XXI SEMINARIO NACIONAL DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA VILLA DE LEYVA, BOYACÁ, 25 AL 27 DE SEPTIEMBRE, 2014

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1 SCI SBI XXI SEMINARIO NACIONAL DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA VILLA DE LEYVA, BOYACÁ, 25 AL 27 DE SEPTIEMBRE, 2014 EFECTOS DE LA OSCILACION DEL SUR EN EL RÉGIMEN HIDROLÓGICO DE LA CUENCA DEL RÍO CHINCHINÁ, COLOMBIA Diego Alejandro Patiño 1, Olga Lucía Ocampo 1,2 y Jorge Julián Vélez 1 1 Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales, Colombia 2 Universidad Autónoma de Manizales, Colombia dapatinor@unal.edu.co; olocampo@autonoma.edu.co; jjvelezu@unal.edu.co RESUMEN: La Oscilación del Sur es el principal modo de variabilidad climática en Colombia; su comprensión es fundamental para la gestión integral del recurso hídrico y el establecimiento de medidas de adaptación. Las cuencas Andinas son particularmente afectadas por este fenómeno que perturba significativamente la dinámica de las precipitaciones con efectos en la escorrentía superficial. El análisis de los registros históricos permite comprender la variabilidad climática natural y los efectos de los episodios cálidos-el Niño- y fríos-la Niña- que marcan diferentes condiciones hidrológicas en las cuencas. Para esta evaluación, se empleó el índice el Oceánico El Niño para la clasificación de las series históricas y la identificación de las anomalías en las variables climáticas. Los efectos del ENSO en la cuenca del río Chinchiná se traducen en incrementos en la precipitación superiores al 20% y al 30% en el caudal en los años Niña; por otra parte que se evidencian reducciones superiores al 10% en precipitaciones y al 20% en caudal en los años Niños. Estas anomalías están influenciadas por los factores locales como la altitud. ABSTRACT: The Southern Oscillation is the main mode of climate variability in Colombia; its understanding is essential for the integrated water resources management and the adaptation measure establishment. Andean basins are particularly affected by this phenomenon that significantly disrupts the rainfall dynamics with effects on surface runoff. The analysis of historical records allow understanding natural climate variability and the effects of warm episodes-el Niño- and cold periods-la Niña that generate different hydrological conditions in the basins. For this evaluation, The Oceanic El Niño Index was used for time series classification and the identification of climatic variable anomalies. The ENSO effects in the Chinchina River Basin are the increases in precipitation above 20% and 30% in the stream flow rate in the Niña years; moreover the reduction is greater 10% in rainfall and 20% in flow in Niño years. These anomalies are influenced by local factors such as altitude. PALABRAS CLAVES: ENSO, Variabilidad climática, cuencas andinas.

2 INTRODUCCIÓN En Colombia, el clima está determinado por la ubicación en la franja ecuatorial y por factores geográficos locales. Estos aspectos crean una amplio espectro de climas y microclimas que van desde los más calurosos hasta lo más fríos en los picos de las montañas de las Cordilleras de los Andes (IDEAM, 2010; IDEAM, 2005; Jaramillo, 2005; Ocampo, 2012; Ocampo et al., 2014). La variabilidad climática natural depende de las condiciones atmosféricas, que presentan anomalías frente a la normal climatológica. En Colombia, la variabilidad es influenciada por la Oscilación del Sur-El Niño y sus episodios cálidos del Niño y fríos de La Niña (CEPAL, 2009; Adger et al., 2007). El Niño-Oscilación del Sur (ENSO) es el modo dominante de variabilidad climática en Latinoamérica y es el evento natural de mayor impacto socioeconómico (IPCC, 2008). Es un fenómeno global de interacción entre el océano y la atmósfera, que origina fluctuaciones de la temperatura superficial y de la presión del aire en el océano Pacífico, en cuyo transcurso se alternan episodios cálidos y fríos, más conocidos como El Niño y La Niña, respectivamente (PNUD, 2000; The National Oceanic and Atmospheric Administration [NOOA], 2014). Los principales efectos del Niño en Colombia son (Velásquez & Rosales, 2002; IDEAM, 2009; Ocampo, 2012; Ocampo et al., 2014): el incremento de la temperatura atmosférica, durante las horas del día, en la regiones Pacífica, Andina y valles interandinos; disminución de la temperatura atmosférica en horas de la madrugada, especialmente en los altiplanos andinos; déficit de precipitación en las regiones Andina, Caribe y en la porción norte de la Pacífica; incremento de la radiación ultravioleta que alcanza la superficie de la tierra; disminución del caudal de los ríos en el centro, occidente y norte de Colombia (Poveda, 2004; Poveda et al., 2006; 2011); perturbación significativa de las precipitaciones, la humedad del suelo y la evapotranspiración (Poveda & Mesa, 1997; Poveda et al., 2011). El Niño afecta considerablemente los recursos hídricos (Randall, 1998; Poveda et. al 2011; Ocampo, 2012; Ocampo et al., 2014). En Colombia, los caudales mínimos en épocas del Niño, se reducen en promedio en un 20% (Fondo para la Reconstrucción y desarrollo del Eje Cafetero, [FOREC] et al., 2000); en la cuenca del río Cauca, provoca una disminución del flujo medio del 30% con pérdidas hasta del 80% en algunos tributarios (Carvajal et al., 1998), mientras que en la cuenca del río Magdalena se registran pérdidas en el caudal del 55% (IDEAM, 2004). En el fenómeno opuesto, La Niña, los vientos alisios del sur se intensifican frente a las costas suramericanas y provocan una reducción de la temperatura del océano Pacífico (NOOA, 2011; IDEAM, 2009). Influye en el clima nacional y produce disminución en la temperatura ambiente; incremento de las lluvias en las regiones Caribe y Andina; reducción de la radiación solar y efectos en la frecuencia de los ciclones tropicales del Caribe. Los impactos incluyen aumento significativo de los niveles de los ríos y con ellos la probabilidad de inundaciones, crecientes súbitas en las zonas de alta pendiente, y una mayor probabilidad de deslizamientos de tierra (Velásquez & Rosales, 2002; IDEAM, 2009; Ocampo, 2012; Ocampo et al., 2014). Durante el evento La Niña se generaron graves inundaciones en el territorio Colombiano; la magnitud de la tragedia desbordó las facultades ordinarias del Estado para atender la situación de desastre nacional, por el deterioro y destrucción de la infraestructura vial y urbana, derrumbes de diques y obras de contención, daños en vías, pérdidas de zonas agrícolas, de viviendas y daños en la infraestructura de los servicios públicos (Ministerio de Hacienda y Crédito Público, 2010). Para el año 2014, según el IDEAM (2014) existe una probabilidad cercana al 70% de que en el segundo semestre del año se den las condiciones favorables para el evento de El Niño.

3 La comprensión de esta variabilidad climática natural y sus efectos hidroclimáticas en cuencas Andinas Colombianas es fundamental, de tal manera que se puedan establecer medidas de gestión del riesgo y adaptación. MATERIALES Y MÉTODOS Objetivos Este estudio tiene objeto caracterizar la variabilidad en la precipitación por efecto del fenómeno de Oscilación del sur ENSO en la cuenca objeto de estudio y evaluar los efectos del ENSO en el régimen hidrológico. Caso de Estudio La cuenca del río Chinchiná es objeto de análisis en este estudio; está localizada en la región Centro Sur del departamento de Caldas como se muestra en la Figura 1; comprende una extensión de 1052 km 2. En esta cuenca se tienen todos los pisos térmicos dado su gradiente altitudinal que oscila entre 5300 a 800 m.s.n.m. Figura 1.- Localización de la Cuenca del río Chinchiná

4 Esta cuenca es de gran importancia porque concentra el 55% de la población del departamento; abarca cinco municipios: Manizales, Chinchiná, Villamaría, Palestina y Neira (Ocampo et al., 2014). Descripción metodológica Para efectuar el estudio se realizó el procesamiento de series diarias con registros de más de 30 años. Se analizaron 23 estaciones con información de lluvia y 4 de aforo, que hacen parte de la red meteorológica del departamento de Caldas; información proveniente del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia, IDEAM, la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, el Centro Nacional de Investigaciones del café, CENICAFE y la Central Hidroeléctrica de Caldas, CHEC. La ocurrencia de los episodios de Niña y Niño fue definida con base en el Índice Oceánico El Niño ONI, reportado por la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA, 2014), indicador de las fluctuaciones de la temperatura de la superficie y de la presión del aire en el Océano Pacifico, que permite identificar los eventos cálidos (Niño) y fríos (Niña). Con base en este índice se clasificaron las series por condición hidrológica. Por otra parte, se realizó un análisis considerando la ubicación espacio-temporal de las estaciones y en especial la altitud. El análisis gráfico y estadístico de las series fue realizado con el software IBM SPSS Statistics y Microsoft Excel. Para el análisis de variabilidad espacial se utilizaron los Sistemas de Información Geográfica. EVALUACIÓN DE RESULTADOS La precipitación promedio anual para el período se presenta en el mapa de la Figura 2, obtenido por el método de interpolación con Kriging ordinario. Según la clasificación de la Organización Meteorológica Mundial (OMM, 2008), la precipitación es abundante en la parte alta y media de la cuenca; mientras que la zona baja se caracteriza por ser muy abundante. Figura 2.- Precipitación media anual cuenca del río Chinchiná

5 Precipitación, mm Precipitación, mm Precipitación, mm La precipitación promedio mensual multianual para algunas estaciones evaluadas según los rangos de altitud se muestra en la Figura 3. En la cuenca del río Chinchiná se evidencia un régimen bimodal en la precipitación, típico de cuencas Andinas, por el movimiento de la Zona de Confluencia Intertropical; las mayores precipitaciones se presentan en el rango altitudinal entre 2000 a 2500 m.s.n.m Altitud mayor a 2500 m.s.n.m. Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Altitud m.s.n.m. Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Las Brisas La Esperanza Montenegro La Cristalina Papayal Agronomia Apto-La Nubia Alta Suiza Neira-CHEC Ene Feb Mar Abr May Jun Altitud m.s.n.m. Jul Ago Sep Oct Nov Dic Marmato Planta Sancancio La Uribe Java Montevideo La Selva

6 Precipitación, mm Ene Feb Mar Abr May Jun Altitud menor a 1200 m.s.n.m. Jul Ago Sep Oct Nov Dic Granja Luker Santagueda Arauca Figura 3.- Precipitación media mensual multianual según rango altitudinal Los efectos del fenómeno ENSO en la precipitación fueron evaluados por condición hidrológica que permitió identificar los incrementos en la precipitación efectos de los episodios fríos de La Niña y la reducción durante el fenómeno cálido del Niño, con relación a los períodos normales que corresponden a la ausencia del evento ENSO; los resultados se presentan en la Figura 4 para algunas estaciones de la cuenca ubicadas en diferente rango altitudinal. Figura 4.- Precipitación media anual cuenca del río Chinchiná

7 Anomalías en la precipitación En el caso de la Estación Aeropuerto La Nubia, por ejemplo, la precipitación se incrementa en un 30% en promedio en los episodios de La Niña y se reduce en un 20% durante el fenómeno del Niño, con relación a los períodos normales. Para la estación más alta, Las Brisas, localizada a 4150 metros, el aumento en la precipitación para los eventos La Niña fue de 28%; mientras que la reducción por el Niño alcanzó en promedio un 12%. Por otra parte, en una de las estaciones más bajas ubicada a 1026 m.s.n.m., Santágueda, los eventos fríos elevan la precipitación en un 25%; durante los cálidos se reduce en un 14%, con respecto a los períodos normales. La Figura 5 resume las anomalías promedio en la precipitación en las diferentes estaciones considerando su localización altitudinal. En promedio la Niña incrementa la precipitación con relación a los períodos normales en un 24%, con un coeficiente de variación del 30%; sus efectos son más marcados entre 1200 a 2000 m.s.n.m; mientras que la mayor variabilidad por este fenómeno se presenta en las estaciones localizadas por debajo de 1200 m.s.n.m. Con relación al Niño, la reducción en la precipitación es promedio del 11% con un coeficiente de variación relativamente alto del 71%. Sus impactos son mayores en las estaciones por encima de 2000 m.s.n.m; se evidencia alta variabilidad en las estaciones entre 1200 a 2000 m.s.n.m. 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% -15% -20% 21% 28% 21% 22% -9% -7% -14% -15% < >2500 Niña Altitud m.s.n.m. Figura 5.- Efectos del ENSO en la precipitación media en las estaciones de la cuenca según su localización por altitud La Figura 6 consolida los efectos por los episodios cálidos-el Niño- y fríos-la Niña- para las diferentes estaciones de Caudal localizadas en la cuenca. En promedio, se produce un incremento en los caudales del 34% (c.v. 35%) durante la Niña; mientras que en el Niño la reducción es del 22% (c.v. 48%). Niño

8 Anomalía, % 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% -40% 44% 40% 33% 17% Chupaderos Sancancio Montevideo El Retiro -10% -17% -26% -34% Niña Niño Figura 6.- Efectos del ENSO en el caudal medio en estaciones de la cuenca del río Chinchiná Considerando el caudal a la salida de la cuenca, Estación El Retiro, El ENSO afecta el régimen de caudales con un incremento del 34% (coeficiente de variación, c.v. 35%) durante la Niña; por otra se presenta una disminución del 22% en el Niño (c.v. 48%). El régimen hidrológico presenta un comportamiento típico bimodal porque está influenciado por la dinámica de la ZCI; la variación estacional por condición hidrológica considerando los períodos húmedos del Niño y Cálidos de la Niña se observa en la Figura 7 para las diferentes estaciones de aforo de la cuenca

9 Figura 6. -Efectos del ENSO en el régimen hidrológico en la estación de aforo de la cuenca CONCLUSIONES Los efectos del ENSO son notables en la cuenca del río Chinchiná; en promedio, la precipitación se incrementa en un 24% durante La Niña y se reduce en 11% en el Niño; con relación al caudal el aumento es del 34% en los episodios fríos y la disminución es del 22% en los cálidos. Sin embargo, se presentan variaciones con el gradiente altitudinal. Estos resultados permiten una mayor comprensión de la variabilidad climática y de la importancia de los factores locales que determinan el clima en la cuenca. Se recomienda su incorporación en la Gestión Integral del Recurso Hídrico y en los planes de adaptación al cambio y la variabilidad climática. BIBLIOGRAFÍA Adger, W.N., Agrawala, S., Mirza, M., Conde, C., O'Brien, K., Pulhin, J., Pulwarty, R., Smit, B., and Takahashi, K. (2007). Assessment of adaptation practices, options, constraints and capacity; in Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Cambridge University Press, Cambridge, United

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