CARACTERIZACIÓN HIDROLÓGICA PARA CUENCAS EN ZONAS ÁRIDAS EN MÉXICO

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1 CARACTERIZACIÓN HIDROLÓGICA PARA CUENCAS EN ZONAS ÁRIDAS EN MÉXICO Hydrologic Characterization of watersheds in Arid Zones in México Palmira Bueno Hurtado 1, Ignacio Sánchez Cohen 1, Gerardo Esquivel Arriaga 1 Miguel Agustín Velásquez Valle 1, Marco Antonio Inzunza Ibarra 1 1 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Relaciones Agua-Suelo-Planta-Atmósfera. Km 6.5 margen derecha Canal Sacramento, Gómez Palacio, Durango. bueno.palmira@nifap.gob.mx RESUMEN El principal problema en cuencas hidrológicas de zonas áridas es la falta de instrumentación. Por lo anterior es indispensable el uso de métodos alternos para describir el comportamiento hidrológico de cuencas bajo esta condición. En el presente estudio, se caracterizó una cuenca que tiene como punto de salida el municipio de San Luis del Cordero, Durango, en el arroyo Naycha. Para dicho fin se empleó información cartográfica de uso de suelo y edafología de INEGI, así como datos meteorológicos de estaciones existentes de CONAGUA; otro lado de la caracterización implicó la simulación con el modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) del escurrimiento superficial. Los resultados obtenidos indican que el principal uso de suelo es matorral xerófilo y el tipo de suelo predominante es regosol, con pendientes promedio de 7.8%; el clima muestra temperaturas extremas mínimas de -9 C y extremas máximas de 42 C, en cuanto a la precipitación, los eventos máximos son de 78 mm y los mínimos de 1 mm. La relación precipitación escurrimiento muestra un buen ajuste a un modelo de tipo polinomial de segundo orden. Palabras clave: descripción, clima, vegetación, suelo, modelación, escurrimiento SUMMARY The main issue in watersheds of arid zones is the lack of instrumentation. Thus, the use of alternate methods to characterize the watershed it is indispensable. In this study, a watershed in semi-arid zone of Durango, México was characterized; the name of stream is Naycha, located in San Luis del Cordero. To that end mapping information was used of land use and soil of INEGI; thus, meteorological gages are obtained from CNA; characterization across the simulation involved the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) surface runoff. The results indicate that the primary land use is dry scrubland and predominant soil type is regosol, with average slopes of 7.8%, the climate shows extreme minimum temperatures of -9 C and extreme maximum of 42 C, as to rainfall events are of 78 mm maximum and minimum of 1 mm. About the modeling of runoff with respect to precipitation observed shows a good fit to a model of second order polynomial type. Keywords: description, climate, vegetation, soil, modeling, runoff INTRODUCCIÓN La cuenca hidrográfica es el espacio formado por el escurrimiento de un conjunto de ríos, que se encuentra determinado por elevaciones que funcionan como parteaguas; forma parte de la compleja y basta biodiversidad con la que México cuenta y es prioritaria de los programas hídricos, así como de las estrategias sustentables enfocadas al manejo de los recursos hídricos (ATL, 2010). El servicio ambiental más importante de una cuenca, es la producción de agua, el cual, está condicionado principalmente por el clima; el clima es un factor básico para la evaluación y planificación del ambiente es por eso, lo indispensable de su caracterización y evaluación (Sevilla et al., 2009). En una cuenca hidrológica, la precipitación es el elemento del clima que origina el escurrimiento sobre la superficie hacia cuerpos de agua mayores (Kurcyn-Robledo, 2007). A su vez los escurrimientos son influenciados por las características de la superficie, pendiente y vegetación (Descroix et al., 2001); del tal manera que es posible la modelación hidrológica del escurrimiento, teniendo como base la precipitación, el modelamiento hidrológico es en la actualidad una herramienta muy utilizada para la planificación del uso de la tierra y el ordenamiento terri- 125

2 VOLUMEN 13 NÚMERO torial de cuencas hidrográficas. Una vez implementado, un modelo hidrológico permite analizar la respuesta que una cuenca hidrográfica puede presentar a diferentes alternativas de manejo (Oñate-Valdiesco et al., 2008). Por otro lado dada la fragilidad de los ecosistemas existentes en las zonas áridas y semiáridas, resalta la importancia de los estudios que consideran la relación entre la precipitación pluvial y el funcionamiento hídrico superficial (González- Cervantes et al., 2006). Por lo anterior, el objetivo del presente estudio es la caracterización y modelación del escurrimiento de una cuenca semiárida en el estado de Durango, desprovista de instrumentación hidrológica. MATERIALES Y MÉTODOS El presente estudio se realizó para una cuenca definida por un punto de salida ubicado en el Arroyo Naycha, en el municipio de San Luis del Cordero en el estado de Durango, dicha cuenca abarca parte de los municipios de Indé, San Pedro del Gallo, Rodeo y San Luis del Cordero, se encuentra ubicada entre las latitudes norte 25 o 40 y 25 o 20 y longitudes oeste de 104 o 15 y 104 o 15, la superficie total es de hectáreas (Figura 1). Los datos meteorológicos se obtuvieron de tres estaciones: San Luis del Cordero, San Pedro del Gallo y Peñoles, de las cuales se emplearon las temperaturas y precipitación del año de 1998 (Figura 1). Figura 1. Ubicación de la cuenca en estudio, red de drenaje y estaciones empleadas. El uso de suelo se obtuvo de la carta de uso de suelo y vegetación de INEGI serie II (1990 s), los tipos de suelo de la carta edafológica serie II (2002), ambas en escala de 1:250000, las pendientes del terreno se obtuvieron a partir del continuo de elevación del INEGI escala 1:50000 del año Dichos datos fueron empleados para realizar una simulación del escurrimiento superficial con el programa SWAT. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Con fines de redacción, los resultados se dividieron en clima, pendiente, uso de suelo, suelos y escurrimiento. Clima Para la estación San Luis del Cordero, las temperaturas máximas que oscilan en los 40 C se presentan en los meses de mayo a agosto, mientras que las menores temperaturas, que son alrededor de 0 C, comienzan en diciembre y terminan en marzo; referente a precipitación, se localiza en el periodo de junio a septiembre, con lluvias de hasta que van aproximadamente de 2 a 50 mm (Figura 2). 126

3 ESTUDIOYMANEJODELOSRECURSOSNATURALES Figura 2. Precipitación y temperaturas máximas y mínimas del año 1998 en la estación San Luis del Cordero. En la estación de Peñoles, las temperaturas máximas no alcanzan los 40 C, fluctúan los mayores valores alrededor de los 35 C, que se presentan en los meses de mayo a junio, mientras que las menores temperaturas de las mínimas, son alrededor de 0 C, comienzan en diciembre y terminan en abril; referente a precipitación, esta se encuentra localizada en el periodo de julio a octubre, con lluvias de hasta que van aproximadamente de 1 a 20 mm (Figura 3). Figura 3. Precipitación y temperaturas máximas y mínimas del año 1998 en la estación Peñoles. En la estación San Pedro del Gallo, las temperaturas máximas mayores varían entre 35 y 42 C, que se presentan en los meses de mayo a julio, mientras que las menores temperaturas de las mínimas, oscilan de 0 a -9 C, comienzan a mediados de diciembre y terminan a mediados de abril; referente a precipitación, esta se encuentra localizada en el periodo de junio a octubre, con lluvias de hasta que van aproximadamente de 3 a 78 mm (Figura 4). 127

4 VOLUMEN 13 NÚMERO Figura 4. Precipitación y temperaturas máximas y mínimas del año 1998 en la estación San pedro de Gallo. Pendiente Las alturas sobre el nivel del mar de la cuenca van desde los 1473 a los 1697 metros, lo que origina, una pendiente media de la cuenca de 7.8%, máxima es de 72.2% y mínima de 0% (Figura 5). Figura 5. Alturas sobre el nivel del mar de la cuenca en estudio. Uso de suelo El 58% de la vegetación presente es matorral xerófilo, el 40% es agricultura, el 1% es zona urbana y aproximadamente el 0.5% es pastizal (Figura 6). 128

5 ESTUDIOYMANEJODELOSRECURSOSNATURALES Es importante mencionar que además de que la vegetación influencia el escurrimiento (Descroix et al., 2001) es también participante en la erosión física, directamente por el incremento de la resistencia al lavado de la superficie e indirectamente, influenciado por la infiltración, escurrimiento y evapotranspiración (Tucker y Bras, 1999). Suelos En cuanto al tipo de suelo, el 53% son regosoles, el 20% Figura 6. Uso de suelo de la cuenca en estudio. chernozem, el 19% leptosoles, 4% calcisoles y 1.8% Kastañozems (Figura 7). Al respecto, cabe mencionar que los suelos profundos de textura media a moderadamente fina con subsuelos y sustratos moderadamente permeables con los ideales. Los suelos de textura fina son aceptables si las pendientes son ligeras y no se presenta encharcamiento. Los suelos de textura gruesa no son recomendables por las altas tasas de infiltración y la baja capacidad de almacenamiento de humedad para el mantenimiento y crecimiento de los cultivos (SAGARPA, 2007). Figura 7. Edafología de la cuenca en estudio. 129

6 VOLUMEN 13 NÚMERO Escurrimiento Se obtuvieron modelos de tipo polinómico de segundo orden para la relación precipitación - escurrimiento, el cual fue simulado por SWAT; en la estación San Luis del Cordero el modelo se muestra en la Figura 8, donde se observa que la r 2 es de 0.73, referente a la estación Peñoles (Figura 9), la relación polinómica entre precipitación y escurrimiento es poca, pues puede observarse que el valor de r 2 es menor de 0.0; sin embargo, para la estación San Pedro del Gallo el modelo que se presenta en la Figura 10 tiene un buen ajuste entre las variables con Figura 8. Relación precipitación y simulación de escurrimiento en la estación San Luis del Cordero. Figura 9. Relación precipitación y simulación de escurrimiento en la estación Peñoles. 130

7 ESTUDIOYMANEJODELOSRECURSOSNATURALES Figura 10. Relación precipitación y simulación de escurrimiento en la estación San Pedro del Gallo. En la zona del presente estudio, que es semiárida, la relación precipitación-escurrimiento es uno de los indicadores que más es afectado por la presión de los diferentes sistemas de producción (González-Cervantes et al., 2006). Lo anterior es un aspecto que debe considerarse para el manejo de la cuenca, teniendo en cuenta otros aspectos como que antes de que el escurrimiento ocurra, la lluvia debe satisfacer las demandas inmediatas de infiltración, evaporación, intercepción, almacenamiento y/o detención superficial a través de estructuras geológicas (Kurcyn-Robledo, 2007; Sánchez-Cohen, 2005). Otro aspecto de los climas áridos con niveles freáticos profundos, especialmente cuando la lluvia se concentra en áreas pequeñas pueden generar escurrimiento local que luego se infiltra aguas abajo, lo cual implica un menor escurrimiento que en zonas húmedas (Tarboton, 2003). CONCLUSIONES Se realizó la caracterización de una cuenca semiárida del estado de Durango, así como la modelación de la producción de escurrimiento; después de obtener los resultados se concluye lo siguiente: el principal uso de suelo de la cuenca es matorral xerófilo y el tipo de suelo predominante es regosol, las pendientes predominantes son del orden del 7.8%. El clima muestra temperaturas extremas mínimas de -9 C y extremas máximas de 42 C, en las temporadas frías y cálidas del año, respectivamente; en cuanto a la precipitación, los eventos máximos son aproximadamente de 78 mm y los mínimos apenas de 1 mm. Estas muestran un buen ajuste al modelo de tipo polinómico de segundo orden, esto relacionado a la producción de escurrimiento con las estaciones de San Luis del Cordero y San Pedro del Gallo. LITERATURA CITADA ATL Cuencas hidrológicas: Qué son?, Por qué son importantes? content&view=article&id=2728:cuencas-hidrologicasique-son-ipor-que-son-importantes&catid=119:investigaci on-y-agua&itemid=462 (Acceso 9 de septiembre de 2013). Descroix, L., Viramontes, D., Vauclin, M., Gonzalez Barrios, J. L., Esteves, M Influence of soil surface features and vegetation on runoff and erosion in the Western Sierra Madre (Durango, Northwest Mexico). Catena 43 (2001) González-Cervantes, G., Estrada-Ávalos, J., González-Barrios, J. L., Cuento-Wong, J. A., Sánchez-Cohen, I., Castillo- Santillán, G Análisis de los factores que afectan la relación precipitación escurrimiento en una zona semiárida del norte de México. TERRA Latinoamericana, Vol. 24, Núm. 3. Pp Universidad Autónoma Chapingo. Kurcyn-Robledo, J. A., Kretzschmar, T., y Hinojosa-Corona, A Evaluación del escurrimiento superficial en el noreste del Valle de Guadalupe, B. C., México, usando el método de curvas numeradas y datos de satélite. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas. 24:1-14. Oñate-Valdieso, F., Duque, E., León P., Duque, F., Rojas, W., Tenesaca, F Caracterización climática, meteorológica e hidrológica de la cuenca binacional Catamayo-Chira previo a la implementación de los modelos SWAT y WA- TEM/SEDEM con fines de su planificación territorial. Disponible en: media/2008/01/caracterizacion-climatica-catamayo-chira. pdf (Acceso 9 de septiembre de 2013). 131

8 VOLUMEN 13 NÚMERO SAGARPA Manejo de escurrimientos. Subsecretaria de Desarrollo Rural. Dirección General de Apoyos para el Desarrollo Rural. (Acceso 9 de septiembre de 2013). Sánchez Cohen, I Fundamentos para el aprovechamiento integral del agua. Una aproximación para la simulación de proceso. Libro científico No., 2. INIFAP CENID RASPA. Gómez Palacio, Durango. 272 pp. Sevilla, A. V., Comerma, J.A. G. y Silva, O Caracterización de la cuenca del río Canoabo en el estado Carabobo, Venezuela. I. Análisis climático y de producción de agua. Agronomía Tropical. 59(1): Tarboton, D. G Rainfall Runoff process. COMET. Utah State University. Consultado en: usu.edu/dtarb/rrp.html (Acceso 9 de septiembre de 2013). Tucker, G. E. y Bras, R. L Dynamics of Vegetation and Runoff Erosion. Department of Civil an Environmental Engineering Massachusetts Institute of Techonology Cambridge, M.A Part I-E of final technical report submitted to U.S. Army Corp of Engineers. Construction Engineering Research Laboratory (USACERL). 132