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Introducción
La preservación de los recursos hídricos actualmente es una prioridad en la gestión de recursos naturales en el Ecuador. La riqueza agrícola en diferentes cuencas hidrográficas y el nivel de productividad están estrechamente vinculadas al acceso al agua por parte de los usuarios del recurso. El acceso a la información de disponibilidad hídrica es fundamental en las épocas de estiaje, pues su carencia afecta significativamente a la gestión integrada y sustentable a nivel de cuencas, subcuencas, microcuencas o demarcaciones hidrográficas e hidrogeológicas; pues todas las cuencas tienen características propias incluso las cuencas de la franja costera que poseen características similares a la zona de estudio en la textura del suelo representan una caracterización morfológica e hidrológica propia de la zona (Zimmermann & Basile, 2008) .
En la actualidad, las problemáticas existentes de eventos extremos se deben probablemente a características de las cuencas que conllevan a una mayor degradación de la calidad de suelos y aguas (Wösten, 1997) . Ante la falta de información de recursos hídricos disponibles en las zonas agrícolas, se han desarrollado funciones de pedotransferencia (PTF), que mediante propiedades de fácil acceso, permiten obtener parámetros hidráulicos del suelo (Landini et al., 2007) . En este sentido, la información de uso y cobertura vegetal es un componente importante que contribuye al modelado de cuencas con respecto a la hidrología (Amador-García et al., 2016) que permite predecir el comportamiento hidrológico del suelo (Jana et al., 2007) .
En efecto, existe un número considerable de modelos de Pedotransferencia (Soet & Stricker, 2003) ; sin embargo, según Botula et al. (2014) es poco el esfuerzo que se realiza por llevar a cabo investigaciones relacionadas a las propiedades del suelo. En diferentes países de la zona tropical se llevan a cabo estudios para estimar las propiedades de los suelos, en respuesta a la falta de estos datos para estas regiones son Brasil con 26% al igual que India los países en dónde se realizan más estudios de pedotransferencia, mientras que un 11% es para los otros países de América y 11% para suelos en otros países de África. De ahí la importancia de realizar estudios hidrológicos, morfológicos e inventarios hídricos de las fuentes de agua existentes, pues nos permiten conocer la disponibilidad y calidad de agua (Duque-Sarango et al., 2019) .
El presente estudio tiene como objetivo realizar un balance hídrico distribuido con funciones de pedotransferencia para estimar eventos extremos. Para el mismo se realizó una revisión bibliográfica de diferentes metodologías para predecir las intensidades máximas de precipitación correspondiente a una frecuencia y periodo de retorno determinado (Ramírez et al., 2006) , dónde existe gran variabilidad de información hidrológica y meteorológica. Para lograr lo propuesto se llevaron a cabo 3 procesos: 1) recopilar información morfométrica e hidrológica para la estimación de eventos extremos; 2) determinar las funciones de pedotransferencia de acuerdo a la zona de estudio mediante revisión bibliográfica; 3) realizar el balance hídrico distribuido utilizando los datos obtenidos para mejorar la estimación de eventos extremos.
Esta investigación dará a conocer la regularidad con que ciertas precipitaciones pueden presentarse en la zona de estudio, mediante el análisis de los resultados obtenidos. Esto será de utilidad, ya que los eventos extremos tienden a presentar intensidades de precipitaciones muy altas y de baja frecuencia, cuyas consecuencias causan colapsos de drenaje urbano, desbordamientos de ríos, deslizamientos de laderas, destrucción de infraestructuras e incluso, en los casos más severos, pérdida de vidas humanas (Cadier et al., 1997) .
Desarrollo
Materiales y métodos
Descripción General del área de estudio
Valle Hermoso es un cantón que se encuentra a una distancia de 24.18 km, a 30 minutos de la ciudad de Santo Domingo. Se accede por la vía Santo Domingo-Quinindé.
Valle Hermoso tiene potencial para desarrollarse en diferentes actividades, que deben manejarse de forma técnica y participativa. La función principal debe ser la forestal encadenada con el ecoturismo y deportes de aventura. Las actividades agropecuarias se deben completar con las industriales de manera sostenida e integral.
Ubicación Geográfica
Valle Hermoso Cantón Rural de Santo Domingo cuenta con 22 recintos, se encuentra ubicado en la zona Norte de la Provincia [0° 5.18’N, -79° 16.82’E], y limita de la siguiente manera:
-NORTE: Cantón Puerto Quito, Provincia Pichincha.
-SUR: Parroquia Santo Domingo
-ESTE: Cantón Los Bancos, Provincia Pichincha.
-OESTE: Cantón La Concordia, Provincia de Esmeraldas y Parroquia San Jacinto del Búa.
Métodos
Este proyecto utilizó un enfoque cuantitativo y cualitativo. Cuantitativo por el desarrollo estadístico con la información de precipitación obtenida y cualitativo para el análisis de la caracterización de la cuenca.
A continuación, se presenta el esquema metodológico implementado para el desarrollo de esta investigación, la metodología propuesta se estableció con base en revisión bibliográfica y la información obtenida determinando las siguientes fases:
Fase 1
La revisión bibliográfica es el eje central de la recopilación de datos. Con base en la cartografía se determinó la ubicación de la zona de estudio, además de los mapas de uso del suelo, cobertura de uso de suelo, mapa base de la zona de estudio, de relieve, geológico, de las principales actividades antrópicas que se realizan en el área de la cuenca.
Fase 2
La información de hidrología se solicitó al Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAHMI), la cual corresponde a la estación hidrológica más cercana para determinar parámetros hidrológicos relevantes para la investigación.
Fase 3
Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) permiten crear, representar, analizar cualquier tipo de información geográfica mediante programas informáticos o Software En este caso el QGis 3.16.0 fue el programa utilizado, ya que permite la delimitación de la cuenca de estudio, mediante archivos DEM.
Fase 4
Dentro de los parámetros morfométricos se encuentran los siguientes:
Tabla 1. Parámetros morfométricos.
| Parámetro | Fórmula |
|---|---|
| Área | Es el tamaño de la superficie representada en km2, también denominada área de drenaje. |
| Perímetro de la Cuenca | Es el contorno que limita el área de la microcuenca, tomando como referencia las cotas más altas a los alrededores del área, también conocidas como divisorias. |
| Longitud del cauce principal | Es la distancia desde el origen de la microcuenca tomando la parte más alta hasta el punto más alejado o la desembocadura, siendo la mayor distancia en sentido del río primario. |
| Cota más Alta | Es el punto más alto de la cuenca. |
| Cota más baja | Es el punto más bajo de la cuenca, por lo general es donde desemboca la cuenca. |
| Coeficiente de compacidad (Kc) |
|
| Coeficiente de Forma (Kf) |
|
| Densidad de drenaje |
|
| Pendiente Cauce Principal |
|
| Tiempo de Concentración Kirpich |
|
Elaborado por: Xiomara Zambrano.
La identificación de las características de los suelos se realiza por medio de los mapas obtenidos para determinar el uso y cobertura de suelo del área de estudio, y así lograr obtener el número de curva (CN) por medio del Método del SCS.
Fase 5
Se han desarrollado un número considerable de modelos de funciones de pedotransferencia (Soet & Stricker, 2003), en los cuales se evalúa la información obtenida sobre la caracterización del suelo para definir el procesamiento de los datos y el Software a utilizar. Para esto, al inicio de la investigación se propusieron dos Softwares: Rossetta V1.0 un Software de Windows 95/98 que permite calcular los Parámetros de retención de agua según van Genuchten, la conductividad hidráulica saturada, los parámetros de conductividad hidráulica insaturada según Van Genuchten (1980) y Mualem (1976) (Schaap et al., 2001). Y CAZRI una calculadora de humedad de suelo, la cual depende únicamente del contenido de arena y arcilla del suelo, además del contenido de carbón orgánico.
Fase 6
Durante el periodo de tiempo monitoreado se obtuvieron valores máximos, mínimos y promedios de las precipitaciones acumuladas en 24 horas más recientes para obtener modelos de regresión lineal. El sistema de indicadores de carácter hidrológico tiene por finalidad definir eventos extremos si existen o en qué medida podría ocurrir un cambio en la variable hidrológica en determinado periodo de tiempo, cabe mencionar que mediante Gumbel se obtuvieron las Curvas IDF y posteriormente los histogramas a utilizar (Ramírez et al., 2006) , pues su interés práctico radica en la funcionalidad como instrumento de ayuda a la toma de decisiones relativas a la gestión de los recursos hídricos de la cuenca.
Fase 7
Actualmente existen grandes cambios globales que tienen impactos sobre las variables hidrológicas y con ello, eventos como los deslizamientos de terrenos, las inundaciones y sequías se han incrementado en el Ecuador (Cadier et al., 1997) . Estos eventos están influenciados por otros parámetros a su vez, como la temperatura y cobertura del suelo los cuales provocan grandes cambios a la hora de realizar un balance general del agua, además que los ecosistemas sean más vulnerables, más aún cómo la cuenca del río Blanco que cruza por Valle Hermoso (Duque-Sarango et al., 2019) .
El HEC-HMS está diseñado para simular procesos hidrológicos completos de los sistemas de cuencas hidrográficas. El software incluye muchos procedimientos tradicionales de análisis hidrológico, como infiltración de eventos, hidrogramas unitarios y enrutamiento hidrológico (USACE, 2021). El método que se utilizará en esta investigación será el Método de transformación SCS Unit Hydrograph en conjunto con Método de pérdida SCS Curve Number.
Fase 8
Después de haber hecho la metodología propuesta, se obtuvo el balance hídrico y se observó el comportamiento en la escala de tiempo propuesta. Con base en lo cual se elaboraron las conclusiones.
Resultados y Discusión
A continuación se muestran los resultados que se han conseguido para cada uno de los objetivos propuestos, así como la discusión e interpretación de los mismos.
Recopilación de información morfométrica e hidrológica
En base a la información obtenida se pudo conocer que el 50% del territorio se dedica a actividades de producción pecuaria, mientras que el 40% agrícola y solo un 10% a otros usos. A continuación la información morfométrica e hidrológica calculada:
Tabla 2. Datos de la microcuenca río Blanco.
| DATOS MICROCUENCA | ||
|---|---|---|
| Área | 104.12 | Km2 |
| Cota Más Alta | 505.99 | msnm |
| Cota Más Baja | 173 | msnm |
| Desnivel Altitudinal | 332.99 | m |
| Longitud Total Del Río | 23773.68 | m |
| Longitud Del Cauce Principal | 23773.68 | m |
| Perímetro | 80.65 | km |
| Coeficiente De Compacidad Kc | 2.23 | CLASE III- Oval - Oblonga a rectangular |
| Densidad De Drenaje | 0.23 | km/km2 |
| Factor De Forma | 0.18 | Muy poco achatada - Ligeramente Achatada |
| Pendiente Cauce Principal | 0.01 | 1.40 |
Tabla 3. Matriz Capacidad uso de suelo de Valle Hermoso.
| MATRIZ CAPACIDAD DE USOS DE SUELOS | |||
|---|---|---|---|
| Características de los Suelos | Descripción | Área (Ha) | % del territorio parroquial |
| CLASE III | Suelos con limitaciones, requieren prácticas especializadas de conservación o ambas. | 3109.75 | 10.50% |
| CLASE IV | Suelos con limitantes muy severas que restringen la elección de cultivos, requieren de un manejo muy cuidadoso o ambos. | 6463.03 | 20.89% |
| CLASE VI | No aptos para su aprovechamiento bajo cultivos, pero que pueden utilizarse en la producción de pastos, árboles o vida silvestre o cultivos especiales en cobertura. | 2150.1 | 6.95% |
| CLASE VII | Suelos con limitaciones muy severas que los hacen no aptos para cultivos y restringen su uso a la producción de pastos o árboles o vida silvestre. | 12864.18 | 41.58% |
| CLASE VIII | Suelos con limitaciones tales que únicamente pueden utilizarse para recreación o vida silvestre o abastecimiento de agua o propósitos estéticos. | 6349.06 | 20.52% |
Tabla 4. Cobertura uso de suelo de Valle Hermoso.
| TABLA DE COBERTURA DE SUELO | |||
|---|---|---|---|
| NIVEL 1 | NIVEL 2 | NIVEL 3 | ÁREA (HA) |
| Cuerpo de agua | Natural | Agua | 396.94 |
| Zona Antrópica | Área Poblada | Antrópico | 103.31 |
| Zona Antrópica | Infraestructura | Antrópico | 48.4 |
| Bosque | Bosque Nativo | Bosque Nativo | 344.88 |
| Tierra Agropecuaria | Cultivo Anual | Cereales | 104.35 |
| Tierra Agropecuaria | Cultivo Permanente | Condimento | 24.79 |
| Tierra Agropecuaria | Cultivo Semi-Permanente | Fibra | 59.39 |
| Tierra Agropecuaria | Cultivo Permanente | Frutales | 1828.6 |
| Tierra Agropecuaria | Cultivo Semi-Permanente | Frutales | 1900.02 |
| Zona Antrópica | Infraestructura | Invernadero | 1.63 |
| Tierra Agropecuaria | Mosaico Agropecuario | Misceláneo de ciclo corto | 69.16 |
| Tierra Agropecuaria | Mosaico Agropecuario | Misceláneo de flores | 128.52 |
| Tierra Agropecuaria | Mosaico Agropecuario | Misceláneo de frutales | 2815.52 |
| Tierra Agropecuaria | Mosaico Agropecuario | Misceláneo indiferenciado | 5077.72 |
| Tierra Agropecuaria | Cultivo Permanente | Oleaginosas | 5459.88 |
| Tierra Agropecuaria | Pastizal | Pastizal | 11668.18 |
| Tierra Agropecuaria | Cultivo Semi-Permanente | Tallos Comestibles | 769.19 |
| Tierra Agropecuaria | Otras tierras agrícolas | Tierras en transición | 140.46 |
Determinación de las funciones de pedotransferencia
Ante los dos Software propuestos se decidió por la calculadora CAZR, ya que el Software Rossetta si bien calcula 5 funciones de pedotranferencia todas son para condiciones tropicales. Además, al ser un Software del año 97/98,tenía condicionamientos para su instalación. Mientras que la calculadora CAZR nos permite calcular valores de pedotranferencia utiles para eventos extremos cómo la sequía. Si bien es cierto que Valle Hermoso, al contar con el río Blanco, es poco propenso a sufrir sequías, es fundamental conocer el comportamientamiento de estas funciones. CAZRI permite calcular 3 funciones de pedotranferencia por medio de 5 modelos (Tabla 6). Además, se determinó que en general la provincia de Santo Domingo cuenta con un porcentaje de arcilla, mientras que dentro de la textura de Valle hermoso ni un mínimo valor de arcilla.
Tabla 5. Datos de entrada CAZRI
| DATOS DE ENTRADA | Ha | % |
|---|---|---|
| Arena | 9018.16 | 29.15 |
| Limo | 269.93 | 0.87 |
| Arcilla | 0 | 0 |
| Franco | 20899.22 | 67.56 |
| Areno Limoso | 748.23 | 2.42 |
| TOTAL | 30935.54 | 100 |
Tabla 6. Resultados Obtenidos CAZRI.
| MODELS PEDOTRANSFER FUNCTION | RESULTADOS CAZRI - SOIL MOISTURE CALCULATOR | ||
|---|---|---|---|
| Field Capacity, FC | Permanent wilting point, PWP | Available water capacity (AWC) for 15 cm soil layer | |
| (% w/w) | (% w/w) | (mm) | |
| CAZRI PTF Model (PSD) | 22.11 | 3.92 | 40.66 |
| Tomasella and Hodnett, 1998. | 4.42 | 1.04 | 5.06 |
| Singh, 2000. | 43.01 | 2.37 | 60.95 |
| Adhikary etal., 2008. | 41.27 | 0.71 | 60.84 |
| Chakraborty et al, 2011. | 20.64 | 15.45 | 11.59 |
Conclusiones
A través de bases de datos públicas se accedió a información de alta resolución temporal, con respecto a precipitaciones y tipo de suelo de Valle Hermoso. Esto nos permitió obtener parámetros morfológicos de la cuenca como uso y cobertura del suelo, así como datos de precipitación diarios de la estación más cercano al río Blanco del Cantón Valle Hermoso, estación metereológica M025 e hidrológica H138. Para el periodo de 1980 a 2019.
Por la forma ligeramente achatada de la subcuenca existe tendencia a la ocurrencia de inundaciones ante eventos de precipitaciones fuertes. Los resultados demostraron que Valle Hermoso no sufre de sequía gracias a las propiedades del suelo. Las funciones de pedotransferencia utilizadas se basaron en la textura del suelo, observando tres parámetros del suelo calculados por cinco metodologías diferentes. La capacidad de campo, punto de marchitez y el agua disponible para una profundidad de 15 cm varía según el método utilizado dando valores en el punto de marchitez desde 4.42 % hasta 43.01%, por los tipos de textura de suelo que tiene Valle hermoso dónde existe un porcentaje de 0% para arcilla.
En el balance hídrico se puede observar un exceso de 161.33 mm, lo que va de acuerdo a los eventos extremos de inundaciones que suceden en la zona por lo que se observa que debido a la intensidad y la forma de la cuenca existe un exceso de precipitación llegando a 31.41mm en el punto máximo.
