Área de estudio

La cuenca El Salto, se localiza en el municipio de Pueblo Nuevo al suroeste del estado de Durango, México; concretamente, en la parte alta de la región hidrológica número 11 (Presidio - San Pedro), entre las coordenadas 23º 40’ 30” y 23º 46’ 54” N, y 105º 25’ 19” y 105º 21’ 42 O (Figura 1). Comprende una superficie de 44.87 km² con un rango de altitud que oscila entre 2557 y 2860 m y forma parte de la Sierra Madre Occidental (SMO) dentro de la subprovincia Gran Meseta y Cañones Duranguenses (^{INEGI, 2001}).

Figura 1: Ubicación del área de estudio, cuenca El Salto, Durango, México (Fuente: Elaboración propia).  

Figure 1: Location of the study area, El Salto watershed, Durango, Mexico (Source: Author design). 

El clima que prevalece es C(E)(W ₂ ) correspondiente a semifrío subhúmedo con temperaturas que oscilan entre -16.5 ºC como mínima en el mes de diciembre, hasta los 33 ºC en los meses de abril y mayo, con un régimen de precipitación media anual que varía de 500 a 1500 mm (^{García, 2004}). El tipo de vegetación predominante corresponde a bosques mezclados con especies de los géneros Pinus y Quercus, principalmente.

Datos

El presente estudio utilizó como información base el Mapa Continuo de Elevaciones Mexicano (CEM 3.0), cuya resolución espacial es 15 m por pixel; generado por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (^{INEGI, 2013}). El procesamiento de la información para delimitar la cuenca de drenaje se realizó mediante el software ArcGIS 10.5 (^{ESRI, 2011}), haciendo uso de la herramienta Hydrology (módulo Spatial Analysis) (Figura 2).

Figura 2: Modelo Digital de Elevación (MDE) de la cuenca El Salto, Durango, México (Fuente: Elaboración propia). 

Figure 2: Digital Elevation Model (DEM) of El Salto watershed, Durango, Mexico (Source: Author design). 

Análisis morfométrico

Se integraron los datos vectoriales y ráster de la cuenca al software ArcGIS 10.5 (^{ESRI, 2011}). Mediante el entorno SIG se determinaron los siguientes parámetros de la cuenca: siendo básicos (área, perímetro, longitud y ancho), cota mínima y máxima, orden de corrientes y número de cauces, longitud del cauce principal y longitud total de las corrientes de la red de drenaje; en tanto, otros parámetros relacionados a la forma, relieve y red de drenaje se obtuvieron mediante las fórmulas que los definen, mismas que se describen detalladamente en los Cuadros 1 y 2.

Análisis hipsométrico

Para elaborar la curva hipsométrica de la cuenca, se reclasificó el rango altitudinal del MDE en intervalos iguales (25 m) mediante el software ArcGIS 10.5 (^{ESRI, 2011}), posteriormente el archivo generado se convirtió a topología de polígono para calcular el área dentro de cada intervalo, la curva hipsométrica se creó graficando el área acumulada (%) en el eje de las abscisas y la elevación media (m) en el eje de las ordenadas.

Para estimar la integral hipsométrica (Hi) se utilizó el método de relación elevación-relieve propuesto por ^{Pike y Wilson (1971)}, cuya expresión es la siguiente Ecuación (1):

donde: E es la relación elevación-relieve equivalente a la integral hipsométrica Hi; Elev _prom es la elevación media ponderada de la estimación de la cuenca a partir de los contornos identificables de los intervalos altitudinales, Elev _mín y Elev _máx son las elevaciones mínima y máxima dentro del intervalo altitudinal respectivamente.

Existen tres criterios para determinar la fase evolutiva en la que se encuentran las cuencas, siendo los siguientes: (i) la cuenca se encuentra en desequilibrio (fase juvenil), si el valor de Hi es ≥ 0.60; (ii) se considera que la cuenca ha alcanzado la etapa de equilibrio, si Hi se encuentra dentro del rango 0.30 y 0.60; y (iii) la cuenca se encuentra en etapa de vejez si Hi es ≤ 0.30 (^{Martínez-Ramírez, Steinich y Tuxpan, 2017}).

Análisis morfométrico

Las dimensiones que ocupa la cuenca en estudio corresponden a un área (A) de 44.87 km² que la clasifica como pequeña, ya que su valor oscila entre los 25 y 250 km² (^{Campos-Aranda, 1998}), el perímetro (P) fue 39.09 km y una longitud (Lb) paralela al cauce principal de 13.57 km con un ancho máximo (As) de 5.15 km. ^{Esper-Angillieri y Perucca (2014)} reportaron valores similares y lo relacionaron con menores tiempos de concentración del escurrimiento superficial y por lo tanto, susceptibilidad a crecidas con picos atenuados y corta duración.

Respecto a los parámetros que describen la forma, el factor de forma (Rf) resultó en 0.24, se considera que valores cercanos a cero indican una forma alargada (^{Horton, 1932}). Generalmente, para este tipo de cuencas, se puede afirmar que el flujo superficial de un evento de lluvia presentará avenidas con picos atenuados y de larga duración, en contraste con cuencas circulares cuyas avenidas presentan picos de corta duración (^{Biswas, Sudhakar y Desai, 1999}). Además, otorga a las cuencas una naturaleza propicia para una mayor recarga de agua subterránea, lo que ayuda a gestionar las inundaciones fácilmente, incluso con mayor probabilidad de inundación que una cuenca circular (^{Abdulkareem, Pradhan, Sulaiman y Jamil, 2018}).

En relación con el valor de la relación de elongación (Re) (0.56), se confirmó que se trata de una cuenca alargada de acuerdo con la clasificación propuesta por ^{Abdulkareem et al. (2018)}, esta característica también la reveló el parámetro relación de circularidad (Rc) cuyo valor fue menor a 0.5 (0.37), indicando una descarga baja de los escurrimientos con condiciones del subsuelo altamente permeables (^{Singh, Gupta y Singh, 2014}). Así mismo, la constante de compacidad (Cc) resultó en 1.65, indicando que se trata de una cuenca en forma de oval-oblonga a rectangular-oblonga (^{Campos-Aranda, 1998}); dicha forma puede significar menos susceptibilidad a avenidas, si los flujos laterales que alimentan el cauce principal son pequeños debido a reducidas áreas de captación (^{José-Ríos et al., 2018}). En contraste, si existen áreas de aportación más grandes que fluyen hacia la corriente principal, pueden implicar un riesgo potencial de inundaciones, en particular para poblaciones que se establecen cerca del cauce principal aguas abajo.

Análisis del relieve

La cota más alta de la cuenca de estudio es 2860 m y la más baja corresponde a 2557 m. Por lo tanto, el desnivel (R) resultó en 303 m. ^{Sakthivel, Jawarhar‑Raj, Sivasankar, Akhila y Omine (2019)} sugieren que valores menores a 400 indican un desnivel bajo. Este es un factor de importancia para estimar el tiempo de concentración de los escurrimientos y comprender las particularidades de las inundaciones (^{Sreedevi, Owais, Khan y Ahmed, 2009}). La relación de relieve (Rh) indicó una pendiente media de 2.23%, considerada baja según la clasificación de ^{Sakthivel et al. (2019)}. Este parámetro es de utilidad para medir la inclinación total de la cuenca y también es considerado como un indicador de la intensidad del proceso de erosión que se produce en ella (^{Abdulkareem et al., 2018}). Por su parte, el valor del número de robustez (Rn) fue de 0.61 lo cual indica que se trata de una cuenca moderadamente accidentada. ^{Javarayigowda, Basavaraju y Jayaram (2018)} encontraron valores similares de Rh y Rn, mismos que relacionaron con aquellas áreas con menos riesgo a presentar erosión hídrica del suelo.

Análisis de la red de drenaje

De acuerdo con el método propuesto por ^{Strahler (1964)} para clasificar la red de drenaje, la cuenca es de cuarto orden, con una longitud del cauce principal de 16.87 km desde su origen hasta el punto de descarga de interés. El número total de cauces (Nu) presentes en la red de drenaje (incluyendo todos los órdenes) corresponde a 94, de los cuales, los cauces de primer orden representan el 58.8%, seguidos por el segundo orden con 19.9%, el tercer orden con 12.1% y finalmente el cuarto orden con 9.2%.

En el Cuadro 2, se muestra el número de cauces y longitud para cada orden de corriente. Se observa que el primer orden presenta la mayor longitud y conforme aumenta el orden de las corrientes la longitud de los cauces es menor. La mayoría de los cauces en la red de drenaje son de primer orden (es decir, no cuentan con afluentes), los cuales solo transportan agua durante un evento de lluvia, ^{Navarro-Lozano, Nava, Troyo y Cadena (2012)} mencionan que en este tipo de cauces se inicia el transporte de sedimentos hacia la parte baja de la cuenca; lo anterior sugiere que se debe realizar un manejo adecuado de la cobertura vegetal; ya que el cambio de uso de suelo de bosques autóctonos para uso agropecuario o establecimiento de plantaciones forestales aumenta el escurrimiento superficial y consecuentemente la pérdida de suelo (^{Návar y Synnott, 2000}).

Del análisis de los escurrimientos en la cuenca, la frecuencia de corrientes (Fs) es de 2.09 cauces/km², valor considerado bajo (^{Sakthivel et al., 2019}), cuya longitud de drenaje (Lu) es 90.53 km considerada moderada de acuerdo a la clasificación propuesta por (^{Sakthivel et al., 2019}).

Por su parte, el valor de la densidad de drenaje (Dd) fue de 2.02 km/km², que revela una moderada densidad para la cuenca (^{Choudhari et al., 2018}). Valores similares de este parámetro los reportaron ^{Vittala, Govindaiah y Honne-Gowda (2004)} donde concluyen que se trata de cuencas con un subsuelo altamente permeable (altos valores de infiltración) y una cubierta vegetal densa, que influyen positivamente en la recarga de agua subterránea. Un aspecto relevante de este parámetro es que, a mayor densidad de drenaje, más rápida será la respuesta de la cuenca a la precipitación, ya que se evacuará el escurrimiento en menor tiempo (^{Gaspari et al., 2012}).

El valor de la textura de drenaje (Dt) (2.40) evidencia que la cuenca tiene una textura gruesa con alto grado de permeabilidad (^{Smith, 1950}). Tomando en cuenta que actualmente, parte de la población de El Salto utiliza el agua que surge de manantiales presentes en la cuenca para consumo humano; y considerando la interpretación de los parámetros Dd y Dt, se puede deducir que mantener una adecuada cubierta vegetal es de suma importancia para propiciar la infiltración de agua al subsuelo con la finalidad de promover la permanencia de este servicio; lo que también permitirá que los escurrimientos superficiales presenten menor cantidad de sedimentos. En este sentido, ^{Návar, Lizárraga y Jiménez (2017)} mencionan que el método intensivo de manejo forestal (Método de Desarrollo Silvícola) que se aplica en la Sierra Madre Occidental, tiende a cambiar el volumen de macroporos en el suelo y consecuentemente modifica los componentes del ciclo hidrológico (especialmente la infiltración y escurrimiento). Por su parte, ^{Dueñez-Alanís, Gutiérrez, Pérez y Návar (2006)} reportaron que la reducción en la infiltración, aumento en el escurrimiento y erosión solo son temporales, posterior a la aplicación de actividades silvícolas; sin embargo, sugieren que se realicen prácticas de conservación de suelo y agua inmediatamente después de su ejecución.

Al analizar la red hidrográfica, se observó que existen dos afluentes que se originan en la parte alta de la cuenca, cuya longitud es similar y ambas se unen en la parte media de la cuenca para formar un solo cauce; ^{Gaspari et al. (2012)} mencionan que cuencas con esta configuración de drenaje triangular pueden generar avenidas significativas. El valor del gradiente medio (Gr) (16.66 m km^-1), indicó que la altura del cauce principal de la cuenca disminuye 16.66 m por cada km recorrido aguas abajo; por tanto, el área de drenaje es clasificada de alta incidencia a la escorrentía (^{Choudhari et al., 2018}).

En cuanto a la intensidad de drenaje (Di), se estimó un valor de 1.04. ^{Pareta y Pareta (2011)} reportaron un valor similar y lo consideraron bajo, sugiriendo que la escorrentía superficial no es eliminada rápidamente del área de aportación, consecuentemente la cuenca es altamente susceptible a inundaciones, erosión y deslizamientos. El valor del número de infiltración (If) estimado fue de 4.23, de acuerdo a ^{Fenta, Yasuda, Shimizu, Haregeweyn y Woldearegay (2017)} se considera bajo, sugiriendo que la cuenca presenta material subsuperficial permeable con una buena cobertura vegetal y bajo relieve que resultaría en una mayor capacidad de infiltración y en consecuencia sitios con una buena recarga de agua en el subsuelo.

Respecto al valor del canal de mantenimiento (Ch) que indica las unidades de superficie de la cuenca hidrográfica necesarias para soportar una unidad de longitud de canal (^{Schumm, 1956}); generalmente, valores altos de este parámetro significan que se requiere un área más grande para producir un flujo superficial, ya que el agua precipitada puede perderse mediante evaporación, percolación, etc., en contraste con valores bajos que reflejan menores posibilidades de infiltración y por ende más escorrentía superficial (^{Kumar y Joshi, 2015}). Este parámetro resulto en 0.50 para el área de estudio, indicando una infiltración y permeabilidad de cubierta vegetal moderada con rocas moderadamente resistentes (^{Sakthivel et al., 2019}).

Del análisis de los cauces de la cuenca respecto a su orden, los valores de longitud media de las corrientes (Lsm) fueron de 0.7, 1.29, 3.65 y 8.29 para el primer, segundo, tercer y cuarto orden respectivamente. Se observa que cada valor fue mayor respecto al valor del orden inmediato inferior e inversamente proporcional al número de corrientes (Nu) de ese orden jerárquico (^{Javarayigowda et al., 2018}); este hecho podría relacionarse con variaciones en la topografía de la cuenca (^{Swetha y Reddy, 2019}).

Para el parámetro relación de la longitud de las corrientes (Rl) los valores fueron 0.34, 0.61 y 0.76 para el primer, segundo y tercer orden de corriente respectivamente; considerados en los rangos bajo (<0.5) y moderado (0.5-1.5) (^{Sakthivel et al., 2019}). De acuerdo con ^{Horton (1945)} la variación de los valores de Rl podría atribuirse a cambios en la pendiente y el relieve. Por su parte, la relación de bifurcación (Rb) mostro valores que oscilaron entre 3.00 y 5.43, con un valor promedio (Rbm) de 4.37. Este valor fue similar al reportado por ^{Choudhari et al. (2018)}, revelando que se trata de una región montañosa, con una pendiente moderada del terreno, cuya escorrentía puede ser de moderada a alta y que las rocas del lecho presentan una permeabilidad moderada. Ello evidencia que el patrón de drenaje de la cuenca no ha sido afectado por perturbaciones estructurales (antrópicas o naturales).

Análisis hipsométrico

El gráfico de la Figura 3 revela claramente que la cuenca se encuentra en una etapa de equilibrio o madurez, corroborándose con el valor de la integral hipsométrica (0.5) que se encuentra entre el rango de 0.35 y 0.6 (^{Martínez-Ramírez et al., 2017}). ^{Kumar y Joshi (2015)} reportaron un valor similar para la integral hipsométrica y lo relacionaron con una cuenca tectónicamente estable. Otra interpretación del valor de este parámetro es que el 50% de las masas rocosas originales de la cuenca aún se encuentran presentes en ella. ^{Strahler (1952)} sugiere que, la etapa de madurez es común en las cuencas de tercer o cuarto orden donde existen rocas relativamente homogéneas; en esta etapa existe equilibrio entre la erosión presente y las fuerzas resistivas de cohesión que proporciona la roca madre, el suelo y la cubierta vegetal. ^{Ritter, Kochel y Miller (2002)} menciona que estas cuencas son adecuadas para la gestión del agua mediante la ejecución de proyectos, ya que la tasa de erosión es alta solo cuando se presenta un evento de lluvia significativamente fuerte que genera altas tasas de escorrentía.

Figura 3: Curva hipsométrica y frecuencias altitudinales de la cuenca El Salto, Durango, México (Fuente: Elaboración propia). 

Figure 3: Hypsometric curve and altitudinal frequencies of El Salto watershed, Durango, Mexico (Source: Author design). 

Del análisis de la curva hipsométrica, se observa una pendiente moderada y constante que va de la cota altitudinal 2670 a 2820 m. La pendiente más pronunciada ocurre de la cota altitudinal 2800 a 2683 m abarcando el 15% del área de la cuenca. Finalmente se observa otro punto de inflexión que cambia rápidamente la pendiente de la curva entre las cotas altitudinales 2600 a 2670 m abarcando 14.5% de la superficie (Figura 3).