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Revista mexicana de ciencias agrícolas

Print version ISSN 2007-0934

Rev. Mex. Cienc. Agríc vol.7 n.6 Texcoco Aug./Sep. 2016

 

Artículos

Identificación de periodos de sequía histórica en una región de clima tipo semiárido mediterráneo

Francisco José Del Toro-Guerrero1  § 

Thomas Gunter Kretzschmar2 

1Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California (CICESE)-Carretera Ensenada-Tijuana No. 3918, Zona Playitas, Ensenada, B. C. México, C. P. 22860. Tel: +52 64 61 75 05 00.

2Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California (CICESE)-Carretera Ensenada-Tijuana Núm. 3918, Zona Playitas, Ensenada, B. C. México, C. P. 22860. Tel: +52 6461750500. (tkretzsc@cicese.mx).

Resumen

En este estudio se llevó a cabo la evaluación de los períodos de sequía histórica que han afectado al Valle de Guadalupe en el Estado de Baja California, México, el cual pertenece a la subcuenca que lleva el mismo nombre. En esta región se llevan a cabo actividades agrícolas de gran importancia como el cultivo de olivo, hortalizas, hierbas de olor y uva de mesa, siendo la más representativa la producción de uva para la elaboración de vino. Por ser una zona semiárida el recurso hídrico superficial es limitado, por lo tanto, toda la demanda de agua la provee el Acuífero Guadalupe. Para cumplir con el objetivo de este estudio se utilizó el cálculo del índice de reconocimiento de sequía (IRS) para llevar a cabo la clasificación anual histórica, la severidad, la duración y la frecuencia de la sequía meteorológica. Se encontraron cuáles han sido los periodos más representativos que han afectado a la región (1999 - 2009) y se concluye que los resultados generados pueden relacionarse con el descenso en el volumen de recarga del acuífero.

Palabras clave: duración; frecuencia; intensidad; índice de sequía; Valle de Guadalupe

Introducción

El Valle de Guadalupe es un valle inter montano que tiene una superficie aproximada de 80 km2, superficie estimada considerando una pendiente > 5° que corresponde a la depresión de la subcuenca rellena de sedimentos aluviales donde se llevan a cabo extracciones de agua subterránea. Se localiza dentro de la subcuenca hidrográfica que lleva el mismo nombre en el noroeste del Estado de Baja California, México (Figura 1), entre los paralelos 32° 8’ 58” y 32° 0’ 10” de latitud norte y entre los meridianos 116° 41’ 25” y 116° 29’ 6” de longitud oeste. Con un tipo de clima semidesértico mediterráneo, en él se realizan diversas actividades agrícolas de gran importancia estatal, nacional y mundial donde destaca la viticultura (Kurczyn-Robledo, 2007).

Figura 1. Hidrografía de la región, localización del área de estudio y de las estaciones climatológicas de la CONAGUA evaluadas y seleccionadas en este trabajo. 

La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA, 2013), estimó que la temperatura y la precipitación media anual para la región son de 16.8°C y 295 mm, respectivamente, mientras que la evaporación potencial media anual se ha estimado en 1618 mm. La elevación del valle va de los 400 msnm en el límite noreste hasta los 300 msnm en el límite suroeste aproximadamente, rodeado por montañas con una altitud entre los 500 y 1400 msnm, cifras estimadas con un modelo digital de elevación de 30 m proporcionado por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) obtenido de su página de libre acceso: http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/datosrelieve/continental/descarga.aspx.

El principal uso del agua se destina para la agricultura, alcanzando el 72.6% principalmente para el cultivo de uva vinícola, 18.4% para uso público-urbano, 6% para uso doméstico, 1.2% para uso doméstico y agrícola, 0.9% para uso pecuario, 0.6% para uso agrícola e industrial y 0.3% para uso industrial (CONAGUA, 2013). El volumen total de extracción promedio entre 1990 y 2009 se estimó en 28.2 Mm3/año (CONAGUA, 2013). En la actualidad, el Acuífero Guadalupe es el único sustento para las actividades que se realizan en el valle y sus alrededores. Otro uso importante de este acuífero representa el abastecimiento de agua para la ciudad de Ensenada con un volumen autorizado de 6.9 Mm3, cifra calculada por la CONAGUA en el 2008. Actualmente se encuentra en estado de sobre-explotación, ya que presenta un déficit anual de ~12 Mm3, como resultado de una extracción mayor al nivel de recarga (CONAGUA, 2013), sumado a períodos de estiaje prolongados que ha presentado la región (CONAGUA, 2008).

La sequía se considera una amenaza natural que puede llegar a convertirse en un desastre si se prolonga durante largos períodos de tiempo, como resultado de un déficit en la precipitación. Conlleva a generar pérdidas económicas, a no satisfacer las necesidades humanas y del mismo entorno natural (Wilhite y Buchanan-Smith, 2005). Se debe considerar con un enfoque en tres dimensiones: de acuerdo a su gravedad, duración y superficie afectada (Tsakiris et al., 2007c).

Existen diversas metodologías para la evaluación de la sequía, las cuales se pueden dividir en dos categorías: de acuerdo a las consecuencias del fenómeno y las que se apoyan en índices, combinando indicadores hidrológicos y climatológicos (Tsakiris y Pangalou, 2009). La primera puede ser útil para llevar a cabo un análisis de los episodios de sequía a lo largo de la historia; la segunda permite evaluar y caracterizar a la sequía en el presente utilizando índices (Tsakiris y Pangalou, 2009), los cuales se calculan a partir de la información climatológica de la región de interés. Al interrelacionar los parámetros vinculados con el clima, los índices de sequía evalúan cuantitativamente las anomalías climáticas como su intensidad, duración, frecuencia y extensión territorial (Wilhite et al., 2000). Cuando la información climatológica está disponible, se puede analizar la ocurrencia histórica y la probabilidad de recurrencia, lo que permite llevar a cabo una planificación y administración de los recursos hídricos (Tsakiris et al., 2007b).

Por lo mencionado anteriormente, el Valle de Guadalupe y su acuífero tienen gran relevancia en la región en una perspectiva biológica, económica y humana. El documentar los periodos de estiaje históricos, podría permitir relacionar la ocurrencia del fenómeno climatológico con un déficit en el volumen de recarga natural hacia el acuífero (Figura 1).

Generar estrategias para la optimización, conservación, aprovechamiento y el manejo estratégico del agua es prioritario en la región. En este contexto, el objetivo principal del estudio fue llevar a cabo una descripción y análisis sobre la frecuencia, duración y severidad de la sequía climatológica en el Valle de Guadalupe. El IRS es un método estadístico que permite llevar a cabo una descripción de las condiciones de sequía, la serie de datos climatológicos históricos son necesarios para llevar a cabo la estimación. Mismos que se obtuvieron de los registros de las estaciones climáticas de la CONAGUA. Los estudios de identificación de los periodos de sequía histórica en la región son escasos, por lo que este trabajo contribuye a generar información sobre las condiciones actuales del fenómeno.

Materiales y métodos

Cálculo del índice de reconocimiento de sequía (IRS)

El cálculo del IRS se basa en la relación entre la precipitación (P) y la evapotranspiración potencial (ETP). El valor inicial del índice para un cierto período de tiempo comienza con el primer mes del año hidrológico (k) y durante ese año, a partir de la siguiente ecuación (Tsakiris y Vangelis, 2005):

ak=j=ij=kPjj=ij=kETPJ 1)

Donde: ak= representa el valor inicial del IRS y Pj y ETPJ= es la precipitación y la evapotranspiración potencial del mes j del año hidrológico, respectivamente.

En esta región, la P se presenta en invierno, mientras que los veranos son generalmente secos por lo que en diversos trabajos de investigación se ha señalado el comienzo del año hidrológico en el mes de octubre (Campos- Gaytán, 2008, Barrandas- Argüelles, 2010 y Del Toro-Guerrero, 2014). El valor medio inicial del IRS concuerda con el índice de aridez propuesto por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agrigultura (FAO, por sus siglas en inglés) para la evaluación de la aridez de un área determinada (Tsakiris et al., 2007c).

El IRS normalizado (IRSn) se calcula utilizando la siguiente ecuación para cada año de la serie de tiempo (Tsakiris et al., 2007b):

IRSn=aka-k-1 2)

Donde: āk= simboliza a la media aritmética de ak; una tercera ecuación representa al IRS estandarizado (IRSstd), la cual se calcula a partir de la siguiente expresión (Tsakiris et al., 2007b):

IRSstd=yk-y-kdsk 3)

Donde: yk = Significa el ln (ak); ȳk = Representa a la media aritmética; y dsk= Es su desviación estándar.

En su comportamiento el IRSstd tiene gran similitud al índice estandarizado de precipitación (IEP) (Tsakiris y Pangalou, 2009), por lo que la interpretación de los resultados se ajusta a la siguiente tabla (Cuadro 1).

Cuadro 1. Clasificación de la sequía de acuerdo al valor de IEP y las probabilidades de ocurrencia. (Tsakirys et al., 2007c). 

Valor IEP Categoría Probabilidad (%)
2 o más Extremadamente húmedo 2.3
1.5 a 1.99 Severamente húmedo 4.4
1 a 1.49 Moderadamente húmedo 9.2
0 a 0.99 Ligeramente húmedo 34.1
0 a -0.99 Sequía leve 34.1
-1 a -1.49 Sequía moderada 9.2
-1.5 a -1.99 Sequía severa 4.4
-2 o menos Sequía extrema 2.3

Asimismo, Tikgas (2008), consideró que los valores correspondientes que van de 0 a 0.99 se pueden establecer como una condición normal-húmeda, mientras que los valores que van de 0 a -0.50 también pueden considerarse dentro del parámetro normal-seco.

Procesamiento de datos y estaciones climatológicas

La estimación del IRS puede ser complejo ya que involucra la evaluación de la distribución espacial de los indicadores o variables ambientales (precipitación, temperatura y evapotranspiración potencial) (Tsakiris et al., 2007c). El programa drinc (calculador de índice de sequía), fue diseñado para facilitar el cálculo de la ETP a través del método de Thornthwaite y del IRS, al utilizar los datos de ETP y P de alguna estación climatológica. Este programa fue desarrollado por el laboratorio de obras de recuperación y gestión de los recursos hídricos de la universidad nacional técnica de Atenas (Tsakiris et al., 2007c). La versión en línea del programa puede encontrarse en: www.ewra.net/drinc (Tigkas, 2008). La red de estaciones climatológicas en el noroeste de México es extensa, sin embargo la mayor parte de la información contiene series de tiempo discontinuas, valores perdidos o no registrados, por lo tanto se torna difícil empatar una misma serie de datos entre dos o más estaciones.

En este estudio se evaluaron los datos meteorológicos de ocho estaciones climatológicas de la CONAGUA (Cuadro 2). Se localizan dentro de la Cuenca Guadalupe (Figura 1), sin embargo la mayoría de ellas tienen series de datos discontinuos y la distancia entre las estaciones y la zona de interés es mayor a su área de influencia, la cual es de ~5 km de radio según la Organización Meteorológica Mundial, cuando la topografía es plana (OMM, 2011) (Figura 1). Solo las estaciones de El Porvenir y Agua Caliente cumplieron con los criterios necesarios para llevar a cabo el trabajo de investigación, los cuales son: tener una serie de datos continuos (o lo más completa posible para evitar errores al estimar datos faltantes) y que el área de influencia climatológica corresponda con la zona de estudio. Ambas cuentan con una serie de datos de 22 y más de 30 años respectivamente de información climatológica parcialmente continua. La estimación de los datos faltantes se llevó a cabo con el método del Servicio Nacional de Meteorología de Estados Unidos (U.S. National Weather Service) descrito por Campos-Aranda (1992), el cual considera que el dato puede ser aproximado con base en la información estimada en las estaciones circundantes (Ecuación 4).

Cuadro 2. Estaciones climatológicas de la CONAGUA evaluadas en este estudio. La elevación está en metros sobre el nivel del mar. 

Estación Latitud Longitud Elevación Serie de datos Datos faltantes
Olivares Mexicanos 32.0357 -116.6012 364 1954 - 2008
El Pinal 32.1992 -116.2847 1291 1969 - 1999
El Compadre 32.15 -116.25 1162 1948 - 1960 No
Valle de San Rafael 31.9094 -116.2053 750 1979 - 2012 No
Real del Castillo Viejo 32.0026 -116.3487 644 1980 - 1989
Valle de La Misión 32.1022 -116.81 0 2000 - 2013 No
Agua Caliente 32.1124 -116.4639 410 1978 - 2013 No
El Porvenir 32.0738 -116.6332 318 1991 - 2013 No

P=Pi*Wi/Wi 4)

Donde: P= dato faltante en mm o °C; Pi= precipitación o temperatura observada para el mes del dato faltante en las estaciones auxiliares en mm o °C; y Wi = 1/Di2. Donde: Di representa a las distancias entre las estaciones auxiliares y la estación incompleta en km.

Los datos de precipitación y evapotranspiración potencial se aprecian en la Figura 2.

Figura 2. Valores de P y ETP anual en mm de las estaciones climatológicas de la CONAGUA en su respectiva serie de tiempo. La línea inferior representa el valor promedio histórico de la P de las estaciones Agua Caliente (278 mm/año) y El Porvenir (342 mm/año). La superior representa el valor promedio histórico de la ETP de las estaciones Agua Caliente (890 mm/año) y El Porvenir (830 mm/año). 

Resultados y discusión

Análisis temporal e identificación de los períodos de sequía

Los valores del IRS se estimaron con los resultados de los datos climáticos de las estaciones, representados en la Figura 3. En la porción noreste del Valle de Guadalupe, donde se encuentra la estación Agua Caliente se observó una sequía persistente que duró 10 años (1999-2009), durante este período sólo el año hidrológico 2005 fue clasificado como moderadamente húmedo. Los demás años hidrológicos se clasificaron con sequía leve (1999, 2000, 2003, 2004, 2008 y 2009), sequía moderada (2006), sequía severa (2007) y sequía extrema (2002). Se observaron otros periodos de sequía en los años hidrológicos 1989 y 1990, siendo clasificados con sequía severa y moderada respectivamente.

Figura 3. Valores del IRS (barras) y la P media anual (línea sólida con marcas), donde se diferencian los años húmedos de los secos separados por el valor de la P media anual histórica (línea con espacios) y los períodos de sequía de las estaciones Agua Caliente y El Porvenir. 

En la zona central del Valle de Guadalupe, en la estación El Porvenir se observó una sequía con una duración de 4 años (2005-2009). Durante este período los años hidrológicos con sequía fueron clasificados con sequía leve (2008 y 2009), sequía moderada (2006) y sequía severa (2007). Además se observó otro evento representativo durante el período (1999-2002), solamente el año hidrológico 2001 fue ligeramente húmedo. El año 1999 se clasificó con sequía leve, 2000 con sequía moderada y 2002 con sequía severa (Figura 3). Las sequías severas y extremas coinciden en los mismos períodos para ambas estaciones (2001-2002 y 2006-2007), y figuran como los años hidrológicos con menor precipitación en la serie de tiempo.

En la estación Agua Caliente, por tener una serie de datos mayor es más evidente observar con el paso del tiempo el aumento de los años hidrológicos donde la P anual es menor a la media (Figura 2). Entre 1979 y 1995, ocho años hidrológicos presentaron esta condición, mientras que, entre 1996 y 2013, catorce años hidrológicos exhibieron una P menor a la media anual. Este escenario puede ser un indicador de un cambio en la climatología regional. Al relacionar lo mencionado anteriormente con los resultados reflejados en la Figura 3, se aprecia que los años en los que se documenta que la P es menor a la media anual coinciden con los periodos de sequía. Así mismo, en la mayoría de los casos se podría clasificar a un año hidrológico como seco cuando se presenta esta condición (Figura 2 y 3) y mientras menor sea la P durante dicho año hidrológico, la intensidad de la sequía aumenta (Figura 3).

Otros aspectos importantes para valorar son la duración y la frecuencia de la sequía. Se ha visto que incluso las sequías moderadas pueden causar problemas mayores si persisten durante varios años (Tigkas, 2008). Las regiones áridas y semiáridas pueden ser vulnerables ante estas características ya que el volumen de precipitación anual tiende a ser limitado. La severidad de la sequía en la región del Valle de Guadalupe tiene una relación directa con el volumen reducido de la precipitación (Figura 3); sin embargo, las sequías severas y extremas han sido poco frecuentes (8.5% Agua Caliente y 9% El Porvenir) con respecto a su correspondiente serie de tiempo de análisis. Mientras que la frecuencia y la duración han tenido una gran relevancia en la región al analizar la sequía.

Con una duración aproximada de 10 años, el período más representativo (1999-2009) y algunos otros episodios a lo largo del estudio. El Programa Hidráulico Regional 2003-2006, refiere que el acuífero estaba catalogado con una condición de sub explotación, ya que el volumen de recarga se estimó en 24 Mm3/año y una extracción de 22 Mm3/año (Kurczyn-Robledo, 2007). En 2009, la CONAGUA reportó un déficit de 19 Mm3/año, esto quiere decir que en tan sólo tres años el manto acuífero pasó de estar clasificado como sub explotado a sobre explotado. En 2013, la misma institución estimó un déficit de 12 Mm3/año que se extraen del almacenamiento no renovable del acuífero, por lo tanto el acuífero en la actualidad aún se considera en estado de sobre explotación.

Conclusiones

El índice IRS caracteriza adecuadamente la severidad, la duración y la frecuencia de la sequía, además esta metodología es una herramienta práctica y adecuada para descripción del fenómeno en el pasado y proporciona información relevante sobre las condiciones de estiaje actuales permitiendo generar estrategias para el manejo y su prevención.

El análisis de identificación de sequía, utilizando el índice IRS en combinación con los datos de precipitación histórica anual pueden definir y describir el fenómeno en la región del Valle de Guadalupe y los resultados generados, pueden relacionarse con el descenso en el volumen de almacenamiento de agua subterránea en el Acuífero Guadalupe desde el punto de vista climatológico.

Agradecimientos

En el presente trabajo, los autores expresan su agradecimiento al Fondo Institucional de Fomento Regional para el Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación (FORDECYT) con número de proyecto 146606 y al Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California (CICESE) por el apoyo recibido.

Literatura citada

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Recibido: Enero de 2016; Aprobado: Marzo de 2016

§Autor para correspondencia: fdeltoro@cicese.edu.mx.

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