:
Sed = 11.8 (Q suf * q peak * area HRU) ^0.56 * (K usle * C usle * P usle * LS usle * CFRG)
•
K usle - factor de erodabilidad.
Fórmula para calcular el factor de
erodabilidad cuando el cieno y arena forman un 70% del tamaño de la partícula. Usa el contenido de materia orgánica y permeabilidad en su fórmula •
C usle - factor de cobertura y manejo. Disminución de la fuerza erosiva de las gotas de lluvia debido a la intercepción del dosel y hojarasca
•
P usle - factor de prácticas de soporte. Efecto de las actividades como terrazas o agricultura
•
LS usle - factor de topografía. Es el radio de pérdida del suelo
•
C FRG - factor de fragmento tosco – granular
El suelo desprendido por el golpe de las gotas de lluvia y fricción del agua por escorrentía es transportado a los canales de drenaje y sacado de la cuenca o despositados en el cauce.
El grupo de subcuencas con altos valores de producción de sedimentos ( 31, 41, 21, 11, 34, 44 y 74) están formadas mayormente o totalmente por luvisol crómico, luvisol órtico y litosol; y las de menor producción de sedimentos, por regosol eútrico y fluvisol eútrico. Dependiendo del tipo de suelo varía el contenido de arena y limo y por ende el factor de erodabilidad.
124
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
120 100 80 60
%
ton/ha
Producción de Sedimentos, Conductividad Hidráulica y Edafología
40 20 0 64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
31
No. Subcuencas Lc+Lo+I
Re+Je
P. Sed (ton/ha)
Gráfica 7. Producción de sedimentos y edafología de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
•
Lc+Lo+I: Luvisol crómico + luvisol órtico + litosol
•
Re + Je: Regosol eútrico + fluvisol eútrico
•
P.Sed.: Producción de sedimentos
Las subcuencas de menor producción de sedimentos están dominadas por bosques de robles. Sin embargo, las subcuencas 74 y 44, de alta producción de sedimentos, también están dominadas por bosques de robles, pero están formadas por otro tipo de suelo (luvisol crómico, órtico y litosol).
Los porcentajes de cobertura o intercepción no presentan un patrón de comportamiento relacionado con la producción de sedimentos. Sin embargo, las subcuencas de mayor producción de sedimentos (31, 21, 41, 11, 34 y 44) presentaron mayores porcentajes de cobertura, excepto en el caso de la subcuenca 74, que presentó bajo porcentaje de cobertura.
125
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Producción de sedimentos, Porcentaje de Cobertura y Cobertura Vegetal De Las Subcuencas De La Cuenca El Chuveje 200
120% 100%
150 100
60%
ton/ha
80%
40% 50 20% 0
0% 64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
31
No. Subcuencas Agricultura
Pastizal
Bosque
Bosque roble
P. Sed (ton/ha)
Porcentaje Cobertura
Gráfica 8. Producción de sedimentos y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca El Chuveje. P. Sed: Producción de sedimentos
A pesar que la subcuenca 74 tiene mayor porcentaje de composición de bosque de roble (95.93%) que la subcuenca 44 (78.32%), la primera presentó mayor producción de sedimentos. Se infiere que la razón de este resultado puede ser por la mayor pendiente de la subcuenca 74.
De igual manera, las subcuencas 74 y 44 presentaron mayores valores de producción de sedimentos que las subcuencas 34 y 11, aunque en las primeras dominaban los bosques de robles. Nuevamente, las pendientes de las primeras son mayores.
Las subcuencas con menor producción de sedimentos y escurrimientos son las que presentaron mayor percolación, ubicadas en la parte baja de la cuenca El Chuveje y con menores elevaciones.
126
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Pérdidas por transmisión Las subcuencas que presentaron mayores pérdidas por transmisión son las 31, 34 y 21 con valores de: 85.63, 74.86 y 72.86 mm de agua. Las que presentaron menores pérdidas por transmisión son las 24, 54 y 14 con valores de 25.65, 26.81 y 27.92 mm de agua.
Las pérdidas por transmisión se dan en arroyos efímeros o intermitentes donde la contribución de agua subterránea ocurre sólo en ciertos períodos del año o nunca. La clasificación de un arroyo como efímero o intermitente depende la contribución de agua subterránea que recibe el arroyo. Durante períodos en los que los arroyos no reciben contribución de agua subterránea, se dan las pérdidas del canal vía transmisión a través de los lados y fondo del canal.
SWAT usa el método de Lane para estimar las pérdidas por transmisión. En este método, las pérdidas por transmisión son función de la anchura y longitud del canal y de la duración de flujo. Las abstracciones o pérdidas por transmisión reducen el escurrimiento a medida que el flujo viaja arroyo abajo. El pico de escurrimiento y el escurrimiento son ajustados después de haber calculados las pérdidas por transmisión. La fórmula utilizada es la siguiente:
Tloss = Kch * TT * Pch* Lch
•
T loss – pérdidas por transmisión del canal (m3)
•
Kch – conductividad hidráulica efectiva del canal alluvium
•
TT – velocidad de flujo (mm/hr)
•
Pch – perímetro mojado (m)
•
Lch- longitud del canal (km)
Se asume que las pérdidas por transmisión del escurrimiento percolan en los acuíferos someros.
127
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 27. Pérdidas por transmisión de las subcuencas de la cuenca El Chuveje Las subcuencas de mayores pérdidas por transmisión coinciden con las subcuencas de mayor escurrimiento, mayor elevación media y precipitación. Estas subcuencas se caracterizan por la combinación de suelo luvisol crómico, luvisol órtico y litosol y por
128
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ cobertura vegetal variada: bosques de robles, pastizales y cultivos agrícolas. Lo que menos predominan son los bosques de roble. En lo que respecta a la pendiente, estas subcuencas tienen de las pendientes más bajas.
Producción de agua Las subcuencas de mayor producción de agua son las que contribuyen con mayor flujo de agua al canal principal durante el paso del tiempo, producto de los escurrimientos, flujo lateral y aporte de agua subterránea.
El modelo estima la producción de agua mediante la siguiente fórmula:
P. Agua = Esc + Fl. Lateral + Ap. Sub - P. Trans – Abst. Lagos
•
P. agua - total de agua que deja la HRU y entra al canal principal durante el paso del tiempo (1 día)
•
Esc.: escurrimiento
•
Fl. Lateral: flujo lateral
•
Ap. Sub. - umbral del nivel de agua en un acuífero somero para el flujo base
•
P. Trans. - pérdidas por transmisión
•
Abst. Lagos - abstracciones de lagos
Como se puede observar en la fórmula, la producción de agua depende de la cantidad de agua que escurre, fluye lateralmente, aporte de agua subterráneo, pérdidas por transmisión y abstracciones de arroyos.
Las subcuencas con mayor producción de agua son: 31, 21 y 41. Estas subcuencas coinciden con las de mayor escurrimiento, pérdidas por transmisión, precipitación promedio y menor percolación (ver figura 28).
La producción de agua es mayor que los escurrimientos para todas las subcuencas excepto para las subcuencas 34, 21 y 31. En las subcuencas en las que producción de
129
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ agua es mayor que el escurrimiento, hay también aporte de flujo lateral y agua subterránea.
Figura 28. Producción de agua de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
130
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Descarga del canal de salida El canal de salida de la cuenca El Chuveje se encuentra en la subcuenca 54, canal 54. La descarga a la salida de la cuenca El Chuveje es de 1572.96 m3/día.
Figura 29. Descarga de los ríos de la cuenca El Chuveje
131
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Los segmentos de ríos de las subcuencas de la parte baja de la cuenca El Chuveje, son los que mayor volumen de agua descargan como resultado de los aportes de los segmentos de ríos cuenca arriba.
El segmento 64 es el de menor longitud y se encuentra en la subcuenca más pequeña; sin embargo, aporta la mayor cantidad de agua, 11249.28 m3/día, al canal 54 producto de los aportes de los afluentes 14 y 74.
3.5.3. Efectos de los cambios de cobertura vegetal y uso de suelo en la respuesta hidrológica de las subcuenca de la cuenca El Chuveje
Se realizaron cambios de cobertura vegetal en base a la tendencias de cambios de cobertura y uso de suelo (SEMARNAT, 2002 e INE, 2002) y consideraciones como las pendientes. En otros casos, se hicieron cambios hipotéticos y poco probables con el fin de comparar el impacto.
Los cambios se realizaron para las subcuencas seleccionadas como prioritarias preliminarmente según la simulación base (coverage NALC), procurando afectar una subcuenca a la vez, para así poder comparar el impacto en la respuesta hidrológica de cada subcuenca. Finalmente, se calculó el cambio porcentual entre la simulación base y las simulaciones resultantes de los cambios de cobertura.
Para calcular el cambio porcentual de las simulaciones de área quemada se usó como simulación base la del coverage de cobertura y uso de suelo según la clasificación MRLC tal y como se describió en la metodología. Un breve análisis de las diferencia entre ambas simulaciones se presenta en el anexo 10.
Los cambios de cobertura realizados en ambas cuencas (El Chuveje y Arroyo Real) se listan en la tabla 22:
132
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Tabla 22. Listado y abreviaciones de los cambios de cobertura y uso de suelo realizados a las cuencas El Chuveje y Arroyo Real
Cambios en la cobertura y uso de suelo Vegetación
Abreviación
Inicial
Final
Bosque
Agricultura
B->Ag
Bosque
Pastizal
B->Pa
Bosque
Urbana
B->Ur
Bosque
Quemada
B->Q
Bosque de roble
Agricultura
Br->Ag
Bosque de roble
Pastizal
Br->Pa
Bosque de roble
Urbana
Br->Ur
Bosque de roble
Quemada
Br->Q
Pastizal
Bosque
Pa->B
Pastizal
Bosque de roble
Pa->Br
Pastizal
Agricultura
Pa->Ag
Agricultura
Bosque
Ag->B
Agricultura
Bosque de roble
Ag->Br
Los resultados de los cambios de cobertura realizados a las subcuencas seleccionadas, preliminarte, como prioritarias (14, 24, 64, 21, 31 y 41), en base a los resultados de la simulación con el coverage NALC, se presentan en formato de gráficas. La tabla de resultados se encuentra en el anexo 8 para la cuenca El Chuveje y en el anexo 9 para la cuenca Arroyo Real.
Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subucenca 14 – El Chuveje En esta subcuenca, la evapotranspiración y descarga del canal de salida se mantienen más o menos constantes con los cambios de cobertura.
133
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Los cambios porcentuales de producción de sedimentos son mayores que los de escurrimientos y pérdidas por transmisión. A la vez, los cambios porcentuales de estas tres variables (escurrimientos, producción de sedimentos y pérdidas por transmisión) son mayores que los de percolación y producción de agua.
Esta
diferencia es más notoria para los cambios de bosques de robles a agricultura, pastizal y urbana (ver gráfica 9). Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 14 - El Chuveje
100 50 0 -50
Br2->Q Br->Q Pa->Br Pa->B Br->Ur Br->Pa Br->Ag
-150
C.Co
CN mm /hr ) Ks (
áre a
ap rox
ca De mb s c. iad a( Ca %) na lS al . ( %) P. Se d( %) P. Ag ua P.T (% r an ) sm . (% ) ET (% ) Es c. ( %) Pe rc . (% ) Co be r( %)
-200
b
-100
Gráfica 9. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 14. El Chuveje. La clave de las abreviaciones de las gráficas que se presentan en esta sección se presenta a continuación:
•
Área aprox. Cambiada: área aproximada de cambio de cobertura
•
Desc. Canal sal.: descarga del canal de salida
•
P. Sed: producción de sedimentos
•
P. Agua: producción de agua
•
P. Transm: pérdidas por transmisión
134
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ •
ET: evapotranspiración
•
Esc: escurrimiento superficial
•
Perc: percolación
•
Cober: porcentaje de cobertura o área de intercepción
•
CN: número de curva
•
Ks: conductividad hidráulica
La subcuenca 14 presentó uno de los más altos cambios porcentuales de percolación, 17.47%, para el cambio de bosque de roble a urbana, agricultura y pastizal, en un porcentaje de área cambiado entre el 32 y 35 %.
El segundo y tercer cambio porcentual más alto de producción de agua se registró en esta misma subcuenca (14) con valores de -14.17% y -11.19%, en un porcentaje de área cambiada de 34.78% y 32.97%, con el cambio de bosque de roble a agricultura y urbana, respectivamente.
En comparación con las otras subcuencas, esta subcuenca (14) presentó los mayores cambios porcentuales de escurrimiento, pérdidas por transmisión y producción de sedimentos con los cambios de cobertura de bosques de robles a urbana, agricultura y pastizal.
El impacto del cambio de bosque de roble a pastizal es mayor que el inverso, pero el porcentaje de área del primer cambio de cobertura (32.51%) también fue mayor que el segundo (12.75%)
De los cambios realizados en esta subcuenca, el que mayor impacto registró fue el de bosque de roble a urbana, seguido del de bosque de roble a agricultura y pastizal.
El impacto de pastizales a bosques de robles es ligeramente mayor que a bosques.
La respuesta hidrológica del cambio a área quemada, con respecto a los demás cambios de cobertura realizados, varió según la variable de respuesta hidrológica.
135
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Para la percolación, el cambio a urbana tuvo mayor impacto, seguido del cambio a área quemada. Para la evapotranspiración el cambio a quemada fue mayor. Para el escurrimiento, producción de sedimentos, pérdidas por transmisión y producción de agua, el cambio a quemada fue el de menor impacto.
Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subucenca 64 – El Chuveje Por su pequeña extensión superficial, en esta subcuenca todos los cambios realizados fueron mayores del 76% del área total de la subcuenca dominada por bosques de robles.
Estos cambios tuvieron gran impacto en la percolación, escurrimiento,
pérdidas por transmisión y producción de sedimentos. No así, en la producción de agua, evapotranspiración y descarga del canal de salida, que se mantienen más o menos constantes con los cambios (ver gráfica 10).
Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 64 - El Chuveje
C. Co b.
)
mm /hr
CN
Br->Q Br- >Ur Br- >Pa Br- >Ag
Ks (
ár e a
ap rox cam De s c. bia da Ca na (% lS ) al . (% P. ) Se d( P. %) Ag ua P.T ( %) r an sm . (% ) ET (% ) Es c. (% ) Pe rc . ( % Co ) be r (% )
100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 -300 -350 -400
Gráfica 10. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 64. El Chuveje
136
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Los cambios porcentuales de escurrimientos, pérdidas por transmisión y producción de sedimentos superan por mucho los de percolación. Esta diferencia indica una mayor sensibilidad de las primeras variables ante los cambios de cobertura en esta subcuenca.
El cambio de mayor impacto fue el de bosques de roble a urbana. Le siguen el cambio a agricultura y pastizal
La respuesta hidrológica del cambio a área quemada, en comparación a los otros cambios de cobertura realizados, varió según la variable de respuesta hidrológica. Para la percolación, el cambio a área quemada superó al de pastizales. Para el escurrimiento, fue el cambio de menor impacto. Para la evapotranspiración, superó el impacto del cambio a agricultura y pastizales.
Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 24 – El Chuveje En esta subcuenca, la evapotranspiración y descarga del canal de salida se mantienen más o menos constantes con los cambios de cobertura.
Los cambios porcentuales de producción de sedimentos superan a los de escurrimientos y pérdidas por transmisión, siendo más notable la diferencia para los cambios de bosques de robles a urbana y pastizal. A la vez, los resultados de escurrimientos y pérdidas por transmisión son 5 veces mayores (valor absoluto) que los de producción de agua y percolación; indicando mayor sensibilidad de estas variables ante los cambios de cobertura.
137
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 24 - El Chuveje
100 50 0 -50 -100 -150 -200 Br->Q Pa->Br Pa->B b
mm /hr )
CN
C.Co
Br->Ur Br->Pa
Ks (
De s c.
áre a
ap rox
cam bia da Ca (% na ) lS al . (% P. ) Se d( %) P. Ag ua P.T (% ) ran sm . (% ) ET (% ) Es c. (% ) Pe rc . (% ) Co be r( %)
-250
Gráfica 11. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 24. El Chuveje. Se observa mayor impacto de bosques de robles a urbana, agricultura y pastizales, en orden descendente. Se observa menor impacto al cambiar de pastizal a bosques o bosques de robles; aunque con un 12.21% y 12.66% de área reforestada en comparación con un 445.77% de áreas talada.
El cambio de pastizal a bosque de roble es ligeramente mayor que el cambio de pastizal a bosque.
La respuesta hidrológica de los cambios de cobertura a áreas quemadas, en comparación con los otros cambios de cobertura realizados, varió según la respuesta de variable hidrológica. Para la percolación y evapotranspiración, el cambio a área quemada fue el de menor impacto. Para el escurrimiento, producción de sedimentos, pédidas por transmisión y producción de agua el cambio a área quemada tuvo mayor impacto.
138
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subucenca 21 – El Chuveje Ante los cambios de cobertura, la evapotranspiración presentó ligera variación. De igual manera sucedió para la descarga del canal de salida.
El mayor cambio
porcentual para esta última variable fue de 2.43%, para el cambio de pastizal a bosque de roble en un área de 24.88%. Este cambio de cobertura también registró el mayor cambio porcentual de percolación con un valor de -23.35%.
La percolación presentó cambios porcentuales ligeramente superiores, en magnitud, a los de escurrimientos, pérdidas por transmisión y producción de sedimentos y producción de agua. Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 21 - El Chuveje
100 80 60
Br->Q B->Q Pa->Br Pa->B Ag->Br Ag->B Br->Pa Br->Ag Pa->Ag B->Pa B->Ag
20 0 -20
CN mm /hr ) Ks (
De s c.
áre a
ap rox
cam bia da (% Ca ) na lS al . (% ) P. Se d( % P. ) Ag ua (% P.T ) ran sm . (% ) ET (% ) Es c. ( %) Pe rc . (% ) Co be r (% )
-40
C. Co b
40
Gráfica 12. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 21. El Chuveje.
139
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Los cambios de bosques de robles presentaron mayor impacto que los de bosques, aún cuando los porcentajes de áreas cambiados de bosques de robles fueron menores que los de bosques.
Los bosques de robles presentan mayor impacto al cambio a agricultura, pastizales y quemadas.
En el caso de los bosques, la respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura, varió según la cobertura cambiada y la variable hidrológica de respuesta.
Para
percolación y evapotranspiración, el cambio de cobertura de mayor impacto fue a área quemada.
Le sigue el cambio a agricultura y por último a pastizales.
Para el
escurrimiento, producción de sedimentos, pérdidas por transmisión y producción de agua, el cambio de cobertura de mayor impacto fue a agricultura, seguido de área quemada y finalmente a pastizales.
A diferencia de lo observado en las otras subcuencas, la reforestación de pastizal a bosque (24.30% área) tiene mayor impacto que la conversión de bosque a pastizal (24.33%), aún considerando que el porcentaje de área de cambio a bosque es ligeramente menor.
En el caso de la reforestación de terrenos agrícolas, el impacto fue menor, pero el área de reforestación fue aproximadamente del 4.00% y la conversión de bosque a terreno agrícola fue de 24.21%.
La reforestación de pastizales a bosque de roble, tuvo mayor impacto que el cambio de cobertura inverso, pero el porcentaje de área cambiado también fue mayor (24.08% contra 9.83%). En el caso de la reforestación de terrenos agrícolas a bosques de robles, el impacto fue menor, pero también el porcentaje de área cambiado.
Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 31. El Chuveje En la subcuenca 31, se realizaron cambios en dos áreas de bosques y en dos áreas agrícolas. 140
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ La evapotranspiración presentó una ligera variabilidad. El cambio porcentual mayor fue de -0.89% para el cambio de agricultura a bosque de roble.
Aunque la variabilidad de los resultados de la descarga del canal es ligera, esta subcuenca presentó entre los más altos cambios porcentuales de esta variable en comparación con las otras subcuencas. El más alto cambio porcentual de descarga del canal registrado para esta subcuenca fue de 1.54%, con el cambio de agricultura a bosque de roble. Respuesta hidrológia ante los cambios de cobertura de la subcuenca 31 - El Chuveje
100 80 60 40
B2->Q Ag->Br Ag->B B2->Pa B2->Ag B->Ag
0
áre a
)
CN
mm /hr Ks (
%)
) Co be r(
. (%
(%
) Pe rc
%)
Es c.
ET (
ap r ox
ca mb iad De a( sc %) .C an al Sa l. ( %) P. Se d( %) P. Ag ua (% P.T ) r an sm . (% )
-20
C.Co b.
20
Gráfica 13. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 31. El Chuveje Esta subcuenca presentó uno de los cambios porcentuales de percolación más altos, 15.92% en un 13.60% de área cambiado de agricultura a bosque roble. Este fue el cambio de cobertura que mayor impacto presentó. Además, fue mayor que el cambio a bosque.
141
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 41. El Chuveje En esta subcuenca se dieron cambios porcentuales de -2.26%,-1.87% y -1.60% en la descarga del canal salida. Resultados que se perfilan entre los más altos obtenidos.
La evapotranspiración presentó ligera variabilidad al igual que en las subcuencas 31, 21 y 64.
Pero en esta subcuenca se registró el mayor cambio porcentual de
evapotranspiración, que fue de tan sólo 1.21%, para el cambio de bosque a área quemada. Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura vegetal de la subcuenca 41 - El Chuveje
B->Q B->Q Pa->Br Pa->B Ag->Br Ag->B Br->Pa Br->Ag Pa->Ag B->Pa B->Ag
80 60 40 20 0
CN mm /hr ) Ks (
áre a
ap rox cam De bia s c. da Ca (% na ) lS al . (% P. ) Se d( %) P. Ag ua P.T (% ran ) sm . (% ) ET (% ) Es c. (% ) Pe rc . (% ) Co be r (% )
-20
C. Co b
100
Gráfica 14. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 41. El Chuveje Otros cambios realizados que tuvieron gran impacto fueron el de bosque de roble a agricultura, a pastizales y bosque a agricultura.
142
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ El impacto de los cambios realizados a la cobertura de bosques de robles fue mayor en comparación a los de bosques, excepto para el cambio a áreas quemadas. Pero cabe mencionar que la superficie de bosque quemada fue mayor (19.63%) que la de bosque de roble (9.79%).
Las reforestaciones tuvieron menos impacto que los procesos de conversión de áreas a agricultura o pastizales, pero las áreas reforestadas fueron considerablemente menores.
La respuesta de los cambios de cobertura a áreas quemadas, en comparación con los otros cambios de cobertura realizados, varió según la variable de respuesta hidrológica y según si la cobertura era bosque o bosque de roble.
Con los bosques de robles y para las variables todas las variables (percolación, escurrimientos, producción de sedimentos, pérdidas por transmisión y producción de agua) el cambio de cobetura de mayor impacto fue a agricultura, seguido de a quemadas y por último a pastizales. Para la evapotranspiración el cambio de mayor impacto fue a área quemada.
Para los bosques, el cambio de cobertura a área quemada tuvo mayor impacto que los otros cambios realizados, en todas las variables de respuesta hidrológica.
3.6. Resultados modelación hidrológica de la cuenca Arroyo Real 3.6.1. Simulación base
El modelo SWAT dividió la cuenca Arroyo Real en 17 subcuencas, a las que le asignó un número único de identificación y para las que realizó el cálculo de las variables de respuesta hidrológicas: precipitación, percolación, escurrimiento, pérdidas por transmisión, producción de agua, producción de sedimentos y descarga del canal de salida.
143
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ La delineación y discretización de la cuenca Arroyo Real se realizó en base al grid de dirección de flujo, grid de acumulación de flujo, DEM y señalando la salida de la cuenca. El modelo SWAT discretizó la cuenca Arroyo Real en 17 subcuencas de un área mínima de contribución asignada a 886 ha (6.2% de la cuenca). Cada subcuenca está identificada por un número único asignado por el modelo SWAT. El número de segmentos de ríos resultantes es de 10 y cada uno está identificado por un número que coincide con el de la subcuenca en el que se encuentren (ver figura 30)
Figura 30. Modelo de elevación digital y subcuencas de la cuenca Arroyo Real
144
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Características como pendiente media, extensión superficial y elevación media de cada subcuenca se resumen en el anexo 9. La subcuenca 64, es la subcuenca de mayor extensión superficial con 40.75 km2, mayor pendiente media y mayor elevación media. Esta subcuenca también coincide, por su extensión, en poseer el río de máxima longitud.
Las subcuenca con mayor valor de elevación media es la 61 con 1,661.82 m. Le siguen en valor las subcuencas 64 y 21. El valor mínimo de elevación media lo posee la subcuenca 14 con un valor de 827.50 m.
Por otro parte, las subcuencas de mayor pendiente media son las 64, 61 y 51 con valores de 43.70%, 40.35% y 40.05%. Los menores valores de pendientes medias les corresponden a las subcuencas 94 y 14 (12.89% y 13.89%).
La cuenca Arroyo Real se caracteriza por 7 combinaciones de suelos diferentes. Todas las subcuencas están conformadas por 2 y hasta 5 combinaciones, excepto la subcuenca 11 que está formada en su totalidad por regosol eútrico y fluvisol eútrico.
Las subcuencas 54, 84 y 14 están dominadas por esta combinación de suelo. Las otras subcuencas están dominadas por otras combinaciones: 114 y 104, por litosol y rendzina; 94, por regosol calcárico y las subcuencas 41, 51, 44 y 21, por luvisol crómico, rendzina y litosol (ver figura 31).
La composición edafológica de las
subcuencas se resume en la tabla 23.
Las combinaciones de suelos asignados por el modelo SWAT a cada subcuenca se listan en la tabla 24.
La cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real varía en su composición como se muestra en la tabla 25.
145
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Tabla 23. Porcentaje de composición de combinaciones de suelos de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real
% de composición Subcuenca
Bk
I+E2 I+E3
Lc+Lo+I
Lc+E+I
Rc
11
Re+Je 100.00
14
17.92
21
82.08
0.44
61.83
0.03
37.70
42.37
57.63
49.37
0.26
82.51
9.61
1.87
44
61.61
0.38
38.01
51
63.05
36.95
54
0.04
99.96
17.37
32.33
24 31
54.52
34
50.37
41
0.06
45.48
5.95
61
100.00
64
50.30
74
46.26
84
3.31
0.64
94 104
16.36
114
30.42
22.69
4.44
92.26
72.62
27.38
72.69
10.95
99.95
0.05
•
Bk: cambisol cálcico
•
I+E2: litosol y rendzina de textura media limosa
•
I+E3: litosol y rendzina de textura fina o arcillosa
•
Lc+Lo+I: luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
•
Lc+E+I: luvisol crómico, rendzina y listosol
•
Rc: regosol cálcarico
•
Re+Je: regosol eútrico y fluvisol eútrico
146
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 31. Edafología de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real
147
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Tabla 24. Características de suelo asignados por AGWA a las subcuencas de la cuenca Arroyo Real. #Subc.
Suelo ID (SNUM)
Suelos
Textura
14
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
104
4509
Litosol y rendzina
Fina
31
4509
Litosol y rendzina
Fina
34
4509
Litosol y rendzina
Fina
74
4509
Litosol y rendzina
Fina
11
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
24
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
41
6707
Luvisol crómico, rendzina y litosol
Fina
54
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
21
6707
Luvisol crómico, rendzina y litosol
Fina
51
6707
Luvisol crómico, rendzina y litosol
Fina
61
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
64
6706
Luvisol crómico, luvisol órtico y litosol
Fina
114
4509
Litosol y rendzina
Fina
84
6307
Regosol eútrico y fluvisol eútrico
Fina
44
6707
Luvisol crómico, rendzina y litosol
Fina
94
3553
Regosol calcárico
Fina
• # Subc: número de subcuenca • Suelo ID (SNUM): # identificación de suelo según la FAO; unidad numérica de mapeo de la FAO (FAO mapping unit number); código secuencial, único para cada unidad de mapa de suelo
148
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Tabla 25. Porcentaje de composición de vegetación las subcuencas de la cuenca Arroyo Real
No.
% de composición Bosque
Subcuenca Agricultura Pastizal Bosque 11
16.82
83.18
14
89.81
10.19
21
17.55
47.21
24
81.84
18.16
31
3.00
34
35.24
30.99
65.64
4.24
68.89
26.87
41
8.95
67.88
23.17
44
18.56
51.95
29.49
29.94
74.67
60.60
39.40
51
0.93
roble
0.39
54 61
7.98
64
4.96
74
10.11
92.02 12.31
72.61
21.12
68.25
10.63
84
41.24
58.76
94
51.71
48.29
104
16.04
81.58
2.37
114
0.54
84.85
14.61
Varias subcuencas se encuentran dominadas por bosques de robles (61, 64, 51 y 31). Otras están dominadas por agricultura (14 y 24) o bosques (11, 41, 74, 104 y 114). Los pastizales ocupan pequeñas áreas en todas las subcuencas, máximo un 10% de área.
149
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 32. Vegetación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real adaptada a la clasificación North American Land Cover Characterization (NALC)
3.6.2. Resultados de la simulación base de la cuenca Arroyo Real
Precipitación El valor máximo de precipitación lo registró la subcuenca 61 con 833.57 mm de agua. Las subcuencas con los valores de precipitación más altos fueron la 64 y 21, con valores de 810.72 y 800.03 mm. El valor mínimo es de 762.52 mm de agua en la subcuenca 14.
150
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 33. Precipitación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real Las subcuencas que presentaron mayor precipitación también presentaron mayor elevación media. Esta diferencia se debe a la diferencia de elevación, parámetro que se utilizó en la generación de la precipitación en la cuenca.
151
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Precipitación y Elevación De Las Subcuencas De La Cuenca Arroyo Real 880
2500
860
2000 1500 m
mm
840 820
1000
800 780
500
760
0 64
24
14
74
54
44
34
11
41
21
31
No. Subcuenca Elevación (m) (m)
Pcp (mm)
Gráfica 15. Precipitación y elevación de las subcuenca de la cuenca Arroyo Real Pcp: Precipitación
Es importante mencionar que no hay mayor variabilidad entre los volúmenes de precipitación de cada subcuenca. El cambio porcentual entre el valor máximo y mínimo de precipitación fue de 8.5%.
Evapotranspiración Los resultados de evapotranspiración dividen las subcuencas en dos grupos. Las subcuencas 114, 104, 74, 34 y 31, con los menores valores de evapotranspiración entre 300 y 312 mm. El resto de las subcuencas (61, 54, 64, 51, 11, 21, 44, 84, 94, 41, 14, 24) presentaron los mayores valores de evapotranspiración entre 415 y 466 mm de agua.
Las subcuenca con mayor evapotranspiración es la 54 con 465.46 mm. Le siguen en valor, las subcuencas 61 y 11 con 462.89 y 462.63 mm de agua, respectivamente. Las
152
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ subcuencas con menor evapotranspiración fueron: 34 (306.94 mm), 31 (311.10%), 74 (304.86 mm), 104 (303.57 mm) y 114 (302.97 mm).
En cuanto a la composición de cobertura vegetal de las subcuencas de mayor evapotranspiración, la subcuenca 54 está dominada bosques (60.60%) y tiene un composición considerable de bosques de robles (39.40 %). Las subcuencas 61, está dominada por bosques de robles (92.02%) y tiene un baja composición de pastizales (7.98%). La subcuenca 11 está dominada por bosques (83.18%) de bosques, pero también tiene cobertura agrícola (16.82%).
Como se pude observar, estas tres
subcuencas están dominadas por vegetación de bosques, sin embargo presentan ciertas variaciones en su cobertura vegetal y uso de suelo.
Evapotranspiración, Porcentaje de Cobertura y Cobertura Vegetal De Las Subcuencas De La Cuenca Arroyo Real 500 100%
mm
400
80%
300
60%
200
40%
100
20%
0
0% 31 114 34 104 74 61 54 64 51 11 21 44 84 94 41 14 24 No. Subcuencas Agricultura
Pastizal
Bosque roble
ET (mm)
Bosque Porcentaje Cobertura
Gráfica 16. Evapotranspiración y cobertrura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real E.T.: evapotranspiración
En lo que se refiere a la composición de cobertura vegetal de las subcuenca de menor evapotranspiración, la subcuenca 34 está dominada por bosques (68.89%) y también
153
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ tiene en su composición bosques de robles (26.87%). La subcuenca 31 está dominada por bosque de robles (65.64%), pero también está compuesta de bosques (30.99%). La subcuenca 74 está dominada por bosques (68.25%), a la vez que se caracteriza por bosques de robles (10.63%), y agricultura (21.12%).
La subcuenca 104 está
dominada por bosques (81.58%) al igual que la subcuenca 114, (84.85%). Todas estas subcuencas presentaron porcentajes bajos (< 5%) de composición de pastizales y agricultura, excepto la subcuenca 74 y 114 que presentaron 21.12 % y 16.04 % de cobertura agrícola.
Existen similitudes y diferencias en la cobertura y uso de suelo de las subcuencas con mayor evapotranspiración. De igual manera, existen similitudes en la cobertura y uso de suelo entre las subcuencas de mayor y menor elevación. Como se puede observar, las subcuencas de menor evapotranspiración también están dominadas por bosques o bosques de robles.
La gráfica de composición de cobertura vegetal y evapotranspiración (gráfica 16) muestra que no existe una tendencia definitiva entre la cobertura vegetal y uso de suelo y los resultados de evapotranspiración de las subcuencas. Las subcuencas de mayor evapotranspiración presentan una cobertura vegetal variada.
En algunas
predominan los bosques de robles y en otras los bosques. En otras predominan los terrenos agrícolas.
Sin embargo, se puede señalar que en la mayoría de las
subcuencas con menores valores de evapotranspiración predominan los bosques y casi no hay cultivos agrícolas ni pastizales. En algunas con mayor evapotranspiración predominan los cultivos agrícolas.
No existe una tendencia de comportamiento entre los resultados de evapotranspiración y el porcentaje de cobertura de intercepción.
Las subcuencas de mayor
evapotranspiración presentaron valores bajos, medios y altos de cobertura o área de intercepción. Por ejemplo, las subcuencas 54 y 61 presentaron valores medio y bajo; la 14, 84 y 24, altos; y la 11 medio alto.
154
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 34. Evapotranspiración de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real Algunas de las de las subcuencas de mayor evapotranspiración presentaron valores bajos y medios de elevación y precipitación, exceptuando el caso de la subcuenca 61, que presentó la mayor precipitación y elevación, y el segundo valor más alto de evapotranspiración.
Como se mencionó anteriormente, la precipitación no presentó mayor variación, de manera que no existe suficiente evidencia para inferir que las diferencias en la evapotranspiración se deben principalmente a esta variable.
155
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Sin embargo se sugiere la influencia climatológica de la elevación, específicamente en la temperatura,
como
una variable de influencia en los resultados de
evapotranspiración. Por supuesto, no se puede dejar de mencionar la influencia de la cobertura vegetal que aunque muy variada, algunas de las subcuencas con mayor evapotranspiración presentaron gran composición de cobertura vegetal agrícola.
Adicionalmente, se observa que los volúmenes de agua evapotranspirada superan los escurrimientos en todas las subcuencas, comportamiento observado en la mayoría de las cuencas (Neitsch, S.L. et al., 2002).
Percolación La tendencia de comportamiento de la percolación es inversa a la de evapotranspiración, es decir, las subcuencas de mayor percolación fueron las de menor evapotranspiración. Este comportamiento se debe a que la evapotranspiración es el mecanismo primario por medio del cual el modelo SWAT remueve agua. La diferencia entre la precipitación y evapotranspiración da como el resultado el agua para manejo y consumo humano (percolación, escurrimiento, riego, doméstico, etc.). Por lo tanto, mientras más agua se evapora, menos agua está disponible para los otros procesos, como el de percolación.
Las subcuencas con mayor volumen de percolación son: 31, 114 y 34, con valores de 427.78, 413.54 y 404.54 mm de agua, respectivamente. subcuencas 104 (389.75 mm) y 74 (376.49 mm).
Le siguen en valor las
Por otro lado, las subcuencas 24,
14 y 41 presentaron los menores volúmenes de agua percolada (134.58, 135.40 y 171.71 mm de agua) (Ver figura 35).
Para comprender los resultados obtenidos es importante recordar que de la clase o tipo de suelo, el modelo extrae parámetros como contenido de materia orgánica, contenido de arcilla, limo y porosidad. Estos parámetros son utilizados directa o indirectamente en los cálculos de la percolación. Adicionalmente, de la textura de las combinaciones de suelos, el modelo AGWA-SWAT obtiene el parámetro de conductividad hidráulica utilizado directamente en los cálculos de percolación.
156
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 35. Percolación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real Analizando la composición edafológica de las subcuencas se puede observar que las subcuencas con mayor percolación están formadas mayormente de la combinación de suelo litosol más rendzina de textura fina (arcilla) y presentaron los más altos valores de conductividad hidráulica, que es la velocidad con la que el agua percola. (ver gráfica 17)
157
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Percolación, Conductividad Hidráulica y Edafología De Las Subcuencas De La Cuenca Arroyo Real 800.00 700.00 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00
100% 80% 60% 40% 20% 0% 31 114 34 104 74 61 54 64 51 11 21 44 84 94 41 14 24 No. Subcuencas BK
I+E2
I+E3
Lc+Lo+I
Lc+E+I
Rc
Re+Je
Perc (mm)
Ks x 100 (mm/hr)
Gráfica 17. Percolación, conductividad hidráulica y edafología de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real Bk: cambisol cálcico Lc+Lo+I: Luvisol crómico + luvisol órtico + litosol Lc+E+I: luvisol crómico+rendzina+litosol Re + Je: Regosol eútrico + fluvisol eútrico I+ E2: litosol+rendzina, textura media I+E3: litosol+rendzina, textura fina Rc: regosol calcárico Perc: Percolación Ks: Conductividad Hidráulica De este conjunto de subcuencas, la subcuenca 114 y 104 son las que mayor valor de conductividad hidráulica y mayor composición porcentual de litosol y rendzina de textura fina (72.69 y 99.95%).de presentaron. La relación entre la conductividad hiráulica y la percolación también queda demostrada en el punto de decaimiento de ambas gráficas (ver gráfica 17).
158
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Ni la composición vegetal, pendiente, precipitación y elevación presentaron una tendencia determinante en relación a los resultados de percolación de las subcuencas, de cualquier modo, es interesante analizar estas características en términos de los resultados obtenidos, considerando la influencia que normalmente pueden tener en la percolación.
Las subcuencas de mayor percolación presentaron valores medios y bajos de pendiente en relación al resto de las subcuencas. Estos valores van de 29.28% a 21.86%. La elevación de estas subcuencas fue de alta a baja, con valores entre 1,283.58 m y 919.97 m. El mismo comportamiento se presentó con la precipitación. En los tres casos, el mayor valor para la subcuenca 31 y el menor para la 114, siendo estas dos subucuencas las de mayor percolación.
En lo que a cobertura vegetal se refiere, las subcuencas de mayor percolación presentaron altos porcentajes de composición de bosques (> 68%), excepto la subcuenca 31, que presentó mayor porcentaje de composición de bosques de robles (65.64%) y menor de bosques (30.99%). Estas subcuencas presentaron de los más bajos porcentajes de composición agrícola en comparación con otras subcuencas, excepto las subcuencas 74 y 104 (con porcentajes >15%).
Cabe mencionar que las dos subcuencas con menor percolación (14 y 24) están dominadas por terrenos agrícolas (> 80%), sin embargo, la tercera subcuenca de menor valor de percolación (41) está dominada por bosques en un 67.88%.
Estos resultados señalan un ligero patrón de la composición de cobertura vegetal, en el que las subcuencas de mayor percolación, se caracterizan por mayor composición de bosque; sin embargo, no se cumple en todos los casos.
159
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
mm
Percolación, Porcentaje de Cobertura y Cobertura Vegetal De Las Subcuencas De La Cuenca Arroyo Real 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
100% 80% 60% 40% 20% 0% 31 114 34 104 74 61
54 64 51 11 21
44 84 94 41 14 24
No. Subcuencas Agricultura
Pastizal
Bosque
Bosque roble
Perc (mm)
Porcentaje Cobertura
Gráfica 18. Percolación, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real Perc: percolación
La combinación entre la velocidad de flujo, las características de retención de agua, capacidad de agua disponible, capacidad de campo de los suelos y punto permanente en que la planta se marchita son otras variables que hacen posible una mayor percolación. Las caracterísitcas de capacidad de campo de suelos, capacidad de agua disponible y punto permanente de marchitación dependen de la interacción planta suelo. De manera que la vegetación, tiene influencia en la cantidad de agua que percola.
Sin embargo, el modelo AGWA-SWAT extrae la capacidad de agua
disponible del tipo, textura y porcentaje de composición de suelo.
En base a este análisis y para la modelación hidrológica de este estudio, realizada con el programa AGWA-SWAT, se puede inferir que las características de mayor influencia en la percolación son el tipo de suelo y la textura de suelo; más no se puede descartar la influencia de la cobertura vegetal en los resultados obtenidos.
160
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Escurrimiento Las subcuencas 94, 24 y 41 registraron los mayores valores de escurrimiento: 180.74, 176.33 y 170.20 mm de agua, respectivamente. Le siguen en valor las subcuencas 14 y 44. Cabe mencionar que estas subcuencas son las mismas que presentaron menor percolación.
Figura 36. Escurrimiento de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real
161
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ De las cinco subcuencas con mayor escurrimiento las subcuencas 14 y 94 presentaron valores de pendientes y elevación de los más bajos. La subcuenca 24 presentó valores medios, tanto para la pendiente como para la elevación. La subcuenca 41 presentó el 6to valor más alto de elevación (1,209.08 m) y la 44, el 7mo (mm). Además, la subcuenca 44, presentó el 5to valor más alto de pendiente (32.84%).
Al igual que sucede con la elevación, no existe una tendencia definitiva de comportamiento que relacione la precipitación de las subcuencas con los resultados de escorrentía. Se puede observar que las subcuencas 41 y 44 presentaron valores medios altos de precipitación; mientras la 24, 94 y 14, bajos.
Las subcuencas de mayor escurrimiento se caracterizan por una mayor composición de suelo de regosol calcárico, regosol eútrico-fluvisol eútrico y luvisol crómicorendzina-litosol. Todos los suelos dominantes presentaron textura fina.
Escurrimiento, Número de Curva y Edafología De Las Subcuencas De La Cuenca Arroyo Real 200.00 100% 150.00
80% 60%
100.00
40% 50.00
20%
0.00
0% 31 114 34 104 74 61 54 64 51 11 21 44 84 94 41 14 24 No. Subcuencas
BK
I+E2
I+E3
Lc+Lo+I
Rc
Re+Je
Esc S. (mm)
CN
Lc+E+I
Gráfica 19. Escurrimiento, número de curva y edafología de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
162
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ •
Esc. S: escurrimiento superficial
•
CN: Número de cura
•
Bk: cambisol cálcico
•
Lc+Lo+I: Luvisol crómico + luvisol órtico + litosol
•
Lc+E+I: luvisol crómico+rendzina+litosol
•
Re + Je: Regosol eútrico + fluvisol eútrico
•
I+ E2: litosol+rendzina, textura media
•
I+E3: litosol+rendzina, textura fina
•
Rc: regosol calcárico
En base a los números de curva asignados a cada subcuenca, se puede inferir que la combinación de suelo litosol-rendzina se caracteriza por un menor potencial de escurrimiento que las otras combinaciones de suelos (regosol calcárico, regosol eútrico-fluvisol eútrico y luvisol crómico-luvisol órtico- litosol) que componen la cuenca Arroyo Real.
En cuanto a la vegetación de las subcuencas de mayor escurrimiento, las subcuenca 94 está formada por agricultura (51.71%) y bosques (48.29%); la 24, por agricultura (81.84%), y bosque (18.16%) y la 41, por bosque (67.88%), bosques de roble (23.17%) y agricultura (8.95%). Como se puede observar, las subcuencas 14, 24 y 94 presentaron altos porcentajes de compisicón agrícola; sin embargo, la subcuenca 41, presentó bajo de porcentaje de composición agrícola (Ver gráfica 20).
El gráfico de área de intercepción o cobertura vegetal muestra un comportamiento similar al del escurrimiento aunque con cierta variabilidad.
Se observa que las
subcuencas con mayor escurrimiento, tienen mayor porcentaje de cobertura vegetal, con algunas excepciones como es el caso de la subcuenca 41. Sin embargo, el modelo AGWA-SWAT considera los efectos de la cobertura vegetal en el escurrimiento por medio del número de curva.
163
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
mm
Escurrimiento, Porcentaje de Cobertura y Cobertura Vegetal De Las Subcuencas De La Cuenca Arroyo Real 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
100% 80% 60% 40% 20% 0% 31 114 34 104 74
61
54
64
51
11
21
44
84
94
41
14
24
No. Subcuencas Agricultura
Pastizal
Bosque roble
Esc S. (mm)
Bosque Porcentaje Cobertura
Gráfica 20. Escurrimiento, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real Esc. S.: escurrimiento
En base a lo expuesto y en base a los resultados y características de las subuencas, se puedo inferir que el escurrimiento depende principalmente del tipo de suelo, su textura y la cobertura vegetal.
Producción de Sedimentos Los mayores valores de producción de sedimentos se registraron en las subcuencas 64, 51 y 61 con 111.71, 102.83 y 94.21 ton/ha. Los menores valores de producción de sedimentos son 0.77, 1.57 y 1.78 ton/ha de agua para las subcuencas 14, 84, 24, 94 y 114 (ver figura 37).
164
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 37. Producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real En el caso de la cuenca Arroyo Real, las subcuencas de mayor producción de sedimentos no son las mismas de mayor escurrimiento A pesar de esto, se puede decir que ambas gráficas tienen una tendencia similar, con algunas excepciones como para las subcuencas 94, 14 y 24. Estas tres subcuencas presentan los valores más bajos de producción de sedimentos y de los más altos en escurrimiento.
165
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Escurrimiento y Producción de Sedimentos de Las Subcuencas de Arroyo Real
120
200
mm
80 60
100
40
50
ton/ha
100
150
20
0
0 31 114 34 104 74
61
54
64
51
11
21
44
84
94
41
14
24
No. Subcuenca
Esc S. (mm)
P. Sed (ton/ha)
Gráfica 21. Escurrimiento y producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real •
Esc. S.: escurrimiento
•
P. Sed: producción de sedimentos
Se puede inferir que estas diferencias se deben a que la producción de sedimentos depende de varios factores considerados en la ecuación de MUSLE, ecuación que utiliza el modelo AGWA-SWAT para estimar la producción de sedimentos. Algunos de estos factores pueden ser: la topografía, contenido de arcilla, arena y limo, gránulos de arena y cantidad de materia orgánica y cobertura, entre otros.
Analizando las diferentes variables que influyen en la producción de sedimentos, las subcuencas 64, 51 y 61 poseen las mayores pendientes medias. La subcuenca 44 posee el quinto valor más alto de pendiente media y la 41 posee un valor de pendiente intermedio.
Por otro lado, la subcuenca 61 y 64 presentaron los mayores valores de elevación. La subcuenca 51 presentó el quinto valor más alto de elevación. Este comportamiento se repite para la precipitación.
La subcuencas 61, 64, 21 y 51 poseen valores de escurrimientos medios, la subcuenca 41, el tercer valor más alto de escurrimiento; y la 44, el cuarto.
166
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ No se observa un tendencia clara entre los porcentajes de cobertura (área de intercepción) y escurrimiento con la producción de sedimentos, sin embargo, si con la elevación y pendiente. No obstante, es importante tener presente que todas estas variables tienen influencia en la producción de sedimentos y son consideradas por el modelo para su estimación.
En cuanto al porcentaje de cobertura, las subcuencas 64, 61 y 51 presentaron bajos porcentajes de cobertura.
La subcuenca 41 presentó el 5to valor más alto de
porcentaje de cobertura. Las subcuencas 44 y 21 presentaron valores medios de cobertura.
Producción de Sedimentos, Porcentaje de Cobertura y Cobertura Vegetal De Las Subcuencas De La Cuenca Arroyo Real 120 100% 100 80%
mm
80 60%
60
40%
40
20%
20 0
0% 31 114 34 104 74
61
54
64
51
11
21
44
84
94
41
14
24
No. Subcuencas Agricultura
Pastizal
Bosque roble
P. Sed (ton/ha)
Bosque Porcentaje Cobertura
Gráfica 22. Producción de sedimentos, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real P.Sed: producción de sedimentos Como se puede observar, hay mucha variablidad en la composición de cobertura vegetal de las subcuencas y aunque no se observa una tendencia definitiva, las subcuencas de mayor producción de sedimentos una composición de cobertura vegetal parecida. Estas subcuencas, 64, 51 y 6,1 se encuentran dominadas por bosque de roble en porcentajes arriba del 70%. 167
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Las otras subcuencas de alta producción de sedimentos, 21, 44 y 41 tienen una composición de cobertura vegetal más variada, formada mayormente por bosque (>45%) pero también por bosques de robles y agricultura.
De las subcuencas de más bajos valores de producción de sedimentos un grupo está formado mayormente por bosque, pero otro por agricultura y un tercer grupo, por ambas vegetaciones (dominando los bosques en este último grupo)
En la gráfica 23, se puede observar que las subcuencas de mayor producción de sedimentos están formadas por las siguientes 2 combinaciones de suelos, mayormente: luvisol crómico + luvisol órtico + litosol y luvisol crómico + rendzina y litosol.
Producción de Sedimentos y Edafología De Las Subcuencas De La Cuenca Arroyo Real 120.00 100% 100.00 80%
80.00
60%
60.00 40.00
40%
20.00
20%
0.00
0% 31 114 34 104 74
61
54
64
51
11
21
44
84
94
41
14
24
No. Subcuencas BK
I+E2
I+E3
Lc+Lo+I
Lc+E+I
Rc
Re+Je
P. Sed (ton/ha)
Gráfica 23. Producción de sedimentos y edafología de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real •
Bk: cambisol cálcico
•
Lc+Lo+I: Luvisol crómico + luvisol órtico + litosol
•
Lc+E+I: luvisol crómico+rendzina+litosol
•
Re + Je: Regosol eútrico + fluvisol eútrico
•
I+ E2: litosol+rendzina, textura media
168
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ •
I+E3: litosol+rendzina, textura fina
•
Rc: regosol calcárico
•
P.Sed: producción de sedimentos
Se infiere que las variables que influyen en la producción de sedimentos son el tipo y textura de suelo, cobertura vegetal, pendiente, elevación y escurrimientos.
Pérdidas por transmisión Las subcuencas con valores más altos de pérdidas por transmisión son 24, 94 y 14 con valores de 117.65, 90.40 y 90.11 mm, respectivamente. Estas subcuencas coinciden en ser las de mayores volúmenes de escurrimiento.
Las pérdidas por transmisión se dan solamente cuando hay escurrimiento.
Las
pérdidas por transmisión es el agua que escurre por arroyos efímeros e intermitentes (tributarios) de alta conductividad hidráulica efectiva. Las pérdidas por transmisión de escurrimiento superficial se asumen percolan a acuíferos someros, de manera que disminuyen el escurrimiento en la medida en que el flujo viaja río abajo.
La formación de estos arroyos efímeros e intermitentes dependerá del aporte de agua subterránea que estos reciban en períodos de no lluvia. Otras variables que influyen en la formación de cualquier río son la topografía y los escurrimientos, así como las propiedades de los suelo.
La cantidad de agua que una subcuenca pierde por
transmisión dependerá del escurrimiento y de las características de los canales como longitud, pendiente, ancho y conductividad hidráulica.
Las subcuencas de mayores pérdidas por transmisión coinciden con las de mayor escurrimiento y están formadas por las siguientes combinaciones de suelo: regosol calcárico, regosol eútrico-fluvisol eútrico y luvisol crómico-rendzina-litosol. Todos de textura fina.
169
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 38. Pérdidas por transmisión de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real Algunas subcuencas presentaron pendientes altas, 44 y 24, y otras bajas, 84, 14 y 94. En cuanto a la elevación, algunas subcuencas presentaron bajos valores de elevación (84, 94 y 14) y otras valores medios (44, 24 y 41). Ninguna de estas dos variables muestra una tendencia que las relaciona con los resultados de pérdidas por transmisión. En base a los resultados obtenidos, no es posible inferir si alguna variable está determinando los resultados de pérdidas por transmisión. 170
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Producción de Agua Las subcuencas con mayor producción de agua, subcuencas que mayor cantidad de agua aportan al flujo de los arroyos con el paso del tiempo, coinciden con las subcuencas que presentan mayores volúmenes de percolación: 31,74, 34, 104 y 114. Los valores van de 151.25 a 132.39 mm de agua (ver figura 39).
La producción de agua es resultado de la diferencia entre el escurrimiento superficial más flujo lateral más el nivel de agua subterráneo menos las pérdidas por transmisión y las abstracciones de los lagos (Producción agua = escurrimiento superficial + flujo lateral + flujo agua subterránea – Pérdidas transmisión – abstracciones de lagos)
Podría esperarse que las subcuencas de mayor producción de agua coincidieran con las de mayor escurrimiento, sin embargo sucede lo contrario (ver gráfica 24).
171
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 39. Producción de agua de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real.
172
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Escurrimiento, Pérdidas por Transmisión y Producción de Agua de las Subcuencas de Arroyo Real 200.00
160.00
180.00
140.00
160.00 mm de Agua
120.00
100.00
100.00
80.00
80.00
60.00
60.00
ton/ha
120.00
140.00
40.00
40.00
20.00
20.00 0.00
0.00 31 114 34 104 74 61 54 64 51 11 21 44 84 94 41 14 24 No. Subcuencas Esc S. (mm)
P.Transm. (mm)
P. Agua (mm)
Gráfica 24. Escurrimiento, pérdidas por transmisión y producción de agua de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real En la gráfica 24, se confirma que estas subcuencas coinciden con las de menores de pérdidas por transmisión. Se infiere que en estas subcuencas se da mayor flujo lateral, aporte de agua subterránea y/o pocas pérdidas por transmisión y abstracciones por lagos. Descarga del canal de salida La cantidad de agua que sale de la cuenca Arroyo Real es de 45,100.80 m3/día. El segmento que más agua aporta al canal de salida (104) es el 114 (37514.88 m3/día). Este segmento recibe aportaciones de los segmentos de ríos cuenca arriba (todos menos el 14 y 104). El segmento de la subcuenca 61 contribuye con un aporte de 14368.32 m3/día de agua, el mayor de todos.
173
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________
Figura 40. Descarga de los ríos de la cuenca Arroyo Real
3.6.3. Resultados de los efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la cuenca Arroyo Real
De los resultados de la simulación base (coverage de clasificación de la vegetación según la NALC) se determinaron seis subcuencas prioritarias (64, 61, 24, 31, 34 y 94) a las que se realizaron diversos cambios de cobertura vegetal según las tendencias, pendientes o necesidad de comparación.
174
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Los cambios realizados se encuentran descritos en la tabla 22 (sección de la cuenca El Chuveje). El procedimiento seguido fue exactamente el mismo que para la cuenca El Chuveje.
Los resultados de los efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de cada una de las subcuencas se presentan en formato de gráficas para cada subcuenca. El significado de las abreviaturas de los ejes de las gráficas se detalló en la sección de la cuenca El Chuveje (página 135). La tabla de resultados se encuentra en el anexo 9.
Efectos de los cambios de cobertura vegetal en la respuesta hidrológica de la subcuenca 64 – Arroyo Real La subcuenca 64 se caracteriza por cobertura agrícola, bosque de roble, bosques y pastizales. En los bosques de robles se realizaron cambios en dos áreas diferentes: Br y Br2.
Los cambios de bosques de robles registraron los mayores cambios
porcentuales, en especial el cambio a urbana.
Se puede observar que los cambios de bosques de robles tienen mayor impacto que los de bosques. Cabe mencionar los porcentajes de áreas cambiados son similares.
También se observa que los cambios de bosques de robles o bosques a agricultura y pastizales tienen mayor impacto que los cambios inversos. En algunos casos la superficie cambiada es mayor, mientras que en otros no, como es el caso del cambio de pastizal a bosque.
Además, en la gráfica 25 se observa variabilidad en la descarga del canal de salida entre los cambios de cobertura realizados. En esta subcuenca, se registraron los mayores cambios porcentuales de descarga del canal de salida (104). El valor de mayor magnitud es de -0.86 para el cambio de bosque de roble a urbana.
Es
importante resaltar que el porcentaje de área aproximado de cambio fue de tan sólo 5.23%, el menor en comparación con cambios homólogos realizados en otras subcuencas.
175
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 64 - Arroyo Real
80 70 60 50 40
Br->Q Br->Q B->Q Br->Ur Br->Pa Br->Ag Pa->Br Pa->B Pa->Ur B->Ur B->Pa B->Ag Ag->Br Ag->B
20 10 0
áre a
mm /hr ) Ks (
CN
) Co be r (%
)
(% ) Pe rc.
(% Es c.
%) ET (
apr ox
cam bia da De (% s c. ) Ca na lS al . (% ) P. Se d. (% ) P. Ag ua (% ) P.T ran sm . (% )
-10
C. Co b
30
Gráfica 25. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 64. Arroyo Real La respuesta hidrológica de los cambios de cobertura varió según la variable de respuesta hidrológica y el tipo de cobertura que se estaba cambiando (bosque o bosque de roble.
La respuesta de la quema de bosques fue la siguiente: para la percolación y evapotranspiración, el mayor impacto lo presentó el cambio a área quemada, luego agricultura, urbana y finalmente pastizales.
Para el escurrimiento, pérdidas por
transmisión, producción de sedimentos y producción de agua el impacto en orden decreciente fue: agricultura, urbana, quemada y pastizales.
El porcentaje de área que se cambio de agricultura fue ligeramente mayor que para urbana, razón por la que su impacto fue mayor.
176
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Efectos de los cambios de cobertura vegetal en la respuesta hidrológica de la subcuenca 61 – Arroyo Real La subcuenca 61 cuenta con cobertura de pastizales y bosques de robles. Se puede observar que la evapotranspiración es casi constante entre los cambios y que la descarga del canal de salida muestra una muy ligera variación en los cambios de bosques de robles.
El cambio de pastizales a bosque de roble tiene mayor impacto que a bosque. La reforestación a bosques de robles tiene menor impacto que la conversión de bosques de robles a pastizales, siendo menor el porcentaje de área reforestado.
Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 61 - Arroyo Real
90 80 70 60 50 40 30 20
Br->Q Br->Pa Br->Ag Pa->Br Pa->B Pa->Ag
0
ár e a
CN
mm /hr ) Ks (
) (%
. (%
)
) Pe rc
(% Es c.
%) ET (
Co be r
ap r ox
ca mb
iad De a( sc %) .C an al Sa l. ( %) P. Se d. (% ) P. Ag ua (% ) P.T ran sm . (% )
-10
C. Co b.
10
Gráfica 26. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 61. Arroyo Real
177
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ La respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura vegetal de los bosques de roble varió según la variable de respuesta hidrológica. Para la percolación, el impacto de la agricultura fue mayor que para áreas quemadas y pastizales. Para le evaporación el impacto del cambio a áreas quemadas fue mayor.
Para el escurrimiento,
producción de sedimentos, pérdidas por transmisión y producción de agua, el orden de impacto de los cambios de cobertura fue: agrícola mayor que pastizales mayor que áreas quemadas.
Efectos de los cambios de cobertura vegetal en la respuesta hidrológica de la subcuenca 24 – Arroyo Real La subcuenca 24, está dominada por cobertura agrícola.
En esta subcuenca se
realizaron dos cambios de reforestación a un 395.53% y 36.67% del área total de la cuenca. Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 24 - Arroyo Real
80 60 40 20 0 -20 -40
mm /hr ) Ks (
CN
)
Ag->B Co be r (%
Pe rc.
(% )
)
Ag->Br Es c. (%
%) ET (
De sc .C
áre a
ap r ox
ca mb iad a( %) an al Sa l. ( %) P. Se d. (% ) P. Ag ua (% ) P.T r an sm . (% )
-60
Gráfica 27. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 24. Arroyo Real 178
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ El cambio de reforestación a bosque de roble tuvo mayor impacto que a bosque. Ninguno de los dos cambios tuvo gran impacto en la evapotranspiración ni en la descarga del canal de salida 104.
Esta subcuenca presentó el mayor cambio porcentual de percolación (-54.98%) con el cambio de agricultura a bosque de roble, pero también fue la subcuenca en la que se cambio mayor porcentaje de área.
La subcuenca 24 también presentó un alto valor de cambio porcentual de escurrimiento con un valor de 44.72% y un porcentaje de área de cambio de 36.67%.
Los cambios porcentuales de percolación son ligeramente superiores a los de las otras variables de respuesta hidrológica.
A la vez, los cambios porcentuales de la
producción de sedimentos resultaron ligeramente superiores a los de escurrimiento y pérdidas por transmisión.
Efectos de los cambios de cobertura vegetal en la respuesta hidrológica de la subcuenca 31 – Arroyo Real En esta subcuenca, la producción de agua no presenta variabilidad entre los diferentes cambios de cobertura realizados, así como tampoco la evapotranspiración ni descarga del canal de salida, 104.
Adicionalmente, se puede observar que los cambios porcentuales de escurrimiento, pérdidas por transmisión y producción de sedimentos cuatriplican el valor absoluto de los cambios porcentuales de percolación, indicando que estas variables son más susceptibles a cambios de cobertura en esta subcuenca.
179
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 31 - Arroyo Real
80 60 40 20
Br->Q B->Q Br->Ur Br->Pa Br->Ag B->Ur B->Pa B->Ag Ag->Br Ag->B
-20 -40
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CN
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%) Co be r(
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Es c. (%
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ár e a
ap r ox
ca mb iad a( %) an al Sa l. ( %) P. Se d. (% ) P. Ag ua (% ) P.T r an sm . (% )
-60
C. Cob.
0
Gráfica 28. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 31. Arroyo Real El impacto de los cambios de cobertura varía en dependiendo del tipo de cobertura que se cambió y de la variable de respuesta hidrológica. La respuesta de los bosques de roble ante los cambios de cobertura para la percolación, escurrimiento, producción de sedimentos, pérdidas por transmisión y producción de agua, el impacto en orden descente ante los diferentes cambios de cobertura fue urban, agricultura, áreas quemadas y pastizales. Para la evapotranspiración, el impacto en orden descendente fue urbano igual a área quemada, ambos mayores que agricultura y pastizal.
El impacto de los cambios de cobertura de bosques fue: para la percolación, quemada mayor que urbana, agricultura y pastizales. Para la evapotranspiración, en orden descendente, el impacto de los cambios de cobertura fue: urbano, agricultura, pastizal y área quemada. Para las variables de escurrimiento, producción de sedimentos,
180
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ pérdidas por transmisión y producción de agua, el impacto en orden descendente fue: urbano, agricultura, quemada y pastizal.
Aunque se cambio mayor porcentaje de área de bosques de robles que de bosques, la diferencia entre los cambios porcentuales correspondientes es mucho mayor, por lo que se infiere un mayor impacto en el cambio de los bosques de roble que de bosques.
Esta subcuenca presentó entre los más altos valores de cambios porcentuales de escurrimiento (y de pérdidas por transmisión y producción de sedimentos). Los resultados homólogos de la subcuenca 34, superan por poco o mucho estos valores, pero los porcentajes de áreas cambiados de la subcuena 34 fueron muchos mayores.
Efectos de los cambios de cobertura vegetal en la respuesta hidrológica de la subcuenca 34 – Arroyo Real Esta subcuenca presentó el mayor cambio porcentual de escurrimiento. Este cambio fue de mayor magnitud (61.24%) que el de la subcuenca 24 (44.72%), a pesar que el área cambiada fue menor. El signo negativo indica que hubo un aumento en la cantidad de agua escurrida debido al cambio de bosque de roble a urbana.
Al igual que la subcuenca 31, la producción de agua no presentó variación notable entre los cambios, así como tampoco la descarga del canal de salida (104) ni la evapotranspiración.
Se repite el comportamiento de las subcuencas 31 y 64. Los cambios en bosques de robles tienen mayor impacto que los cambios de bosques.
El impacto de los cambios de cobertura depende del tipo de vegetación que se cambia y de la variable de respuesta hidrológica. La respuesta de los bosques de roble ante los cambios de cobertura para la evapotranspiración, es mayor para el cambio a urbano, le sigue el agrícola, y finalmente el cambio a pastizal y área quemada tienen el mismo impacto.
Para el resto de las variables de respuesta hidrológica
(escurrimiento, producción de sedimentos, pérdidas por transmisión y producción de
181
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ agua) el impacto fue mayor para área urbana, le siguen el cambio a agricultura, pastizal y área quemada.
Para los bosques, para todas las variables de respuesta hidrológica, el mayor impacto lo presentó el cambio a área urbana, le siguen el agrícola, áreas quemadas y por último pastizal. Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 34 - Arroyo Real
80 60 40 20
-20
Br->Q B->Q B->Ur B->Pa B->Ag B->Ur B->Pa B->Ag
-40 -60
mm /hr )
CN
Ks (
. (% ) Co be r (% )
(%
)
Pe rc
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Es c.
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ár e aa pr o xc am bia De da s c. (% Ca ) na lS al . (% ) P. Se d. (% P. ) Ag ua (% P.T ) r an sm . (% )
-80
C. Cob
0
Gráfica 29. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 34. Arroyo Real
Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 94. Arroyo Real En la subcuenca 94, la evapotranspiración y descarga del canal de salida no presentan mayor variación, de manera que no se ven significadamente afectados por los cambios de cobertura. Sin embargo, esta subcuenca presentó el mayor cambio porcentual de evapotranspiración, 0.72%, con el cambio de bosque a área urbana.
182
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ Respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura de la subcuenca 94 - Arroyo Real
100 80 60 40 B->Q B->Ur B->P a B->A g Ag-> Br Ag-> B
0
mm /hr )
CN
Ks (
De s c.
áre a
ap r ox
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-20
C. Co b
20
Gráfica 30. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la subcuenca 94. Arroyo Real A diferencia de las subcuencas 61, 64 y 31, los cambios porcentuales de percolación guardan una relación uno a uno con los de escurrimientos, producción de sedimentos y pérdidas por transmisión, por lo que se supone que todas estas variables tienen la misma susceptibilidad a los cambios de cobertura.
Los cambios de mayor magnitud en esta subcuenca son los de bosque a urbana y a agricultura a bosque de roble, con 13.21% y 19.37% de porcentajes de áreas cambiados, respectivamente.
Los cambios porcentuales de percolación y
escurrimiento de estos cambios de cobertura se encuentran entre los tres más altos de todas las subcuencas.
El escurrimiento de esta subcuenca registró un cambio 15.74% para un área de cambio de 12.63%, de agricultura a bosque de roble. Para la percolación, el cambio
183
Capítulo III. Resultados _____________________________________________________________________ fue de 16.01% para un cambio (poco probable) de bosque a urbana con un área de 17.96%.
La gráfica 30 muestra que es mayor el impacto de cambiar el bosque a terreno agrícola que el de reforestación; pero en el primer caso se cambio 16.40% de área y en el segundo 12.13%.
Los resultados muestran que reforestar con bosque de roble da mejores resultados que hacerlo con bosque.
El cambio porcentual de percolación fue mayor que el de la subcuenca 34 para el cambio de bosque a agricultura, aún cuando el porcentaje de área cambiado de la subcuenca 34 fue menor.
184
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ CAPÍTULO IV. DISCUSIÓN
4.1. Cuenca El Chuveje
Los resultados de la simulación base o inicial muestran el comportamiento de las subcuencas en función de algunos parámetros de calidad y cantidad de agua. Dependiendo del manejo y uso que se desea para el agua que capta la cuenca, variarán las subcuencas prioritarias o de interés.
Las subcuencas 64, 24, 14 se consideran prioritarias por las cantidades de agua que percolan en las mismas y que alimentan los acuíferos someros o más profundos. Estas subcuencas aportan agua en cantidad y calidad, ya que sus escurrimientos y producción de sedimentos son los más bajos en comparación con las otras subcuencas.
Por otro lado, las subcuencas 31, 41 y 21 se consideran prioritarias por el gran aporte de agua al canal principal, que finalmente va a la salida de la cuenca o podría ser utilizado antes que llegue a la salida de la cuenca. Sin embargo, a pesar de su gran producción de agua, la calidad de la misma no es de las mejores debido a su alta producción de sedimentos, por lo que se sugiere estas sean objeto de estudios con el objetivo de minimizar los escurrimientos y mejorar la calidad de agua que aportan.
En el caso de la cuenca El Chuveje, los cambios de cobertura señalan varias cuencas susceptibles, dependiendo de la variable de respuesta hidrológica de interés.
A
continuación se resumen lo encontrado.
Los mayores resultados de cambios porcentuales, para casi todas las variables, se obtuvieron para los subcuencas 64 y 24. Pero en estas subcuencas se aplicaron cambios de cobertura en porcentajes de áreas muy superiores a los aplicados en las otras subcuencas. Esto se debe a que al aumentar el porcentaje de área de cobertura que se cambia, aumenta el impacto en la respuesta hidrológica debido a que el cambio en los parámetros hidráulicos también aumenta.
185
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ Tomando en cuenta la influencia que el porcentaje de área cambiado puede tener en el impacto de la respuesta hidrológica, estas subcuencas no se considerarán en la discusión a continuación, excepto para fines comparativos.
Las subcuencas 21 y 41 registraron los mayores cambios porcentuales de descarga del canal de salida (54). El máximo cambio porcentual fue de -2.43% para la subcuenca 21.
Las subcuenca con mayor cambio porcentual de producción de agua también es la 21, con un valor de 14.37%, para el cambio de pastizal a bosque de roble. El segundo y tercer cambio porcentual más alto de producción de agua le corresponde a la subcuenca 14.
La evapotranspiración presentó ligera variación ante los cambios de cobertura en las subcuencas 41, 21 y 31. El mayor cambio porcentual fue de 1.21% para la subcuenca 41. Los cambios de cobertura que mayor cambio porcentual de evapotranspiración presentaron involucran bosques de robles.
El mayor cambio porcentual de percolación se registró para la subcuenca 21, con un valor de -23.35%, para el cambio de pastizal a bosque de roble. La subcuenca 14 presentó un cambio porcentual de percolación de 17.47% para el cambio de bosque de roble a urbana y la subcuenca 31, un valor de -15.92 para el cambio de agricultura a bosque roble.
El escurrimiento y las pérdidas por transmisión presentan valores de cambios porcentuales aproximadamente iguales entre si. Este comportamiento se observa en todas las subcuencas. En las cuencas 14, 64 y 24, las variables escurrimiento y las pérdidas por transmisión y producción de sedimentos presentaron mayor sensibilidad ante los cambios de cobertura.
Los tres mayores cambios porcentuales de escurrimiento, pérdidas por tansmisión y producción de sedimentos se registraron en la subcuenca 14, con los cambios de bosque de roble a urbana, agricultura y pastizal, en ese orden.
186
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ En base a los
resultados se sugiere que las subcuencas 14 y 21 son las más
susceptibles a los cambios de cobertura vegetal, ya que se ven afectadas en mayor magnitud casi todas sus variables de respuesta hidrológica.
Los resultados también señalan que el impacto o susceptibilidad a los cambios de cobertura dependen en gran medida al área total impactada, cambio que se realiza, vegetación dominante y composición edafológica. Dependiendo de estos factores, las características de hidráulicas relacionadas con la cobertura vegetal variarán en mayor o menor grado.
En lo que respecta a los tipos de cambios de cobertura de la cuenca El Chuveje se obtuvieron los siguientes resultados:
El impacto de los cambios de bosques de robles a urbana es mayor que de bosques de roble a agricultura y pastizal para todas las subcuencas (14, 24, 64, 21 y 41):
Br-Ur > Br-Ag > Br-Pa
Como se mencionó, los resultados mencionados son el producto de los cambios de características hidráulicas numéricas, como consecuencia de los cambios de cobertura, que permiten relacionar variables biofísicas como la cobertura vegetal y el suelo a una respuesta hidrológica ante determinadas condiciones climatológicas y topográficas.
Algunos ejemplos de las características que varían con los cambios de cobertura son el porcentaje de cobertura y número de curva. Los cambios en estas dos variables afectan directamente los escurrimientos e indirectamente la producción de sedimentos, pérdidas por transmisión y producción de agua. Por otro lado, se puede inferir que los cambios en los porcentajes de cobertura afectan los resultados de evapotranspiración, de los que finalmente depende la percolación y el escurrimiento.
La diferencia en las magnitudes de variación de los números de curva con respecto a los cambios de cobertura vegetal es uno de los factores a los que se deben las diferencias en la respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura. 187
Para los
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ grupos de suelos hidrológicos B, C y D (ver figura 9), la magnitud del cambio en el número de curva que resulta al cambiar un bosque de roble a otro tipo de vegetación guradará el siguiente orden decreciente: urbana > agricultura > pastizal > bosque. Como se puede observar, el comportamiento expuesto coincide con los resultados obtenidos en ambas modelaciones.
En un contexto real, el convertir un área boscosa en un área urbana tiene mayor impacto que el convertir un área a agricultura o pastizal, ya que en el primer caso se coloca una superficie impermeable que impide la percolación y favorece totalmente el escurrimiento. Mientras que en el cambio de un área boscosa a agricultura o pastizal, aún queda suelo permeable que permitirá la percolación y minimizará en cierto grado los escurrimientos.
El efecto de los cambios de cobertura en los bosques de robles es mayor que para los bosques. Bosques Robles > Bosques
Esto se debe a que la magnitud de variación en el número de curva de bosques de robles a agricultura y pastizales es mayor que la magnitud de variación en el número de curva de boques a agricultura y pastizal. Esto indica que los bosques de robles tienen un menor potencial de escurrimiento. Este comportamiento se cumple para los grupos de suelos B, C y D, indicando que los suelos que caracterizan a la cuenca El Chuveje pertenecen a uno de estos grupos hidrológicos de suelos.
Cabe mencionar que el grupo hidrológico ponderado de suelo para cada subcuenca, lo calcula el modelo en base a la composición edafológica.
Este valor de grupo
hidrológico ponderado es el que utiliza el modelo para obtener los números curva, pero la magnitud de variación de los números de curva es diferente dependiendo del grupo de suelo hidrológico (ver tabla 41). De manera que dependiendo de este valor de grupo hidrológico ponderado variará la magnitud de variación del número de curva.
Por otro lado, para todas las subcuencas, con excepción de la subcuenca 31, los cambios porcentuales de los cambios de cobertura de bosques y bosques de robles a 188
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ pastizales o agricultura fueron menores que los cambios de reforestación (de agricultura o pastizal a bosques o bosques de robles):
B o Br a Ag > Ag a Br o B B-Pa > Pa-B
Pero en todos los casos, los porcentajes de áreas transformadas a agricultura o pastizales fueron mayores que las áreas reforestadas. De manera, que se infiera que el mayor impacto se puede deber al mayor porcentaje de cobertura vegetal alterada.
En la subcuenca 31, el impacto del cambio de bosque a agricultura fue mayor que el del cambio de agricultura a bosque (B-Ag>Ag-B). Es importante considerar que los porcentajes de áreas cambiados son aproximados, pero el de bosque a agricultura fue ligeramente menor que el de agricultura a bosque. Este resultado señala que el impacto de la reforestación en la respuesta hidrológica de esta subcuenca es menor que la conversión, tala o deforestación. Se infiera que este comportamiento se puede deber a que la subcuenca 31 está constituida en un 65.09% de bosque y 21.11% de agricultura; de manera que cambiar la vegetación dominante a otra vegetación, representa un mayor cambio en las características hidráulicas.
En la subcuenca 21, el cambio de pastizal a bosque de roble tuvo mayor cambio porcentual que el cambio contrario, pero el área cambiada también fue mayor.
Pa-Br > Br-Pa
Para esta subcuenca este cambio tuvo mayor impacto que todos los demás realizados, incluyendo el cambio de bosque a agricultura, aún cuando los porcentajes de áreas cambiados no fueron muy diferentes.
El mismo resultado se obtuvo con el cambio de bosque a pastizal, pero en este caso los porcentajes de áreas cambiados fueron muy parecidos, pero ligeramente menor para la reforestación:
Pa-B > B-Pa 189
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ Se infiere por ende, que la reforestación de pastizales tiene efectos positivos en la respuesta hidrológica de esta subcuenca. A diferencia de las otras subcuencas, esta subcuenca está dominada por pastizales (48.05% del área total de la subcuenca). Se infiere que a este hecho se puede deber el mayor impacto en la reforestación, ya que el cambio de pastizales a bosque representa un mayor cambio en las características hidráulicas que el cambio inverso.
Como se puede observar en las gráficas de cambios de cobertura, la conductividad hidráulica no varía con los cambios de cobertura. Esto se debe a que la conductividad hidráulica es un parámetro que se deriva del tipo y textura de suelo.
En la sección de resultados se señalaba la evidente relación entre la edafología y la percolación. Con los resultados de cambios de cobertura vegetal, se confirma la influencia de la cobertura vegetal en la percolación (en el modelo AGWA-SWAT), ya sea directa o indirectamente.
Respuesta ante los cambios a áreas quemadas en relación a los otros cambios de cobertura realizados La respuesta hidrológica ante los diferentes cambios de cobertura a áreas quemada varía según la variable de respuesta hidrológica, área boscosa quemada (bosque o bosque de roble) y característica de cada subcuenca.
Para todas las variables de respuesta hidrológica, en las subcuencas 31 y 41, el cambio de bosque a áreas quemadas fue superior que el cambio a agricultura y pastizal, pero el porcentaje de área quemada fue superior.
190
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ Tabla 26. Comparación de los resultados de los cambios de cobertura a áreas quemadas con los otros cambios de cobertura realizados Vegetación quemada Bosque
Bosque roble
Bosque roble
Bosque roble
Bosque roble
Bosque
Subcuencas
Magnitud Impacto
Variables
Q>Ag>Pa,
Perc, Esc, P. sed., P. trans., P. agua
31 y 41 Q>Ag>Pa
ET
Ur>Pa>Q
Perc, Esc, P. sed., P. trans., P. agua
24 Q>Ur>Pa
ET
Ag>Pa>Q
Perc, Esc, P. sed., P. trans., P. agua
21
64 y 41
14
21
Ag>Pa>Q
ET
Q>Ag>Pa
Perc
Ag>Pa>Q
Esc, P. sed., P. trans., P. agua
Q>Ag>Pa
ET
Ur>Q>Ag>Pa
Perc
Ur>Ag>Pa>Q,
Esc, P. sed., P. trans., P. agua
Q>Ag>Pa
ET
Q>Ag>Pa
Perc
Ag>Q>Pa
Esc, P. sed., P. trans., P. agua
Q>Ag>Pa
ET
% área cambiado Q>Ag>Pa
Ur>Pa>Q
Q>Ag>Pa
Q>Ag>Pa
Q>Ag>Pa
Q>Ag>Pa
El significado de las abreviaciones se describe en el anexo 8 y 9 y en la tabla 22.
Para todas las variables, excepto para la evapotranspiración, en las subcuenca 24 y 21, el cambio de bosque de roble a área quemada fue menor que el cambio a urbana (sólo para la subcuenca 24), agricultura y pastizal. En la subcuenca 24, el porcentaje de área quemada fue el menor de todos. En el caso de la subcuenca 21, el porcentaje de área quemada fue mayor que el cambio a agricultura y pastizal.
191
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ Por otro lado, las subcuencas 64, 14, 21(bosque de roble) y 41 (para bosque de roble) se presentaron mayores variaciones en la respuesta ante los cambios a áreas quemadas. La posición del impacto de cambiar a áreas quemadas es el mayor, menor o intermedio en relación a los otros cambios de cobertura según la variable de respuesta hidrológica, la subcuenca y vegetación alterada. El orden de impacto de la variable percolación es diferente al de la evapotranspiración y al de los escurrimientos. Los resultados de pérdidas por transmisión, producción de agua y producción de sedimentos guardan el mismo comportamiento que los de escurrimiento (ver tabla 26).
Para la evapotranspiración, el impacto de áreas quemadas fue superior para todas las subcuencas mencionadas, excepto para la subcuenca 21.
La razón de la variabilidad en el orden de magnitud de los cambios porcentuales de las áreas quemadas con respecto a los otros cambios de cobertura, se infiere se debe a haber utilizado una clasificación de vegetación diferente para los cambios de áreas quemadas. Para la clasificación de la MRLC, los porcentajes de cobertura de los bosques pino, encino, pino-encino, encino-pino y selva baja caducifolia son iguales. Esto significa que en los casos de quema de cualquier de estas áreas boscosas, las porcentajes de cobertura utilizados serán los mismos.
Los números de curva
presentan otro comportamiento. Los bosques de encino, encino-pino, pino-encino y selva baja caducifolia presentan el mismo valor de número de curva. Los bosques de pino presentan un número de curva diferente.
Para los otros cambios de cobertura (Ur, Ag, Pa), con la clasificación de la NALC, los bosques de pino y pino-encino, encino y encino-pino, y selva baja caducifolia tienen números de curva y porcentajes de cobertura diferentes (ver anexo 10).
En conclusión, la variabilidad (entre subcuencas, variable de respuesta hidrológica y cobertura quemada) en la respuesta hidrológica ante los cambios de áreas quemadas se atribuye a: las diferencias en las reclasificaciones de las clases de vegetaciones originales (INEGI) a las clases de la NALC y MRLC y la existencia o no de variación en el porcentaje de cobertura y número de curva entre estas clasificaciones (NALC y MRLC). 192
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ 4.2. Cuenca Arroyo Real
Los resultados de la simulación base señalan a las subcuencas 31 y 34 como prioritarias por ser de las que más agua aportan a la recarga de acuíferos someros y al canal principal. A la vez, son las subcuencas que poseen los más bajos valores de escurrimientos y pérdidas por transmisión.
Aunque no se destacan entre las
subcuencas con más baja producción de sedimentos, los valores medios de producción de sedimentos están entre 8.06 y 6.44 ton/ha.
En lo que respecta a los cambios de cobertura vegetal, se pudo observar la diferencia en el impacto de los mismos en función de los tipos de cambio, porcentaje de área cambiada y características de las subcuencas.
La magnitud de los cambios porcentuales de evapotranspiración no varió mucho entre los cambios de cobertura vegetal de cada una de las subcuencas. Para la mayor parte de los casos, los valores absolutos están entre 0.01 a 0.12%. Tampoco hubo mucha variación en los cambios porcentuales de la descarga del canal de salida de las subcuencas 24, 31, 34 y 94. Sus valores absolutos van de 0.01 a 0.17%.
Esto indica que los cambios de vegetación realizados no tienen impacto significativo en la evapotranspiración ni en la descarga de las subcuencas.
Sin embargo, es
importante mencionar que la subcuenca que mayor impacto tuvo en la descarga del canal de salida es la 64 (-0.86%) con el cambio de cobertura de bosque de roble a urbana.
La variable producción de agua presentó variabilidad para todas las subcuencas, excepto para la 31 y 34.
Para las subcuencas 64, 61, 31 y 34 la magnitud de los cambios porcentuales es mayor para las variables de respuesta hidrológica como escurrimiento, pérdidas por transmisión y producción de sedimentos que para la percolación. Los resultados de percolación llegan a ser 2, 4 o 5 veces menores indicando mayor susceptibilidad de las variables antes mencionadas, ante los cambios de cobertura.
193
Se infiere este
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ comportamiento se debe a lo expuesto en la discusión de las subcuencas de la cuenca El Chuveje.
Los mayores valores de cambio porcentual de percolación y escurrimiento se registraron para las subcuencas 24, 34, 31 y 94. Comportamiento y resultados muy similares a los de escurrimiento que se obtuvieron en las pérdidas por transmisión y producción de sedimentos en todas las subcuencas.
Considerando que la magnitud de los cambios porcentuales guarda relación directa con el porcentaje de área cambiada y los cambios de vegetaciones realizados, se concluye que las subcuencas más susceptibles a los cambios de cobertura son las 94 y 31. Estas tienen alto impacto en la cantidad de agua que alimenta los acuíferos, así como en la calidad de agua disponible para su uso y manejo.
Los resultados muestran que la magnitud del cambio porcentual (o impacto) está relacionada directamente con el porcentaje de área cambiada, así como también con el cambio que se realiza (cobertura original y final). Otro factor que influye en los resultados obtenidos es la composición edafológica.
Todos estos factores son de importante consideración al momento de comparar los resultados entre las subcuencas. La influencia de estos en la respuesta hidrológica se expuso detalladamente en la discusión de la cuenca El Chuveje, por lo que sólo se mencionarán de manera resumida en la discusión de esta cuenca.
En todas las subcuencas, se vio mayor impacto en el cambio de cobertura de bosques de robles en comparación con el de bosques.
Bosques Robles > Bosques
Tiene mayor impacto de cambio porcentual el cambio de bosques y bosques de robles a áreas urbanas que a agricultura. De igual manera, el impacto del cambio de estos tipos de vegetación a agricultura es mayor que para pastizales.
Ur > Ag > Pa 194
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ Los resultados de la cuenca Arroyo Real también señalan que los bosques de robles tienen menor potencial de escurrimiento y que el cambio a un área urbana favorece el escurrimiento en mayor grado que el cambio cultivo agrícola y pastizal.
Las
explicaciones para estos dos resultados, son las mismas expuestas a detalle en la discusión de la cuenca El Chuveje. En resumen, los diferentes impactos con los cambios de cobertura se deben a las diferentes características hidráulicas (como potencial de escurrimiento, porcentaje de cobertura) de los diferentes tipos de vegetación, y la influencia de los factores como superfície cambiada, vegetación original y final y composición edafológica.
Adicionalmente, los resultados indican que es mayor el impacto generado al cambiar bosques o bosques de robles a agricultura o pastizales, que los cambios de agricultura o pastizales a bosques o bosques de robles:
Br-Ag (Pa) > Ag (Pa)-Br B-Ag (Pa) > Ag (Pa)-B
Pero, los porcentajes de áreas convertidos a agricultura o pastizales fueron mayores, excepto en la subcuenca 64. En esta subcuenca se cambio 4.39% de área de bosque a pastizal y 5.17% de área de pastizal a bosque. A pesar de la menor superfície alterada, el primer cambio tuvo mayor impacto que el segundo. Se puede inferir que el mayor impacto del cambio de bosque a agricultura depende en cierta medida de la vegetación dominante de la subcuenca.
Como la subcuenca está dominada por
bosque de roble, el cambio a pastizal genera una mayor variación en las características hidráulicas que el cambio a una vegetación con características hidráulicas más parecidas, como el bosque.
En ambas cuencas, El Chuveje y Arroyo Real, y para todos los casos en los que hubo variabilidad en las respuestas; todos los variables (escurrimiento, producción de sedimentos, producción de agua, pérdidas por transmisión, descarga del canal de salida y hasta la evapotranspiración) presentaron un comportamiento inverso a la percolación. Es decir, que cuando la percolación aumentaba como consecuencia del cambio de cobertura, las otras variables presentaban una disminución (en igual o mayor magnitud). 195
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________
Respuesta ante los cambios a áreas quemadas en relación a los otros cambios de cobertura realizados La respuesta hidrológica ante los cambios de cobertura a áreas quemadas para la cuenca Arroyo Real, también varió según la variable de respuesta hidrológica, área boscosa quemada y características de la subcuenca.
Para la subcuencas 34 y 94 (bosque roble) y 61 y 31 (bosque), el impacto de quemar las áreas boscosas señaladas en paréntesis fue menor que el impacto de cambiar a urbana y agricultura. Cabe mencionar que esto se cumple para todas las variables de respuesta hidrológica, exceptuando la evapotranspiración, y que en todos los casos, el porcentaje de área quemada fue el mayor de todos. En el caso de los resultados de evapotranspiración, el impacto varía; siendo el mayor, menor o intermedio.
En las subcuencas 34 y 64 (bosque de roble) y 64 y 31 (bosques y bosque de robles), el orden de impacto de la respuesta hidrológica ante el cambio a área quemada en comparación con los otros cambios de cobertura, fue diferente entre la percolación, evapotranspiración y escurrimiento. Las pérdidas por transmisión, producción de agua y producción de sedimentos presentaron el mismo orden de magnitud que los escurrimientos, en la mayoría de los casos.
Para casi todas las subcuencas, el impacto de los resultados de evapotranspiración de la quema de áreas boscosas superó el impacto de los resultados de evapotranspiración de los otros cambios de cobertura. En el caso de la subcuenca 31, los cambios porcentuales de evapotranspiración de los cambios a área quemada y urbana fueron iguales. En el caso de la subcuenca 34, el cambio porcentual de la evapotranspiración del área quemada fue igual que la de pastizal.
196
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ Tabla 27. Comparación de los resultados de los cambios de cobertura a áreas quemadas con los otros cambios de cobertura realizados Vegetación quemada
Subcuencas Magnitud Impacto Ur>Ag>Q>Pa
Bosque
Bosque de roble
34 y 94
34 y 64
Bosque
ET
Ur>Ag>Q>Pa
Perc
Ur>Ag>Pa>Q
Bosque
Ur (31) >Ag>Q>Pa Ur (31)=Q>Ag>Pa
ET
Q>Ag>Ur>Pa
Perc
31
Ag>Ur>Q>Pa
ET
Q>Ur>Ag>Pa
Perc Esc, P. sed., P. trans., P. agua ET
Q=Ur>Ag>Pa
Q>Ag>Pa
Q>Pa>Ag (61) Q>Ur>Ag>Pa (31)
Esc, P. sed., P. Pa>Ag>Q>Ur trans., P. agua
Q>Ag>Ur>Pa
Ur>Ag>Q>Pa
% área cambiado
Q>Pa>Ag>Ur Esc, P. sed., P. (34) trans., P. agua Pa>Q=Ur>Ag (64) ET Perc, Esc, P. sed., P. trans., P. agua
61 y 31
64
Perc, Esc, P. sed., P. trans., P. agua
Ur>Ag>Q>Pa (34) Ur>Q>Ag>Pa (94)
Q>Ur>Ag>Pa (64) Ur>Ag>Q=Pa (34)
Bosque roble
Variables
Q>Ag>Pa
(#). Sólo aplica para la subcuenca señala dentro del paréntesis *El significado de las abreviaciones se describe en el anexo 8 y 9 y en la tabla 22.
Nuevamente, se infiere que la variación en el orden de magnitud de los impactos de la respuesta hidrológica de las áreas quemadas, con respecto a los otros cambios de cobertura realizados, es consecuencia de las diferencias en las reclasificaciones de la vegetaciones originales (INEGI) a las clases NALC y MRLC y a la existencia o no de variación en el porcentaje de cobertura y número de curva entre estas clasificaciones (NALC y MRLC).
197
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ 4.3.
Resultados de las modelaciones hidrológicas como herramienta de
información para los estudios de pagos por servicios ambientales
El pago por servicios ambientales es una herramienta mediante la que se busca la conservación de los recursos naturales en base a los beneficios o servicios que de estos se reciben. De este modo, se remunera económicamente por la conservación de un recurso natural garantizando que se continúe recibiendo el mismo beneficio o servicio que el recurso ofrece.
Debido a que los recursos naturales ofrecen infinitos beneficios y servicios, los mismos son invaluables y es imposible asignar un valor monetario real. Sin embargo, lo que si es posible, es estimar el valor de al menos uno de los beneficios o servicios. Aunque que este valor monetario no represente el valor real del recurso, al menos permite el establecimiento de un sistema económico ajustado a las necesidades y realidades del medio.
El beneficio de la aplicación de estos sistemas, cuando se aplican en base a información científica y no arbitrariamente, es doble ya que a la vez que se conserva un recurso, se otorga un sustento económico a las sociedades que de estos dependen.
La implementación de los sistemas de pagos por servicios ambientales debe considerar varios entornos. Para garantizar que el éxito de estas herramientas se deben establecer políticas basadas en información científica (ambiental, por ejemplo), económica y social.
El estudio realizado, provee parte de la información que debe ser considerada en la implementación de un sistema de pagos por servicios hidrológicos. Esta información está basada en el comportamiento hidrológico de las cuencas que a su vez es consecuencia de características de vegetación, edafología, topografía y clima.
La información generada mediante las modelaciones hidrológicas permite identificar cuales son las áreas que más agua captan y las que más agua aportan al canal principal. También, permite conocer cuanta agua se puede ser utilizada por el hombre
198
Capítulo IV. Discusión _____________________________________________________________________ directamente del canal principal y cuanta agua sale de la cuenca. Adicionalmente, los resultados proveen de información que indica cómo se verá afectada la cantidad y calidad de agua de las cuencas en caso de cambios de cobertura vegetal.
Toda esta información, se puede utilizar para identificar las áreas que, por su respuesta hidrológica o susceptibilidad necesitan ser conservadas y por ende deben o no ser consideradas para la implementación de un sistema de pagos por servicios hidrológicos o conservarse por medio de mecanismos alternos.
199
Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones _____________________________________________________________________ CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones De la cuenca El Chuveje las subcuencas que se consideran prioritarias según los resultados obtenidos son la 64, 24 y 14. En estas percolan las mayores cantidades de agua, además de tener los menores escurrimientos y producción de sedimentos. Adicionalmente, el escurrimiento y producción de sedimentos son muy susceptibles a los cambios de cobertura en la primera y la segunda.
Por otro lado, por su susceptibilidad ante los cambios de cobertura, la subcuenca 14 y 21 deben considerarse también como prioritarias. Esta mayor sensibilidad ante los cambios se observó para las variables de percolación, escurrimiento, producción de sedimentos y pérdidas por transmisión.
En lo que respecta a la cuenca Arroyo Real, las subcuencas que más agua aportan a la recarga de acuíferos y al canal principal son la 31 y 34.
Adicionalmente, estas
subcuencas coinciden también con ser de gran susceptibilidad a los cambios de cobertura, sobre todo en la respuesta de percolación, escurrimiento y producción de sedimentos.
Considerando que en varias subcuencas los escurrimientos y producción de sedimentos duplicaron, triplicaron y hasta quintuplicaron la magnitud del cambio porcentual del resto de las variables, podría inferirse que los cambios de vegetación tienden a ocasionar mayor impacto en la calidad del agua y degradación del suelo que en la cantidad de agua que recargan los acuíferos. En los casos en los que se cambió áreas boscosas a urbana, agricultura y pastizales los escurrimientos, producción de sedimentos y pérdidas por transmisión aumentaron, y la percolación disminuyó. En los casos, en los que se cambiaron las áreas agrícolas y pastizales a áreas boscosas los escurrimientos, producción de sedimentos y pérdidas por transmisión disminuyeron y la percolación aumento.
Sin embargo, es muy importante tener siempre en cuenta que los resultados demuestran que la respuesta hidrológica a los cambios de cobertura dependerá de la composición 200
Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones _____________________________________________________________________ edafológica, cobertura vegetal, superficie o área alterada y cambio de cobertura vegetal que se realice.
En ambas cuencas, se observó que los cambios en bosques de robles (bosques de encino o de encino pino) a urbanas, agricultura y pastizales tienen mayor efecto en la respuesta hidrológica que los mismos cambios en bosques (bosques de pino o pino encino). Estos resultados indican que el potencial de escurrimiento es menor para los bosques de robles, así como son mejores las propiedades de retención de agua.
En ambas cuencas el impacto de cambiar a áreas urbanas fue mayor que cambiar a agricultura y pastizal.
El cambiar de bosques o bosques de robles a urbana, agricultura, pastizal o áreas quemadas representa un aumento en los escurrimientos, pérdidas por transmisión, producción de agua y producción de sedimentos; y una disminución en la percolación.
No se encontró un patrón de comportamiento en la respuesta hidrológica ante la quema de áreas boscosa con respecto a los otros cambios de cobertura realizados. En algunos casos, el impacto ante la quema fue superior al impacto de cambiar a área urbana, agricultura y pastizal. En otros, solo superó el impacto del cambio a pastizal; y en menos casos, tuvo el menor impacto. El orden de magnitud de impacto varió según la variable de respuesta hidrológica, cobertura boscosa quemada y subcuenca; de manera que no se puedo establecer un comportamiento específico o predominante.
201
Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones _____________________________________________________________________ 5.2. Recomendaciones • Se recomienda la realización de un estudio mediante el que se determinen las relaciones hidráulicas geométricas (ancho y longitud de canal) de los canales del área de estudio para utilizarlas en la modelación. • Se recomienda la realización de un estudio que determine los valores de números de curva y cobertura (dosel) para la clasificación de vegetación del INEGI, tanto natural como después de sufrir un incendio. • Se recomienda la realización de un estudio que determine la relación entre la variación de temperatura y precipitación para el área de estudio. • Se recomienda utilizar un solo de tipo de clasificación de vegetación para todas las simulaciones.
Si se desea aplicar la herramienta de severidad de áreas
quemadas y no se cuenten con los valores de números de curva ni cobertura para la clasificación de vegetación, se recomienda utilizar la clasificación de la MRLC, ya que para esta clasificación existe la información relacionada. • Se recomienda que todos los rasters que se utilizarán en la modelación, tengan el mismo tamaño de celda. • Se recomienda el uso de capas de información con mayor detalle o mayor escala a la utilizada. • Se recomienda seleccionar las estaciones de precipitación, temperatura y generadoras de clima que sigan con los siguientes criterios: que cumplan con los parámetros climatológicos que requiere el modelo, cantidad de años de registros continuos (a mayor número de años, mejores resultados estadísticos se obtendrán). Facilidad y rapidez de adquisición de la información. • Se recomienda trabajar específicamente con las estaciones que se utilizarán en la modelación para evitar pérdida de tiempo innecesaria. • Se recomienda trabajar los datos climatológicos con programas estadísticos y en última instancia con el programa Excel. • Si se cuenta con la información de número de curva y cobertura, se recomienda la creación de una tabla de vista que contenga la información para la vegetación propia del sitio.
202
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Anexos
209
Análisis de Resultados
Modificación: cobertura vegetal
Modelación Hidrológica
Obtención y Preparación de la data y capas de IG
Requerimientos y características de la data necesaria
Selección Modelo
* swatpptfiles.dbf *t. de precipitación *weights.dbf *tablas de salida
Tablas *final_swat_soil_lut.dbf *soil_lut.dbf *hgr.dbf * wgnfiles.dbf *FAO_World.dbf *FAO_Properties.dbf *FAO_Summ.dbf *kin_lut.dbf
Escenario base
Áreas quemadas
Cambios de cobertura
Delineación
Archivo de salida y modelación
Diferencia entre escenarios
Generación archivo de precipitación
Escenarios de Modificados
Parametrización
Tablas *Generar las tablas o archivos de: precipitación, temperatura, estación generadora de clima y archivo generador de clima. Información de Bases de datos Eric II e información de EMA`s *Guardar las tablas en el subdirectorio “datafiles”
Capas de Información *Digitalización *Extracción de la Inf. Georref.: Programa SHFWIN o la red *Transformación de la Inf. Georref. a grids ArcGis para SHFWIN *Comparación *Definición de la Proyección y Corte al área de estudio *Modificaciones a tablas de atributos: cobertura de suelo, suelo, estaciones climatológicas
*Shapefile de las estaciones *Shapefile de tipo de suelo
Matriz comparativa de los criterios de selección del modelo
Capas de información *DEM *Grid cobertura vegetal
Investigación: características de los diferentes modelos
Resultados
C:\agwa\ datafiles
C:\agwa\gisdata
* nacl_lut.dbf * t. atributos * t. temperatura
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 1. Diagrama de metodología de trabajo
Figura 41. Diagrama de metodología de trabajo
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 2. Selección del modelo hidrológico En base al problema y los objetivos, se seleccionó el modelo hidrológico a utilizar. A la vez, se consideraron otros criterios como disponibilidad, facilidad de uso, costo y otros que se detallarán posteriormente.
Primera Etapa Se realizó una búsqueda de los programas de modelación hidrológica existentes y de su descripción general resultando los listados a continuación:
1. SWAT 2. BASIN 3. HMS 4. Heart 5. HSPF 6. HEC-PREPO 7. SWRRB 8. WMS 9. AGWA 10. MIKE BASIN 11. SMS 12. SHERTRAN 13. KINEROS 14. HYDRA 15. ANNIE 16. AQUATOX 17. CORMIX 18. PLOAD-REHIE
210
Anexos _____________________________________________________________________ Bajo los criterios que se ennumeran a continuación y la descripción general de cada modelo listado se fue acotando la lista de programas:
1. Manejo de datos GIS 2. Interfase con Arc Gis/Arc Info 3. Que use intervalos de tiempo 4. Tamaño de cuenca grande 5. Facilidad de uso 6. Modelación: entrada y salida de agua y calidad y cantidad de agua (balance hídrico,
infiltración,
evapotranspiración,
escorrentía,
sedimentación,
percolación, caudales pico) 7. Modelación a largos períodos de tiempo 8. Costo
Los primeros modelos descartados fueron el AQUATOX, CORMIX, HYDRA y PLOAD-REHIE, debido a que la aplicación y descripción de estos cuatro modelos no cumplían con los objetivos de este estudio. El modelo ANNIE fue descartado ya que en caso que se necesite una herramienta para el manejo de datos hidrológico se usará el modelo Arc Hydro. El modelo KINEROS por si sólo fue descartado debido a que sólo es aplicable a cuencas de poco tamaño y a eventos singulares
Segunda Etapa Partiendo de la descripción de los modelos restantes se continúo con una investigación más detallada que permitiera obtener información relacionada con los criterios mencionados, en los que se basaría la selección.
El resultado de las
características, aplicaciones, requerimientos y costos de los diferentes programas. se presenta a continuación:
211
Anexos _____________________________________________________________________ SWAT 2000: Soil and Water Assessment Tool Descripción y aplicación Herramienta del gravamen del suelo y del agua, una cuenca de un río, o la línea divisoria de las aguas. SWAT fue desarrollado para predecir el impacto de las prácticas de gerencia de la tierra en el agua, sedimento y las producciones químicas agrícolas en líneas divisorias de las aguas complejas y grandes con los tipos de suelos muy variables y con grandes cambios en los usos del suelo. Se puede modelar el impacto alternativo de los datos de entrada (ej. Cambios en prácticas de manejo, clima y vegetación, etc.) de calidad de agua y otras variables cuantificables de interés. De cuencas sin datos de monitoreo (ej. Datos de arroyo), permite estudios de impactos a largo plazo, clasifica los tributarios o subcuencas y la corriente principal, permite llevar a cabo comparaciones y análisis variados, es una cualidad que le da versatilidad al trabajo con este código. Resultado Calcula
balance
hídrico,
escorrentía
superficial,
infiltración,
sedimentación,
percolación, flujo subsuperficial variables climáticas, evapotranspiración y flujo de retorno. Requerimientos de software ArcView Spatial Analyst Software Costo Ninguno Datos requeridos SWAT requiere la información específica sobre el tiempo, las características del suelo, topografía, vegetación, uso de suelo, DEM, red de drenaje, registros meteorológicos,
212
Anexos _____________________________________________________________________ climáticos y de caudales, diarios.
BASIN 3.1 : Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint Sources Descripción y aplicación Software permite la identificación de gran cantidad de fuentes puntuales y no puntuales a lo largo de una corriente de agua en un formato fácil de utilizar y de entender. BASINS logra determinar la calidad del agua en un punto determinado de una corriente o de toda una cuenca hidrográfica. Es una herramienta que integra datos ambientales, herramientas analíticas, y programas de modelación que apoyan el desarrollo de acercamientos rentables para la protección del medio ambiente. Algunas aplicaciones incluidas con el BASIN 3.1 son: AGWA, KINEROS, SWAT, AQUATOX, PLOAD-REHI, HSPF Resultados Datos de cartográfica básica, datos de apoyo ambiental, datos ambientales de monitoreo, datos de descarga de fuentes puntuales. A través del GIS, BASINS puede desplegar e integrar amplia variedad de información: uso de la tierra, fuentes puntuales de descarga, suministros de agua a la escala elegida por el usuario. Requerimientos de software ArcView Spatial Analyst Software. Modelos integrados a GIS y ArcView, por si solos corren en Windows o DOS. Costo Ninguno
213
Anexos _____________________________________________________________________ HEC-HMS (incluido en HEC-PACK): Hydrologic Modelling System Descripción y aplicación El HMS comprende procesos de precipitaciones y escurrimientos. Se pueden realizar modelaciones de precipitaciones o de cuencas. El modelo de cuencas modela los escurrimientos de subcuencas de manera distribuida lineal o en conjunto. Este sistema de modelación hidrológica (HEC-HMS) está diseñado para simular los procesos de precipitación y escurrimiento de sistemas dendríticos de cuencas. Está diseñado para ser aplicado en un amplio rango de áreas geográficas. Esto incluye hidrología de inundación y suministro de agua de una cuenca y de cuencas pequeñas urbanas o naturales de escurrimiento. Es un programa muy flexible que permite al usuario la selección de diferentes métodos para el cálculo de pérdidas, cálculo de hidrogramas, flujo base y propagación en cauces. Permite realizar simulaciones de los procesos hidrológicos a nivel de eventos o en forma continua. Los primeros simulan el comportamiento de un sistema hídrico durante un evento de precipitación. La simulación continua puede comprender un período de tiempo con varios eventos de precipitación (Hammerly, n.d.) Los resultados son usados para estudios de la disponibilidad de agua, drenaje urbano, pronosticador de flujo, impacto de futura urbanización, diseño de derrames en reservorios, reducción de daños de inundación, regulación de corriente de inundación y operación de sistemas. Resultados Determina las Pérdidas, transforma precipitaciones a escurrimientos, encamina o manda la hidrografía, desvía el flujo perdiendo la hidrografía desviada o adicionándola en su curso río abajo. Requerimientos de software, manejo de datos de SIG e interfase Arc GIS Procesamiento de datos basado en una estructura de trabajo GIS. El programa presenta una ambiente de trabajo completamente integrado incluyendo base de datos, servicio de
214
Anexos _____________________________________________________________________ entrada de datos, máquina o motor de computación y herramientas de reportes de resultados. Una interfase de usuario gráfica permite al usuario unir el movimiento entre las diferentes partes del programa. Los requerimientos de hardware y software son: Pentium III a 750 MHz, 64 MB, Windows 2000 & Windows XP, 250 MB de espacio libre, con un espacio adicional para archivos de datos, 800 x 600 de resolución, 256 colores, Soporte de redes de trabajo de Windows y Novell. Costo El HEC-PACK: incluye varias aplicaciones como HEC RAS, GIS, GRAPHIC-1 Y HMS. El HEC GIS es el que permite de la comunicación del HMS con el Arc GIS y otros módulos. Su costo es de 995 dólares. Datos requeridos Cálculos de hidrología de inundación de precipitaciones a escurrimientos a la salida.
Heart: Hydrological and Environmental Reporting Tool Descripción y aplicación Aplicación para el análisis hidrológico y la creación automatizada de documentos de caracterización hidrológico-ambiental.
Su objetivo es permitir a sus usuarios la
creación de documentación hidrológica completa y precisa sin necesidad de emplear complejas pero siempre limitadas extensiones sobre plataformas SIG, centrándose únicamente en la realidad hidrológica de la zonas estudiadas de tal modo que resulte sencillo y accesible a cualquiera su empleo para todo tipo de estudios o proyectos que requieran de una adecuada documentación de las condiciones hidrológicas existentes. Asimismo, el programa se puede relacionar con otros programas, convirtiéndose en una posible extensión para muchas otras aplicaciones de interés. Combinan modelos hidráulicos e hidrológicos, con la potencia del análisis geomorfológico basada en las representaciones digitales de la información espacial (en particular, Modelos Digitales
215
Anexos _____________________________________________________________________ de Elevaciones). Permiten la estimación fiable de datos con los que alimentar los antedichos modelos hidrológicos, el cálculo de variados parámetros de caracterización climática relacionados o no con el aspecto hidrológico. Resultados Análisis DEM y cálculo de
parámetros geomorfológicos, extracción de redes de
drenaje principales, extracción de cuencas vertientes, subdivisión de cuencas, análisis de unidades hidrológicas, cálculo automático de números de Curva y otros parámetros en función de las coberturas de suelo y usos de suelo, estimación de caudales punta y valores de cálculo para distintas situaciones y valores de frecuencia, hidrograma unitario, formula racional, tiempos de salida con aproximación por onda cinemática, Cálculo de degradaciones y riesgos de erosión, análisis de variabilidad de precipitación, análisis climatológico, generación de resultados numéricos y gráficos en forma de curvas, diagramas de barras, etc., creación de documentación, cartografía, parámetros geomorfológicos e hidrológicos Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase arc GIS Windows 95 o Linux y ArcGis. Herramienta independiente que no requiere de ninguna otra aplicación complementaria para su ejecución, desligándose directamente de aplicaciones como Sistemas de Información Geográfica y permitiendo un uso sencillo que limita la posibilidad de errores y automatiza el análisis global de las unidades hidrológicas. Pero también es una herramienta complementaria de aplicaciones como SIG. No dispone de una interfaz de tipo SIG sino tan solo una sencilla interfaz de usuario a través de la cual se pueden construir proyectos de documentación de gran complejidad. ArcHIS es una extensión para ArcGIS de ESRI escrita en lenguaje VBA, que permite la interrelación entre ArcGIS y Heart, aprovechando la información generada en el primero como datos de partida para el análisis del último.
216
Anexos _____________________________________________________________________ Costo Ninguno (Licencia GPL) Datos requeridos Heart trabaja con los formatos más habituales de datos espaciales y no espaciales, efectuando cálculos intensivos sobre los mismos. El DEM y datos climatológicos ES NECESARIO. La información cartográfica debe encontrarse en formato de malla raster, en particular en el formato ASCII Grid de ArcView. Todas las mallas raster empleadas deben compartir los mismos atributos de tamaño de celda y coordenadas, representando exactamente la misma porción del terreno y diferenciándose únicamente por los valores de las celdas y el tipo de parámetro que contienen éstas . HSPF: Hydrological Simulation Program – FORTRAN Descripción y aplicación Modelo de cuencas que cuantifica los escurrimientos y modela la calidad del agua asociada a fuentes puntuales y no puntuales.
Simula la hidrología de las líneas
divisorias y la asocia con la calidad el agua, procesos previos y posteriores en superficies de tierra y en corrientes de agua bien mezcladas. Esto lo logra integrando la simulación de contaminantes de la tierra (p. ej. contaminantes tóxicos orgánicos) y del suelo en el proceso de interacciones hidráulicas y química del sedimento de la corriente. Este programa realiza una simulación del proceso hidrológico y de calidad de agua en sistemas naturales y hechos por el hombre. Es una herramienta analítica que tiene aplicación en la planeación, diseño y operación de los sistemas de aguas. El modelo permite el uso de análisis probabilístico en los campos de la hidrología y el manejo de la calidad del agua.
217
Anexos _____________________________________________________________________ Resultados Historia temporal de la cantidad y calidad de escurrimiento de una cuenca urbana o agrícola. Velocidad flujo, sedimentación, nutrientes y concentración de pesticidas son predecidas. Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase Arc GIS Archivos compatibles con FORTRAN 77 Costo Ninguno Datos requeridos Para simular los procesos de la cuenca, el programa usa información meteorológica e hidrológica como la de suelos y topografías, historia de tiempo de lluvias, temperatura, radiación solar, uso de suelo y prácticas de manejo.
HEC-PREPO Descripción y aplicación Permite analizar las características físicas de una cuenca en forma rápida Es un conjunto de rutinas de programación que se aplican sobre datos espaciales de una cuenca con el fin de generar los parámetros hidrológicos necesarios para la simulación hidrológica del escurrimiento. Permite analizar las características físicas de una cuenca en forma rápida. Trabaja a partir de un modelo numérico de elevación de la cuenca, generando a partir del mismo los parámetros hidrológicos, esto lo hace aplicable a cuencas donde el terreno gobierna el escurrimiento.
218
Anexos _____________________________________________________________________ Resultados Permite Crear la topología de la red escurrimiento para el posterior modelado hidrológico. Al estar incluido dentro un SIG permite combinar la información generada con otros datos (uso del suelo, precipitación, ocurrencia de heladas, tipos de suelos, etc) y generar resultados cartográficos con rapidez. Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase Arc GIS Está incluido dentro un SIG
SWRRB:
(Simulator for Water Resources in Rural Basins) WQ (windows
interface) Descripción y aplicación Este modelo fue desarrollado modificando CREAMS (química, escurrimiento y erosión de sistemas de manejo agrícola) modelo hidrológico de precipitaciones diarias para aplicación en cuencas rurales. Los tres mayores componentes de este modelo son el clima, la hidrología y sedimentación.
Los procesos considerados son escurrimiento superficial, flujo de
retorno, percolación, evapo-transpiración, pérdida por transmisión, reservorios y lagos de almacenamiento, sedimentación y crecimiento de cultivos. Resultados Los resultados simulan la producción de agua y sedimentos en una amplia variedad de sucesos, climas, uso de la tierra, topografía y condiciones de manejo. Modelo útil para la planeación y diseño de proyectos de agua.
219
Anexos _____________________________________________________________________ Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase Arc GIS • Microsoft Windows • Usa una interfase de Windows. • Window s Version 3.0 • 80 386 Procesador • 4 Megabytes de memoria RAM • 10 Megabytes de espacio en el disco duro NOTE: Un procesador matemático es recomendado pero no requerido. Costo Ninguno Datos requeridos Datos de clima, pesticida, cuencas y subcuencas.
WMS: Watershed Modeling System Descripción y aplicación Este es un modelo ambiental gráfico para todas las fases de la hidrología e hidráulica de cuencas. Con este modelo se puede delinear la cuenca, calcular parámetros geométricos, superposiciones computaciones en GIS (profundidad de lluvias), datos de extracción transversal del terreno. El modelo es un apoyo para HEC-1 (HEC-HMS), HEC-RAS, CE QUAL W2, TR-20, TR-55, Rational Method, NFF, MODRAT, y HSPF. Resultados Con este modelo se puede delinear la cuenca, calcular parámetros geométricos, superposiciones computaciones en GIS (profundidad de lluvias), datos de extracción transversal del terreno.
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Anexos _____________________________________________________________________ Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase Arc GIS Los modelos conceptuales y atributos pueden ser compartidos sin dificultad entre las tres aplicaciones y ARC/INFO o ARCVIEW. Costo 4600.00. VERSIÓN QUE NO MANEJO MODELOS DE TERRENO, MAPEO, NI MÓDULOS DE DELINEACIÓN AUTOMATIZADA
AGWA: Automated Geospatial Watershed Assessment Tool Descripción y aplicación Sistema de análisis hidrológico para manejo de cuencas, recursos hídricos, uso de tierra, y recursos biológicos y para el desarrollo de proyectos de cuencas. Es una extensión de ArcView que utiliza dos modelos hidrológicos: KINEROS y SWAT (modelos de USDA-ARS). Esta extensión permite la parametrización de los modelos KINEROS y SWAT de escurrimientos y erosión de dos cuencas. Los modelos Kinematic Runoff y Erosion (KINEROS) están orientados a modelos físicos que se pueden usar para determinar efectos de características varias como desarrollo urbano, pequeños reservorios de detención o canales alineados en producción de sedimentos e hidrografía de inundación.
El modelo describe los procesos de
intercepción, infiltración, escurrimiento superficial y erosión de cuencas agrícolas y urbanas. Resultados Infiltración, escurrimientos, producción de sedimentos, flujos picos, descargas de sedimentos, descarga de canales, ET, percolación, escurrimiento superficial, pérdida por transmisión, producción de agua y sedimentos, precipitación.
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Anexos _____________________________________________________________________ Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase Arc GIS Esta herramienta está diseñada para usar información georreferenciada (datos SIG). Requiere de ArcView, Spatial Analyst. Comparte el mismo sistema de ArcView que ATILA y BASIN. Usa la versión 3.1 o anterior de Arc View, versión 1.1 de Spatial Analyst y los sistemas operativos Windows 95, 98, 2000, NT 4.0 , ME y XP . Se sugiere las siguientes características de hardware Pentium III, 866 MHz with 256 Mb RAM. Costo Ninguno Datos requeridos Grid de cobertura de suelo, DEM, data de precipitación de KINEROS y SWAT.
MIKE BASIN Descripción y aplicación Modelo de balance de masas en estado estable que permite el recorrido del flujo de ríos. La solución a la calidad del agua se da por medio de transporte advectivo, el decaimiento durante el transporte puede ser modelado. La descripción de las aguas subterráneas usa la ecuación lineal de reservorio. Crea una modelo en el que las ramas representan las secciones individuales del arroyo y los nodos representan las confluencias, diversiones, reservorios o usuarios de agua. La filosofía de este modelo es “mantenerlo simple”. Por esta razón los requerimientos de entrada son mínimos para permitir la modelación significativamente. Con esto se quiere decir que los datos de flujo o escurrimiento natural son siempre esenciales. Los
222
Anexos _____________________________________________________________________ datos de calidad del agua pueden ser medidos directamente (concentraciones) o derivados del uso de información del uso de la tierra como población, número de cabezas de ganado, uso de fertilizantes y tipo de cultivo agrícola (MIKE BASIN tiene una herramienta para usar ArcView para este procesamiento). La resolución temporal deseada depende de las escalas de tiempo del proceso relevante. En lo que a cantidad del agua se refiere, las inundaciones o los cambios en extracciones deben ser distinguibles. En cuanto a la calidad del agua, la degradación sólo puede ser vista en los resultados del modelo si ocurre por períodos de tiempo mayores que el tiempo de residencia en el área del modelo. Cualquier reservorio debe ser caracterizado por curvas de nivel-área-volumen, reglas de curvas y especificaciones para cualquier asociación de estaciones de hidroenergía. Resultados El modelo genera todos los aspectos de la simulación como el desempeño de cada reservorio, concentraciones de nitrato en los ríos, déficits de demanda, etc. Estos resultados se pueden presentar en diferentes formatos como mapas, tablas, gráficos. Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase Arc GIS Requiere de Arc View ArcView 3.2 or 3.2a. Otros requerimientos son: •
Windows 98, NT, 2000, o XP. (MIKE BASIN también corre con Windows 95 y ME, pero estos sistemas operativos no están oficialmente apoyados por DHI);
•
Mínimo de 64 Mbytes RAM (recomendado);
•
Monitor de alta resolución, mínimo de 800x600 pixeles;
•
Mínimo de 200 Mbytes de espacio de disco libre.
Interface ArcView GIS MIKE BASIN y MILW usan una interfase gráfica de usuario (GUI), la que vincula a la máquina computacional MIKE BASIN con ArcView GIS. La interface es desarrollada en un ambiente ArcViewTM y trabaja usando la funcionalidad de ArcViewTM. La aplicación de MIKE BASIN usa una personalizada interfase gráfica de usuario (GUI) ArcViewTM. La integración con el ambiente de ArcView asegura que la completa
223
Anexos _____________________________________________________________________ funcionalidad de ArcView sea mantenida. Debido a que algunas de las funciones de las interfases de MIKE BASIN y MILW usan las facilidades del ArcView estándar, el usuario debe estar familiarizado con ArcView. Costo Hay una versión gratuita pero no incluye la aplicación que simula precipitaciónescurrimiento. Datos requeridos A modo general los datos que se pueden requerir según son: ubicación de reservorios, red de drenaje, parámetros de calidad del agua, series de tiempo de precipitaciones, niveles de agua, etc.
SMS: Surface Water Modeling System Descripción y aplicación Es un modelo ambiental para hidrodinámica, contaminante y transporte de sedimentos y modelo de ondulación.
Incluye elementos finitos 2D, diferenciales finitas 2D,
elementos finitos 3D y herramientas de modelación de aguas atrás 1D. Modelos de apoyo incluyen TABS-MD (GFGEN, RMA2, RMA4, SED2D-WES), ADCIRC, CGWAVE, STWAVE, M2D, HIVEL2D y HEC-RAS de USACE-ERDC. También se han desarrollado interfaces para facilitar el uso de los paquetes de análisis FHWA, FESWMS y Bri-Stars. SMS también incluye una interfase que puede ser usada como apoyo de modelos que no han sido incorporados oficialmente dentro del sistema. Los modelos numéricos apoyados por SMS generan una variedad de información aplicable al modelación de aguas superficiales. Resultados Las aplicaciones son: cálculo de elevaciones de aguas superficiales y problemas con las velocidades de flujo para cuerpos de aguas poco profundos, para estado estable o
224
Anexos _____________________________________________________________________ condiciones dinámicas. Aplicaciones adicionales incluyen los modelos de migración de contaminantes, intrusión salina, transporte de sedimentos (recorrido y deposición), energía de ondulación de dispersión, propiedades de ondulación (dirección, magnitud y amplitud) y otras. Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase Arc GIS Conceptual models and attributes can be shared freely between the three applications and ARC/INFO or ARCVIEW.
SHETRAN: Distributed modeling of water flow and sediment and contaminant transport. Descripción y aplicación Está basado en SHE (Systeme Hydrologique Europeen).
Es un modelo 3D, de
superficie y subsuperficie, físico, distribuido espacialmente, de diferencias finitas para el flujo de agua, transporte de sedimento y de soluto reactivo en cuencas. Da detalles descriptivos del tiempo y espacio de flujo y transporte en la cuenca, lo que se puede visualizar en computación animada. Permite el estudio del impacto de la erosión de la tierra, contaminación, cambios de uso de la tierra y clima; así como en estudios y manejo de aguas superficiales y subterráneas. Es un sistema de modelos de cuencas de ríos. Es una herramienta poderosa para estudios de impacto ambiental de la erosión del suelo, contaminación y los efectos de cambios en el uso de la tierra y clima, y en el estudio de aguas superficiales y subterráneas y manejo. Puede ser usado para cuencas menos de 1km2 a 2500 km2 en un área. Usualmente usa una malla con 20,000 celdas de diferencia finita, amontonadas a 50 de profundidad, para modelar el flujo por hora y el transporte por períodos de hasta algunas décadas. Resultados Da una descripción detallada en tiempo y espacio del flujo y transporte de la cuenca
225
Anexos _____________________________________________________________________ el que puede se visualizado usando proyectores computacionales gráficos. Requerimientos de software, manejo de datos SIG e interfase Arc GIS Los resultados de las simulaciones de SHETRAN pueden ser visualizados y analizados usando el SHEGRAPH paquete dedicado a los gráficos.
Tercera Etapa Considerando los criterios de decisión listados anteriormente y la información recopilada de cada uno de los programas y aplicaciones hidrológicas, se fueron descartando algunos modelos.
Las aplicaciones HEC-PREPO y Heart se descartaron debido a que son herramientas para el manejo y generación de información hidrológica.
Además, Heart no dispone
de una interface de tipo SIG, sino que por medio de la extensión ArcHIS (extensión para ArcGIS de ESRI escrita en lenguaje VBA) se pueden interrelacionara ArcGIS y Heart, aprovechando la información generada en el primero como datos de partida para el análisis del último.
SHERTRAN se descartó principalmente debido a que su aplicación es para cuencas entre 1 y 2500 km2. Además, no se encontró información que sustentará la existencia de una interfase que relacionara este programa con ArcGIS.
Sin embargo, los
resultados en forma gráfica se presentan en el SHERGRAPH.
A pesar que su aplicación se adecua a las necesidades del proyecto en términos de los resultados que se esperan obtener, el modelo SWRRB también se descartó debido a que no se encontró información bibliográfica que apoyará la existencia de una interfase con ArcGIS, ya que este posee su propia interfase en Windows.
El modelo HSPF permite la obtención de la historia temporal de la cantidad y calidad de escurrimiento de una cuenca urbana o agrícola. Velocidad flujo, sedimentación, nutrientes y concentración de pesticidas son predecidas usando información
226
Anexos _____________________________________________________________________ meteorológica e hidrológica como la de suelos y topografías, historia de tiempo de lluvias, temperatura, radiación solar, uso de suelo y prácticas de manejo. Este modelo se descartó debido a que no se encontró una referencia que sustentara la existencia de una interfase que interrelacionara este modelo con Arc GIS o ArcInfo, más tan sólo se confirma su compatibilidad con archivos FORTRAN. Además, se considera que no se ajusta completamente a los criterios relacionados con los resultados que se desean obtener.
El modelo SMS fue descartado debido a que sólo considera aguas superficiales y los procesos hidrológicos relacionados con estas, de manera que su aplicación no cumpliría con los resultados requeridos para el proyecto.
El WMS fue descartado debido a la complejidad de su uso y costo.
Al estar
compuesto por varios programas (HSPF, HECRAS, GGSHA, NFF, Racional Method, TR20, HMS) permite la modelación de una amplia variedad de situaciones, sin embargo obliga al usuario a aprender a manejar cada uno de estos módulos haciendo difícil su uso e incrementando su costo según la cantidad de módulos que se requieran para el estudio. Cabe mencionar que un módulo es necesario para el la comunicación entre WMS y ArcGIS.
Basins utiliza varios programas como el AGWA, SWAT, KINEROS, HSPF, AQUATOX y otros. De todas estas, de acuerdo a los objetivos del estudio es de nuestro interés AGWA, SWAT y KINEROS. Debido a que estas herramientas se pueden manejar independientemente de BASINS y son las únicas de nuestro interés, se descarta el uso de este programa para el desarrollo del proyecto.
De este modo, de los programas presentados al inicio de este documento, se realizará la selección en base a los siguientes: MIKE BASINS, HMS y AGWA (SWAT y KINEROS). Cabe mencionar que por el momento se tratará con AGWA, SWAT y KINEROS como uno sólo.
El HMS puede ser aplicado a un amplio rango de áreas geográficas y determina las pérdidas, transforma precipitaciones a escurrimientos, encamina o manda la hidrografía, desvía el flujo perdiendo la hidrografía desviada o adicionándola en su 227
Anexos _____________________________________________________________________ curso río abajo. Como se puede observar, el modelo cumple con varios de los resultados esperados de la modelación. La desventaja de este modelo es que tiene un costo, además que utiliza una interfase aparte para comunicarse con ArcGIS, llamada HEC-GIS, que también tiene un costo adicional.
MIKE BASINS tiene una amplia variedad de módulos incluidos que comprenden aspectos de análisis, calidad y administración del agua. El módulo de interés para este estudio es el de precipitación-escurrimiento y de áreas de recarga, el cual no está incluido en la versión básica. Entre los módulos incluidos están el de reservorios, acuíferos, usuarios del agua, calidad del agua (química) y ríos. Cabe mencionar que el módulo básico no tiene costo.
El AGWA es una herramienta que integra el uso de SWAT y de KINEROS. El primero permite la simulación por largos períodos de tiempo de grandes extensiones, mientras que el segundo simula la erosión y escurrimientos de pequeñas áreas y de un evento aislado. La base de SWAT es el balance hídrico y permite evaluar el impacto del uso de la tierra sobre el comportamiento hidrológico de un área. Los resultados que se obtienen de cada programa son:
SWAT
KINEROS
Evapotranspiración
Infiltración
Percolación
Producción de Sedimentos
Escurrimiento, producción de agua
Escurrimiento
Pérdidas por transmisión
Velocidad Pico de escurrimiento
Producción de sedimentos
Pico de descarga de sedimento
Considerando que el desarrollo del proyecto se realizará sobre la plataforma de ArcGIS, ArcInfo y ArcView se considera que el programa más adecuado es el AGWA (SWAT y KINEROS.
A continuación se presenta una matriz cualitativa que se utilizó como apoyo en la última etapa de selección del modelo.
228
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 28. Matriz cualitativa comparativa de modelos hidrológicos
Programas
AGWA
BASIN
SWAT
MIKE
ATTILA
HMS
3.1 BASIN Hec-Gis
Interfase con Arc Gis, Arc Info, Arc View Datos GIS Aplica a cuenca de
SWAT+
384,000 Ha
KINEROS
AGWA
cuenca
cuenca
grande
grande
Series e intervalos de tiempo Balance hídrico Producción de agua Infiltración
*
Escurrimientos y
*
Producción de Sedimentos Caudales *
Evapotranspiración Modelo del impacto a largo término
nota
Costo
Cumple Cumple parcialmente No Cumple
*considera estas variables en el modelo de lluvia-escurrimiento Nota: versión gratituita no incluye el modelo lluvia escurrimiento
229
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 3. Descripción de tablas de datos.
Tabla 29. Descripción de las tablas primarias de datos
Primarias Tipo de Tabla Hgr.dbf
Descripción Geometría hidráulica para la discretización de la cuenca, utilizada para definir la geometría de los canales basados en las áreas de contribución. final_swat_soil_lut.dbf Tabla de vista para SWAT usada para derivar los parámetros hidrológicos de los códigos de cobertura de suelo soil_lut.dbf Tabla de vista secundaria para SWAT Wgnfiles.dbf Debe contener información de las estaciones climatológicas, así como señaladores a los archivos climatológicos, descritos en los archivos de entrada y salida FAO_World.dbf Presenta información organizada en base a las unidades mapa suelo (soil mapping units). Incluye las unidades de suelo (soil units) y porcentajes asociados con cada unidad mapa suelo (soil mapping unit) (Levick et al, s.f). FAO_Properties.dbf Lista las unidades de suelo (soil units) y sus propiedades (%arena, %cieno, %arcilla, densidad de tamaño, volumen o grueso y otras) para los suelos superficiales y subterráneos. Tiene un campo de textura que es usado para obtener los parámetros hidráulicos como conductividad hidráulica (Ks), de la tabla FAO_Summ.dbf (Levick et al, s.f). FAO_Summ. Dbf Está organizada por unidades de suelo y contiene unidades de suelo y propiedades de suelo adicionales como capacidad de agua disponible (AWC) y fragmentos de roca. Tiene un campo de textura (Levick et al, s.f). Kin_lut.dbf Contiene información de textura de suelos asociadas a parámetros hidrológicos como conductividad hidráulica saturada (Ks), media de manejo capilar (G) y porosidad (por). Es usada por el modelo en el proceso de parametrización para obtener propiedades del suelo. Esta basada en la clasificación de suelo de la STATSGO, pero fue modificada para incluir algunas unidades mapa suelo de la FAO (Levick et al, s.f). Nacl_lut.dbf Contiene información de parámetros hidrológicos (número de curva (CN) según el grupo hidrológico de suelo y porcentaje de cobertura) para cada tipo de cobertura de suelo según la clasificación de vegetación de la NACL. Pcp.dbf Contiene la información de precipitación ordenada por fecha en días julianos para todas las estaciones que se utilizarán en la modelación Temp.tmp Contiene información de temperatura máxima y mínima de las estaciones que se utilizarán en la modelación, ordenadas en días julianos. xx.wgn Archivos generadores de clima por estación generadora de clima que se utilizará(n) en la modelación. Contiene información estadística: precipitación, temperatura máxima y mínima promedio, sus desviaciones, probabilidad de un día seco o húmedo después de uno húmedo, coeficiente de sesgo, radiación solar, temperatura de rocío y velocidad del viento entre algunos parámetros. El nombre del archivo (xx) dependerá de la estación generadora de clima.
230
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 30. Descripción de las tablas secundarias de datos
Secundarias Tipo de Tabla Tablas de precipitación
Descripción Deben ser generadas por el usuario y guardadas en el directorio “rainfall” del proyecto.
Weights.dbf
Son creadas como parte de la ponderación de Thiessen durante la generación de los archivos de precipitación de entrada. Son guardados en el directorio de proyecto “av_cwd” y son adicionados al proyecto para consulta. Son sobrescritos cada vez que se genere un nuevo archivo de precipitación distribuida.
Swatpptfiles.dbf
Archivos que mantienen un record de todas las combinaciones de las configuraciones de la cuenca, archivos de precipitación, ubicación de los archivos de precipitación, e inicio y final de las fechas de los archivos de precipitación. Estos archivos son escritos en el sudirectorio del proyecto “rainfall” y adicionados al proyecto como tablas. Estos son cruciales y no deben ser borrados.
Tablas de salida
Resultados de la simulación que son escritos en los archivos de base de datos de canales y altiplanicie. Son adicionados al proyecto como tablas.
Los nombres de estos archivos de
salida son modificaciones del nombre de simulación. Las tablas de canales tendrán una c y la de altiplanicie una p anterior al nombre de simulación. Estas tablas terminan en .res para SWAT.
231
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 4. Tratamiento de los datos de las estaciones de precipitación del ERIC Se extrajó la información climatológica (precipitación, temperatura máxima, temperatura mínima) del extractor rápido de información climatológica v.2.0 Eric II para la(s) estaciones de precipitación que tentativamente se utilizarían en la modelación.
Esta información se utilizó para generar el archivo de precipitación y temperatura.
El CD-rom de Extracción Rápida de Información Climatológica (ERIC) proporciona información
climatológica
histórica
diaria
de
los
siguientes
parámetros
climatológicos:
• Precipitación • Temperatura • Temperatura máxima • Temperatura mínima • Evapotranspiración • Cobertura del cielo • Tormentas eléctricas • Niebla • Granizo Como ya se mencionó, de estos parámetros, los de interés fueron: precipitación, temperatura y temperatura máxima y mínima.
Los resultados se extrajeron por estación, por variable y por un período de años especificados por el usuario.
Los archivos de Excel generados por el ERIC
presentaron la información en bloques de 12 columnas, que representan los meses y filas, que representan cada día del mes (1-31). Cada bloque correspondió a un año.
232
Anexos _____________________________________________________________________ Los datos de los archivos de Excel de la variable precipitación de cada estación se arreglaron según los requerimientos del modelo, mediante macros en lenguaje de programación de visual Basic:
•
Precipitación: ordena los datos de los meses en una sola columna guardando el orden de los días, para todos los bloques (años) de un archivo
•
Años: lista los años de datos de cada archivo
•
Hoja2: inserta la hoja en la que se ordenarán los datos de la estación.
Estos macros se generaron para facilitar el proceso de ordenamiento de los datos. Arreglada los datos de cada estación, se unificó la misma en un solo archivo de Excel en el formato especificado. El archivo de Excel resultante se transformó a DBF.
Exactamente el mismo procedimiento se aplicó a los datos de temperatura máxima y mínima, exceptuando en que el archivo de temperatura se transformó de Excel a archivo de texto y finalmente a archivo con extensión TMP mediante la terminal MSDOS. Fue necesario transformar a archivo de texto ya que con este formato se le dió el formato final requerido.
233
Anexos _____________________________________________________________________
Figura 42. Imagen de la tabla DBF de precipitación
234
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 5. Tratamiento de datos de las estaciones meteorológicas automáticas (EMA´s) Para generar los archivos generadores de clima se utilizó información de las Estaciones Meteorológicas Automáticas (EMA`s) del Servicio Meteorológico Nacional.
Los datos de estas estaciones estaban dados para cada 10 minutos y la información que proporcionaban se encuentra detallada en la tabla 29 que se presenta en este anexo.
Los datos de las Estaciones Meteorológicas Automáticas (EMA´s) estaban distribuidos en varios archivos de Excel: uno para cada mes de cada año y cada estación. En algunos casos, se encuentraron datos de dos meses de un año de una estación en un solo archivo de Excel.
Otros datos se encontaban en archivos texto que contenían información de varias estaciones correspondiente a un solo mes, mismo año y distribuida en varios bloques. Otros archivos de texto contenían información de un año entero por estación. Estos archivos se transformaron a archivos de Excel para su manejo.
Para manejar la gran cantidad de datos y extraer la información necesaria se utilizó el programa estadístico SPSS. La metodología general que se seguió en la manipulación de los archivos fue la siguiente:
•
Se transformaron los archivos a formato SPSS: Cada uno de los archivos de Excel se transformó y grabó en formato SPSS, extensión SAV.
•
Se unieron todos los archivos (todos los años y todos los meses) para cada estación: Transformados todos los archivos, se fundieron generando un solo archivo.
•
Se dio formato al archivo: Se dió formato y se definió la variable fecha, se extrajo la variable tiempo en formato hh:mm.
235
Anexos _____________________________________________________________________ •
Se extrajo la información requerida: Se analizaron los datos según el parámetro que se desea obtener.
Tabla 31. Variables medidas en las estaciones meteorológicas automáticas del servicio meteorológico nacional Variable
Descripción
Dirección del
El valor obtenido es el promedio de 10 minutos de la dirección del
viento (DIR)
viento. La dirección indica de donde proviene el viento, su unidad de medición es en grados donde 0° es norte verdadero, su unidad de medición es en grados.
Dirección del
La dirreción del viento de ráfaga es la dirección de donde proviene
viento de ráfaga
la ráfaga más intensa en un lapso de 10 minutos, su unidad de medición
(WSMDIR)
es en grados.
Velocidad del
La velocidad del viento es el promedio aritmético de las velocidades
viento (WSK)
medidas en un lapso de 10 minutos, su unidad de medición es en km/h.
Velocidad del
La velocidad del viento de ráfaga es la máxima velocidad medida en un
viento de ráfaga
intervalo de 10 minutos (se toman muestras cada 5 seg.), su unidad de
(WSMK) Temperatura promedio (AvgTemp)
medición es en km/h. Es la temperatura promedio lapso
de las mediciones realizadas en un
de 10 minutos (se toman muestras cada minuto), su unidad de
medición es en °C.
Humedad relativa La humedad relativa es el promedio de las mediciones realizadas en un (AvgRH)
intervalo de 10 minutos (se toman muestras cada minuto), su unidad de medición es en %.
Presión
La presión barométrica es el promedio de las mediciones realizadas en
Barométrica
un lapso de 10 minutos (se toman muestras cada minuto), su unidad
(AvgBP) Precipitación (Rain)
de medición es el mb (milibar). Es la lámina de precipitación acumulada en un lapso de 10 minutos, su unidad de medición es mm (milímetro).
Radiación
La radiación solar son los valores promedio medidos en un lapso de 10
(AvgSR)
minutos (se toman mediciones cada minuto), su unidad de medición es en W/m² (Watt/m²).
Batería (Batt) Panel solar (Spanel)
Batería recargable de 12 Volts. Panel Solar, empleado para recargar la batería.
236
Anexos _____________________________________________________________________ 2. Obtención de los 14 parámetros que componen los archivos generadores de clima
a. Radiación solar y velocidad del viento Para el cálculo de la radiación solar y velocidad del viento se utilizó el archivo fusionado en formato SPSS, extensión SAV. Se realizó un cálculo o transformación de cada uno de los datos de radiación solar y velocidad del viento de W/m2 y km/h a MJ/m2/día y m/s, respectivamente.
Los factores que se utilizaron para las
transformaciones fueron los siguientes: Radiación solar: Watt/m2 = J/s / m2 = 0.0864 MJ /día* m2 Velocidad del viento: 1 km/h = 00.278 m/s
Finalmente, se realizó el análisis estadístico para obtener la radiación solar y velocidad de viento mensual en las unidades de interés. El informe resultante se grabó en formato Excel, archivo a partir del que se extrajo la información necesaria para el archivo generador de clima.
b. Precipitación media, desviación estándar de la precipitación, probabilidad de un día seco después de un día húmedo, probabilidad un día húmedo después de un día húmedo, coeficiente de sesgo y promedios de días de precipitación El cálculo de las variables listadas se realizó mediante un programa auto ejecutable llamado pcpSTAT.exe. Este programa requierió que el archivo de entrada tuviese una sola columna de datos con un solo decimal, ordenados iniciando con el valor que corresponde al 1 ene y finalizando con el que corresponde al 31 de diciembre. También requirió que cada día de del año tuviese un valor asignado, de manera que los días que no tengan datos deben se llenaron con -99.00, 99.00 o por un valor que el programa reconozca como dato faltante.
Sin embargo, para calcular las variables: precipitación mensual media, desviación estándar, probabilidad de un día seco después de un día húmedo, probabilidad un día húmedo después de un día húmedo, coeficiente de sesgo y promedio de días de 237
Anexos _____________________________________________________________________ precipitación se obtuvieron primero los valores de precipitación diaria. Para esto se realizó un análisis estadístico mediante el programa SPSS, en el que se sumaron los valores de precipitación de los datos de cada 10 minutos de cada día para obtener valores de precipitación diarios. El informe resultante se grabó en formato Excel, archivo que se modificó para ser usado como archivo de entrada para obtener las variables mencionadas. (Consulta vía email a Liersch, Stefan; 2006)
c. Temperatura máxima y mínima y sus desviaciones estándares Para calcular la temperatura máxima y mínima mensual y sus desviaciones estándares correspondientes se calcularon primeramente las temperaturas máximas y mínimas diarias mediante un análisis de todos los datos con el programa estadístico SPSS. El reporte generado por el SPSS se exportó en formato Excel.
Este archivo se
transformó a formato .sav y a partir de este se realizó un análisis para obtener la media de las temperaturas mínimas y máximas de cada mes, así como sus desviaciones estándares correspondientes.
d. Temperatura de rocío El cálculo de la temperatura de rocío se realizó mediante el programa auto ejecutable dew02. Este programa calcula la temperatura de rocío en base a los valores mínimos y máximos de temperatura, obteniendo un valor más preciso; ya que al utilizar la temperatura promedio, se puede estar estimando por debajo la temperatura de rocío.
Los datos se ordenaron en tres columnas en el siguiente orden (según los requerimientos del programa): temperatura máxima diaria, temperatura mínima diaria y humedad relativa diaria.
Los datos de cada variable se adaptaron para que
estuvieran formados por un solo número decimal y para que estuvieran ordenados en una sola columna iniciando por el dato del 1ero de enero y terminando con el dato del 31 de diciembre. Cada día del año tuvo asignado un dato, de manera que los datos faltantes se les asignaron el valor de -99.0, 99.0 u otro valor que el programa reconozca como dato faltante.
238
Anexos _____________________________________________________________________ Los datos de temperatura máxima y mínima diaria que se utilizaron corresponden a los valores máximos y mínimos de cada día obtenidos del análisis con el SPSS.
La humedad relativa diaria se obtuvo mediante el análisis con el SPSS promediando los datos de cada 10 minutos de cada día. El informe generado se grabó en formato Excel.
Los datos de temperatura máxima, mínima y humedad se unieron en un solo archivo de Excel. Se revisaron que los datos cumplan con las especificaciones del programa autoejecutable y se dió el formato requerido.
El programa autoejecutable generó un archivo de salida que contenía los valores de temperatura máxima, mínima, humedad relativa y temperatura de rocío para cada mes. De estos datos, los que se utilizaron para el archivo generador de clima fueron los valores de temperaturas de rocío.
e. 30 minutos de precipitación máxima Para obtener los 30 minutos de precipitación máxima, se sumó la precipitación de los datos de cada 30 minutos mediante el SPSS. Para lograr que el programa realizara este análisis, fue necesario categorizar el tiempo (variable) con una amplitud de 30 minutos y hacer una selección por año debido a la extensión de los datos. Los informes de cada año se grabaron en formato Excel y se transformaron a formato SPSS. Se fundieron los archivos de cada año, se definió y dio formato a la variable fecha, se ordenaron los datos por fecha en orden ascendente, y se analizaron nuevamente mediante el SPSS para obtener el valor máximo de precipitación mensual de un período de 30 minutos.
En resumen, se utilizó el programa estadístico SPSS para extraer todos los parámetros: promedios de radiación solar y velocidad del viento, datos diarios de temperatura mínima y máxima, promedios diarios de humedad relativa y suma de datos de precipitación por día.
239
Anexos _____________________________________________________________________ Los datos diarios de precipitación, temperatura máxima, mínima y humedad relativa se utilizaron como datos de entrada para ejecutar los programas pcpStat.exe y dew02.exe. A la vez, estos datos diarios, se utilizaron para extraer la temperatura mínima y máxima promedio, así como sus respectivas desviaciones estándares mediante el SPSS.
Los programas auto-ejecutables dieron los resultados de los parámetros: precipitación media y su desviación estándar, probabilidades de día húmedo después de un día seco y de un día húmedo, coeficiente de sesgo, promedio de días húmedos y temperatura de rocío.
Una vez que se tienen todos los resultados se procedió a la creación del archivo WGN, tal y como se describe en la metodología.
240
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 6. Características de las capas de información utilizadas
Capas de información digitalizadas Las características que se detallan en la tabla 30 se extrajeron de la información impresa en los respectivos mapas.
Tabla 32. Características de las capas de información digitalizadas
Capa de información
Cobertura Edafología
vegetal
Hidrología
y uso de suelo F14-4, F14-5, F14-8
Cartas usadas
F14-8
F14-7, F14-8, F14-10, F14-11, E14-1
Escala
1:250,000
1:250,000
1:250,000
Fuente
INEGI
INEGI
INEGI
Formato
Papel
Papel
Papel
1983
1984
1981-1983
Impresión
1983 (1era)
2005 (2da)
X
Datum
NAD27
NAD2
NAD2
Proyección
UTM
UTM
UTM
Esferoide
Clarke 1866
Clarke 1866
Clarke 1866
Primera edición
Estaciones de precipitación Shapefile generado a partir de las coordenadas geográficas listadas en el CD-ROM ERIC II.
241
Anexos _____________________________________________________________________ Áreas núcleos Coverage generado mediante el programa ArcInfo a partir de las coordenadas UTM listadas en el libro Áreas Naturales protegidas de México.
Límite de Área Natural Protegida
Tabla 33. Características de la capa de información original del límite del área natural protegida.
Propiedades originales
DEM
Escala
1:250,000
Coordenadas
Grados decimales
Unidades
metros
Datum
NAD27
Época
1988
Elipsoide
Clarke 1866
Fuente
CONABIO (INEGI)
Formato
shapefile
242
Anexos _____________________________________________________________________ Modelo de elevación digital
Tabla 34. Cácterísticas del modelo de elevación digital
Propiedades originales
DEM
Escala
1:50,000 Coordenadas
Coordenadas
geográficas
Unidades
metros
Datum
ITRF92
Época
1988
Elipsoide
GRS80
Cada dato igula a 1” x 1” Tamaña de píxel
29.64
Fuente
INEGI
Formato
imagen bil
243
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 7. Cálculo de los lapsos de temperatura y precipitación Para calcular los lapsos de temperatura y precipitación se utilizarán los datos de las estaciones climatológicas del ERIC II: Jalpan SMN y Jalpan DGE. Las características de estas estaciones son:
Tabla 35. Estaciones climatológicas (ERIC II)
22007
22008
JALPAN, JALPAN
JALPAN, JALPAN
Nombre
(DGE)
(SMN)
Latitud
21.22
21.22
Longitud
-99.47
-99.47
Elevación (m)
860
754
Estado
Querétaro
Querétaro
Inicio
Jan-66
Jan-43
Final
Nov-84
Nov-95
Años Sin Registros
1971
1961-1968
Clave
Se seleccionaron estas estaciones debido a que poseían las mismas coordenadas geográficas, pero diferente elevación y debido a que una de estas fue seleccionada para utilizarse en la modelación.
Luego de extraer los datos de estas estaciones del CD-ROM ERIC II, se arregló la información mediante los macros listados en el anexo 4. La información de ambas estaciones se unificó en un solo archivo y se calculó la diferencia entre los datos diarios de cada estación mediante el programa SPSS. De estas diferencias diarias se calculó un promedio anual y total. Finalmente, el valor obtenido se dividió entre la diferencia de alturas entre las estaciones.
244
Anexos _____________________________________________________________________ Un resumen del proceso se ve sintetizado en la siguiente fórmula:
Lapsos Pcp = (Pcp Estac. 1- Pcp Estac. 2)/(Elevación Estac. 1-Elevación Est. 2)
(University of Maryland, n.d.)
• Estac. Estación • Estación 1: Jalpan DGE • Estación 2: Jalpan SMN Este proceso se aplicó a cada variable (precipitación y temperatura) por separado.
245
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 8. Resultados de la cuenca El Chuveje
Tabla 36. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de vegetación en base a la clasificación de vegetación NALC.
#Subc
CN
Cober (%)
Ks
Val. Hyd
Área 2
Pendiente
Elevación
Longitud
media
media
Flujo Max.
(mm/hr)
(m )
(%)
(m)
(m)
64
57.00
20.00
1.70
1.79
60953.15
31.70
1315.15
656.22
54
67.23
26.79
1.55
1.65
6025584.39
54.22
1512.45
4713.83
24
60.72
20.63
1.61
1.71
1751795.00
58.55
1645.85
2531.76
14
61.37
20.62
1.55
1.66
1513001.76
50.75
1507.85
2471.61
21
79.86
28.00
1.25
1.39
6244315.08
35.51
1944.05
4538.13
74
61.01
20.18
1.43
1.55
2241280.36
64.91
1615.92
2995.77
44
66.78
23.17
1.24
1.38
2041654.54
53.08
1818.33
2567.35
34
72.31
24.67
1.30
1.43
3938213.95
42.25
1942.88
5188.03
31
80.96
33.30
1.20
1.34
6140787.32
44.41
2091.98
5279.06
11
74.81
28.31
1.22
1.36
6651584.27
35.51
1763.65
5237.13
41
76.89
27.75
1.20
1.34
8562280.14
42.62
2018.96
5146.13
• # Subc.: número de subcuenca • Área: área de la subcuena • Pendiente: pendiente media de la subcuenca (porcentaje de aumento) • Elev. Prom.: elevación media de la subcuenca • Long. Flujo Máx: longitudo de flujo máxima de la subcuenca • CN: número de curva • Cober: Cobertura de dosel • Val. Hyd.: valor de grupo hidrológico ponderado usado para determinar el número curva • Ks: conductividad hidráulica
246
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 36. Continuación. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de vegetación en base a la clasificación de vegetación NALC.
P.
P.
P.
Transm.
Agua
Sed
(mm)
(mm)
(ton/ha)
42.22
37.76
56.97
0.02
11249.28
247.28
77.05
26.81
85.29
6.27
15672.96
481.30
275.62
53.69
25.65
78.82
2.70
3024.00
819.96
478.15
269.11
55.07
27.92
73.61
1.94
2629.15
21
856.55
463.47
166.55
221.33
72.58
154.84
124.15
x
74
828.19
460.81
247.88
109.26
47.06
93.60
123.87
8613.22
44
845.90
465.69
236.37
135.37
57.06
105.62
118.94
4125.60
34
856.32
468.59
214.98
166.02
74.86
114.23
93.39
3915.65
31
869.32
463.50
162.58
237.18
85.63
159.66
174.04
x
11
841.71
462.97
195.83
177.31
61.19
127.66
95.19
x
41
862.93
465.15
191.90
199.49
57.99
150.84
165.72
x
#
Pcp
ET
Perc
Esc
Subc
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
64
805.71
474.15
277.59
54
819.87
477.66
24
831.06
14
• # Subc.: número de subcuenca • Pcp: precipitación • ET: evapotranspiración • Perc: percolación • Esc: escurrimiento • P. Transm.: pérdidas por transmisión • P. Agua: producción de agua • P. Sed: producción de sedimentosnúmero de curva • Desc.: descarga del canal de salida
247
Desc. (m3/día)
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 37. Efectos de los cambios de cobertura y uso de suelo en los resultados de las variables hidrológicas de respuesta de las subcuencas de la cuenca El Chuveje Cambio Porcentual No.
Cambio
Subc
Cob.
14
24
64
21
Perc.
Esc.
ET
%
%
%
P.
Prod.
Prod.
Transm.
Agua
Sed.
%
%
%
Desc.
% aprox.
Canal
área
Sal.
Cambiada
%
Br-Ag
14.11
-72.20
0.08
-69.42
-11.19
-123.55
-0.22
32.97
Br-Pa
10.04
-51.27
0.05
-49.69
-7.33
-85.02
-0.17
32.51
Br-Ur
17.47
-89.45
0.11
-85.59
-14.17
-154.65
-0.28
34.78
Pa-B
-0.72
3.66
0.00
3.57
0.48
5.73
0.07
12.52
Pa-Br
-2.80
14.27
-0.01
13.81
1.84
24.28
0.23
12.71
Br-Q
14.28
-21.58
0.27
-21.01
-10.22
-24.81
-0.22
26.05
Br2-Q
8.28
-12.46
0.14
-12.16
-5.56
-14.72
-0.13
36.12
Br-Pa
14.57
-78.76
0.09
-75.34
-11.46
-133.51
-0.28
45.77
Br-Ur
24.14
-131.01
0.21
-123.86
-21.48
-226.09
-0.55
44.69
Pa-B
-0.85
4.59
0.00
4.47
0.29
6.20
0.00
12.21
Pa-Br
-2.70
14.53
-0.01
14.16
1.46
20.15
0.00
12.66
Br-Q
14.26
-22.32
0.27
-21.58
-10.89
-23.31
-0.31
44.67
Br-Ag
27.39
-186.07
0.17
-186.27
4.05
-168.75
0.00
79.82
Br-Pa
19.90
-134.78
0.09
-135.27
3.11
-137.50
0.00
76.06
Br-Ur
50.86
-351.99
0.88
-351.11
8.87
-306.25
0.00
80.36
Br-Q
27.17
-50.49
0.52
-50.09
4.06
-45.24
0.00
89.66
B-Ag
8.03
-7.08
0.45
-7.09
-5.56
-5.80
-0.94
24.21
B-Pa
2.19
-1.92
0.12
-1.93
-1.48
-1.61
-0.28
24.33
Pa-Ag
6.04
-5.31
0.33
-5.35
-4.13
-4.38
-0.72
24.48
Br-Ag
12.99
-11.53
0.77
-11.50
-9.25
-9.29
-1.60
9.90
Br-Pa
10.37
-9.17
0.60
-9.17
-7.22
-7.46
-1.21
9.83
Ag-B
-2.10
1.82
-0.11
1.86
1.42
1.55
0.22
4.26
Ag-Br
-7.85
6.77
-0.37
6.88
5.14
5.93
0.83
4.25
Pa-B
-5.66
4.90
-0.28
4.99
3.82
4.22
0.61
24.30
Pa-Br
-23.35
19.77
-0.93
20.12
14.37
18.99
2.43
24.08
B-Q
8.38
-4.31
0.61
-4.09
-4.29
-3.39
-0.75
25.61
Br-Q
6.50
-3.33
0.47
-3.17
-3.31
-2.63
-0.58
10.51
248
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 37. Continuación. Efectos de los cambios de cobertura y uso de suelo en los resultados de las variables hidrológicas de respuesta de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
Cambio porcentual No. Subc
31
41
Cambio Cob.
Perc.
Esc.
ET
%
%
%
%
P.
Prod.
Prod.
Transm.
Agua
Sed.
%
%
%
Desc. Canal Sal.
aprox. área cambiada
%
B-Ag
5.79
-4.85
0.41
-4.82
-3.79
-4.07
-0.77
11.47
B2-Ag
6.88
-5.77
0.49
-5.72
-4.52
-4.82
-0.66
13.03
B2-Pa
3.38
-2.82
0.24
-2.84
-2.24
-2.40
-0.39
13.04
Ag-B
-2.58
2.13
-0.17
2.13
1.61
1.88
0.28
13.60
Ag-Br
-15.92
12.85
-0.89
13.00
9.23
12.14
1.54
13.50
B2-Q
10.71
-8.03
0.84
-7.82
-6.55
-6.50
-0.98
13.46
B-Ag
6.91
-7.80
0.44
-7.84
-5.85
-6.31
-1.32
19.24
B-Pa
3.38
-3.78
0.20
-3.82
-2.80
-3.10
-0.66
18.85
Pa-Ag
1.23
-1.37
0.07
-1.39
-0.97
-1.13
-0.22
6.89
Br-Ag
9.63
-10.91
0.64
-10.99
-8.20
-8.73
-1.87
9.46
Br-Pa
6.87
-7.75
0.44
-7.80
-5.78
-6.27
-1.60
8.75
Ag-B
-1.72
1.90
-0.10
1.96
1.37
1.61
0.28
4.95
Ag-Br
-4.38
4.83
-0.24
4.96
3.40
4.14
0.77
4.93
Pa-B
-1.03
1.15
-0.06
1.20
0.77
0.97
0.17
5.92
Pa-Br
-3.56
3.93
-0.19
4.04
2.80
3.35
0.61
5.49
B-Q
13.61
-10.56
1.21
-10.05
-10.34
-8.55
-2.26
19.63
Br-Q
9.09
-7.01
0.79
-6.73
-6.85
-5.74
-1.51
9.79
249
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 9. Resultados de la cuenca Arroyo Real
Tabla 38. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de vegetación en base a la clasificación de vegetación NALC.
#Subc
CN
Cober (%)
Val. Hyd
Ks (mm/hr)
Elevación
Longitud
media
Flujo Max.
(%)
(m)
(m)
Área
Pendiente
(m2)
14
82.31
48.09
1.84
2.67
1188807.18
13.89
827.50
2156.65
104
64.91
32.71
2.35
6.55
13551453.09
23.07
974.62
7708.73
31
59.39
23.70
1.92
4.30
9160440.01
29.18
1283.58
5831.08
34
63.08
27.93
2.23
4.47
2556217.98
26.80
1092.77
3307.41
74
68.11
33.06
2.15
4.19
14270570.66
32.08
1047.23
7446.74
11
75.04
33.40
1.70
1.79
9297206.73
28.70
987.72
6237.08
24
82.79
46.32
1.83
2.00
750242.41
30.06
1038.85
2467.41
41
75.92
30.02
1.38
1.82
9187380.41
29.11
1209.08
5263.79
54
66.76
26.10
1.70
1.79
3571302.45
34.58
1064.59
3903.49
21
73.26
30.02
1.39
1.54
11583299.21
29.72
1285.66
6357.76
51
64.88
22.51
1.39
1.53
9114127.68
40.35
1243.26
3928.91
61
64.68
20.40
1.20
1.34
8878453.77
40.05
1661.82
5447.00
64
65.84
22.98
1.35
1.48
40750941.50
43.70
1412.96
15994.94
114
58.49
28.80
2.50
6.68
1620081.92
21.86
919.97
3188.85
84
76.73
37.79
1.72
1.94
2322046.62
27.25
910.75
4171.07
44
74.08
30.64
1.39
1.54
3114015.43
32.84
1206.13
4194.78
94
79.16
40.26
1.92
2.16
2492642.47
12.82
967.09
3563.97
• # Subc.: número de subcuenca • Área: área de la subcuena • Pendiente: pendiente media de la subcuenca (porcentaje de aumento) • Elev. Prom.: elevación media de la subcuenca • Long. Flujo Máx: longitudo de flujo máxima de la subcuenca • CN: número de curva • Cober: Cobertura de dosel • Val. Hyd.: valor de grupo hidrológico ponderado usado para determinar el número curva • Ks: conductividad hidráulica 250
Anexos _____________________________________________________________________
Tabla 38. Continuación. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de vegetación en base a la clasificación de vegetación NALC.
#Subc
Pcp
ET
Perc
Esc S.
P.Transm.
P. Agua
P. Sed
Desc.
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(ton/ha)
(m3/día)
14
762.52
455.95
135.40
166.72
90.11
81.40
0.77
2451.17
104
773.93
303.57
389.75
77.91
25.67
138.55
8.80
45100.80
31
799.29
311.10
427.78
56.77
19.10
151.25
8.06
X
34
784.91
306.94
404.20
70.56
33.17
141.52
6.44
4781.38
74
780.19
304.86
376.49
95.23
28.45
145.21
17.27
18895.68
11
775.19
462.63
191.55
112.17
36.86
85.92
3.35
X
24
780.38
461.52
134.58
176.33
117.65
72.25
1.78
3860.35
41
794.57
448.21
171.71
170.20
48.79
124.25
74.81
X
54
782.16
465.48
234.13
71.11
30.09
67.70
1.96
3218.40
21
800.03
451.11
188.65
155.53
44.09
117.05
70.60
X
51
797.29
450.92
223.20
116.71
26.31
102.54
102.83
X
61
833.57
462.89
239.72
124.17
36.13
107.60
94.21
X
64
810.72
454.71
225.79
123.26
31.58
106.06
111.71
14368.32
114
771.25
302.97
413.54
52.06
30.32
132.39
2.16
37514.88
84
768.47
460.07
178.50
121.73
65.26
70.90
1.57
18031.68
44
794.26
449.21
181.49
158.62
72.06
98.18
56.60
3961.44
94
774.11
417.68
173.81
180.74
90.40
99.51
2.09
9417.60
• # Subc.: número de subcuenca • Pcp: precipitación • ET: evapotranspiración • Perc: percolación • Esc: escurrimiento • P. Transm.: pérdidas por transmisión • P. Agua: producción de agua • P. Sed: producción de sedimentosnúmero de curva • Desc.: descarga del canal de salida
251
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 39. Efectos de los cambios de cobertura y uso de suelo en los resultados de las variables hidrológicas de respuesta de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real
Cambio Porcentual No. Subc
64
61
24
Cambio Cob.
Perc.
Esc.
ET
%
%
%
P.
Prod.
Prod.
Transm.
Agua
Sed.
%
%
%
Desc.
% aprox.
Canal
Área
Salida
cambiada
%
Ag-B
-0.34
0.67
-0.01
0.68
0.39
0.60
0.11
3.98
Ag-Br
-1.69
3.32
-0.05
3.38
1.86
3.01
0.50
4.01
B-Ag
1.30
-2.55
0.04
-2.60
-1.43
-2.28
-0.36
4.38
B-Pa
0.41
-0.81
0.01
-0.82
-0.41
-0.73
-0.10
4.39
B-Ur
1.18
-2.32
0.03
-2.36
-1.29
-2.09
-0.33
4.32
Pa-Ur
0.39
-0.78
0.01
-0.79
-0.39
-0.70
-0.10
5.43
Pa-B
0.26
-0.52
0.01
-0.53
-0.30
-0.47
-0.08
5.17
Pa-Br
-1.09
2.15
-0.03
2.19
1.14
1.94
0.31
5.17
Br-Ag
2.34
-4.61
0.07
-4.70
-2.70
-4.11
-0.71
5.06
Br-Pa
1.58
-3.12
0.05
-3.18
-1.80
-2.78
-0.46
5.38
Br-Ur
2.78
-5.47
0.08
-5.57
-3.33
-4.87
-0.86
5.23
B-Q
1.51
-1.42
0.09
-1.41
-1.35
-1.22
-0.39
4.34
Br-Q
1.78
-1.67
0.10
-1.66
-1.60
-1.43
-0.49
5.23
Br2-Q
2.19
-2.05
0.13
-2.04
-1.96
-1.75
-0.60
6.51
Pa-Ag
0.61
-1.26
0.02
-1.30
-0.53
-1.30
-0.02
7.89
Pa-B
-0.60
1.24
-0.01
1.29
0.60
1.15
0.04
8.00
Pa-Br
-2.48
5.04
-0.05
5.21
2.70
4.67
0.17
7.94
Br-Ag
4.63
-9.55
0.12
-9.84
-5.12
-8.94
-0.29
11.04
Br-Pa
3.70
-7.61
0.10
-7.83
-3.96
-7.22
-0.23
11.18
Br-Q
4.04
-3.35
0.25
-3.27
-3.25
-2.67
0.00
11.35
Ag-B
-26.76
22.13
-0.48
21.78
9.67
28.00
0.04
35.33
Ag-Br
-54.98
44.72
-0.70
43.96
18.09
63.24
0.06
36.67
252
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 39. Continuación Efectos de los cambios de cobertura y uso de suelo en los resultados de las variables hidrológicas de respuesta de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real
Cambio Porcentual No. Subc
31
34
94
Cambio Cob.
Perc.
Esc.
ET
%
%
%
P.
Prod.
Prod.
Transm.
Agua
Sed.
%
%
%
Desc.
% aprox.
Canal
Área
Salida
cambiada
%
Ag-B
-0.03
0.26
-0.01
0.25
-0.04
-0.09
0.00
1.58
Ag-Br
-0.31
2.36
-0.01
2.18
0.12
2.15
0.02
1.56
B-Ag
2.32
-17.74
0.03
-16.97
-0.44
-18.09
-0.04
8.36
B-Pa
1.31
-9.98
0.01
-9.66
-0.40
-10.52
-0.02
8.26
B-Ur
3.02
-23.10
0.04
-22.13
-0.42
-22.87
-0.02
8.63
Br-Ag
5.43
-41.58
0.08
-39.85
-0.79
-40.07
-0.06
11.62
Br-Pa
3.34
-25.58
0.05
-24.54
-0.44
-25.04
-0.04
11.02
Br-Ur
6.33
-48.50
0.09
-46.54
-1.02
-46.46
-0.08
11.72
B-Q
3.16
-14.01
0.04
-13.65
-0.81
-11.40
-0.06
8.77
Br-Q
3.55
-15.72
0.04
-15.31
-1.07
-13.19
-0.08
11.39
B-Ag
4.94
-28.64
0.05
-27.83
-0.46
-29.15
0.00
34.89
B-Pa
2.80
-16.26
0.03
-15.89
-0.32
-17.20
0.00
34.93
B-Ur
7.32
-42.53
0.08
-41.01
-0.79
-42.43
-0.02
34.70
Br-Ag
7.90
-45.87
0.08
-44.23
-1.08
-45.88
-0.02
21.61
Br-Pa
5.47
-31.78
0.06
-30.76
-0.49
-32.04
0.00
21.98
Br-Ur
10.54
-61.24
0.12
-59.22
-1.99
-58.78
-0.04
21.68
B-Q
3.51
-17.95
0.04
-17.32
-0.04
-16.86
0.00
35.12
Br-Q
5.12
-26.21
0.06
-25.12
-0.16
-24.65
0.00
22.44
Ag-B
-6.58
6.87
-0.22
6.89
4.34
6.74
0.08
12.13
Ag-Br
-15.24
15.74
-0.45
15.75
9.71
15.83
0.15
12.63
B-Ag
10.09
-10.72
0.42
-10.62
-6.96
-10.14
-0.10
16.40
B-Pa
5.34
-5.65
0.21
-5.57
-3.64
-5.50
-0.04
17.89
B-Ur
16.01
-17.13
0.72
-17.03
-11.41
-15.83
-0.17
17.96
B-Q
9.52
-8.00
0.47
-7.90
-5.81
-7.27
-0.08
19.37
253
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 10. Simulación con el coverage de cobertura y uso de suelo en base a la clasificación de la MRLC Para aplicar la herramienta de cambio de cobertura a áreas quemadas y debido a la falta de parámetros hidrológicos (número de curva y cobertura) de la vegetación de la NALC, fue necesario realizar una simulación con un coverage de cobertura basado en la clasificación de la MRLC.
La simulación con el coverage basado en la clasificación de la MRLC dio resultados diferentes en comparación con la anterior simulación (coverage NALC) para ambas cuencas (Chuveje y Arroyo Real).
En general, presentaron valores de mayor
magnitud las variables de percolación, pérdidas por transmisión, producción de agua y de sedimentos; y menores valores, la evapotranspiración y escurrimiento.
Los resultados de los cambios porcentuales entre las simulaciones NALC y MRLC y de la simulación base MRLC de cada cuenca se encuentran en la parte final de este anexo.
Como no es objeto de este estudio comparar los resultados entre simulaciones con clasificación de cobertura diferente no se realizará una discusión ni comparación profunda. Sin embargo, sí se analizarán y compararán algunos aspectos importantes, con el fin de determinar en que medida se pueden comparar los resultados de los cambios de cobertura realizados con cada una de estas clasificaciones de vegetación.
Cuenca El Chuveje Los resultados entre las ambas simulaciones base (NALC y MRLC) muestran una tendencia muy parecida excepto para las pérdidas por transmisión en la que se observa ligeras diferencias en el comportamiento.
Para algunas subcuencas algunas variables de respuesta hidrológica presentaron altos cambios porcentuales. Entre las que más se destacan están las subcuencas 64, 54, 24, 14 y 74 para las variables: percolación, pérdidas por transmisión y producción de sedimentos. 254
Anexos _____________________________________________________________________ Para las variables de percolación, pérdidas por transmisión, producción de agua y producción de sedimentos la magnitud de los resultados de la simulación NALC fueron menores que la simulación MRLC. De igual manera sucede con los valores de número de curva y porcentaje de cobertura.
Para la evapotranspiración, los cambios porcentuales fueron bajos y medios (máx 33.87%), siendo mayores los resultados de la simulación de la NALC.
Los cambios porcentuales de escurrimiento fueron bajos.
El mayor cambio
porcentual fue de 2.63%, siendo ligeramente mayores los resultados de la simulación de la NALC en comparación con los de la MRLC.
La diferencia relativa en la cantidad de agua que sale de la cuenca es de -24.20 %, siendo mayor el resultado de la simulación MRLC.
Los resultados señalan a las subcuencas 34 y 44 (alta pérdidas por transmisión) y 74 (producción de sedimentos) y 11 (alto escurrimiento) con los mayores valores de las variables señaladas indicadas entre paréntesis. Esto difiere un poco de los resultados presentados para la simulación NALC.
Como prioritarias por ser las de mayor percolación, de esta simulación resultaron: 64, 24 y 14.
Estas coinciden con las subcuencas prioritarios sugeridas según la
simulación NALC.
Sin embargo, con esta simulación, la subcuenca 64 presentó uno de los más altos valores de pérdidas por transmisión a diferencia de su resultado en la simulación base.
Cuenca Arroyo Real Para la Cuenca Arroyo Real, la tendencia de los resultados de ambas simulaciones, NALC y MRLC, es muy similar para todas las variables de respuesta hidrológica excepto para la producción de agua.
Para esta variable se presentan algunas
diferencias en la tendencia de comportamiento. Para esta variable se registraron cambios porcentuales bajos (0.5-20%) y medios (49%). 255
Anexos _____________________________________________________________________ Para la percolación, los resultados de la simulación de la NALC fueron superiores a los de la simulación MRLC. La mayoría de las subcuencas presentaron cambios porcentuales bajos (2-20%), pero algunas subcuencas (31, 54, 51, 61 y 64) presentaron cambios porcentuales entre 58 y 62%.
Los resultados de evapotranspiración y escurrimiento fueron menores para la simulación con el coverage de la MRLC, excepto para algunas subcuencas (114 y 104). Para el escurrimiento, los cambios porcentuales fueron bajos (máx. 1.84%). Para la variable evapotranspiración, los cambios porcentuales fueron bajos y medios (valor máx. 37%)
Los resultados de producción de agua, producción de sedimentos y pérdidas por transmisión resultaron mayores para esta simulación (MRLC).
Para la producción de sedimentos y pérdidas por transmisión los resultados de la simulación MRLC son superiores a lo de la simulación NALC. Las subcuencas 31, 54, 51, 61 y 64 presentaron altos cambios porcentuales (55-94%), el resto de las subcuencas presentaron cambios porcentuales medios bajos (2-30%).
La diferencia porcentual en la descarga del canal de salida entre la simulación NALC y MRLC fue de -21.4%. El signo negativo indica que es mayor la cantidad de agua que deja la Cuenca con el coverage de la MRLC que con el de la NALC.
Las subcuencas prioritarias según esta modelación, en términos de cantidad de agua que percola son: 104, 34, 31 y 74. En términos de las que aportan más agua al canal principal, son: 61, 14, 21 y 51.
Estos resultados son parecidos pero no iguales para la simulación base NALC. Los subcuencas prioritarias en base a la respuesta de la variable percolación coinciden; sin embargo, las de producción de agua, no.
256
Anexos _____________________________________________________________________ Discusión de los resultados de las simulaciones con el coverage de vegetación según la clasificación MRLC para las cuencas El Chuveje y Arroyo Real Las diferencias entre las simulaciones se deben básicamente a las diferencias en la reclasificación de la vegetación del INEGI (ver tabla 38):
Tabla 40. Comparación de la reclasificación de la vegetación del INEGI a las clasificaciones de la NALC y MRLC.
Vegetación INEGI
NALC
MRLC
Agricultura temporal
Agricultura
Row Crops
Bosque encino
Oak Woodland
Deciduous Forest
Bosque encino pino
Oak Woodland
Mixed Forest
Bosque pino
Forest
Evergreen Forest
Bosque pino encino
Forest
Mixed Forest
Pastizal inducido
Grassland
Pasture/Hay
Selva baja caducifolia
Forest
Deciduous Forest
En la clasificación de la NALC, la selva baja caducifolia se incluyó en la misma clase que los bosques de pino y pino encino; mientras que en la clasificación de la MRLC, la selva baja caducifolia se incluyó en la misma clase que los bosques de encino. Además, los bosques de encino pino y pino encino se incluyeron en clases diferentes en la clasificación de la NALC, no siendo así en la clasificación de la MRLC.
Estas diferencias implican a su vez la asignación de diferentes números de curva y cobertura según la vegetación, como se observa en la tabla comparativa de estos parámetros parla la NALC y MRLC (ver tabla 39):
257
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 41. Comparación entre los números de curvas y valores de cobertura entre las clases de la NALC y MRLC
NALC Vegetación Inegi
MRLC
Número de Curva A
B
C
D
Agricultura temporal
66
77
85
89
Bosque encino
48
48
57
*Bosque encino pino
48
48
Bosque pino
36
*Bosque pino encino
Cob (%)
Número de Curva
Cob (%)
A
B
C
D
50
72
81
88
91
50
63
20
55
55
75
80
50
57
63
20
55
55
75
80
50
60
73
79
30
55
55
70
77
50
36
60
73
79
30
55
55
75
80
50
Pastizal inducido
49
69
79
84
25
68
79
86
89
70
*Selva baja caducifolia
36
60
73
79
30
55
55
75
80
50
Bosque encino (b)
x
x
x
x
X
59
60
78
82
43
Bosque pino (b)
x
x
x
x
X
49
71
80
85
43
Bosque E-P, P-E, SC (b)
x
x
x
x
X
59
60
78
82
43
Bosque encino (m)
x
x
x
x
X
65
65
80
85
34
Bosque pino (m)
x
x
x
x
X
55
76
82
88
34
*Bosque E-P, P-E, SC (m)
x
x
x
x
X
65
65
80
85
34
Bosque encino (a)
x
x
x
x
X
70
71
83
87
25
Bosque pino (a)
x
x
x
x
X
60
82
85
90
25
Bosque E-P, P-E, SC (a)
x
x
x
x
X
70
71
83
87
25
• Cob: cobertura • Bosque E-P, P-E, SC: bosque encino –pino, pino-encino, selva baja caducifolia • (a): severidad del área quemada, alta • (b): severidad del área quemada, baja • (m): severidad del área quemada, moderada
258
Anexos _____________________________________________________________________ Los valores de números de curvas y cobertura de cada clase de vegetación de NALC son menores que los correspondientes de las clases MRLC.
En la clasificación
MRLC los valores cobertura son iguales para la vegetación boscosa. De igual manera sucede con los números de curva para los grupos de suelos hidrológicos B.
Adicionalmente, es importante mencionar que la magnitud de variación entre los números de curva y porcentaje de cobertura de las vegetaciones de las clasificaciones es diferente y puede verse mayor diferencia para los grupos de suelos hidrológicos C y D.
En conclusión, se observaron altas y bajas diferencias porcentuales entre las simulaciones NALC y MRLC, para algunas de las subcuencas de ambas cuencas; especialmente para las variables de percolación, producción de sedimentos y pérdidas por transmisión. A pesar de estas diferencias, la tendencia en el comportamiento de las variables de respuesta hidrológica entre las subcuencas fue parecida, con algunas excepciones, como las perdidas por transmisión para la cuenca El Chuveje y la producción de agua para la cuenca Arroyo Real.
No obstante, las subcuencas con mayores valores de percolación y producción de agua, coinciden para ambas simulaciones de la cuenca El Chueveje. En el caso de la cuenca Arroyo Real, la percolación y pérdidas por transmisión, los resultados de ambas simulaciones señalan a las mismas subcuencas entre las de más altos valores para la percolación y pérdidas por transmisión.
Por último, la diferencia en la magnitud de variación entre los números de curva y porcentaje de cobertura de las vegetaciones de las clasificaciones (NALC y MRLC) es un hecho que representa cierta incertidumbre en la comparación de los resultados de respuesta hidrológica de los cambios a áreas quemadas en relación con los otros cambios realizados. De manera que la comparación de los resultados puede realizarse siempre y cuando se tenga este aspecto en consideración y los resultados de esta comparación representará un guía.
259
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 42. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la NALC y MRLC para la cuenca El Chuveje
Cober
Ks
#Subc
CN
64
75.08
49.75
1.70
1.79
54
78.72
51.31
1.55
1.65
24
77.07
52.53
1.61
1.71
14
79.43
45.90
1.55
1.66
21
85.71
60.13
1.25
1.39
74
78.04
50.72
1.43
1.55
44
80.72
50.92
1.24
1.38
34
81.33
54.92
1.30
1.43
31
82.41
51.50
1.20
1.34
11
84.91
55.89
1.22
1.36
41
82.33
54.50
1.20
1.34
(%)
Val. Hyd
(mm/hr)
Tabla 43. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la NALC y MRLC para la cuenca El Chuveje. Continuación.
P.Transm. P. Agua
P. Sed
Desc.
%
%
%
-178.68
3.87
-162.50
-22.27
0.37
-85.89
-34.21
-103.05
-24.20
-155.35
0.29
-146.50
-27.18
-265.83
-26.77
28.97
-149.25
0.29
-141.39
-27.46
-271.23
-38.91
0.00
32.40
-29.71
2.36
-28.89
-26.71
-24.24
x
74
0.00
31.44
-79.50
1.49
-81.77
-32.14
-71.10
-17.16
44
0.00
33.87
-66.64
1.80
-68.90
-32.02
-53.32
-21.74
34
0.00
28.52
-41.54
1.40
-42.90
-21.29
-32.43
-10.19
31
0.00
7.71
-6.47
0.56
-6.40
-5.12
-5.38
x
11
0.00
40.32
-52.07
2.63
-52.15
-40.42
-46.24
x
41
0.00
21.70
-25.18
1.69
-25.03
-20.03
-20.33
x
Pcp
ET
Perc
Esc S.
%
%
%
%
%
64
0.00
26.28
-178.43
0.15
54
0.00
26.95
-92.21
24
0.00
28.55
14
0.00
21
#Subc
260
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 44. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la NALC y MRLC para la cuenca Arroyo Real
Cober
Ks
#Subc
CN
14
85.22
50.00
1.84
2.67
104
63.01
50.00
2.35
6.55
31
66.90
50.18
1.92
4.30
34
64.82
49.50
2.23
4.47
74
68.58
50.00
2.15
4.19
11
77.21
50.00
1.70
1.79
24
85.61
50.00
1.83
2.00
41
79.70
50.50
1.38
1.82
54
75.00
50.00
1.70
1.79
21
80.37
50.00
1.39
1.54
51
78.21
50.13
1.39
1.53
61
80.72
51.60
1.20
1.34
64
79.61
49.86
1.35
1.48
114
55.26
50.00
2.50
6.68
84
78.91
49.50
1.72
1.94
44
80.40
50.00
1.39
1.54
94
81.67
50.00
1.92
2.16
(%)
261
Val. Hyd
(mm/hr)
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 45. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la NALC y MRLC para la cuenca Arroyo Real. Continuación.
Pcp
ET
Perc
Esc S.
P. Sed
Desc.
%
%
%
%
%
%
%
%
14
0.00
20.91
-18.97
0.66
-18.87
-15.59
-27.90
-9.34
104
0.00
-2.18
11.04
-0.02
10.73
0.76
10.62
-21.40
31
0.00
7.79
-59.65
0.11
-57.27
-1.39
-55.24
x
34
0.00
1.95
-11.32
0.02
-11.13
-0.52
-12.69
-1.19
74
0.00
0.71
-2.86
0.01
-2.76
-0.44
-2.21
-9.60
11
0.00
7.25
-13.01
0.09
-12.16
-8.57
-14.35
x
24
0.00
21.31
-18.47
0.70
-18.44
-9.86
-19.75
-26.84
41
0.00
14.32
-16.23
0.61
-16.68
-15.45
-16.00
x
54
0.00
17.18
-58.85
0.13
-55.06
-20.95
-93.28
-39.81
21
0.00
23.61
-31.95
1.02
-32.76
-27.52
-31.97
x
51
0.00
28.74
-60.60
1.22
-62.82
-44.66
-56.96
x
61
0.00
36.31
-78.12
1.84
-80.87
-48.19
-70.85
x
64
0.00
30.08
-61.50
1.47
-62.77
-43.05
-56.84
-44.20
114
0.00
-2.39
19.16
-0.01
18.89
-0.30
27.22
-25.24
84
0.00
8.51
-13.18
0.12
-12.72
-6.78
-22.42
-42.45
44
0.00
22.09
-28.22
0.92
-29.07
-17.80
-26.08
-15.94
94
0.00
12.77
-13.61
0.55
-13.50
-9.00
-12.43
-7.98
#Subc
262
P.Transm. P. Agua
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 46. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de vegetación en base a la clasificación MRLC
Cober
Ks
#Subc
CN
64
75.00
50.00
1.70
1.79
54
78.72
51.31
1.55
1.65
24
77.07
52.53
1.61
1.71
14
77.39
52.34
1.55
1.66
21
85.71
60.13
1.25
1.39
74
78.04
50.72
1.43
1.55
44
80.72
50.92
1.24
1.38
34
81.33
54.92
1.30
1.43
31
82.41
51.50
1.20
1.34
11
84.91
55.89
1.22
1.36
41
83.83
52.50
1.20
1.34
(%)
Val. Hyd
(mm/hr)
Tabla 47. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de vegetación en base a la clasificación MRLC. Continuación. Pcp
ET
Perc
Esc S.
P.Transm. P. Agua
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
64
805.71
473.43
204.63
117.57
54
819.87
475.87
180.65
24
831.06
479.91
14
819.96
21
P. Sed
Desc.
(mm)
(ton/ha)
(m3/día)
105.22
54.76
0.04
13754.88
148.10
49.83
114.46
12.73
19465.92
196.94
137.10
63.22
100.25
9.86
3833.57
476.79
191.14
137.26
67.41
93.82
7.19
3652.13
856.55
452.52
112.60
287.08
93.55
196.19
154.25
x
74
828.19
453.95
169.95
196.12
85.54
123.69
211.94
10091.52
44
845.90
457.29
156.31
225.58
96.38
139.44
182.36
5022.43
34
856.32
462.01
153.67
234.98
106.97
138.56
123.68
4314.82
31
869.32
460.91
150.06
252.53
91.11
167.83
183.40
x
11
841.71
450.82
116.88
269.63
93.09
179.26
139.21
x
41
862.93
457.30
150.25
249.71
72.50
181.06
199.41
x
#Subc
263
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 48. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de vegetación en base a la clasificación MRLC
Cober
Val.
Ks
(%)
Hyd
(mm/hr)
85.22
50.00
1.84
2.67
104
63.01
50.00
2.35
6.55
31
66.90
50.18
1.92
4.30
34
64.82
49.50
2.23
4.47
74
68.58
50.00
2.15
4.19
11
77.21
50.00
1.70
1.79
24
85.61
50.00
1.83
2.00
41
79.70
50.50
1.38
1.82
54
75.00
50.00
1.70
1.79
21
80.37
50.00
1.39
1.54
51
78.21
50.13
1.39
1.53
61
80.72
51.60
1.20
1.34
64
79.12
51.51
1.35
1.48
114
55.26
50.00
2.50
6.68
84
78.91
49.50
1.72
1.94
44
80.40
50.00
1.39
1.54
94
81.67
50.00
1.92
2.16
#Subc
CN
14
264
Anexos _____________________________________________________________________ Tabla 49. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de vegetación en base a la clasificación MRLC. Continuación. Pcp
ET
Perc
Esc S.
P.Transm.
P. Agua
P. Sed
Desc.
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(ton/ha)
(m3/día)
14
762.52
452.95
107.08
198.36
107.11
94.09
0.98
2680.13
104
773.93
303.63
398.24
69.30
22.91
137.49
7.87
54751.68
31
799.29
310.76
394.47
90.62
30.03
153.34
12.51
x
34
784.91
306.89
396.31
78.56
36.86
142.25
7.25
4838.40
74
780.19
304.83
373.82
97.95
29.24
145.85
17.66
20710.08
11
775.19
462.21
177.66
126.76
41.34
93.29
3.83
x
24
780.38
458.31
105.90
208.89
139.34
79.37
2.13
4896.29
41
794.57
445.49
147.12
197.81
56.93
143.44
86.78
x
54
782.16
464.86
193.90
112.96
46.66
81.88
3.80
4499.71
21
800.03
446.51
144.12
205.22
58.53
149.27
93.17
x
51
797.29
445.40
159.05
187.44
42.84
148.34
161.41
x
61
833.57
454.36
152.68
221.17
65.35
159.46
160.95
x
64
810.72
448.02
157.89
199.07
51.40
151.71
175.20
20718.72
114
771.25
303.01
423.42
42.09
24.59
132.78
1.58
46984.32
84
768.47
459.52
163.31
137.78
73.57
75.71
1.92
25686.72
44
794.26
445.09
141.39
203.38
93.01
115.66
71.36
4593.02
94
774.11
415.37
151.62
205.33
102.60
108.46
2.35
10169.28
#Subc
265
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 11. Glosario de acrónimos y términos
Glosario de acrónimos
•
AGWA: Automated Geospatial Watershed Assessment
•
CN: curve number. Número de curva
•
CONABIO: Comisión nacional para el conocimiento y uso de la biodiversidad
•
CSA: (contributing area threshold) área de contribución.
•
Grid: red ortogonal, retícula
•
Grupos de suelos hidrológicos
•
HRU: Unidad de respuesta hidrológica
•
INEGI: Instituto Nacional de Estadística y Geografía e Información
•
Ks: conductividad hidráulica
•
MUSLE: (Modified Universal Soil Loss Equation). Factor de erosion de suelos.
•
NACL: North America Land Cover Classification
•
STATSGO: State Geographic Database
•
SWAT: Soil Water Assessment Too.
•
USLE: (Universal Soil Loss Equation). Índice de erosion hídrico
266
Anexos _____________________________________________________________________ Glosario de términos La fuente bibliográfica de la mayoría de los términos es el Manual Teórico o de Usuario del Modelo SWAT (Neitsch, S.L. et al., 2002). En los casos en que se usaron otras fuentes se presenta la cita correspondiente.
•
Área de contribución: área que se requiere antes de que se canalice el agua en un canal.
•
Bypass flow o flujo de desviación: movimiento vertical de agua libre a través de los macroporos de horizontes de suelo no saturados. Se da en suelos vertisoles en condiciones secas y semisecas
•
Calor latente de vaporización: cantidad de calor que debe ser absorbido para romper los enlaces de hidrógeno de la molécula de agua en estado líquido y convertirlos en gas. Es función de la temperatura.
•
Capacidad de agua disponible (Available Water Capacity) (AWC) o agua disponible para el uso o extracción de las plantas; cantidad de agua que el suelo contiene entre las cantidades de encontradas en la capacidad de campo y el punto permanente de marchitación.
•
Capacidad de almacenaje de agua del dosel: depende de la densidad de cobertura de la planta y la morfología de la especie. SWAT permite que esta variable varíe de día en día dependiendo del índice de área de la hoja.
•
Capacidad de campo (Field capacity): contenido de agua encontrado en un suelo bastante mojado después de estar drenando agua por dos días.* Agua que el suelo puede retener a una tensión de 0.033 MPa.
•
Coeficiente de escurrimiento: radio de la tasa de flujo de entrada. Varía de lluvia en lluvia.
267
Anexos _____________________________________________________________________ •
Conductividad hidráulica (Ks): La conductividad hidráulica (o coeficiente de permeabilidad) es la característica determinante de la impermeabilidad del material, ya que determinará el flujo de líquidos a través de la arcilla (Benavides, L., 1997).
•
Déficit de presión de vapor: diferencia entre la presión de vapor de una capa y su capa superior.
•
Escurrimiento: 1. agua que corre por la superficie del suelo y no infiltra. 2. Agua que fluye sobre la superficie y tiene relación directa con el almacenamiento de la humedad del suelo y el flujo subsuperficial- infiltración, flujo de agua subterráneas- dentro del contexto del balance hídrico(Montoya, 2003)
•
Evapotranspiración: 1. en el modelo SWAT incluye evaporación del dosel de la planta, transpiración, sublimación y evaporación del suelo, ríos, lagos, suelo desnudo, superficies vegetales. 2. Caudal de agua usado por la capa vegetal para cubrir sus necesidades de crecimiento y fisiológicas, más el caudal evaporado del suelo adyacente (Hergt et al., 2002). 3. Agua que sale del suelo a la atmósfera por evaporación del suelo y transpiración de las plantas (Montoya, 2003)
•
Flujo lateral: ocurre cuando la conductividad hidráulica es alta y las capas son impermeables, semiimpermeables y someras o poco profundas.
•
Flujo de retorno (return flow): Agua que llega a los cauces naturales desde aguas subterráneas. Este flujo es el que mantiene agua en los ríos y quebradas en época de baja precipitación (Montoya, 2003).
•
Flujo de saturación o saturación: ocurre cuando el contenido de agua sobrepasa la capacidad de campo.
268
Anexos _____________________________________________________________________ •
Índice de área de la hoja: área de las hojas de la planta relativa al área de una HRU.
•
Infiltración: proceso mediante el cual el agua penetra desde la superficie del suelo (Montoya, 2003).
•
Intensidad de lluvia: promedio de tasa de lluvia durante el tiempo de concentración.
•
MUSLE: (Modified Universal Soil Loss Equation) FACTOR DE EROSIÓN DE SUELOS: ecuación que estima la producción de sedimentos basada en los escurrimientos y no en la fuerza de la precipitación.
•
Soil bulk density o volumen de densidad del suelo: define la cantidad de relativa de espacios de poros y matriz del suelo.
•
Pendiente: aumento en elevación por unidad de distancia.
Es igual a la
tangente del ángulo de la pendiente y aprox. Igual al sen del ángulo de la pendiente
•
Percolación: flujo hacia debajo de agua gobernado por la gravedad. Ocurre cuando se sobrepasa la capacidad de campo.
•
Percolación: 1. flujo de agua hacia abajo que ocurre cuando es excedida la capacidad de campo de la capa de suelo y la capa de debajo no está saturada. Agua infiltrada que logra atravesar la zona radical que SWAT considera entre 0 y 2 m. Esta agua puede llegar a los canales de drenaje (flujo de retorno) o recargar acuíferos a más de 25 m de profundidad (Montoya, 2003). 2. Con el paso del tiempo, la percolación es aproximadamente igual a la recarga subterránea (Peschel, 2003). 3. El componente de percolación de swat usa una técnica de almacenamiento combinado para predecir el flujo medio de cada capa de suelo (Montoya, 2003).
269
Anexos _____________________________________________________________________ •
Pérdidas por transmisión: 1. pérdidas de flujo superficial por fuga de la cama del arroyo. Esta clase de fugas ocurren en arroyos intermitentes o efímeros donde la contribución de aguas subterráneas ocurren algunas veces del año o nunca. Estas pérdidas reducen el volumen de escurrimiento en la medida en que la onda de torrente viaja arroyo abajo.
•
Permanent wilting point o punto permanente de marchitación: cantidad de agua que puede ser encontrada cuando las plantas que crecen el suelo se marchitan y no se pueden recuperar aún cuando sus hojas se mantengan en atmósfera húmeda durante la noche.* Agua que el suelo puede retener a una tensión de 1.5 MPa.
•
Precipitación: cantidad de agua que acaece sobre una zona en un lapso dado (Hergt et al., 2002).
•
Poros: espacios entre las partículas sólidas del suelo. Según el diámetro o tamaño se pueden clasificar en macroporos, mesoporos y microporos.
•
Potencial de evapotranspiración: es la tasa a la que la evapotranspiración puede ocurrir en un área grande y uniforme de cubierta con vegetación creciendo y que tiene acceso a un ilimitada cantidad de agua del suelo y que no ha sido expuesta a advección o efectos de almacenamiento de calor.
•
Producción de agua. 1. Cantidad de agua que deja la HRU y entra al canal principal durante el paso del tiempo. WYLD = SurQ + LatQ + GWQ – Tloss – pond abstractions.
2.
cantidad neta de agua que deja la subcuenca y
contribuye al flujo del arroyo (in the reach- en el alcance) durante el paso del tiempo (Peschel, 2003)
•
Producción de sedimentos: 1. Suelo que se desprende por el golpe directo de las gotas de lluvia y fricción del agua por escorrentía. El suelo desprendido es transportado por los flujos superficiales hasta los canales de drenaje por los cuales es sacado de la cuenca o depositados en el cauce. La producción de
270
Anexos _____________________________________________________________________ sedimentos es calculada para cada HRU con la ecuación de MUSLE (Montoya, 2003).
•
Redistribución: movimiento del agua a través de la capa de suelo después que ha finalizado la caída de agua sobre la superficie del suelo.
•
Resistencia aerodinámica: sensibilidad al calor y a la transferencia de capor. Usa la velocidad el viento, humedad y temperatura.
•
Resistencia del dosel: utiliza una serie de ecuaciones que buscan conocer el comportamiento de la hoja (conductancia o resitencia) en función de la presión de vapor.
•
Tiempo de concentración: cantidad de tiempo desde el inicio del evento de lluvia hasta que el total de área de la subcuenca está contribuyendo al flujo de salida. Tiempo para que una gota de agua fluya desde el punto más remoto de la cuenca hasta la salida de la cuenca.
271
Anexos _____________________________________________________________________ Anexo 12. Relación de la vegetación con los parámetros hidrologicos de suelos El modelo necesita obtener parámetros hidrológicos a partir de la información de cobertura y tipo de suelo.
Tabla 50. Look up para la clasificación de la vegetación según NACL (North American Land Cover Characterization
CLASS
CN
NAME
COVER
A
B
C
D
(%)
INT
N
IMPERV
1
Forest
36
60
73
79
30
1.15
0.150
0.00
2
Oak Woodland
48
48
57
63
20
1.15
0.050
0.00
3
Mesquite Woodland
71
71
81
89
20
1.15
0.050
0.00
4
Grassland
49
69
79
84
25
2.00
0.150
0.00
5
Desert Scrub
63
77
85
88
25
3.00
0.055
0.00
6
Riparian
30
55
70
77
70
1.15
0.060
0.00
7
Agricultura
66
77
85
89
50
2.80
0.040
0.00
8
Urban
77
85
90
92
15
0.10
0.015
0.40
9
Water
100
100
100
100
0
0.00
0.000
0.00
10
Barren
90
92
94
96
0
0.00
0.035
0.00
11
Clouds
0
0
0
0
0
0.00
0.000
0.00
De los parámetros hidrológicos presentados en la tabla 48, el modelo SWAT sólo requiere de dos: número de curva y porcentaje de cobertura.
A continuación se describe cada uno de estos parámetros:
•
CN: El número de curva es un índice o parámetro hidrológico desarrollado por: Soil Conservation Service (SCS), ahora llamada Natural Resource Conservation Service (NRCS), para representar o escribir el potencial de escurrimiento debido a una tormenta para un área de drenaje. El número de curva es una función del uso de suelo, tipo de suelo y humedad del suelo. La estimación del número de curva involucra una ponderación del área en base al uso de suelo y tipos de suelo, lo que puede consumir mucho tiempo además de ser una tarea intensiva (Halley, M. et al., n.d.). 272
Anexos _____________________________________________________________________ Las letras A, B, C y D son los grupos hidrológico de suelo. Un grupo hidrológico de suelo es el grupo de suelo con potencial similar de escurrimiento bajo condiciones similares de tormenta y condiciones de cobertura vegetal. Las propiedades de suelo que influyen en el potencial de escurrimiento son aquellas que influyen la tasa mínima de infiltración para un suelo descubierto después de haber estado expuesto a humedad prolongada (entiéndase por
humedad prolongada haber estado mojado por un
prolongado tiempo) y no congelado. Estas propiedades son la profundidad para un alto nivel de agua estacional, tasa de asimilación y permeabilidad después de humedad prolongada y profundidad para capa de permeabilidad muy lenta. La influencia de la cobertura se trata independientemente (Wes, J., n.d.).
Los suelos de los Estados Unidos han sido clasificados en cuatro clases de grupos hidrológicos: A, B, C y D, y tres clases duales: A/D, B/D y C/D (NRCS, n.d.).
A (bajo potencial de escurrimiento): Los suelos tienen alta tasa de infiltración aún cuando están muy mojados. Principalmente consisten de arena y grava profundas, bien drenadas a excesivamente bien drenadas.
B: estos suelos tienen tasa de infiltración moderada cuando están muy mojados. Principalmente son suelos moderadamente profundos a profundos, moderadamente bien drenados a bien drenados que tienen una textura moderadamente fina a moderadamente gruesa. Tienen una tasa de transmisión de agua moderada.
C: estos suelos tiene baja tasa de infiltración cuando están muy mojados. Tienen principalmente una capa que impide el movimiento hacia abajo del agua o tienen textura de moderadamente fina a fina. Tienen baja tasa de transmisión de agua.
D (alto potencial de escurrimiento): Estos suelos tiene alta tasa de infiltración cuando están muy mojados. Consisten principalmente de suelos arcillosos que tienen alto potencial de hincharse, alto nivel freático, capa de arcilla cerca o en la superficie y suelos que son superficiales casi materiales impenetrables. Tiene una baja tasa de transmisión de agua.
La asignación de suelos en cada grupo hidrológico está basada en la relación entre las propiedades de los suelos y los grupos hidrológicos. Las características de humedad, 273
Anexos _____________________________________________________________________ permeabilidad después de expuesto a humedad prolongada y profundidad a capas de permeabilidad muy lenta son las propiedades consideradas en la estimar los grupos hidrológicos de suelos.
•
Cobertura: porcentaje de cobertura o porcentaje de área de intercepción.
•
Int.: intercepción: Profundidad de intercepción del suelo.
Se refiere al
amortiguamiento o interferencia en la caída de las gotas de agua sobre el suelo debido a la presencia de vegetación. Las hojas de las plantas y los tallos o troncos influyen en este proceso.
•
N: coeficiente de manning. Este coeficiente es utilizado para representar la resistencia al flujo en canales abiertos. Se encontró que el módulo de rigidez de la planta es crítico en el cálculo de la resistencia por la flexibilidad de las plantas y la deformación de las masas de la hoja debido a la fuerza del flujo Segunda definición: Coeficiente usado para describir la aspereza de frontera de un canal.
Incorpora la aspereza de la vegetación, curvas y otras
irregularidades (Oxbow &River Restoration, 2003)
Este coeficiente es
utilizado en la fórmula de manning. La fórmula de manning es utilizada para calcular la velocidad promedio de flujo del área transversal de un canal abierto.
•
Imp.: superficie o área que el agua no puede penetrar. Superficie insensible: superficies como calles, estacionamientos y techos cuyas propiedades previene la infiltración del agua e incrementan la cantidad de escurrimiento debido al agua de una tormenta (stormwater runoff) (Oxbow &River Restoration, 2003). Es una función que depende del uso de la tierra y permite estimar volúmenes de escurrimiento (Halley, M et al., nd).
274
