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Terra Latinoamericana

versión On-line ISSN 2395-8030versión impresa ISSN 0187-5779

Terra Latinoam vol.33 no.1 Chapingo ene./mar. 2015

 

Artículos

Comparación de métodos para estimar disponibilidad hídrica en cuencas forestales

Comparison of methods to estimate water availability on forest watersheds

Carlos Rodrigo Martín Clemente1 

Joaquín Sosa Ramírez2   

Manuel Maass Moreno3 

José de Jesús Luna Ruíz2 

Antonio de Jesús Meráz Jiménez2 

Ernesto Flores Ancira2 

1 Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Delegación Federal en Aguascalientes. Av. Francisco I. Madero no. 344 Zona Centro. 20000 Aguascalientes, Ags., México.

2 Universidad Autónoma de Aguascalientes. Depto. de Disciplinas Agrícolas. Av. Universidad no. 940, Cd. Universitaria. 20131 Aguascalientes, Ags., México.

3 CIEco Universidad Nacional Autónoma de México Campus Morelia. Antigua Carretera a Pátzcuaro no. 8701, Col. Ex-Hacienda de San José de la Huerta. 58190 Morelia, Michoacán, México.


Resumen:

La cuenca de la Presa Calles se ubica dentro de la Sierra Fría, en el estado de Aguascalientes, México. Pese a ser la principal fuente de agua del acuífero interestatal "Ojocaliente-Aguascalientes-Encarnación" no existen estudios sobre la dinámica hídrica en este ecosistema. Este trabajo compara la disponibilidad hídrica de la cuenca de la Presa Calles, estimada a partir del modelo de balance hídrico de Thornthwaite y Mather (B.H.), corregido en función de la latitud y ponderado mediante polígonos de Thiessen, asociado a las fórmulas para el cálculo de evapotranspiración potencial de Thornthwaite, Blaney-Criddle y Hargreaves-Samani. La comparación se realizó aplicando la prueba de diferencia significativa honesta de Tukey (Tukey DSH), con α = 0.05. Como referente se calculó la disponibilidad hídrica de la cuenca con el Método directo registros hidrométricos (MDRH) propuesto por la NOM-011-CNA-2000. La disponibilidad hídrica se estimó en 28.52 Mm3 (B.H. + Thornthwaite), 51.30 Mm3 (B.H. + Hargreaves-Samani), 133.92 Mm3 (B.H. + Blaney-Criddle) y 50.66 Mm3 (MDRH). La prueba de Tukey DHS indicó que no existe una diferencia significativa entre los valores obtenidos mediante el MDHR y el B.H. + Hargreaves-Samani (P = 0.999031), en oposición a la diferencia significativa encontrada para los otros dos métodos (P = 0.000164, P = 0.000335). La mejor estimación de la disponibilidad hídrica de la cuenca se obtuvo usando el método B.H. + Hargreaves-Samani, por lo que este puede ser utilizado en sitios donde no puedan obtenerse mediciones directas, para recabar información base para el establecimiento de acciones primarias de manejo.

Palabras claves: Blaney-Criddle; escorrentía; Hargreaves-Samani; Thornthwaite y Mather

Abstract:

The Calles watershed is located in Sierra Fría, Aguascalientes, Mexico. Although it is the main water resource of the interstate aquifer "Ojocaliente-Aguascalientes-Encarnación", there are no studies on the water dynamics of this ecosystem. This work compares the water availability of the Calles watershed estimated through the Thornthwaite & Mather water balance model (W.B.), latitude adjusted and weighted by Thiessen polygons, associated to the potential evapotranspiration formulas of Thornthwaite, Blaney-Criddle and Hargreaves-Samani. The comparison was done through the Tukey HSD (Honest Significant Difference) test, with alpha = 0.05. The watershed's water availability was calculated through the Hydrometric records direct method (HRDM) proposed by the NOM-011-CNA-2000 as a reference. Water availability was estimated at 28.52 Mm3 (W.B. + Thornthwaite), 51.30 Mm3 (W.B. + Hargreaves-Samani), 133.92 Mm3 (W.-B. + Blaney-Criddle) and 50.66 Mm3 (HRDM). The Tukey HSD test results shows that there was no significant difference between the values obtained through the HRDM and the W.B. + Hargreaves-Samani (P = 0.999031), contrasting with the significant differences found between the other pairs of methods (P = 0.000164, P = 0.000335). Therefore, the W.B. + Hargreaves-Samani produced the best watershed water availability value. It can thus be used to obtain basic information to establish primary management actions in places where direct measurements cannot be obtained.

Key words: Blaney-Criddle; Hargreaves-Samani; runoff; Thornthwaite and Mather

Introducción

Las cuencas hidrográficas son unidades territoriales donde se combinan procesos ecológicos, como el ciclo del agua y se producen bienes y servicios (Maldonado-De León et al ., 2001). Históricamente las sociedades humanas se han establecido en sitios próximos a cuerpos de agua, lo que les ha permitido sostener sus necesidades básicas, así como sus actividades productivas (Baron et al ., 2003). Es por eso que el agua es un recurso indispensable para el desarrollo social y económico (Barkin y King, 1970).

En los últimos años, los problemas ambientales se han agudizado debido a alteraciones estructurales y funcionales de los ecosistemas, repercutiendo en los sistemas económicos y sociales (Folke et al., 2002) y disminuyendo tanto la biodiversidad como la provisión de servicios ecosistémicos (Costanza et al., 1997), entre ellos los hidrológicos. De ahí la necesidad de establecer políticas que aseguren la conservación, restauración y uso sustentable de los ecosistemas (Meyerson et al., 2005; Millennium Ecosystem Assessment, 2005), ya que un manejo sustentable del mismo redunda en un manejo sustentable del agua (Maass, 2003). Es más, un manejo adaptativo y colaborativo basado en procesos científico-políticos permitirá realizar esfuerzos proactivos para mantener a los ecosistemas dentro de los límites de la seguridad hídrica (Scott et al., 2013).

Grey y Sadoff (2007) definen la seguridad hídrica como la disponibilidad de agua en una cantidad y calidad aceptable para la salud, satisfacción de necesidades, ecosistemas y producción, asociada con un aceptable nivel de riesgo hídrico para las personas, el ambiente y la economía. La seguridad hídrica puede entenderse como la capacidad de la sociedad para garantizar: a) una adecuada cantidad y calidad de agua para el funcionamiento de los ecosistemas, b) la producción y autosuficiencia alimentaria, c) la satisfacción de las necesidades básicas de la población, d) la reducción y el manejo adecuado de los conflictos y disputas por el agua; y e) la capacidad para prevenir y enfrentar desastres como sequías, inundaciones y epidemias asociadas con enfermedades hídricas como el cólera (Ávila-García, 2008).

El modelo de balance hidrológico propuesto por Thornthwaite y Mather (1957) y reportado por Dunney Leopold (1978), pese a ser de los primeros desarrollados, sigue siendo ampliamente utilizado donde se carece de información detallada, como es el caso en nuestra zona de estudio y en muchas partes del país. Este considera la precipitación como entrada de agua al sistema y la evapotranspiración y la escorrentía como salidas; así, el diferencial entre la precipitación y la evapotranspiración resulta ser la disponibilidad hídrica, equiparada con el escurrimiento natural superficial y subsuperficial de la cuenca. El modelo también considera los cambios en la humedad del suelo a través del tiempo en función de la evapotranspiración.

Se han desarrollado diferentes métodos para el cálculo empírico de la evapotranspiración, entre los que se encuentran los de temperatura como los de Thornthwaite (1948), Blaney-Criddle (citado por Dunne y Leopold, 1978), Turc (1961), Hargreaves-Samani (1985), y los de radiación como el Penman modificado (Doorenbois y Pruitt, 1977). Para su cálculo, todos ellos se basan en diferentes variables climáticas, algunas coincidentes por lo que permiten su comparación.

Si bien el método de Penman-Monteith es el más recomendado por la FAO, para su utilización se requiere gran cantidad de información, la cual no siempre está disponible, así como la resolución de ecuaciones complejas (Kelso-Bucio et al., 2012), por lo que resulta complicada su aplicación en muchas de las cuencas del país. Los métodos empíricos para el cálculo de la evapotranspiración, que requieren de información más fácil de conseguir como lo es la temperatura y la precipitación, pueden proporcionar valores aceptables de ésta y así poder estimar de manera indirecta pero confiable, la disponibilidad hídrica de la cuenca forestal. Estos métodos empíricos, sin embargo, requieren ser validados para las condiciones particulares en las que se quieren utilizar.

La Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales de México (SEMARNAT) a fin de tener un marco claro para determinar la disponibilidad hídrica de una cuenca y establecer políticas sobre el uso de este recurso, publicó en 2002 la Norma Oficial Mexicana NOM-011-CNA-2000 Conservación del recurso agua, la cual establece, en su Apéndice A, el Método directo registros hidrométricos 'MDRH'.

La comparación de estos métodos permitirá determinar cuál de ellos proporciona valores de evapotranspiración más cercanos a la realidad y de esta manera validar su capacidad para estimar la disponibilidad hídrica en cuencas donde no pueden realizarse mediciones directas de la misma, y así tener elementos para hacer la evaluación de los diferentes elementos que componen la seguridad hídrica en ellas.

El objetivo del presente trabajo fue evaluar tres métodos empíricos para el cálculo de la disponibilidad hídrica en una cuenca forestal, y determinar cuál de ellos proporciona datos que se ajusten mejor a la realidad de la misma. Estos tres métodos fueron comparados con los valores reales de la disponibilidad hídrica de la cuenca obtenidos de la medición directa del escurrimiento a través del MDRH, propuesto por la NOM-011-CNA-2000.

Materiales y métodos

Características del Área de Estudio

La cuenca comprende una superficie de 596.80 Km2 al noroeste del estado de Aguascalientes, México, entre los 22° 11' N y 102° 31' O, con altitudes entre 2100 y 2500 m. Se encuentra en el macizo conocido como Sierra Fría, el cual es un ecosistema de suma importancia para la recarga del Acuífero del Valle de Aguascalientes (COTAS, 2006), al ser un área natural protegida (DOF 1949; DOF, 2002; POEA, 1994). Pese a ello, no existen estudios formales sobre su hidrología y funcionamiento (Hernández-Dueñas y Maciel-Pérez, 2004).

En el área de drenaje existen arroyos intermitentes, bordos de abrevadero y las presas "La Araña", "50 Aniversario" y "Calles", 41.06% de la superficie de la cuenca está representada por bosques de Quercus spp. , asociados con Pinus spp., Juniperus spp. y Arctostaphylos spp. (Siqueiros-Delgado, 2008; De la Cerda-Lemus, 2008; Sosa-Ramírez et al., 2011; Díaz et al ., 2012), 48.4% la ocupan pastizales con abundantes elementos arbustivos de Arctostaphylos spp. en la parte alta (probablemente producto de disturbios) y Acacia spp. en la parte baja, utilizados para ganadería, 6.86% agricultura, 3.37% cuerpos de agua y 0.31% asentamientos humanos. De acuerdo con el INEGI (2008), los suelos son someros con menos de 40 cm de profundidad, de color gris rojizo y gris obscuro con texturas franco arcillosas de moderada pedregosidad superficial (Villalobos-Sánchez, 1998).

Cálculo de la Disponibilidad Hídrica Anual

La disponibilidad hídrica fue estimada a partir del modelo de balance hídrico propuesto por Thornthwaite y Mather (1957), con base en el diferencial entre la precipitación pluvial, la evapotranspiración actual y la retención de humedad en el suelo. Los valores de la lámina en mm fueron transformados en millones de metros cúbicos (Mm3) refiriéndolos a la superficie de la cuenca, para facilitar su manejo posterior. Los métodos empleados fueron asociaciones del método de balance hídrico de Thornthwaite y Mather con tres métodos para el cálculo de la evapotranspiración potencial, siendo éstas B.H. + Thornthwaite, B.H. + Blaney-Criddle y B.H. + Hargreaves-Samani.

La medición directa realizada a fin de contar con valores de referencia que sirvieran para seleccionar el método para calcular la disponibilidad hídrica que mejor se ajuste a la realidad de la cuenca, se empleó el método directo de registros hidrométricos 'MDRH' establecido en la NOM-011-CNA-2000. Para esto se utilizaron los registros de almacenamiento y extracciones de la Presa Presidente Plutarco E. Calles correspondientes al periodo 1980-2006, información proporcionada por CONAGUA. Los datos fueron medidos el día 1 de cada mes. El escurrimiento hacia aguas abajo fue tomado a partir del diferencial del almacenamiento anual en la presa; no existen importaciones, exportaciones, retornos, ni aportación de otras cuencas.

Cálculo de los balances hídricos. Los balances hídricos fueron obtenidos utilizando el modelo propuesto por Thornthwaite y Mather (1957), considerando: la precipitación pluvial (Pp ), la evapotranspiración potencial (ETP ), la evapotranspiración actual (ETA ), la escorrentía (E ) y el cambio en la humedad en el suelo (HS ), medidas o estimadas mensualmente. La fórmula propuesta es la siguiente:

Todos los valores se expresan en mm.

Dado que las fórmulas empleadas para la estimación de la ETP no hacen distinción entre tipos de cobertura vegetal, se consideró que no existe diferencia entre ellas, realizando las estimaciones para la totalidad de la cuenca.

Precipitación pluvial. Se obtuvo a partir de estaciones del Servicio Meteorológico Nacional (Cuadro 1) con registros diarios para el periodo 1980-2006, ponderadas mediante polígonos de Thiessen definidos mediante el programa ArcView 3.3 (Enviromental Systems Research Institute, ESRI) y ajustadas en función de la topografía (Figura 1).

Todas las estaciones se ubican en el municipio de San José de Gracias, Ags.

Cuadro 1 Estaciones termopluviométricas utililizadas para el modelo. 

Figura 1 Distribución de estaciones termopluviométricas, polígonos de Thiessen y su realación con la cobertura de la cuenca. 

Temperatura del aire. Se obtuvo a partir de estaciones del Servicio Meteorológico Nacional (Cuadro 1) con registros para el periodo 1980-2006. Se obtuvieron las temperaturas máxima, mínima y media diarias.

Cambio en la humedad del suelo. Consiste en el diferencial entre la humedad del suelo del mes de estimación y la del mes anterior. La humedad del suelo para cada mes se obtuvo a partir de la curva "75 mm" presentada por Thornthwaite y Mather (1957),en función de la perdida potencial de agua dada por el diferencial entre la Pp y la ETP del mes de estimación, cuando este resulta negativo; los diferenciales positivos se igualan a 0. La curva "75 mm" se seleccionó con base en la tabla propuesta por Dunne y Leopold (1978) y a las características edafológicas reportadas para la zona, considerando 40 cm de profundidad promedio, una textura franco arcillosa y una retención de humedad del 20%.

Evapotranspiración potencial según Thornthwaite (1948). Esta fórmula considera la temperatura media del aire y un índice de calor anual. Se encuentra definida por las siguientes ecuaciones:

donde: ETP = evaporación potencial en cm mes-1; Ta = temperatura media mensual del aire (°C); I = índice anual de calor.

Evapotranspiración de referencia según Blaney-Criddle (citado por Dunne y Leopold 1978). Esta fórmula considera el fotoperiodo y la temperatura promedio del aire. Se define por la siguiente ecuación:

donde: Tmed = temperatura promedio del aire ( C); p = porcentaje diario de horas de luz del mes, con respecto al total anual.

Evapotranspiración de referencia según Hargreaves-Samani (1985). Esta fórmula considera la radiación solar extraterrestre y la temperatura máxima, mínima y media. En su forma simplificada se encuentra definida por la ecuación (Samani, 2000):

donde: TD = promedio diario de la temperatura del aire (°C); TC = diferencial entre la temperatura máxima y mínima diaria (°C); Ra = radiación extraterrestre (mm día-1); KT = coeficiente empírico; HE = exponente empírico.

El valor de KT fue establecido originalmente en 0.17 para regiones interiores (continentales) y el de HE , en 0.5 (Samani, 2000); sin embargo, dado que esta fórmula tiende a sobrestimar la evapotranspiración bajo condiciones climáticas extremas se optó por utilizar las calibraciones propuestas por Allen (1995) para KT y por Kelso-Bucio et al. (2012) para HE . La calibración propuesta por Allen (1995) está definida por la ecuación:

donde: P = promedio mensual de la presión atmosférica en el sitio; P0 = promedio mensual de la presión atmosférica a nivel del mar.

La calibración propuesta por Kelso-Bucio et al. (2012) está definida por la expresión:

donde: Tmin = temperatura mínima del aire (°C); Tmax = temperatura máxima del aire (°C); Ra = radiación extraterrestre; PM = evapotranspiración de referencia según el método Penman Monteith (mm día-1).

Los valores de la radiación extraterrestre y de la presión atmosférica fueron obtenidos de las tablas meteorológicas de la FAO (disponibles en http://www.fao.org). Dado que la premisa es que en la cuenca de estudio se carece de información suficiente para utilizar el método Penman Monteith, el valor de PM puede obtenerse a partir de los datos de una cuenca cercana con características similares, ya sea a través del método Penman Monteith o del de evaporimetro tipo A. Para este estudio, el valor de PM se obtuvo a través de la aplicación en línea 'Cálculo de ETo (Método Penman-Monteith)'del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), utilizando como referencia la información de la estación Piletas para el periodo 2002-2006, al ser la más representativa y con mayor información dentro del área de estudio (se ubica en las coordenadas 22° 12' 56.4" N y 102° 36' 13.2" O).

Para la calibración de la fórmula de Hargreaves-Samani se calcularon los coeficientes de calibración KT y HE . El valor obtenido para KT empleando la ecuación propuesta por Allen (1995) fue de 0.14, resultando más bajo que el valor propuesto originalmente por Hargreaves (0.17). Para el caso de la calibración de HE propuesta por Kelso-Bucio et al. (2012), se obtuvo el valor de PM = 2.9 mm día-1 y HE = 0.34. El valor de HE también resultó menor al propuesto originalmente por Hargreaves (0.5).

Evapotranspiración Actual. Se siguieron dos vías para su obtención: a) para aquellos meses en los cuales la Pp supera la ETP , la ETA asumió el mismo valor que la ETP ; b) para aquellos meses en los cuales la Pp es menor a la ETP , la ETA se obtuvo a partir del diferencial entre la Pp y el cambio en la humedad del suelo en el propio mes (Thornthwaite y Mather 1957).

donde: HS = cambio en la humedad del suelo.

Escorrentía. Se estimó a partir del modelo de Thornthwaite y Mather con base en el diferencial entre la Pp y la ETA y HS . Solo se considera el escurrimiento superficial y subsuperficial, ya que dadas las características del suelo y el material parental de la cuenca no hay escurrimientos subterráneos. Así mismo no se considera la presencia de bordos y represas que interfieran el flujo.

Análisis de la Variación en la Estimación de la ETP

A fin de analizar la variación de los valores de evapotranspiración estimados por los tres métodos y determinar que tan similares son se realizó un análisis de varianza utilizando la prueba diferencia mínima significativa (LSD) de a un nivel de confianza α = 0.05, empleando el programa STATISTICA 10 (StatSoft, Inc.).

Comparación de la Disponibilidad Hídrica Anual

La comparación de los valores de disponibilidad hídrica calculados con los tres métodos empíricos y el método directo, se realizó a través de la prueba de diferencia honestamente significativa de Tukey (Tukey DSH) a un nivel de confianza α = 0.05, empleando el programa STATISTICA 10 (Stat Soft, Inc.). Se calcularon ocho valores de disponibilidad hídrica para cada uno de los métodos, correspondiendo estos a promedios de 20 años de la información recabada, siendo los periodos utilizados: 1980-1999, 1981-2000, 1982-2001, 1983-2002, 1984-2003, 1985-2004, 1986-2005, 1987-2006. El utilizar promedios que comparten entre sí más de la mitad de las observaciones reduce el sesgo por años atípicos, ya sean secos o lluviosos.

Resultados y discusión

Análisis de la Variación en la Estimación de la ETP

Los valores de la evapotranspiración estimados se muestran en el Cuadro 2. A través de su análisis visual se aprecia similitud entre los obtenidos con las fórmulas de Thornwaite y Hargreaves-Samani mientras que los obtenidos con la de Blaney-Criddle muestran una clara diferencia. Los valores de la prueba LSD se muestran en el Cuadro 3. Los valores p obtenidos para los tres contrastes son inferiores a 0.001 lo que indica que en todos los casos se rechaza la H0 por lo cual se determina que existe suficiente evidencia para afirmar que prevalece una diferencia significativa entre los valores obtenidos por los distintos métodos.

Valores expresados en mm

Cuadro 2 Valores de la evapotranspiración potencial anual de la cuenca de la Presa Calles para el periodo 1980-2006. 

Cuadro 3 Diferencia honestamente significativa de Tukey. Probabilidades aproximadas para pruebas de Post Hoc. α = 0.05, Error: MS = 110.99, df = 21. 

Cálculo de la Disponibilidad Hídrica Anual

Los valores de la disponibilidad hídrica anual calculados se muestran en el Cuadro 4. De su simple observación puede inferirse que los obtenidos del balance hídrico asociado a las fórmulas de Thornwaite y Blaney-Criddle, difieren enormemente de los obtenidos mediante el MDRH y el balance hídrico asociado a la fórmula de Hargreaves-Samani.

Valores expresados en Mm3.

Cuadro 4 Valores promedio de la disponibilidad hídrica anual de la cuenca de la Presa Calles para el periodo 1980-2006.  

Los resultados presentados en el Cuadro 4, sugieren que para el caso particular de la cuenca, el método B.H. + Thornwaite subestima la disponibilidad hídrica, mientras que el B.H. + Blaney-Criddle la sobrestima. Esta situación podría presentarse de manera similar en otras cuencas o zonas forestales con características parecidas de latitud, altitud, suelo y cubierta vegetal, por lo que deben usarse de manera restringida. Por el contrario, el método B.H. + Hargreaves-Samani calibrado según lo propuesto por Kelso-Bucio et al. (2012) resultó ser el que más se ajusta a la disponibilidad hídrica del sistema obtenida a partir del almacenamiento registrado en la Presa Calles (MDRH).

Comparación de la Disponibilidad Hídrica Anual

El valor P > 0.999 obtenido para B.H. + Hargreaves-Samani-(MDRH) (Cuadro 5), indica que no puede rechazarse la H0 por lo cual se determina que no existe suficiente evidencia para afirmar que existe una diferencia significativa entre los valores obtenidos por ambos métodos.

Cuadro 5 Diferencia honestamente significativa de Tukey. Probabilidades aproximadas para pruebas Post Hoc α = 0.05, Error: MS = 81.92, df = 28. 

El diferencial entre los escurrimientos estimados y medidos en función de lo establecido por la Norma (Cuadro 4), 8 Mm3 en promedio, puede explicarse a partir de la intercepción del flujo hídrico realizada por los bordos de captación de aguas pluviales que se encuentran distribuidos en toda el área de la Cuenca. Los bordos representan los principales disturbios antrópicos que modifican la dinámica hidrológica de la Cuenca. Con base en estimaciones realizadas previamente, la bordería distribuida en la cuenca tiene una capacidad máxima de almacenamiento de 4.4 Mm3, que podría captar parte del volumen de agua estimado que no está siendo almacenado en el vaso de la presa. Aguas arriba, dentro de la misma cuenca, se encuentra la Presa 50 Aniversario, la cual también participa de la intercepción del agua captada en el vaso de la Presa Calles. Este reservorio tiene una capacidad de almacenamiento de 4.1 Mm3 de acuerdo a datos proporcionados por la Comisión Nacional del Agua. Otro fenómeno que puede abonar a esta diferencia son las extracciones irregulares que pudieran presentarse y de las cuales no se tiene registro.

La similitud entre los valores medidos directamente y los estimados a partir del método B.H. + Hargreaves-Samani permite afirmar que éste puede emplearse para estimar la disponibilidad hídrica del resto de las cuencas presentes dentro del macizo de Sierra Fría, donde no existen reservorios para hacer una medición directa. Así también, éste método podría emplearse en otras cuencas y ecosistemas forestales con características afines.

Campos-Aranda (2005) al comparar los métodos para estimar la evapotranspiración potencial de Makkink, Turc y Hargreaves-Samani, encontró que el más recomendable para la República Mexicana es este último, toda vez que el coeficiente de correlación (r) entre los valores obtenidos con el del método de Hargreaves-Samani (ETP = 1575 mm) y los obtenidos a través del método de Penman (ETP = 1492), usado como referencia, fue superior a 0.96. Al ser el valor de r cercano a 1 establece que hay una alta correlación positiva (o similitud) entre ellos. El hecho de que el método de Hargreaves-Samani sea el más recomendable para la República Mexicana es coincidente con nuestros resultados. Por otro lado, Rodríguez-Zayas (2001) a partir de la evaluación de los métodos propuestos por la FAO, indica que la evapotranspiración de referencia estimada por el de Penman-Monteith es el que mejor comportamiento presenta debido a que solo sobre estima la ETo en 16% al compararlo con valores obtenidos a partir del evaporímetro tipo A, teniendo un índice de concordancia de 17. En este mismo sentido, González-Cervantes et al. (2011) en su comparación de métodos para estimar la evapotranspiración de referencia, sitúa en último lugar al de Hargreaves-Samani frente a los de Penman-Monteith y Doorembos-Pruit, esto en virtud de que al correlacionar los distintos métodos con los valores del tanque evaporímetro tipo A, se obtuvieron los coeficientes de correlación 0.72, 0.93 y 0.89, respectivamente. Cabe señalar que al revisar las curvas de ETo por González-Cervantes et al. (2011), los valores obtenidos por el método de Doorembos-Pruit resultan por encima de los obtenidos a través de los de Penman-Monteith y Hargreaves-Samani, siendo estos dos aparentemente más similares.

Si bien los trabajos de Campos-Aranda (2005), González-Cervantes et al. (2011) y Rodríguez-Zayas (2001), se centraron en el cálculo de la evapotranspiración, ya sea potencial o de referencia y, el presente estudio en el de la disponibilidad hídrica, el hecho de que la variación entre los métodos propuestos estribara en las fórmulas para obtener la evapotranspiración permite su comparación.

Hay que tener presente que en los trabajos de González-Cervantes et al. (2011) y Rodríguez-Zayas (2001), se utilizaron métodos de distinta naturaleza (radiación y temperatura del aire), mientras que en el de Campos-Aranda (2005) y el presente estudio se utilizaron métodos basados en temperatura del aire. Se considera que el uso del método de Penman-Monteith para el cálculo de la ETo en los otros trabajos es lo que determina que la fórmula Hargreaves-Samani sea el mejor indicador de la ETP o ETo. Esto dado que el método de Penman-Monteith, más complicado para su aplicación por los parámetros involucrados, resulta más robusto y es reconocido mundialmente por la FAO como el que mejor estima la evapotranspiración.

Ahora bien, retomando los datos obtenidos en el presente estudio y lo señalado por Campos-Aranda (2005), y considerando que González-Cervantes et al. (2011) no desestima la utilidad del método de Hargreaves-Samani, éste resulta un buen estimador de la evapotranspiración y a su vez, de la disponibilidad hídrica.

Kelso-Bucio et al. (2012), retomando a Campos-Aranda (2005), que sugiere que el método más recomendado para estimar la evapotranspiración potencial, cuando no existe suficiente información para utilizar el de Penman-Monteith, es el de Hargreaves-Samani. Sin embargo, señala que para mejorar su precisión es necesario hacer la calibración de HE. Esto dado que los valores obtenidos de la aplicación de la fórmula original tienden a sobrestimar los valores de la evapotranspiración. En trabajos previos realizados para la cuenca de la Presa Calles, encontramos que la aplicación de la fórmula de Hargreaves-Samani en su forma original sobrestimaba la evapotranspiración de la zona, a tal grado que ésta sobrepasaba en todos los meses la precipitación pluvial. Con esto se obtuvo una nula escorrentía la cual no correspondía con la realidad ya que se contaba con agua dentro de los diferentes reservorios, confirmando que el modelo puede sobrestimar la evapotranspiración.

Pese a la sobrestimación que puede presentar la aplicación de la fórmula de Hargreaves-Samani en su forma original, al realizar la calibración de KT y HE , los valores obtenidos son muy apegados a lo observado según el presente trabajo y el realizado por Kelso-Bucio et al. (2012).

Si bien, existen variaciones entre la disponibilidad hídrica calculada a partir de la Norma (con base en el almacenamiento dentro de la presa Calles) y los datos obtenidos mediante el método B.H. + Hargreaves-Samani, éste nos permite conocer la disponibilidad hídrica y de una manera general el comportamiento del ciclo hidrológico de la cuenca. Al ser relativamente sencillo, e involucrar pocas variables cuya información puede ser recopilada sin mucho problema, resulta una buena opción para el conocimiento hidrológico básico en cuencas con poca o virtualmente nula información, pudiendo estimar la disponibilidad hídrica en cuencas donde no se cuente con reservorios que permitan la medición directa.

El 29 de noviembre de 2010, la Comisión Nacional del Agua, CONAGUA, (DOF, 2010) publicó un Acuerdo en el cual se actualiza la disponibilidad media anual de aguas superficiales de diversas cuencas hidrológicas, entre ellas, la cuenca hidrológica Presa Calles. Éste señala que el volumen anual medio estimado de escurrimiento de la cuenca (disponibilidad hídrica) es de 57.63 millones de metros cúbicos, valor muy similar al de 51.3 millones de metros cúbicos, calculado mediante B.H. + Hargreaves-Samani. La semejanza aumenta si se le adiciona el volumen retenido en los reservorios de la parte alta de la cuenca, quedando en 58.8 millones de metros cúbicos. Si bien la CONAGUA señala que la estimación se realizó conforme a la NOM-011-CNA-2000, no establece cuál de los métodos ni la serie de datos climáticos, en su caso, que fueron utilizados. Pese a esto, hay coincidencia en los resultados obtenidos, y se puede afirmar que se está estimando de manera correcta la disponibilidad hídrica de la cuenca.

Conclusiones

  • El método para calcular los balances hídricos basado en el modelo de Thornthwaite y Mather junto con la estimación de la evapotranspiración potencial mediante la ecuación de Hargreaves-Samani, a su vez esta última calibrada con los coef icientes KT y HE , proporciona una estimación conf iable de la disponibilidad hídrica de las cuencas de la Sierra Fría, brindando información muy útil para el establecimiento de acciones primarias de manejo, así como para la caracterización de la seguridad hídrica de la zona. Este método es particularmente útil y seguro para estimar la disponibilidad hídrica en cuencas de carácter similar a las de la zona de estudio, y en las que no puedan realizarse mediciones directas.

  • Las fórmulas de Thornwaite y de Blaney-Criddle, para el cálculo de la evapotranspiración potencial, dado a que tienden a subestimar y sobrestimar, respectivamente, los valores de la evapotranspiración real, no presentan un adecuado comportamiento en cuencas con las características de la zona de estudio, por lo que no se recomienda su uso.

REFERENCIAS

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Recibido: Mayo de 2014; Aprobado: Febrero de 2015

Autor responsable: jsosar@correo.uaa.mx

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