f1 3 balance hidrologico

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FORDECYT-CONACYT-CENTROGEO

Proyecto:

DESARROLLO DE REDES PARA LA GESTIN TERRITORIAL DEL CORREDOR BIOLGICO

MESOAMERICANOMXICO

143289

Metodologa para la estimacin del balance

hdrico de la cuenca del Usumacinta

Edgar Ricardo Rosales Arriaga

Claudia Coronel Enrquez

Mexico, D.F., Agosto, 2011



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Contenido

I Planteamiento del problema............................................................................................................. 4

1.1. Introduccin. ............................................................................................................................ 4

1.2. Objetivo. ................................................................................................................................... 4

1.2.1 Objetivos especficos. ............................................................................................................. 4

II. Marco terico. ................................................................................................................................. 5

2.1. Geomtica para el estudio de procesos hidrolgicos. ............................................................. 5

2.2. Descripcin de la cuenca del Usumacinta. ............................................................................... 5

2.3. Balance hdrico y su importancia en el estudio de la cuenca Usumacinta. ............................. 9

2.3.1. Definicin de Balance hdrico. ............................................................................................... 9

2.3.2. Estimacin de Balance hdrico. ........................................................................................... 10

2.3.2.1. Frmula sinttica. ............................................................................................................. 10

2.3.2.2. Unidades para los componentes de la ecuacin del balance hdrico. ............................. 10

2.3.2.3. Variables hidrolgicas medidas en campo. ...................................................................... 10

2.3.2.4. Estimacin de variables hidrolgicas con imgenes satelitales (MODIS, TRMM, SPOT y

LandSat) ......................................................................................................................................... 11

III. Enfoque metodolgico para la estimacin del balance hdrico de la cuenca del Usumacinta .... 13

3.1. Definicin de perodos de anlisis. ......................................................................................... 13

3.2. Zonas de agregacin espacial ................................................................................................. 13

3.3. Esquema general de la metodologa. ..................................................................................... 13

3.3.1. Estimacin del balance hdrico. ........................................................................................... 14

IV. Productos entregables ................................................................................................................. 15

4.1. Metodologa para estimar el balance hdrico. ....................................................................... 15

4.2. Estimacin del balance hdrico de la cuenca del Usumacinta(1) ............................................. 15

4.3. Estimacin del balance hdrico por cada una de las subcuencas del Usumacinta(1) .............. 15

4.4. Estimacin del balance hdrico a nivel de reas de captacin de la cuenca del Usumacinta(1)

....................................................................................................................................................... 15



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V. Alcances ........................................................................................................................................ 15

5.1. Conclusiones de la estimacin del balance hidrolgico de la cuenca del Usumacinta .......... 15

Bibliografa ........................................................................................................................................ 16

Anexo A ............................................................................................................................................. 18

Anexo B ............................................................................................................................................. 25

Anexo C ............................................................................................................................................. 28

Anexo D ............................................................................................................................................. 32



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I Planteamiento del problema

1.1. Introduccin.

Durante los ltimos siglos las actividades humanas en la cuenca del Usumacinta han cambiando

drsticamente su geomorfologa y su cobertura vegetal; donde principalmente los cultivos y

pastizales son los que se han expandido ocupando lo que antes eran manglares, selvas y bosques,

junto con las constantes modificaciones de cauces de ros (Tabasco-Hidrografa, 2011 y CEIEG-

Chiapas, 2011). Hace ya varias dcadas se puso de manifiesto que los cambios de cobertura y de

uso de suelo influyen directamente en los ciclos hidrolgicos, la prdida de biodiversidad, la

erosin de los suelos y el aumento de gases que incrementan el efecto invernadero. Los cambios

climatolgicos provocan el aumento y la intensidad de los desastres naturales en todo el planeta

(FAO, 2007) como son los incendios, las inundaciones, los huracanes y las sequias.

En este sentido, la estimacin del balance hdrico es requerida en contextos como la planificacin

urbana, la gestin de recursos hdricos o estudios ambientales y ecolgicos como por ejemplo la

composicin funcional de la cuenca as como las afectaciones sobre la misma. Este estudio se

enfoca en la estimacin del balance hidrolgico de la cuenca fronteriza Usumacinta y toma como

base datos informacin de cobertura vegetal, modelo digital del terreno, temperatura y

precipitacin, estos dos ltimos, generados a travs de modelos de pronstico climticos y de

imgenes satelitales (MODIS y TRMM). Dichos parmetros permitirn hacer estimaciones de

evapotranspiracin potencial y real, humedad de suelo, almacenamiento y escurrimientos. La

evapotranspiracin es un componente fundamental del balance hdrico y un factor clave en la

interaccin entre la superficie y la atmsfera, mientras que el almacenamiento y el escurrimiento

son componentes que representan el agua disponible en superficie y en suelo, y estn ligados a los

estudios de caudales, cuerpos de agua, extracciones de acuferos y afectaciones como

inundaciones y hundimientos.

1.2. Objetivo.

Establecer, en la medida de lo posible, principios definidos y mtodos que puedan ser

empleados para la estimacin del balance hdrico y de sus componentes en la cuenca

del Usumacinta.

1.2.1 Objetivos especficos.

Estimacin de precipitacin.

Estimacin de evapotranspiracin.

Estimacin de escurrimientos.

Estimacin de almacenamiento en suelos.



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II. Marco terico.

2.1. Geomtica para el estudio de procesos hidrolgicos.

En este estudio, el uso de la Geomtica permitir utilizar diferentes tcnicas y herramientas como

las que proporcionan el Anlisis espacial, la Percepcin remota, el Modelaje espacial y la

Cibercartografa en el manejo, administracin, modelaje y representacin de la informacin

espacial referente a las variables y procesos hidrolgicos que se ven involucrados en la estimacin

del balance hidrolgico.

El conocimiento de la estructura y funcionamiento de lagos, cuencas superficiales y subterrneas,

es fundamental para conseguir un uso ms racional de los recursos de agua en el espacio y en el

tiempo, as como para mejorar el control y redistribucin de los mismos. Con las herramientas que

proporciona la Geomtica es posible generar este conocimiento y aplicarlo en beneficio de la

sociedad.

2.2. Descripcin de la cuenca del Usumacinta.

La cuenca del Usumacinta se encuentra ubicada en el sureste de Mxico entre (924452.171O y

8986.145O) de longitud y (18430.855N y 145342.765N) de latitud (ver figura 2.1), forma

parte de la regin hidrolgica Grijalva-Usumacinta, donde el ro Usumacinta, que es el de mayor

caudal de la Repblica, se une al del ro Grijalva que est considerado como el segundo por su

caudal. La disponibilidad de agua se basa en las cuencas bajas de los ros Usumacinta y Grijalva,

que acumulan el agua de innumerables corrientes y se descargan al mar en forma conjunta. El

volumen medio anual es de 125 mil millones de metros cbicos, que representan el 35% de las

corrientes del pas, formando un amplio cauce que inunda grandes reas y origina en las zonas

bajas numerosas lagunas de poca profundidad. En los meses de septiembre y noviembre se

alcanza los mximos niveles de agua causando inundaciones.

Su heterogeneidad espacial corresponde al de sitios tropicales hmedos y con costa, factores que

dificultan el acceso a todo el territorio de la cuenca y en general el levantamiento de informacin

o mediciones de datos en campo.



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Figura 2.1. Mapa de la cuenca fronteriza del Usumacinta.

La cuenca del Usumacinta intercepta el territorio de tres pases Mxico, Guatemala y Belice,

aunque en este ltimo en menor porcentaje y se divide en seis subcuencas llamadas Chixoy, Gran

Usumacinta, La Pasin, Lacantn, San Pedro y Sistema Lagunar de pantanos ver figura 2.2.

Figura 2.2. Subcuencas del Usumacinta, de norte a sur: Sistema lagunar y de pantanos, Gran Usumacinta,

San Pedro, Lacantn, La pasin y Chixoy.



7

Con respecto a su vegetacin est compuesta por Bosques, Sabana tropical, Selva alta, mediana y

baja, Mangles, Vegetacin de Pantanos y de costa. Ver figura 2.3.

Figura 2.3. Tipos de vegetacin de la parte mexicana de la cuenca del Usumacinta. (Serie IV, INEGI 2007)



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De acuerdo a su edafologa se encuentran diferentes tipos de suelo que se presentan en la figura

2.4 y los tipos de textura del suelo que se describen en la figura 2.5.

Figura 2.4. Tipos de suelo para la cuenca del Usumacinta. (Serie IV, INEGI 2007).



9

Figura 2.5. Tipos de textura que conforman la cuenca del Usumacinta. (Serie IV, INEGI, 2007)

2.3. Balance hdrico y su importancia en el estudio de la cuenca Usumacinta.

El balance hdrico de la cuenca del ro Usumacinta permitir conocer la estructura y su funcionamiento. Dicha informacin podr ser utilizada principalmente en beneficio de los habitantes de la cuenca en diferentes tipos de contextos como el ordenamiento territorial, polticas pblicas en la gestin de recursos hdricos, estudios ambientales y ecolgicos, entre otros.

2.3.1. Definicin de Balance hdrico.

Es el estudio de la estructura y funcionamiento de las cuencas superficiales y subterrneas, cuerpos de agua y ros; es fundamental para la gestin del agua en el espacio y el tiempo. A partir del balance hdrico es posible hacer una evaluacin cuantitativa de los recursos de agua y sus modificaciones por influencia de las actividades del hombre.



10

2.3.2. Estimacin de Balance hdrico.

El estudio del balance hdrico en hidrologa se basa en la aplicacin del principio de conservacin

de masas, tambin conocido como ecuacin de la continuidad. Esta, establece que, para cualquier

volumen arbitrario, y durante cualquier perodo de tiempo, la diferencia entre las entradas y

salidas estar condicionada por la variacin del volumen de agua almacenada.

En general, la tcnica del balance hdrico implica mediciones de ambos aspectos,

almacenamientos y flujos del agua; sin embargo, algunas mediciones se eliminan en funcin del

volumen y perodo de tiempo utilizados para el clculo del balance (UNESCO, 1971).

2.3.2.1. Frmula sinttica.

La expresin sinttica del balance hdrico es:

M

jj

N

iiTT SalidasEntradasEstadoEstado

111

donde: EstadoT+1: Nueva estimacin del balance hdrico. EstadoT: Balance hdrico de la cuenca antes de iniciar el anlisis. Entradasi: Son todas las entradas de agua a la cuenca (Precipitacin).

Salidasj: Son todas las salidas de agua de la cuenca (evapotranspiracin, escurrimientos y almacenamiento en suelo).

2.3.2.2. Unidades para los componentes de la ecuacin del balance hdrico.

Los componentes de la ecuacin del balance hdrico se pueden expresar como una altura media de

agua sobre la cuenca (mm), como un volumen de agua (m3), o en forma de caudal (m3/s).

Como la ecuacin del balance hdrico comienza generalmente con el clculo de la precipitacin media sobre la cuenca, los otros componentes tambin se expresan como altura de agua, en las unidades recomendadas.

2.3.2.3. Variables hidrolgicas medidas en campo.

Las variables hidro-meteorolgicas con las que se cuenta para este estudio, provienen del Servicio Meteorolgico Nacional (SMN) y de la Gerencia de Aguas Superficiales e Ingeniera de Ros (GASIR), ambas dependientes de la Comisin Nacional del Agua (CONAGUA). Los datos corresponden a los aos de anlisis de este proyecto, 2006 a 2010. Las variables proporcionadas son:



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Direccin e intensidad del viento.

Evaporacin potencial.

Gasto de agua de ros.

Humedad relativa.

Precipitacin diaria.

Radiacin solar.

Temperatura diaria del aire (mxima, mnima y media).

2.3.2.4. Estimacin de variables hidrolgicas con imgenes satelitales (MODIS, TRMM,

SPOT y LandSat)

Para los estudios locales y de validacin de la presente metodologa se utilizarn imgenes

satelitales de alta resolucin espacial, como las imgenes SPOT y LandSat, mientras que para las

estimaciones regionales y a nivel de cuenca y subcuencas se usarn imgenes de baja resolucin

espacial como las provenientes de los sensores MODIS y TRMM.

Imgenes MODIS

Los productos MODIS son divididos en cinco niveles (0 a 4) en funcin del grado de procesamiento

realizado, los compuestos utilizados en esta investigacin corresponden a los niveles 3 y 4 que se

describen a continuacin:

Nivel 3: Son imgenes de valor agregado derivados de variables geofsicas mapeadas. En algunos

casos, se realiza un remuestreo a una menor resolucin espacial que las bandas originales y se

elaboran compuestos de intervalos de tiempo establecidos (1, 8, 16 y 30 das). Algunos de los

cuales son de inters para la estimacin del balance hdrico como: Reflectancia (MOD09), ndices

de vegetacin (MOD13), temperatura y emisividad de la superficie terrestre (MOD11). (MODIS-

NASA, 2011).

Nivel 4: Son los productos generados por la incorporacin de los datos MODIS en modelos, para

as estimar variables geofsicas (NASA, 2008). Que se generan usando productos nivel L2 y datos

auxiliares. Algunas de estas imgenes son de inters para la estimacin del balance hdrico: el

ndice de rea foliar / fraccin de radiacin activa fotosinttica (MOD15), las coberturas del suelo

(MOD12) y la produccin primaria (MOD17). (MODIS-NASA, 2011).

Las imgenes de nivel 0, 1 y 2 son presentados en grnulos, que corresponden a los datos sin

proyectar tomados durante el paso del sensor durante cinco minutos, lo cual representa un rea

de aproximadamente 2340 x 2330 km. Los datos de niveles 2G, 3, y 4 son distribuidos en mosaicos

en proyeccin sinusoidal llamados tiles de aproximadamente 10 x 10 grados. (MODIS-NASA,

2011).



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Imgenes TRMM

El satlite Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM). Fue el primero en incorporar instrumentos

radiomtricamente activos y pasivos, mediante los cuales es posible recabar elementos para un

mejor entendimiento del ciclo hidrolgico y sus interacciones con el resto del planeta. Tiene una

resolucin espacial de 0.250x0.250 geogrficos, y tiene una rbita circular baja de alrededor de

350 km y un periodo orbital de 91.5 minutos. Se mantiene entre los 35 grados de latitud norte y

los 35 grados de latitud sur, permitindole as volar sobre cada punto de la superficie de la tierra a

diferentes horas del tiempo local cada da. De todos los productos derivados de dicho satlite se

seleccion el producto 3B42 que es generado en cuatro etapas, que permiten una mejor

estimacin de la precipitacin. (TRMM, 2011).



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III. Enfoque metodolgico para la estimacin del balance hdrico de la cuenca del

Usumacinta

Consideraciones para la implementacin de la metodologa a) Para que el modelo cumpla sus objetivos deber funcionar como un todo, considerando siempre a

todos los componentes que lo integran. Su implementacin no debe ser reducida a la puesta en marcha de una de sus partes, debido a que su adecuada funcin est condicionada a las interacciones e interrelaciones entre todos los componentes que la integran.

b) La metodologa se aplicar a toda la cuenca, despus de aplicarla con xito en una cuenca piloto.

3.1. Definicin de perodos de anlisis.

La estimacin del balance hdrico se realizar en el periodo de secas de los aos 2006, 2008, 2010 y se estimar una prediccin para los aos 2011 y 2012. La prediccin a los aos 2011 y 2012 se debe a que no se cuentan con datos medidos en campo para dichos aos, pero si en el transcurso de este proyecto dichos datos son proporcionados por el SMN y GASIR se proceder a realizar la estimacin correspondiente del balance hdrico.

3.2. Zonas de agregacin espacial

Las zonas de agregacin espacial estn definidas a nivel de rea de captacin (AC), subcuencas y cuenca del Usumacinta, ver imagen 2.1 y 2.2.

3.3. Esquema general de la metodologa.

El esquema general de la metodologa para la estimacin del balance hdrico, ver figura 3.1., muestra las entradas y salidas de agua de la cuenca del Usumacinta, as como el estado inicial de la cuenca, el cual, es esencial para una correcta estimacin de dicho anlisis.

Figura 3.1. Esquema general de la metodologa, muestra el flujo de datos que son requeridos para la

estimacin del balance hdrico.



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3.3.1. Estimacin del balance hdrico.

En la estimacin del balance hdrico se seguirn cuatro lneas de investigacin para cada una de las variables requeridas en la ecuacin propuesta en la seccin 2.3.2.1.:

1. Estimacin de precipitacin. Ver anexo A.

2. Estimacin de evapotranspiracin. Ver anexo B.

3. Estimacin de escurrimientos ver anexo C.

4. Estimacin de almacenamiento en suelos. Ver anexo D.

Las estimaciones se realizarn de acuerdo al siguiente cronograma de actividades iniciando en

septiembre del ao 2011 y finalizando en agosto del 2012. Ver Tabla 3.1.

Tabla 3.1. Cronograma de actividades para la estimacin del balance hdrico de la cuenca del Usumacinta.

Lneas de investigacin

Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago

Precipitacin * * * *

Evapotranspiracin * * * *

Almacenamiento en suelos

* * * *

Escurrimientos * * * *

Balance hidrolgico

* * * * * * * * * * * *



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IV. Productos o entregables

4.1. Metodologa para estimar el balance hdrico.

Al finalizar este proyecto se entregarn los datos adquiridos para la estimacin del balance hdrico en la cuenca del Usumacinta, as como la metodologa implementada propuesta en este documento, ya con las modificaciones realizadas durante el periodo de implementacin.

4.2. Estimacin del balance hdrico de la cuenca del Usumacinta(1)

4.3. Estimacin del balance hdrico por cada una de las subcuencas del Usumacinta(1)

4.4. Estimacin del balance hdrico a nivel de reas de captacin de la cuenca del

Usumacinta(1)

(1) Para cada uno de los apartados 4.2, 4.3 y 4.4. Se presentarn estimaciones del balance

hdrico para los niveles de agregacin espacial (Cuenca, subcuencas y reas de captacin), en todos los periodos de anlisis (2006, 2008, 2010) y en su caso, los pronsticos para los aos 2011 y 2012.

V. Alcances

5.1. Conclusiones de la estimacin del balance hidrolgico de la cuenca del Usumacinta

Al finalizar este proyecto se entregar un documento con las conclusiones finales y los resultados encontrados durante la implementacin de este proyecto, as como de las observaciones realizadas durante la etapa de la implementacin de la metodologa aqu presentada.



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Bibliografa

Brouwer C., and Heibloem Y., (1986). Irrigation water needs; Irrigation Water Management. Training Manual

no 3. FAO, Rome. 62 p.

Campo F.A., and Piccolo, M.C., (1997), La cuenca hidrogrfica del ro Quequn Grande, Argentina, Revista

Geofsica, nm. 45, Argentina, pp. 57-72.

CEIEG-Chiapas, 2011, Comit estatal de informacin estadstica y Geogrfica de Chiapas: contexto estatal,

disponible en internet http://www.ceieg.chiapas.gob.mx/home/?page_id=28&maccion=28, ltimo

acceso 02/08/2011.

Coronel C., and Nuez J.M., 2007, Evaluation of the sources of information for monitoring and extracting

spatio-temporal patterns of precipitation in Mxico. 32nd

international Symposium on Remote

Sensing of Environment. Sustainable Development through Global Earth Observation, San Jos Costa

Rica.

FAO, 2007, Cambio climtico: ayudar a los ms vulnerables, disponible en internet

http://www.fao.org/newsroom/es/news/2007/1000724/index.html, ltimo acceso 16/08/2011.

Fotheringham, A. S., Brunsdon, C., & Charlton, M. 2002, Geographically weighted regression: the analysis of

spatially varying relationships. Chichester Willey. Disponible en internet:

http://books.google.com.mx/books?hl=es&lr=&id=GFjFX-

3dH68C&oi=fnd&pg=PR11&dq=Geographically+weighted&ots=4IDPPUVhxQ&sig=lxSJUFHIwyNG2L

Dk5K_NlpG-D30#v=onepage&q&f=false. Ultimo acceso 10/05/2011

Garca E., 1979, Distribucin de la precipitacin en la Repblica mexicana, UNAM IGG.

Haining R., 1990, Spatial data analysis in the social and environmental sciences, Cambridge University Press,

Cambridge, UK.

Hernndez C. et all., 2007, Mitos y realidades de la sequa en Mxico, UNAM IGG.

INEGI, 2007, Cartas de uso de suelo y vegetacin serie IV escala 1:250000.

Landon, J.R., 1984. Booker Tropical Soil Manual. A Handbook for Soil Survey and Agricultural Land Evaluation

in the Tropics and Suptropics. Booker Agriculture Intenational Limited. Great Britain.

Lenzerini M., 2002, Data integration: a theoretical perspective, Proceedings of the twenty-first ACM

SIGMOD-SIGACT-SIGART symposium on Principles of database systems.

Matheron G., 1963, The theory of regionalized variables and its aplications. Les Cahiers du Centre de

Morphologie Mathmatique, No. 5 Paris: Ecole de Mines de Paris.

MODIS-NASA, 2011, pgina web del satlite MODIS, disponible en internet:

http://modis.gsfc.nasa.gov/data/directbrod/index.php, ltimo acceso el 15/08/2011.



17

Moran, P., 1950, Notes on continuous stochastic phenomena, Biometric, 37(1-2), 17-23.

Ortiz O., 2011, Propuesta de una metodologa para la integracin de datos de precipitacin: Caso de estudio

la Cuenca del Usumacinta, Tesis de licenciatura Facultad de Ingeniera, UNAM, en redaccin.

Stein A., 1991, Spatial interpolation Doctoral thesis, Agricultural University, Wageningen, The Netherlandn.

Tabasco-Hidrografa, 2011, Gobierno del Estado de Tabasco Todos los Derechos Reservados 2007 2012:

Hidrografa, disponible en internet http://www.tabasco.gob.mx/estado/geo-hidrografia.php ltimo

acceso 02/08/2011.

The COMET Program, 2011, El sitio web MetEd (Meteorology Education and Training), disponible en

internet: https://www.meted.ucar.edu/index_es.php, ltimo acceso en 16/08/2012.

Thornthwaite C.W., and Mathers J.R., 1957, Instructions and Tables for the Computing Potential

Evapotranspiration and the Water Balance, Publications in Climatology X(3):311 pp.

TRMM, 2011, Pgina web del satlite TRMM disponible en internet: http://trmm.gsfc.nasa.gov/ ltimo

acceso el 15 de agosto del 2011.

U.S.D.A., 1978, Soil Conservation Service. Predicting rainfall erosion loesses. A guide to conservation

planning. Agriculture Handbook 537. Washington D.C.

U.S.D.A.-S.C.S., 1964, Captulo 7 - Estimaciones a partir de modelos, disponible en internet:

http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s09.htm, ltimo acceso en 16/08/2011.

UNESCO. 1971. Scientific frametmrk of world water balance. Paris, UNESCO. 27p. (Technical papers in

hydrology, NO. 7).



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Anexo A

Estimacin de precipitacin La siguiente metodologa fue desarrollada durante la primera etapa del proyecto mediante una tesis de licenciatura del alumno Omar Ortiz Meraz de la Facultad de Ingeniera de la Universidad Autnoma de Mxico, y sus asesores M. en G. Juan Manuel Nuez Hernndez y M. en G. Claudia Coronel Enrquez, ambos, investigadores del Centro de Investigacin en Geografa y Geomtica Ing. Jorge L. Tamayo A.C. El ttulo de la tesis es:

Propuesta de una metodologa para la integracin de datos de precipitacin: Caso de estudio la Cuenca del Usumacinta

Introduccin

El presente trabajo aborda la hiptesis propuesta por Coronel y Nuez en 2007, con la finalidad de

realizar un estudio de precipitacin que explicite la componente espacial del fenmeno, la cual es

frecuentemente ignorada en muchos de los estudios realizados sobre el tema. Como caso de

estudio se seleccion la cuenca del Usumacinta para desarrollar la metodologa a seguir para la

estimacin de la precipitacin de la cuenca en poca de secas en el marco del proyecto FORDECYT-

CONACYT-CENTROGEO.

Objetivo General

Desarrollar un mtodo de generacin de informacin de precipitacin que describa los procesos

que ocurren durante la temporada de secas.

Objetivos Particulares

Probar la hiptesis, tomar los elementos ms importantes e incorporar nuevos con la

finalidad de adecuarla para la temporada de secas.

Desarrollar una instrumentacin que permita realizar de forma automtica la aplicacin de

la hiptesis durante varios periodos de tiempo.

Ya con los resultados en mano se analizan para verificar su calidad y validez as como de

los insumos utilizados y de la hiptesis propuesta.

El estudio de la precipitacin en Mxico

Al enfriarse el vapor de agua contenido en la atmosfera comienza el proceso de cambio de estado,

de gaseoso a lquido y en ciertas ocasiones a slido. Este proceso, en el cual el vapor se convierte



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en agua, se denomina condensacin y para que ste se d deben de cumplirse al menos uno de

dos factores: enfriamiento y/o disminucin de volumen.

Como es sabido, Mxico ocupa una porcin de las zonas tropicales y subtropicales del

hemisferio norte. La parte sur del territorio nacional recibe la presencia de los vientos alisios

debido a que corresponde a la zona tropical; en tanto que la porcin norte se localiza dentro de la

faja subtropical de alta presin. Frecuentemente, en septiembre se presentan ciclones tropicales

originados en el mar Caribe o en el ocano Pacifico. stos ocasionan diferentes afectaciones en el

pas ya que muchas de sus trayectorias corren paralelas a las costas o se internan en el continente.

Las zonas ms lluviosas se encuentran al sur del paralelo 22N y comprenden las

pendientes montaosas de las porciones centrales y sur del Golfo de Mxico; aqu es posible

encontrar mediciones superiores a los 1,500 mm, merced a su exposicin directa a los vientos

hmedos del mar asociados a los vientos alisios, los nortes y los ciclones tropicales (Hernndez et

al 2007).

En su publicacin Distribucin de la precipitacin en la Repblica Mexicana la Mtra.

Garca (1979) hace notar que el porcentaje de lluvia invernal precipitacin en poca de estiaje

puede ser muy variable. De acuerdo con dicho estudio la mayora de las estaciones climatolgicas

del territorio nacional presentan variaciones que fluctan entre 0 y 10% de la precipitacin anual

durante la poca invernal.

Un nmero mucho ms reducido de estaciones registra mrgenes entre 10 y 18% de lluvia

invernal; y slo una cantidad de estaciones poco considerable muestra porcentajes mayores al

18%. Estos dos grupos generalmente entran en el rgimen de lluvia invernal. Aquellos lugares del

segundo grupo que no corresponden al rgimen de lluvia invernal, normalmente tienen estos

registros debido a la presencia de nortes. Las estaciones situadas en la pennsula de Baja

California, al norte del paralelo 26N, llegan a presentar porcentajes de lluvia invernal superiores a

36%. El estudio de estos comportamientos es tarea principal de dos ciencias, la climatologa y la

meteorologa.

Elementos para la integracin de datos

Es posible definir este concepto como la combinacin de informacin datosproveniente de

diferentes orgenes con la capacidad de proveer un resultado unificado. (Lenzerini, 2002). Esta

prctica se ha vuelto cada vez ms comn conforme avanza el desarrollo cientfico.

Con la finalidad de producir informacin ms rica en contenido y calidad se recurre a la integracin de fuentes de datos. Con esto se logran solventar las carencias que se pudieran encontrar en una sola fuente. La forma en que las diferentes fuentes de datos se integran vara segn la necesidad especfica, pero el principio general es el mismo.



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Insumos para la integracin de datos

Los insumos necesarios para este ejercicio son: informacin de estaciones meteorolgicas e

informacin proveniente de un producto mixto (3B42) proveniente del satlite Tropical Rainfall

Measuring Mission (TRMM) calibrado mediante el GOES.

Definicin de estacin meteorolgica

Se considera una estacin meteorolgica a cualquier instalacin con la instrumentacin necesaria

para recabar informacin meteorolgica y climatolgica que represente los fenmenos ocurridos

en la atmsfera.

La estacin meteorolgica para funcionar siempre debe encontrarse a la intemperie en las

zonas donde se requiera conocer los patrones de los fenmenos ocurridos en la atmsfera, con la

posibilidad de localizarse en tierra firme o sobre una plataforma area o marina.

Lo anterior va ligado a la finalidad de la estacin; los tipos ms comunes que podemos

encontrar son: convencionales, automatizadas, observatorios astronmicos y boyas,

principalmente. Cada una con caractersticas que le permiten ofrecer datos acordes a su fin.

Satlite TRMM

Mediante la colaboracin entre el gobierno japons y norteamericano, especficamente entre la

Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) y la NASA se desarroll la Tropical Rainfall Measuring

Mission (TRMM) y en su momento de lanzamiento fue equipado con una serie de instrumentos de

avanzada. El TRMM ofrece una cantidad considerable de informacin y datos sobre los diferentes

sistemas de precipitacin desde una escala global.

Los objetivos especficos definidos por la NASA y la JAXA para esta misin consistieron en

obtener datos de varios aos de la zona tropical y subtropical y el anlisis de los mismos; y mejorar

el entendimiento de las interacciones entre la superficie continental y la ocenica, en conjunto con

la atmsfera y los fenmenos derivados de esta.

EL TRMM fue el primer satlite en incorporar instrumentos radiomtricamente activos y

pasivos, mediante los cuales se posibilit recabar elementos para un mejor entendimiento del

ciclo hidrolgico y sus interacciones con el resto del planeta.

Descripcin del 3B42

El propsito del algoritmo 3B42 es producir informacin valiosa a partir de los diferentes

instrumentos a bordo del TRMM, fusionando datos del sector infrarrojo del espectro de alta

calidad, la raz cuadrada media [root-mean-square (RMS)] de la precipitacin, y las estimaciones

de error de las lecturas de precipitacin.

Por emplear una resolucin espacial de x geogrfico y una resolucin temporal de 3

hrs, el 3B42 constituye una excelente referencia para la finalidad de este estudio, con suficiente

calidad y cantidad de informacin espacio-temporal.



21

Este producto 3B42 se genera en cuatro etapas: 1) (HQ) las estimaciones por microondas

son calibradas y combinadas, 2) (VAR) las estimaciones hechas mediante la informacin en

infrarrojo son calibradas con el producto de la anterior, 3) (HQ-VAR) la informacin de los

primeros dos pasos es fusionada, 4) se reescala a periodos mensuales.

Mtodos de integracin de datos

Entender los sistemas y patrones de distribucin espacial es un tema de gran inters en varias

reas del conocimiento, por ello se han desarrollado tcnicas que permiten explicar y medirlos de

forma ordenada y tangible. Todo esto se expresa a travs de propiedades y relaciones en el campo

espacial, los cuales pueden estudiarse de forma directa.

Kriging

De los mtodos de interpolacin espacial, la tcnica conocida como Krigin es una buena opcin

dentro de las correspondientes a las regresiones lineales, debido a su variacin mnima y alto

grado de precisin (Stein 1991).

El mtodo Kriging es una tcnica de interpolacin convencional, lineal, que permite

estimar valores desconocidos dentro de una vecindad determinada. Fue desarrollado por el

sudafricano Danny G. Krige, quien la utilizaba principalmente en la minera. Recibi su nombre por

ser aplicada por Matheron en 1963 al cambiar la forma en la que se practica la estadstica

(Matheron 1971).

ndice de Moran

El ndice Moran (1950) ha sido utilizado extensamente en el campo de la estadstica espacial. Este

ndice da como resultado un rango normalizado que seala la existencia o no de correlacin

espacial entre sus elementos (Haining 1990). Sin embargo, si dentro de los datos coexisten

estructuras con alta y baja correlaciones, el ndice de Moran no podr distinguir entre ellas.

Por lo anterior se recomienda realizar pruebas locales dentro de los mismos juegos de

datos, ya que stas pueden diferir de lo que sera la tendencia global. (Fotheringham 1999). Para

atender esta necesidad se han desarrollado diferentes mtodos a partir del ndice Moran (Morans

I), tal es el caso del LISA, que al aplicarlo en forma conjunta es posible detectar eficientemente

zonas con alto valor de correlacin, bajo valor de correlacin y sin correlacin.

Caso de estudio

El rea de estudio de este trabajo corresponde a la porcin nacional de la Cuenca del Usumacinta,

localizada en el sureste de Mxico, en los estados de Chiapas y Tabasco. En total, la cuenca abarca

una superficie de ms de 7 millones de hectreas, de las cuales el 58% se encuentra en Mxico y el

resto en Guatemala y Belice.

Coronel & Nez, de CentroGeo, propusieron una hiptesis con la finalidad de detectar y

plasmar los patrones de cambio espacial presente en la precipitacin, utilizando insumos de



22

TRMM, especficamente el 3B42, ajustados mediante estaciones meteorolgicas y climatolgicas.

Para obtener un producto que apoye la construccin del balance hdrico, y aporte datos

correspondientes a los fenmenos espaciales de la precipitacin (Coronel et al., 2007). En este

trabajo se retoma la hiptesis desarrollada y se propone una metodologa ms eficiente que

permite disminuir tiempos y costos de los procesos.

El proyecto derivado de esta hiptesis pretende abarcar la dcada que corre del ao 1998

a 2008, y tiene la finalidad de colaborar con informacin til para realizar el balance hdrico de la

zona.

Los procesos de la metodologa del presente trabajo incluyen la operacin y el anlisis de

los datos obtenidos por el SMN de estaciones con pluvimetro. Con la informacin recopilada se

determin que los acumulados de datos correspondientes a 8 das son suficientemente

independientes para realizar los clculos necesarios para obtener un ajuste al producto 3B42

(Coronel & Nez, 2007). De forma complementaria se calcularon los acumulados con el insumo

3B42 del TRMM para perodos de 8 das.

Elaboracin de la metodologa

La hiptesis propone que se empleen los insumos 3B42 mediante los datos obtenidos en

estaciones meteorolgicas y climatolgicas, donde se realicen la integracin de datos con la

finalidad de obtener un ajuste en forma de raster, que permita compensar las subestimaciones y

las sobreestimaciones registradas en el 3B42.

Para producir dicho ajuste, en trabajos anteriores se demostr que el fenmeno de la

precipitacin en Mxico puede ser englobado en unidades de 8 das, con la finalidad de que estos

acumulados sean independientes, espacio-temporalmente, uno de otro. Por ello se adopt la

escala de 8 das para la construccin de acumulados en ambas fuentes de datos. Al englobar los

datos en acumulados se obtiene una unidad de tiempo suficientemente independiente de s

misma en la escala temporal, lo cual facilita la caracterizacin de los fenmenos ocurridos en el

perodo analizado.

Se propuso una nueva fuente de datos que incluye el concepto distancia de costa, ste

se construye mediante un proceso de costo-distancia, estableciendo como factor de costo la

rugosidad del terreno, la cual desempea un papel secundario.

Con el resultado de la integracin y de la interpolacin, se elaboran coberturas de ajuste

que responden a cada juego de datos de la integracin por intervalo aplicados a los acumulados de

3B42, con lo cual se corrigen, de forma local, las estimaciones equivocadas, comnmente

producto de lecturas sub-estimadas, y se integra la componente espacial.

Como parte de la aportacin se incluye la adicin de un factor de lnea de costa en una

imagen tipo raster que contiene datos de distancia a la costa ponderados en funcin de la

rugosidad del terreno, mediante el algoritmo de costo-distancia, ya que, como se menciona en el

primer captulo de la tesis, la presencia de cuerpos nubosos est ligada a la distancia de cada

regin al mar, especialmente en la temporada de secas.



23

Con los tres insumos acumulados de estaciones, 3B42 y lnea de costa disponibles, se

realiza un muestreo con las coordenadas de cada estacin para obtener los valores de los pixeles

de la lnea de costa y de la imagen 3B42 correspondientes a cada perodo, en cada grupo de

sistemas de precipitacin que se haya generado.

El resultado del muestreo es una tabla con datos de la precipitacin registrada en la

estacin, el valor del pixel del 3B42 y el valor del pixel de la lnea de costa. La tabla es leda por un

programa de estadstica con la finalidad de calcular una regresin lineal tipo por rangos a dos

intervalos, donde los datos de estaciones meteorolgicas constituyen la variable dependiente y los

pixeles de las imgenes 3B42 y la lnea de costa corresponden a variables independientes.

El resultado de la regresin es una tabla con las ecuaciones de cada anlisis, sus intervalos,

los datos observados, los calculados y los residuales. Las ecuaciones se exportan a otro programa

desarrollado expresamente para el proyecto que elabora los scripts que ejecutan las operaciones

necesarias con los insumos descritos anteriormente.

Se utiliza el mtodo de interpolacin Kriging para obtener los valores residuales, producto

de la diferencia entre el valor registrado del 3B42 y los datos recopilados en las estaciones

analizadas.

Las regiones definidas con base en los sistemas de precipitacin se agrupan de acuerdo

con el intervalo de las ecuaciones resultantes de la regresin lineal.

Los raster de cada ecuacin por periodo y la interpolacin mediante Kriging se someten a

una condicional que asigna valores espacialmente de acuerdo con las regiones arriba sealadas.

Debido al enfoque del presente trabajo, se realiz un recorte a las unidades de captacin

para seleccionar las correspondientes a la cuenca y se calcularon los datos estadsticos necesarios

para analizar el resultado.

Cabe anotar que, los fenmenos de precipitacin no se limitan a zonas particulares y para

realizar un ajuste preciso hay que tener en cuenta que stos pueden abarcar reas incluso

mayores al territorio de la cuenca, por lo que es necesario seleccionar estaciones meteorolgicas

que se localicen fuera de la cuenca de anlisis.

Anlisis de resultados

Comparando los datos registrados en estaciones meteorolgicas contra los estimados por

el sensor TRMM, se aprecia una subestimacin considerable por parte del producto 3B42. Esta

deficiencia se solvent de forma satisfactoria mediante la integracin de datos. El resultado

obtenido es aceptable pese a las limitaciones impuestas por la calidad y cantidad de los datos

disponibles para el proyecto. En las imgenes obtenidas se presentan artefactos que podran

suscitar dudas respecto de la validez de los mismos, pero dichos artefactos son producto de la

calidad y cantidad de los insumos disponibles, no as de la metodologa planteada. En la figura A1.

se presentan resultados preliminares de esta metodologa.



24

Varianza explicada

En los periodos analizados se encontraron varianzas menores de 0.5. Sin embargo, debido a la

naturaleza espordica y puntual de la temporada analizada y a las carencias de los datos, los

resultados se pueden considerar satisfactorios. En la tabla A1, se presentan las varianzas

explicadas por perodo (los datos corresponden al ajuste de regresin, antes de sumar la porcin

de varianza explicada por la estructura espacial que mejora la estimacin).

Tabla A1. Varianzas de los periodos analizados.

Varianza Periodo

0.413408894 2 0.26418114 3 0.605025858 4 0.509854481 5 0.574458452 6 0.228132852 7 0.340741488 9 0.223190642 10 0.648085293 11 0.535779648 12 Promedio 0.434

El promedio de varianza explicada es 0.43, solo el 40% de los datos tienen una varianza menor a

este promedio, el 60% de los datos supera el promedio general. Se aprecia que la varianza va

desde 0.22 a 0.64, rango bastante amplio debido a la naturaleza espordica de los patrones de

lluvia y la limitada disponibilidad de los datos de estaciones.

No es posible apreciar una tendencia en la distribucin temporal de los resultados, lo que

confirma la independencia de los acumulados entre ellos.



25

Figura A1. Mapas de precipitacin: a) medidos en superficie por el SMN. b) provenientes del

sensor TRMM producto 3B42. c) mapa de precipitacin ajustado despus de la integracin de

datos medidos en campo con los estimados por el sensor TRMM. Fuente Ortiz, 2011.

Anexo B

Metodologa para la estimacin de la evapotranspiracin en la cuenca del Usumacinta.

Introduccin

La evaporacin o evapotranspiracin es una de las variables biofsicas ms importantes que se

utilizan frecuentemente en estudios para estimar aspectos del ciclo hidrolgico como por ejemplo:

el balance hdrico en cuencas y/o regiones hidrolgicas, gastos de agua en lagos y presas,

irrigacin de cultivos y estrs hdrico de la vegetacin. Esta variable es tan esencial que el Servicio

Meteorolgico Nacional (SMN) cuenta con registros de evaporacin potencial desde el ao 1912.

Debido a la extensin territorial de la cuenca del Usumacinta, su heterogeneidad espacial

y temporal, orografa, gran variedad de biodiversidad y en general mala distribucin de los sitios

de observacin, impiden que la cuenca cuente con una cobertura de sitios de medicin de datos

climatolgicos que la caractericen de forma adecuada.

Histricamente los datos meteorolgicos reportados para esta cuenca por el SMN

provienen de alrededor de 56 sitios de observacin entre los que se encuentran observatorios y

estaciones climatolgicas convencionales y automticas (ver figura B1). Sitios de observacin, que

en la actualidad, la mayora han dejado de funcionar; normalmente solo 6 reportan datos en toda



26

la cuenca. Con esto se hace evidente que la mayora de los clculos realizados a nivel local y

regional carecen de una buena representatividad de las variables climatolgicas en la cuenca y por

lo tanto se requiere de una mejor cobertura de datos medidos en campo para alimentar modelos

que permitan obtener estimaciones confiables de evapotranspiracin a nivel local y regional.

Figura B1. Los tringulos representan los sitios de observacin del SMN, en color cian se muestran

los que se encuentran activos y que reportaron datos en la tercera semana de abril de 2007.

Por lo anterior, est metodologa plantea utilizar variables geofsicas medidas con sensores

satelitales que se complementen con mediciones en campo, por medio de la integracin de datos

espaciales, con la finalidad de ofrecer informacin de variables climatolgicas con una cobertura

de datos que sea confiable y permita realizar estudios locales y regionales.

Para lograr lo anterior, se requiere del anlisis espacial para la generacin de modelos de

ajuste entre variables medidas en campo y por sensores remotos que posibiliten la caracterizacin

de variables climatolgicas a niveles locales y regionales.

Definicin de los periodos de anlisis

Los periodos de anlisis corresponden a la estacin de secas para los aos 2006, 2008 y 2010,

debido a que solo en temporada es posible la adquisicin de imgenes satelitales adecuadas para

la estimacin de las variables geofsicas, necesarias para la estimacin de la evapotranspiracin.

Para los aos 2011 y 2012 se realizar la prediccin de las estimaciones basadas en los aos

previos de este anlisis.

Definicin de insumos requeridos para la estimacin de la evapotranspiracin en la cuenca del Usumacinta

Esta metodologa propone la integracin de datos medidos en campo con datos estimados por

percepcin remota para lograr una mejor caracterizacin de la cuenca del Usumacinta. Para ello se

requiere de imgenes satelitales descritas en la seccin 2.3.2.4 y de los datos de variables

climatolgicas medidas en campo por el SMN descritos en la seccin 2.3.2.3.



27

Metodologa para la estimacin de la evapotranspiracin en la cuenca del Usumacinta

En la figura B2, se describe el proceso para la estimacin de la evapotranspiracin potencial (ETp)

y la evapotranspiracin real (ETr) a partir de datos de LST y mediciones in situ de temperatura del

aire (Ta) y evaporacin PAN. El modelo describe la integracin de la percepcin remota con el

anlisis espacial y el modelado en el procesamiento y validacin de datos provenientes de

sensores remotos con datos medidos en campo. Para ello es necesario descargar imgenes MODIS

de LST, proyectarlas al sistema de coordenadas North America Lambert Conformal Conic y re-

escalar los valores de la imagen a valores validos de LST en grados centgrados. Por otro lado, hay

que procesar y validar los datos de Ta proporcionados por el SMN y agruparlos en promedios de

ocho das julianos, correspondientes a las fechas de anlisis descritas anteriormente. Una vez

validados los datos de Ta se procede a ejecutar el modelo de conversin de datos de LST en

valores de Ta con correlacin OLS Ta= (LST,NDVI,DEM,DistMar). Posteriormente se procede a

validar los resultados de ETp con mediciones PAN obtenidas tambin en campo, las cuales se

interpolan para generar una superficie PAN, finalmente los resultados de ETp son comparados con

valores estimados de ETr, obteniendo as la estimacin de la evapotranspiracin real (mm).

Figura B2. Esquema metodolgico para la estimacin de la evapotranspiracin real para la cuenca

del Usumacinta.



28

Anexo C

Metodologa para la estimacin de escurrimientos en la cuenca del Usumacinta

Introduccin.

El estudio del comportamiento hidrolgico de una cuenca permite interpretar la correlacin de los fenmenos fsicos y humanos que se desarrollan en su mbito. Los ros tienen gran relacin con todas las formas de vida, especialmente con las actividades humanas. En general, en el curso inferior de los ros se localizan grandes poblaciones y en sus desembocaduras se encuentran puertos e industrias (Campo F. et al., 1997).

Las oscilaciones manifestadas en el balance hdrico tienen incidencia directa sobre el rgimen hidrolgico de los escurrimientos superficiales. No obstante, la evidente correspondencia que vincula la precipitacin con el caudal, est determinada tanto por las condiciones fsicas de la cuenca como por el carcter de las lluvias.

Metodologa

Para la estimacin del escurrimiento se seleccion el mtodo del Nmero de Curva (propuesto por el Soil Conservation Service (S.C.S.) del U.S.D.A. (1978)) ya que este mtodo es ideal para trabajar con cuencas pequeas, ya como que como se ha visto el enfoque del trabajo es a nivel de reas de captacin (AC) como unidades mnimas, debido a que partiendo de ellas es posible estimar la escorrenta de las subcuencas que las contienen. La ecuacin del mtodo del Nmero de Curva es

donde:

S = (25400/CN)-254) cantidad mxima de agua infiltrada

P = Precipitacin

CN = Nmero de curva (tablas)

Q = Escorrenta

El modelo Nmero de Curva se encuentra tabulado para cada tipo de suelo-vegetacin y para tres estados de humedad del suelo en el momento previo a producirse el aguacero: suelo seco (condicin l); suelo parcialmente hmedo (condicin II); suelo saturado (condicin III).

El comienzo de la escorrenta se produce cuando se rebasa una precipitacin lmite Po = 0.2 S, por lo que la primera expresin slo es vlida cuando el numerador es positivo, es decir, PPo . De lo contrario, Q = 0.

Para obtener el nmero de curva para cada una de las cuencas se cuenta con la cartografa

de la serie IV del INEGI, de donde es posible obtener las propiedades fsicas del suelo y de los tipos

de coberturas presentes.

)8.0(

)2.0( 2

SP

SPQ



29

En la figura 2.4. se presentan los tipos del suelo para la cuenca del Usumacinta, los cuales

sern clasificados de acuerdo a sus caractersticas fsicas (ver figura 2.3) en los diferentes tipos de

grupos hidrolgicos de suelo, ver tabla C1. Una vez generada la tabla con los grupos hidrolgicos

del suelo se realiza una reclasificacin de la cobertura vegetal y uso de suelo/tratamiento,

condicin hidrolgica y grupos hidrolgicos en nmero de curva (ver tabla C2). Con todos estos

datos se proceder a aplicar la ecuacin del mtodo de nmero de curva a todas las reas de

captacin. Al final se estimar la escorrenta de las subcuencas y de la cuenca del Usumacinta.

Una vez estimada la escorrenta se proceder a graficar los resultados del caudal contra el

tiempo de observacin (Ver figura C1).

Tabla C1. Grupos hidrolgico de suelo definidos por la U.S.D.A.-S.C.S. en 1964

Grupo hidrolgico del

suelo

Potencial de

escorrenta

Infiltracin cuando la

tierra est hmeda Suelos tpicos

A Escaso Alta Arenas y grava

excesivamente

drenadas

B Moderado Moderada Texturas medias

C Medio Lenta Textura fina o suelos

con una capa que

impide el drenaje

hacia abajo

D Elevado Muy lenta Suelos de arcillas

hinchadas o

compactas o suelos

poco profundos

sobre capas

impermeables



30

Tabla C2. Reclasificacin de la cobertura vegetal y uso de suelo/tratamiento, condicin hidrolgica

y grupos hidrolgicos en nmero de curva.



31

Figura C1. Una vez calculado el caudal para distintas fechas se realizan los hidrogramas graficando

el caudal (Q) contra el Tiempo.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

06/07/2010 11/07/2010 16/07/2010 21/07/2010

Ca

ud

al (Q

)

Tiempo

Hidrograma

Series1



32

Anexo D

Metodologa para la estimacin de almacenamiento en suelos

Introduccin

La humedad superficial del suelo es un parmetro de vital importancia que determina los flujos hdricos y energticos que se producen en la capa lmite entre el suelo y la atmsfera. Tambin influye en procesos de importancia en la agronoma y meteorologa pero sus implicaciones principales se producen en el mbito de la hidrologa, ya que la humedad del suelo es una variable de estado clave en el ciclo hidrolgico. Como tal, determina la particin de la precipitacin en escorrenta e infiltracin, la tasa de evapotranspiracin o la ocurrencia de erosin hdrica del suelo.

El almacenamiento en suelos comienza por la infiltracin, es el movimiento del agua de la superficie hacia el interior del suelo. En el proceso de infiltracin se pueden distinguir tres fases:

a) Intercambio. Se presenta en la parte superior del suelo, donde el agua puede retornar a la atmsfera por medio de la evaporacin debido al movimiento capilar o por medio de la transpiracin de las plantas.

b) Transmisin. Ocurre cuando la accin de la gravedad supera a la de la capilaridad y obliga al agua a deslizarse verticalmente hasta encontrar una capa impermeable.

c) Circulacin. Es cuando el agua se acumula en el subsuelo debido a la presencia de una capa impermeable y empieza a circular por la accin de la gravedad, obedeciendo las leyes del escurrimiento subterrneo.

La capacidad de Infiltracin, es la cantidad mxima de agua que un suelo puede absorber por unidad de superficie horizontal y por unidad de tiempo. Se mide por la altura de agua que se infiltra, expresada en mm/hora. La capacidad de infiltracin disminuye hasta alcanzar un valor casi constante a medida que la precipitacin se prolonga y es entonces cuando empieza el escurrimiento. Existen diferentes factores que intervienen en la capacidad de infiltracin del agua. Uno de ellos y de gran importancia es el tipo de suelo. Ya que entre mayor sea la porosidad, el tamao de las partculas y el estado de fisuramiento del suelo, mayor ser la capacidad de infiltracin. Ver figura D1. La capacidad mxima de retencin de humedad depende de la textura del suelo y de la zona de actividad de las races (Thornthwaite et al., 1957).

Figura D1. Tipos de suelo y su capacidad de infiltracin, fuente: The COMET Program, 2011.



33

Metodologa

Para la estimacin del almacenamiento se requiere clasificar los diferentes tipos de suelos (ver figura D2). El tringulo de clasificacin de suelos del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA), que se basa en el sistema de clasificacin de suelos de la FAO, es una herramienta de referencia que permite clasificar los suelos de acuerdo con la composicin y textura. Por ejemplo, si tomamos una muestra de suelo y determinamos que tiene una composicin aproximada de 40 % limo, 40 % arena y 20 % arcilla, el tringulo nos permite clasificar ese suelo como marga. Tambin son requeridos los datos de profundidad, qumica del suelo y la cobertura vegetal que lo cubre.

Figura D2. El tringulo de clasificacin de suelos, fuente (The COMET Program, 2011) La falta de datos medidos en campo sobre la humedad del suelo en la cuenca del Usumacinta dificulta este tipo de anlisis, es por ello que en esta metodologa se proponen dos mtodos alternativos adems del que se calcul en el anexo C, mediante el Nmero de Curva, estimando S. El segundo mtodo es el desarrollado por Landon (1984), quien propone una tabla para la estimacin potencial de la capacidad de retencin de agua (CRA) en el suelo (ver Tabla D1). La pedregosidad es estimada para toda la cuenca en funcin de las fases fsicas y de las asociaciones



34

de los mosaicos de suelo tomados del mapa sin generalizar de INEGI. Del mapa de fases fsicas se extrajo la clase pedregoso y posteriormente se cruz con las asociaciones de suelos. Para cada asociacin con pedregosidad se estimo el porcentaje de potencial de pedregosidad, de tal manera que las base de datos originales se reclasificaron con un cuadro de doble entrada. La profundidad de suelos se obtuvo de la reclasificacin de las unidades de suelo, en funcin de la clase de profundidad ms representativa de cada unidad. De igual forma se gener el mapa preliminar de texturas de suelos. La capacidad de almacenamiento potencial se define como una relacin entre la pedregosidad y la textura (Landon, 1984); en consecuencia, las bases de datos de textura y pedregosidad se combinaron por medio de una reclasificacin con un cuadro de doble entrada. Todo esto se puede observar en la tabla D1. Tabla D1. Capacidad de retencin de agua (CRA) en el suelo. Modificada de Landon (1984).

Clase textural

Sin

piedras

(mm/m)

CRA (aproximadamente a 10 mm/m).

Contenidos de piedras y gravas en %

0% 0-5 % 5-15 % 15-40 % 40-80 %

Arcilla 140 130 120 90 50

Arcilla-arenosa 110 100 90 70 40

Arena 90 80 70 60 30

Areno-francoso 110 100 90 70 40

Franco 170 160 140 110 40

Franco-arcillo-

arenoso 170 150 140 110 65

Franco-arcilloso 150 130 120 100 55

Franco-arenoso 150 130 120 100 55

Franco-limoso 190 170 150 130 70

Fuente: Modificada de Landon (1984).

El tercer mtodo utilizado es el denominado clculo del almacenamiento real de humedad, el cual

vara con el tiempo debido a la precipitacin efectiva que aporta y a la evapotranspiracin que la

sustrae. Por tal motivo es necesario reflejar las variaciones mensuales, tomando en cuenta que el

mes anterior puede almacenar agua, siempre que la precipitacin sea mayor a la



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evapotranspiracin, con lo cual se tendra incremento en al almacenamiento del suelo. El agua se

almacenar hasta la capacidad mxima del almacenamiento potencial (S(a) = S(p)). Si el agua entra

al suelo se percolar como excedente de agua. La siguiente expresin expresa esta relacin:

S(a) = P(pef) + S(a) mes -1- ETp donde: 0 S(a) S(p) S(a) = almacenamiento real en mm P(pef) = Precipitacin efectiva(2) en mm S(a) mes - 1 = almacenamiento real del mes anterior ETp = Evapotranspiracin potencial (2) La precipitacin efectiva es aquella fraccin de la precipitacin total que es aprovechada por las

plantas. Depende de mltiples factores como pueden ser la intensidad de la precipitacin o la

aridez del clima y tambin de otros como la inclinacin del terreno, contenido de humedad en el

suelo o velocidad de infiltracin. Brouwer et al., 1986, proponen las siguientes frmulas para su

aplicacin en reas con pendientes inferiores al 5 %. As, en funcin de la precipitacin cada

durante el mes tenemos:

Pe = 0.8 P - 25 Si: P > 75 mm/mes

Pe = 0.6 P - 10 Si: P < 75 mm/mes

donde:

P = precipitacin mensual (mm/mes)

Pe = precipitacin efectiva (mm/mes)

En climas secos, las lluvias inferiores a 5 mm no aaden humedad a la reserva del suelo. As, si la

precipitacin es inferior a 5 mm se considera una precipitacin efectiva nula. Por otro lado, slo un

75 % de la lluvia sobre los 5 mm se puede considerar efectiva. Para esto se puede usar la

expresin:

Pe = 0.75; (lluvia cada 5 mm)

En climas hmedos o en situaciones o perodos del ao en los que llueve de continuo durante

varios das, la precipitacin efectiva se obtiene sumando todos los volmenes de precipitacin,

salvo cuando en un da llueve menos de 3 mm.

f1 3 balance hidrologico

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