Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle
Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2011
Caracterización climatológica de la cuenca alta del Río Bogotá
Caracterización climatológica de la cuenca alta del Río Bogotá
Paola Andrea Boada Cuevas
Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria
Citación recomendada Citación recomendada
Boada Cuevas, P. A. (2011). Caracterización climatológica de la cuenca alta del Río Bogotá. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/86
This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Ambiental y Sanitaria by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
CARACTERIZACIÓN CLIMATOLÓGICA DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO BOGOTÁ
PAOLA ANDREA BOADA CUEVAS
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA BOGOTÁ D.C.
2
CARACTERIZACIÓN CLIMATOLÓGICA DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO BOGOTÁ
PAOLA ANDREA BOADA CUEVAS 41041065
Trabajo de grado para optar el título de Ingeniera Ambiental y Sanitaria
Director
Víctor Leonardo López Jiménez
Meteorólogo - Msc Saneamiento y Desarrollo Ambiental
Codirector
Luis Reinaldo Barreto Pedraza Ingeniero Químico - Msc Meteorología
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA BOGOTÁ D.C.
3 Nota de aceptación _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ Firma del presidente del jurado
_____________________________ Firma del jurado
_____________________________ Firma del jurado
4
A Dios, a mi Madre quien me brindó la oportunidad de ser profesional y es mi ejemplo a seguir en todos los aspectos de mi vida , a mi Padre que con su experiencia me ha hecho ver la vida de una manera más humana y ha sembrado en mí esa semilla inquieta que me permite percibir la realidad de una manera más
crítica, siempre buscando soluciones para mejorar las cosas día tras día, a mis hermanos con quienes hemos estado unidos en las buenas y en las malas, a mis
5
Un agradecimiento especial a mí Director de Trabajo de Grado Leonardo López, quien con sus enseñanzas, disciplina y apoyo fue mi guía en el camino para culminar este ciclo de mi formación profesional.
Al profesor Luis Reinaldo Barreto Pedraza por su apoyo y dedicación en este trabajo.
6 CONTENIDO GLOSARIO TÉCNICO ... 12 INTRODUCCIÓN ... 17 OBJETIVOS ... 18 OBJETIVO GENERAL... 18 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 18 MARCO DE REFERENCIA ... 19 1.1 MARCO TEÓRICO ... 19 1.1.1 Cuenca hidrográfica ... 19 1.1.2 El clima ... 20
1.1.3 Relación entre clima y recurso hídrico en una cuenca hidrográfica ... 25
1.1.4 Caracterización climatológica ... 26
1.2 ANTECEDENTES ... 29
1.3 MARCO LEGAL... 31
2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ZONA DE ESTUDIO ... 32
2.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA CUENCA ALTA DEL RÍO BOGOTÁ ... 32
2.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO BOGOTÁ ... 34
2.2.1 Geomorfología ... 34
2.2.2 Hidrografía de la región ... 36
2.2.3 Características bióticas cobertura fauna y flora ... 36
2.2.4 Características socio-económicas... 38
3. METODOLOGÍA ... 40
3.1 FASES DEL PROYECTO ... 40
3.1.1 Fase 1: Exploratoria ... 40
3.1.2 Fase 2: Procesamiento y manejo de datos ... 41
3.1.3 Fase 3: Análisis de Información ... 42
3.1.4 Fase 4: Presentación de Resultados ... 42
3.2 INVENTARIO Y ANÁLISIS DE LA RED METEOROLÓGICA ... 43
3.2.1 Criterios de calidad para selección de información climatológica ... 43
3.2.2 Cobertura de la red meteorológica ... 48
3.2.3 Procesamiento de la información ... 50
3.2.4 Generación de datos faltantes ... 50
3.2.5 Regresión Lineal ... 53
3.3 METODOLOGÍA PARA LA CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA ... 54
4. EL CLIMA EN LA CUENCA ALTA DEL RIO BOGOTÁ ... 55
7 4.1.1 Climatología ... 55 4.2 COMPORTAMIENTO DE LA PRECIPITACIÓN ... 57 4.2.1 Distribución espacial ... 58 4.2.2 Distribución temporal ... 61 4.3 COMPORTAMIENTO DE LA TEMPERATURA ... 65 4.3.1 Distribución espacial ... 65 4.3.2 Distribución temporal ... 68 4.4 COMPORTAMIENTO DE LA EVAPORACIÓN ... 71 4.4.1 Distribución Espacial ... 71 4.4.2 Distribución temporal ... 73
4.5 COMPORTAMIENTO DE LA HUMEDAD RELATIVA ... 75
4.5.1 Distribución espacial ... 75
4.5.2 Distribución temporal ... 75
4.6 BRILLO Y RADIACIÓN SOLAR ... 77
4.6.1 Distribución espacial ... 77
4.6.2 Distribución temporal ... 78
4.7 DIRECCIÓN Y VELOCIDAD DEL VIENTO ... 80
5. CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA ... 85
6. INFLUENCIA DE LOS EVENTOS CLIMATICOS Y ANTRÓPICOS SOBRE EL SISTEMA HÍDRICO ... 88
6.1 RELACIÓN ENTRE PRECIPITACIÓN, CAUDALES Y NIVELES MEDIOS ... 88
6.1.1 Análisis gráficas estación Villapinzón ... 89
6.2 COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA HÍDRICO FRENTE AL FENÓMENO ENOS ... 92
6.2.1 Relación entre el ENOS y la precipitación en el municipio de Villapinzón ... 92
6.2.2 Relación entre el ENOS y los caudales en el municipio de Villapinzón ... 94
6.2.3 Análisis sobre el comportamiento del fenómeno ENOS en la región ... 95
6.3 CONSIDERACIONES SOBRE EL CAMBIO CLIMÁTICO ... 98
6.4 IMPACTOS SOBRE LA CUENCA ALTA DEL RÍO BOGOTÁ ... 99
CONCLUSIONES ... 101
RECOMENDACIONES ... 104
BIBLIOGRAFIA ... 105
8
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Consideraciones sobre los pisos térmicos. F.J.Caldas ... 28
Tabla 2. Clase de clima por factor de humedad ... 28
Tabla 3. Tipos de clima según Caldas Lang ... 29
Tabla 4. Marco legal sobre cuencas hidrográficas ... 31
Tabla 5. Número de especies según subcuenca ... 38
Tabla 6. Red de estaciones meteorológicas seleccionadas del IDEAM ... 45
Tabla 7. Red de estaciones meteorológicas seleccionadas de la CAR ... 46
Tabla 8. Porcentajes de disponibilidad de datos en estaciones meteorológicas CAR-IDEAM ... 47
Tabla 9. Cobertura de la red meteorológica según parámetros en Estaciones CAR-IDEAM ... 49
Tabla 10. Estaciones utilizadas para aplicar el método de Caldas-Lang ... 54
Tabla 11. Clasificación Climática de Caldas-Lang ... 85
LISTA DE GRÁFICAS Gráfica 1. Temperatura Media Mensual Estación Iberia antes de aplicar el Modelo ARIMA ... 52
Gráfica 2. Temperatura Media Mensual Estación Iberia generada en el software SPSS aplicando el modelo ARIMA . 53 Gráfica 3. Comportamiento de las lluvias en el municipio de Chocontá ... 62
Gráfica 4. Comportamiento de las lluvias en sectores elevados de la cuenca alta ... 63
Gráfica 5. Comportamiento de la lluvia en la parte central de la cuenca alta ... 64
Gráfica 6. Comportamiento de la temperatura en la cuenca alta del río Bogotá ... 69
Gráfica 7. Comportamiento de la temperatura mínima en la cuenca alta del río Bogotá ... 70
Gráfica 8. Comportamiento de la evaporación en la cuenca alta del río Bogotá ... 74
Gráfica 9. Comportamiento de la humedad del aire en la cuenca alta del Río Bogotá ... 76
Gráfica 10. Comportamiento del brillo solar en la cuenca alta del río Bogotá ... 78
Gráfica 11. Comportamiento de la radiación solar en la cuenca alta del río Bogotá ... 79
Gráfica 12. Comportamiento de la velocidad y la dirección del viento: Estación Gachaneca ... 81
Gráfica 13. Comportamiento de la velocidad y la dirección del viento: Estación Eldorado ... 82
Gráfica 14. Rosa de vientos de la estación Guatavita para el periodo 1991 a 2008 ... 83
Gráfica 15. Distribución de frecuencias, velocidad y dirección del viento. Estación Guatavita ... 84
Gráfica 16. Correlación Precipitación estación Villapinzón Vs Caudales estación Saucio ... 90
Gráfica 17. Correlación Precipitación estación Villapinzón Vs Niveles estación Saucio ... 91
Gráfica 18 Relación entre las anomalías en la precipitación y el índice ONI estación Villapinzón ... 93
9
Gráfica 20. Comparación entre Índices MEI (índice Multivariado de ENOS) y ONI (Índice del Niño Oceánico) de
Eventos Niña 1973-1974 Vs 2010-2011 ... 97
Gráfica 21. Tendencia Temperatura Media Anual Estación Checua, Municipio de Nemocón ... 98
Gráfica 22. Tendencias en las temperaturas globales ... 99
LISTA DE DIAGRAMAS Diagrama 1. Fase Exploratoria ... 41
Diagrama 2. Fase de procesamiento y manejo de datos ... 41
Diagrama 3. Fase de Análisis de información ... 42
Diagrama 4. Fase de presentación de resultados ... 43
Diagrama 5. Resumen del análisis del coeficiente de correlación entre dos variables ... 53
LISTA DE MAPAS Mapa 1. Orografía cuenca del río Bogotá ... 35
Mapa 2. Distribución de la red meteorológica en el área de estudio ... 44
Mapa 3. Isoyetas totales anuales en la cuenca alta del río Bogotá ... 59
Mapa 4. Isotermas medias anuales en la cuenca alta del río Bogotá ... 67
Mapa 5. Distribución espacial de la evaporación en el área de estudio ... 72
LISTA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Sistema Climático Global ... 23
Ilustración 2. Localización Geográfica de la Cuenca del Río Bogotá. ... 32
10
LISTA DE ANEXOS
ANEXO A. Tablas valores de precipitación (mm) IDEAM-CAR ANEXO B. Tablas valores de temperatura (°C) IDEAM-CAR ANEXO C. Tablas valores de humedad relativa (%) IDEAM-CAR ANEXO D. Tablas valores de evaporación (mm) IDEAM-CAR
ANEXO E. Tablas valores de brillo solar (Hrs) y radiación solar (cal/cm2) IDEAM-CAR ANEXO F. Tablas valores de punto de rocío (°C) IDEAM-CAR
ANEXO G. Tablas valores de tensión de vapor (Mb) y nubosidad (Octas) IDEAM-CAR ANEXO H. Gráficas precipitación (mm) IDEAM
ANEXO I. Gráficas precipitación (mm) CAR
ANEXO J. Gráficas temperatura máxima, media y mínima (°C) IDEAM-CAR ANEXO K. Gráficas humedad relativa (%) IDEAM-CAR
ANEXO L. Gráficas evaporación (mm) IDEAM-CAR ANEXO M. Gráficas punto de rocío (°C) IDEAM-CAR
ANEXO N. Gráficas brillo solar (Horas) y radiación solar (cal/cm2) IDEAM-CAR ANEXO O. Gráficas tensión de vapor (Mb) y nubosidad (Octas) IDEAM
ANEXO P. Tabla explicativa y gráficas de correlaciones y tendencias entre precipitación, caudales y niveles ANEXO Q. Tabla resumen de la ocurrencia de fenómenos ENOS con el ONI (Índice del Niño Oceánico) ANEXO R. Datos de índices ONI (Índice del Niño Oceánico) y MEI (Índice Multivariado del ENOS) 1950-2011
11
ABREVIATURAS
CAR: Corporación Autónoma Regional
DANE: Departamento Administrativo Nacional de Estadística
ENOS: El Niño- Oscilación del Sur
IDEAM: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales
IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change MEI: Índice Multivariado ENOS
NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration OMM: Organización Meteorológica Mundial
ONI: Índice del Niño Oceánico
SCG: Sistema Climático Global
SPSS: Statistical Package for the Social Sciences
12
GLOSARIO TÉCNICO
ATMÓSFERA: capa gaseosa que rodea al planeta Tierra, cuya profundidad se
estima cerca de 1000 kilómetros, se compone teóricamente de la exosfera (parte exterior) y la atmósfera propiamente dicha (primeros 450 kilómetros); esta última se divide desde la superficie hacia el exterior en: troposfera, tropopausa, estratosfera, estratopausa, mesosfera, mesopausa y termosfera.
BIOSFERA: zonas compuestas por todos los seres vivientes del planeta y su hábitat, que abarcan ecosistemas terrestres o costeros/marinos, o una combinación de los mismos.
BRILLO SOLAR: principal fuente de energía que posee la tierra y es emitida
directamente por el sol. La medición de la cantidad de horas diarias en que los rayos del sol llegan directamente en forma efectiva, sobre la tierra, se efectúa por medio de heliógrafos.
CAMBIO CLIMATICO: cambio del estado del clima identificable (por
ejemplo, mediante pruebas estadísticas) en las variaciones de su valor medio y/o en la variabilidad de sus propiedades, que persiste durante largos períodos de tiempo, generalmente decenios o períodos más largos.
CONVECCIÓN: es un proceso de transferencia de calor que no se ejerce más
que en los fluidos (líquidos y gases) y es la forma más importante de transferencia calorífica en la atmósfera. En este proceso las partículas que transportan el calor son las que se desplazan de un lugar a otro1.
CLIMA: síntesis de las condiciones meteorológicas, caracterizado por los
estados y las evoluciones del tiempo (representados por estadísticas a largo
13
plazo que muestran los valores medios, varianzas, probabilidades de valores extremos, etc.) en una porción determinada del espacio (WMO – N°182 – 1992).
CLIMATOLOGÍA: ciencia que estudia la evolución de las condiciones medias
de la atmósfera en periodos relativamente largos, incluyendo cambios que ocurren en periodos de décadas (variabilidad decadal) o de siglos (variabilidad secular).
CUENCA HIDROGRÁFICA: Entiéndase por cuenca u hoya hidrográfica el
área de aguas superficiales o subterráneas, que vierten a una red con uno o varios cauces naturales, de caudal continuo o intermitente, que confluyen en un curso mayor que, a su vez, puede desembocar en un río principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o directamente en el mar.
ESTACIÓN CLIMATOLÓGICA PRINCIPAL (CP): aquella en la que se hacen
observaciones de visibilidad, tiempo atmosférico presente, cantidad, tipo y altura de las nubes, estado del suelo, precipitación, temperatura del aire, humedad, dirección y velocidad del viento, radiación y brillo solar, evaporación y fenómenos especiales. Muchos de estos datos se obtienen de instrumentos registradores. Por lo general se efectúan tres observaciones diarias.
ESTACIÓN CLIMATOLÓGICA ORDINARIA (CO): estas estaciones poseen
obligatoriamente pluviómetro, pluviógrafo y psicrómetro. Es posible encontrar que algunas están dotadas de tanque de evaporación y anemómetro. Se efectúan lecturas tres veces al día.
ESTACIÓN METEOROLÓGICA ESPECIAL (ME): son estaciones que se
instalan para realizar el seguimiento de uno o varios parámetros en especial y que obedecen a necesidades específicas de un país o región, por ejemplo, las
14
estaciones instaladas para monitorear la ocurrencia de las heladas en la sabana de Bogotá.
ESTACIÓN PLUVIOGRÁFICA (PG): registra en forma mecánica y continua la
precipitación sobre una gráfica que permite conocer la cantidad, duración, intensidad y periodo en el que ocurrió la lluvia. La mayoría de los pluviógrafos son de registro diario.
ESTACIÓN PLUVIOMÉTRICA (PM): estación dotada de un pluviómetro que
permite medir la cantidad de lluvia caída entre dos observaciones consecutivas (normalmente 24 horas).
ESTADO DEL TIEMPO: conjunto de valores de los elementos o variables
meteorológicas (condiciones atmosféricas) en un momento y lugar determinado, Lowry, 1973, WMO-92).
EVAPORACIÓN: proceso físico mediante el cual el agua pasa del estado líquido
al estado gaseoso y retorna a la atmosfera directamente en forma de vapor.2
FACTORES METEOROLÓGICOS: condiciones físicas distintas de los elementos
climatológicos que habitualmente influyen sobre en el comportamiento de los elementos o variables meteorológicas y que, finalmente, terminan incidiendo sobre el clima de una región (WMO – N°182 – 92). Algunos factores climáticos son: Latitud, altitud, orografía, perturbaciones tropicales, distribución de océanos y continentes, corrientes oceánicas y Zona de Confluencia Intertropical, entre otros.
FENOMENO DEL NIÑO: debilitamiento de los vientos alisios que provoca un
cese en la fuerza de arrastre que la atmosfera ejerce sobre la capa superficial del océano, iniciándose el desplazamiento de aguas cálidas desde el Oeste hacia el Este de la cuenca del océano Pacifico generando la aparición y permanencia por varios meses de aguas superficiales relativamente más cálidas de lo normal desde
15
el centro del Pacifico tropical central hasta las costas del norte de Perú, Ecuador y sur de Colombia alterando sensiblemente el clima en diferentes regiones con la disminución en las precipitaciones y el aumento de la temperatura media.
FENOMENO DE LA NIÑA: fortalecimiento de los vientos alisios que provoca un
aumento en la fuerza de arrastre que la atmosfera ejerce sobre la capa superficial del océano, iniciándose el desplazamiento de aguas frías desde el Este hacia el Oeste de la cuenca del océano Pacifico generando la aparición y permanencia por varios meses de aguas superficiales frías desde el centro del Pacifico tropical central hasta las costas del norte de Perú, Ecuador y sur de Colombia alterando sensiblemente el clima en diferentes regiones con el aumento de las precipitaciones y la disminución en la temperatura media.
HUMEDAD RELATIVA (Hr): relación en porcentaje, entre el vapor de agua
contenido en el aire y el necesario para saturarlo. También, puede definirse como el cociente de la tensión de vapor de una muestra de aire y la tensión de vapor saturado de la misma, a igual presión y temperatura3.
METEOROLOGÍA: término constituido por las palabras meteoro (fenómenos
visibles en la atmósfera) y logos (ciencia) y se define como la ciencia que estudia los distintos fenómenos y procesos físicos que suceden en la atmósfera basándose en especialidades de la ciencia como: la física de la atmósfera, química de la atmósfera, meteorología dinámica, meteorología sinóptica, meteorología agrícola, meteorología aeronáutica, meteorología ambiental y climatología, entre otras.
PRECIPITACIÓN: cantidad de agua que llega al suelo en forma líquida o solida,
retornando a la superficie luego de un proceso de condensación alcanzado, esencialmente, por el enfriamiento del aire al expandirse en su ascenso (enfriamiento adiabático).
16
PRECIPITACIÓN OROGRÁFICA: aquella que se origina por el ascenso de una
masa de aire, forzada por una barrera montañosa. En caso de una masa de aire inestable, el efecto orográfico no supone más que el mecanismo de disparo de la inestabilidad convectiva. La precipitación es mayor en barlovento y disminuye rápidamente en sotavento. En las cadenas montañosas importantes, el máximo de precipitación se produce antes de la divisoria. A veces, con menores altitudes, el máximo se produce pasada ésta, debido a que el aire continúa en ascenso.
PRECIPITACIÓN CONVECTIVA: aquella que se origina por la inestabilidad de
una masa de aire que asciende al encontrarse más cálida que el aire que la rodea. En el ascenso esta masa se enfría, se condensa y da origen a la nubosidad de tipo cumuliforme de donde se desprenden fuertes precipitaciones.
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (ONDA LARGA): energía en forma de
ondas electromagnéticas que es emitida por cualquier sustancia que posea calor. Se les llama ondas electromagnéticas debido a que la transferencia de energía por radiación tiene lugar mediante oscilaciones en un campo eléctrico y un campo magnético.
RED METEOROLÓGICA: conjunto de estaciones, convenientemente distribuidas,
en las que se observan, miden y/o registran las diferentes variables, fenómenos y elementos atmosféricos que son necesarios en el conocimiento y determinación del estado del tiempo o el clima de una región, para su posterior aplicación en diversos usos y objetivos.4
TEMPERATURA AMBIENTE: temperatura leída en un termómetro expuesto al
aire en una garita meteorológica o caseta termométrica, que permite la existencia de una buena ventilación, y evita los efectos de la radiación solar directa sobre el termómetro.5
4 ORGANIZACIÓN METEOROLÓGICA MUNDIAL. “Guide to hidrometeorological practices” WMO-NO168 TP 82, 1970. 5
INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Estudio de la caracterización climática Bogotá y cuenca alta del río Tunjuelo/IDEAM. Bogotá D.C., 2007.
17
INTRODUCCIÓN
El impacto negativo sobre los cuerpos de agua en el mundo está relacionado, en su mayoría, con las actividades productivas del ser humano; este impacto se incrementa, en algunos casos, por alteraciones en el comportamiento de las condiciones climáticas, que son las que en últimas debieran determinar la cantidad de agua que llega a estos sistemas. En el caso de la cuenca alta del río Bogotá, actividades como la expansión de la frontera agrícola, la tala de árboles, la sobre explotación de los suelos y el mal uso del recurso hídrico señalan un alto impacto de origen antrópico sobre el área geográfica de la cuenca y esta problemática es cada vez más preocupante, aún cuando se sabe que de este recurso depende gran parte de las actividades económicas de muchos municipios. Es importante anotar que una alteración de los caudales y una degradación de la cobertura vegetal de la cuenca afectarán, cada vez más, los procesos en el ciclo hidrológico normal de la región. De esta manera, es posible encontrar teorías que hablan del cambio en el régimen anual de lluvias y de las temperaturas de la atmósfera superficial, condiciones que llevan a pensar que también la relación atmósfera-cuenca se ha venido deteriorando con el tiempo. El deterioro de esta relación, la importancia que tienen las condiciones climáticas en el comportamiento de los caudales y el riesgo que corre la sostenibilidad del ecosistema de la región bañada por el alto Bogotá, son las razones fundamentales para el desarrollo del presente estudio.
18
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Realizar la caracterización climatológica de la cuenca alta del río Bogotá y establecer la relación entre el comportamiento de las variables meteorológicas y los niveles y caudales hídricos del sistema.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Analizar la cobertura de la red meteorológica (distribución y número de estaciones) en la cuenca alta del Rio Bogotá.
- Establecer el comportamiento espacio-temporal de los parámetros meteorológicos de acuerdo con los datos disponibles en las estaciones que componen la red.
- Realizar la zonificación climatológica de la cuenca alta del río Bogotá utilizando la metodología expuesta por Caldas-Lang
19
MARCO DE REFERENCIA
1.1 MARCO TEÓRICO
Es necesario tener pleno conocimiento del funcionamiento de una cuenca hidrográfica, desde su comportamiento natural, hasta su ordenamiento y las relaciones de los diferentes componentes, especialmente el climatológico para efectos del presente estudio. La comprensión de estas relaciones constituye el pilar para la identificación de las problemáticas, potencialidades y restricciones de la cuenca (causas, efectos, soluciones) y posteriormente de su manejo integral.
1.1.1 Cuenca hidrográfica
La cuenca hidrográfica es el área de aguas superficiales o subterráneas provenientes de precipitaciones dentro del ciclo hidrológico, que vierten a una red natural con uno o varios cauces naturales, de caudal continuo o intermitente, que confluyen en un curso mayor que, a su vez, puede desembocar en un río principal, en un depósito natural de aguas, en un pantano o directamente en el mar y se constituye como un componente estructurarte para la evaluación del patrimonio natural que ha de ser ordenado, el cual, es primordial para el soporte y desarrollo de la vida. A partir de este componente se establecen interrelaciones e interdependencias entre los elementos geográficos, bióticos, sociales, económicos y culturales, por tanto, es reconocida como un sistema que depende de la oferta, calidad y disposición de los recursos. La cuenca hidrográfica se divide en: cuenca alta, media y baja. De manera general, tanto la cuenca alta como la media se caracterizan por su relieve escarpado, cobertura boscosa y formación de la gran mayoría de nacientes, mientras que en la cuenca baja es donde se encuentran la mayor parte de los asentamientos humanos, por su relieve ligero, que facilita la agricultura y en general las labores humanas.
20
Cuenca hidrográfica como unidad de ordenamiento
El agua es el elemento vital y determinante de la dinámica de las sociedades humanas y de todas las comunidades biológicas, que hace parte de la constitución estructural de la biosfera y fundamenta los procesos productivos naturales, siendo determinante al condicionar el desarrollo de las actividades socioeconómicas en el espacio y en el tiempo6, por tanto, la protección, mejora y restauración de las cuencas hidrográficas tienen una importancia fundamental para lograr los objetivos generales de desarrollo.
La explotación excesiva suele ocasionar la erosión del suelo y la degradación de las tierras, mientras que la subutilización puede representar un derroche y ocasionar problemas sociales7, por tanto, “la ordenación de una cuenca tiene por objeto principal el planeamiento del uso y manejo sostenible de sus recursos naturales renovables, de manera que se consiga mantener o restablecer un adecuado equilibrio entre el aprovechamiento económico de tales recursos y la conservación de la estructura físico-biótica de la cuenca y particularmente de sus recursos hídricos” (Decreto 1729 de 2002. Art. 4). La ordenación así concebida constituye el marco para planificar el uso sostenible de la cuenca y la ejecución de programas y proyectos específicos dirigidos a conservar, preservar, proteger o prevenir el deterioro y/o restaurar la cuenca hidrográfica.
1.1.2 El clima
Partiendo de la paleo-climatología es posible observar que durante los distintos periodos geológicos han ocurrido cambios climáticos, de tal forma que hace millones de años el clima era diferente al de la actualidad, sin embargo, es importante anotar que los cambios climáticos han sido poco drásticos,
6
CARDONA LONDOÑO, Claudia María. La Cuenca Hidrográfica como unidad de planificación. Bogotá D.C.: Universidad el Bosque, 2006. 26 p.
7
ORGANIZACIÓN DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA AGRICULTURA Y LA ALIMENTACIÓN. Manual de campo para la ordenación de cuencas hidrográficas: estudio y planificación de cuencas hidrográficas. Roma: FAO, 1992. 127 p.
21
consistiendo más bien en ligeras variaciones u oscilaciones, de hecho, desde el establecimiento de las redes de observaciones meteorológicas apenas se ha observado un incremento de la temperatura media de la Tierra durante el siglo pasado, dato que se confirma al ver la notoria disminución del área ocupada por los glaciales en las grandes cordilleras. El clima de un lugar se define como un conjunto de manifestaciones meteorológicas y atmosféricas donde interactúan numerosos elementos y factores condicionantes del medio ambiente y para su determinación se emplean los valores medios de los diferentes elementos meteorológicos que han sido medidos durante un periodo de tiempo que, ha de ser mayor a 30 años, según la Conferencia Internacional de Directores de Servicios Meteorológicos celebrada en Varsovia, en 1935. Este espacio de tiempo es necesario especialmente para el estudio de la precipitación.
Los elementos o parámetros climatológicos, se definen como las condiciones que caracterizan los estados del tiempo atmosférico en un momento y lugar determinado, cuyo comportamiento a lo largo del tiempo permite estudiar el clima de un lugar8. Estos elementos son la temperatura, la precipitación, la evaporación, la humedad relativa, la dirección y velocidad del viento, la radiación (solar y terrestre), la nubosidad y la humedad del suelo. Se pueden sumar otras condiciones atmosféricas como la composición química del aire y de las precipitaciones y los fenómenos visibles en la atmósfera conocidos como meteoros (tormentas, bruma, niebla, etc.).
Los factores climatológicos son características fijas y determinantes del clima de un lugar. Entre estos factores se encuentra la latitud geográfica, la altitud, las características del suelo, la geomorfología, distribución de océanos y continentes, las corrientes oceánicas y la actividad antrópica; estos factores climatológicos son los responsables de los cambios en los valores tomados por los elementos climatológicos, tanto puntuales como promedio, y en definitiva determinan, en gran medida, el clima de un lugar.
8
RETALLACK B.J. Compendio de apuntes para la formación de personal meteorológico clase IV. Volumen I – Ciencias de la Tierra. OMM – N° 266. ISBN, 92-63-32266-X.. Suiza, 1973.
22 Sistema climático global
El clima de la Tierra depende del equilibrio de la atmósfera que a su vez está regido por la cantidad de radiación solar que ingresa al sistema y de la concentración atmosférica de algunos gases variables que ejercen un efecto invernadero, de las nubes y de los aerosoles originados de forma natural o debido a la actividad del hombre, siendo todo esto la causa de las alteraciones en el clima del planeta. Algunos de los gases variables en la atmosfera como el vapor de agua y el CO2 son relativamente transparentes a la radiación solar caracterizada
por tener una longitud de onda corta a diferencia de la radiación de longitud de onda larga que emite la Tierra, la cual dichos gases absorben bastante bien. La atmósfera irradia parte de la energía absorbida al espacio y parte la regresa a la superficie de la Tierra. Las dos terceras partes de la energía radiante atmosférica son directamente devueltas a la superficie, suministrando una fuente de energía adicional a la radiación solar directa. La energía radiante es la fuente más grande de energía absorbida por la superficie de la Tierra. Este intercambio de energía entre la atmósfera y la Tierra es conocido como efecto invernadero natural. La temperatura media global de la atmósfera cerca de la superficie sería de 23ºC bajo cero, si no fuera por el efecto invernadero, gracias al cual, se tiene una temperatura de 15ºC que hace posible la vida en el planeta. La temperatura en la troposfera puede verse alterada por cambios en la concentración de gases de efecto invernadero y por este hecho recibe el nombre de efecto invernadero inducido.
Debido a las variaciones de la latitud y a las diferencias en la absorción de energía por la superficie terrestre se forman contrastes de temperatura y de presión atmosférica que dan origen al movimiento que redistribuye la energía (calor) y la masa (gases y vapor de agua) en la atmósfera del planeta. Es así, como la radiación solar se constituye en el empuje inicial de la circulación general de la atmósfera y en factor determinante del clima, por ello, el clima de la Tierra sufre cambios cuando varía la cantidad de radiación solar que llega al sistema climático
23
o cuando varían las características de reflexión absorción- emisión de la superficie terrestre9.
Los parámetros o elementos climatológicos están estrechamente ligados con la estructura y dinámica de la atmósfera; de igual manera, los procesos atmosféricos se reflejan e interaccionan con los continentes, océanos y superficies cubiertas de hielo (criósfera). Estos procesos originados en la atmósfera también se relacionan con la biósfera (fauna, flora y demás sistemas vivos en el planeta) donde se desarrolla la actividad humana. De esta manera, el SCG está compuesto por: atmósfera, hidrosfera, criósfera, geósfera, biosfera y antroposfera, (Ilustración 1).
Ilustración 1. Sistema Climático Global
Fuente. IDEAM- Modificado por López V. 2006
9
INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. Atlas Climatológico Nacional. ISBN 958-8067-14-6 Imprenta Nacional de Colombia. Bogotá D.C., 2005.
24 Zona de Confluencia Intertropical
La Zona de Confluencia Intertropical (ZCIT) es una estrecha banda zonal donde convergen los vientos Alisios del noreste, originados como un flujo alrededor de las altas del Atlántico Norte, con los vientos Alisios del sureste, formados como un flujo alrededor de las altas del Pacífico Sur y Atlántico Sur. Esta convergencia se da como consecuencia del efecto de Coriolis generado por la rotación terrestre en torno al eje que pasa por sus polos. El encuentro de estos vientos obliga al aire cálido ecuatorial a elevarse (convección), movimiento ascendente que provoca un enfriamiento del aire (expansión), condición que favorece la condensación y por ende, el desarrollo de las nubes y de abundantes lluvias. Todo el sistema intertropical es dinámico por su movimiento latitudinal, siguiendo el desplazamiento aparente del sol con respecto a la Tierra, con un retraso aproximado de dos meses por lo cual cambia paulatinamente la posición de los centros báricos y las propiedades típicas de las masas de aire, arrastradas por las corrientes respectivas.
Colombia está ubicada en la zona tórrida (franja inter- tropical de la Tierra), lo cual hace que su territorio sea partícipe de las mayores proporciones de energía que el sol le irradia justamente sobre las bajas latitudes donde se absorbe la mayor parte de la energía solar que luego se transfiere a la atmósfera, constituyéndose así, el motor que determina el desplazamiento del aire entre el ecuador y los polos, mediante una circulación meridional. La ZCIT alcanza en su recorrido dos posiciones extremas: a) la meridional a principios del año (febrero), en donde la ZCIT se encuentra al sur entre Perú y Brasil con la forma de una campana de Gauss invertida, que comienza a subir paulatinamente y atraviesa la línea ecuatorial, para seguir hacia el norte, pasando por la zona de estudio (departamento de Cundinamarca) entre abril y mayo, y por la posición septentrional del sistema tropical, la cual ocurre entre julio y agosto, cuando las masas de aire ecuatoriales se desplazan al norte y refuerzan el cinturón meridional de alta presión en el momento en que la se ubica en la parte norte del continente suramericano, sobre el mar Caribe. Inmediatamente comienza el
25
descenso y vuelve a pasar por la zona de estudio a principios de octubre, época en que se presenta otro pico máximo de precipitación en la cuenca del río Bogotá y región del Páramo de Sumapaz (núcleo montañoso considerado como una estrella fluvial, donde se originan ríos como el Duda, el Ariari, el Blanco, el Tunjuelo, el Sumapaz y Cabrera10).
En las proximidades de la superficie, los vientos en dichas regiones son generalmente variables y débiles antes de constituirse en vientos alisios que luego alcanzan el Ecuador. De esta manera se forma en cada hemisferio un circuito meridional en el movimiento del aire, a través de una amplia célula convectiva conocida como Celda de Hadley.
1.1.3 Relación entre clima y recurso hídrico en una cuenca hidrográfica
Los caudales de un afluente dependen del régimen de precipitaciones, que a su vez, está condicionado por los factores climatológicos. En la cuenca alta, la abundancia de las precipitaciones depende de la orografía, debido a que las montañas forman barreras en la circulación de las masas de aire cargadas de humedad, obligando al aire a elevarse por la ladera mientras se enfría. En este proceso las masas de aire cargadas de humedad ascienden por la ladera de barlovento, causando una expansión adiabática que genera una disminución de la temperatura, acompañada de un aumento de humedad, como resultado de estos fenómenos se genera la precipitación (Adsuar, 2002). En las áreas montañosas, donde hay mayor precipitación en una cuenca, se recargan los ríos y los acuíferos subterráneos, garantizando el abastecimiento del recurso hídrico para toda la cuenca. Por otra parte, la temperatura que determina la devolución del agua de la precipitación a la atmósfera corresponde a un fenómeno físico de evaporación del agua y físico-biótico de la transpiración de las plantas y el suelo.
10
CORPORACIÓN AUTONOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA. Plan de ordenación de la cuenca hidrográfica del río Bogotá D.C., 2006. 49 p.
26
La escorrentía superficial se genera cuando el suelo está saturado de agua y esta no desciende más en los estratos, sino que se escurre por la superficie del terreno, dando lugar a arroyos, quebradas y ríos. Cuando se presenta el menor caudal de un río se conoce como estiaje.
La vegetación también cumple un papel determinante en la escorrentía de una cuenca, ya que esta cumple con funciones como protección del suelo contra la erosión, retención de la humedad en el seno de la cubierta vegetal, regulación de la escorrentía, intensificación de la precipitación de nieblas goteantes (Font, 1991). De esta manera, si se presentan lluvias intensas y no hay cobertura vegetal suficiente se pueden generar desbordamientos e inundaciones en la parte baja de la cuenca (IDEAM, 2002).
1.1.4 Caracterización climatológica
Una razón fundamental para realizar la caracterización climatológica de la cuenca alta del río Bogotá, desde el punto de vista físico-biótico, es su influencia directa en la evolución de los suelos y el paisaje, lo que ayuda a establecer el uso más adecuado de las tierras y en general los recursos naturales que provee la zona, de igual manera que constituye el elemento o insumo necesario para determinar amenazas naturales y socioeconómicas. De todo esto se determina que, para realizar una caracterización climatológica es necesario:
- Realizar un análisis de la red meteorológica disponible teniendo en cuenta el tipo de estaciones y su respectiva distribución en la zona, previendo que están dispongan de series que permitan establecer la realidad climática del área de estudio
27
- Hacer una revisión, depuración y análisis de los datos de dichas estaciones meteorológicas, identificando aquellas que cuenten con datos confiables.
- Establecer la relación entre la posición de la zona de convergencia intertropical (ZCIT) y los factores climáticos altitud (elevación) y disposición topográfica de las vertientes para determinar el régimen climático predominante (Monomodal o Bimodal); determinar la distribución espacial de las isoyetas e isotermas y las características puntuales de otros elementos del clima como vientos, brillo solar y humedad relativa; establecer las zonas climáticas a partir de los datos obtenidos de los índices de humedad, de aridez e hídrico, utilizando en este caso el modelo de Caldas - Lang.
Modelo climático de Caldas-Lang.
La clasificación climática de Caldas-Lang fue establecida por Caldas y aplicada al trópico americano basándose en la variación de la temperatura con la altitud (gradiente térmico vertical). Por su parte, Lang fijó los límites de su clasificación teniendo en cuenta una sencilla relación entre la precipitación y la temperatura. Ninguno de los dos sistemas, separadamente tiene aplicabilidad o funcionalidad aceptable, por lo cual, Schaufelberger en 1962, unifico los dos modelos e implementó el sistema de clasificación climática de Caldas-Lang que por lo mismo, utiliza el gradiente térmico vertical, que indica los pisos térmicos y la efectividad de la precipitación que muestra la humedad, obteniendo así 25 tipos de clima matemáticamente definidos.
28 - Clasificación de Caldas
La clasificación de Caldas, (Tabla 1), fue ideada en 1802 por Francisco José de Caldas, quién considero únicamente la variación de la temperatura con la altura (pisos térmicos) y su aplicabilidad es exclusiva para el trópico americano. En Colombia es la más conocida por el usuario común, pero es incompleta, debido a que únicamente considera el factor térmico.
Tabla 1. Consideraciones sobre los pisos térmicos. F.J.Caldas
- Clasificación de Lang
La clasificación de Richazrd Lang establecida en 1915, utiliza la precipitación anual en mm y la temperatura media anual en °C (Tabla 2).
Tabla 2. Clase de clima por factor de humedad
Los dos parámetros se relacionan mediante el cociente entre la precipitación (P) y la temperatura (T), llamado factor de Lang, y se obtienen seis clases de climas.
29
A continuación se nombran los 25 tipos de clima que se conocen como clasificación de Caldas Lang (Tabla 3):
Tabla 3. Tipos de clima según Caldas Lang
1.2 ANTECEDENTES
Como referentes en el desarrollo del estudio se tomaron trabajos realizados sobre particularidades de la zona, algunos se muestran a continuación:
Zonificación por Balance Hídrico de la Cuenca Alta y Media del Río Bogotá, utilizando Sistemas de Información Geográfica - Martha Liliana Abril y González M.
30
Mediante el uso del Sistema de Información Geográfica ARC/INFO™ se realizó la zonificación para el área de estudio correspondiente a la Cuenca Alta y Media del Río Bogotá. Esta se efectuó teniendo en cuenta los excesos que se obtiene del balance hídrico y con la información resultante se creó una matriz geográfica en donde cada mapa representa la variación espacial de los excesos en una década.
Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca Hidrográfica del Río Bogotá. Elaboración del Diagnostico, Prospectiva y Formulación de la Cuenca Hidrográfica del río Bogotá - CAR 2006.
La Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR) como entidad encargada de administrar y manejar los recursos naturales, a través del Subprograma Planeación, Ordenación y el Manejo de Cuencas Hidrográficas elaboró el diagnóstico, prospectiva y formulación de la Cuenca Hidrográfica del río Bogotá, siguiendo la metodología de la Guía Técnico Científica para la ordenación de Cuencas Hidrográficas en Colombia publicada por el IDEAM (2004).
Tesis Posgrado en Recursos Hidráulicos. Caracterización Hidrológica de la Cuenca Alta del Río Bogotá (Sector de Villapinzón) - Universidad Nacional de Colombia 1998.
En este documento se presenta la caracterización hidrológica de la cuenca alta del río Bogotá, sector comprendido entre su nacimiento (quebrada Puente Piedra a 3400 msnm) y la población de Villapinzón (2750 msnm). Se determina la demanda actual y futura del recurso hídrico para consumo humano en el municipio de Villapinzón (partiendo de los datos de censos reales y haciendo una suposición de demanda con base en un caudal medio) y se hacen los análisis correspondientes para el dimensionamiento preliminar de las obras que aseguren el abastecimiento proyectado a 25 años.
31
1.3 MARCO LEGAL
El marco legal que existe en Colombia con respecto a la ordenación de cuencas hidrográficas y la conservación de los recursos naturales que estas proveen, es bastante completo, no obstante, es importante resaltar que la función de las entidades ambientales competentes y los entes de control es primordial para hacer cumplir la legislación vigente. (Tabla 4).
32
2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ZONA DE ESTUDIO
Es indispensable conocer los aspectos más relevantes que intervienen en el comportamiento de la cuenca alta del río Bogotá, entre ellos los componentes físicos-bióticos, socioeconómicos, hidrogeológicos y climatológicos, ya que cumplen una función importante. La alteración de estos factores, afectaría de una u otra forma el funcionamiento de la cuenca, por tal razón, a continuación se describirá brevemente las características generales de la zona de estudio.
2.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA CUENCA ALTA DEL RÍO BOGOTÁ
La cuenca del río Bogotá está localizada en la parte central de Colombia, ubicada dentro del Departamento de Cundinamarca donde se encuentran situados 45 municipios y el Distrito Capital.
Ilustración 2. Localización Geográfica de la Cuenca del Río Bogotá.
33
Limita al norte con el Departamento de Boyacá, al sur con el Departamento del Tolima, al occidente con los municipios de Albán, Bituima, Guayabal de Síquima, La Vega, Sasaima, San Francisco, Supatá y Pacho, finalmente al oriente con los municipios de Chipaque, Choachi, Nilo, Silvana, Tibacuy y Ubaque.
La cuenca alta del río Bogotá, nace en el páramo de Guacheneque (Foto 1), a unos 3300 msnm y llega hasta 2650 msnm en el punto conocido como puente La Virgen, sirviendo a su paso a varios municipios. Cuenta con una superficie de 2400 kilómetros cuadrados aproximadamente y en el recorrido del río en su parte alta es de 170 kilómetros, el 45% de la longitud total del mismo (370 kilómetros hasta su desembocadura en el río Magdalena).
Foto 1. Paramo de Guacheneque en el nacimiento del río Bogotá
Las características físico-bióticas de la cuenca alta del río Bogotá, responden en gran medida a la huella dejada a través del tiempo por el régimen climático reinante (el comportamiento de las lluvias, la temperatura, la humedad del aire y la fuerza del viento, entre otros).
34
2.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CUENCA ALTA DEL RÍO BOGOTÁ
2.2.1 Geomorfología
En la cuenca alta del río Bogotá predomina el relieve fuertemente ondulado a fuertemente quebrado en más de la mitad de su extensión territorial (52.3%) correspondiendo principalmente a las zonas montañosas que rodean la Sabana de Bogotá en altitudes por encima de los 2600 msnm, (Foto 2). Aproximadamente el 14.4% corresponde a relieves ligeramente inclinados y ondulados y 12.2% a relieves ondulados e inclinados. Una fracción menor al 5.6% del área total corresponde a relieves escarpados y muy escarpados principalmente en las zonas con fallas y de escarpes mayores en las partes más altas de las montañas11.
Estas condiciones de alta montaña son las que favorecen en gran medida la generación de la precipitación orográfica que cae, principalmente, sobre las laderas que conforman el valle geográfico del río Bogotá (Mapa1).
Foto 2. Orografía de la cuenca alta del río Bogotá
11
CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA. Plan de ordenación y manejo de la cuenca hidrográfica del río Bogotá, 2006.
Mapa 1. Orografía cuenca del río Bogotá
2.2.2 Hidrografía de la región
El río Bogotá nace en el municipio de Villapinzón, sobre los 3300 msnm y se ubica en la parte central del departamento de Cundinamarca, tiene un área tributaria total hasta su desembocadura en el río Magdalena de 5.476 Km2, sobre la cota 280 msnm y una longitud de 370 Km. En total se localizan dentro de la cuenca 46 municipios, incluyendo el distrito capital y tiene 19 tributarios de importancia.
La cuenca alta va desde su nacimiento en páramo de Guacheneque (Alto de la Calavera) hasta el norte de la zona urbana del Distrito Capital. El sistema hídrico está compuesto por quebradas, ríos, lagunas y humedales y un sistema de regulación para abastecimiento y generación eléctrica, compuesto por embalses y un distrito de riego.
En la cuenca alta, se observan los humedales pertenecientes a la laguna del Valle, el Pozo de La Nutria, el Pozo del Oso y los nacederos aledaños a la laguna El Valle. Luego de pasar por el municipio de Chocontá, se encuentra el embalse del Sisga, alimentado por el río de su mismo nombre y pasando la población de Sesquilé, el de Tominé, alimentado por los ríos Siecha y Aves, que sirven básicamente para la regulación de los caudales del río. Siguiendo su recorrido, recibe las descargas reguladas de los ríos Neusa (embalse del Neusa) y Teusacá (embalse de san Rafael)12.
2.2.3 Características bióticas cobertura fauna y flora
En el nacimiento del río Bogotá, las plantas que mas caracterizan la vegetación del paramo son el frailejón genero Espeletia (Foto 3), la paja, los cardones, piñuelas y otras bromeliáceas, lo mismo que los chusques y las cañuelas en las partes más bajas.
12
CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA. Plan de ordenación y manejo de la cuenca hidrográfica del río Bogotá, 2006.
37
Foto 3. Frailejón del Paramo de Guacheneque
La cuenca alta del río Bogotá está constituida por una cobertura vegetal correspondiente a los bosques alto andinos y andinos los cuales se encuentran muy intervenidos por el hombre para el establecimiento de pastos y cultivos Estas áreas son de vital importancia para el sistema hidrológico de la cuenca, ya que en ellas nacen las corrientes que forman las quebradas y ríos que suministran agua a las comunidades asentadas y alimentan los diferentes embalses.
La cuenca alta posee 316.6 Km2 de cobertura boscosa, lo cual representa cerca del 6% en toda la cuenca. Estos bosques poseen una composición florística muy rica con una alta densidad de individuos por especie, muchas de las cuales se encuentran en vía de extinción o son vulnerables, tal es el caso de especies como: Quina (Cinchona pubescens), Amarillo laurel (Ocotea sp), Tuno roso (Centronia brachycera), Cedro de altura (Cedrela montana), Pino romerón (Decussocarpus rospigliosii), Pino colombiano (Podocarpus oleifolius), Mortiño (Hesperomeles goudotiana), Tachuelo (Solanum ovalifolium) y Ajicillo (Drimys granadensis) Hayuelo (Dodonea viscosa), (Foto 4).
38
Foto 4. Hayuelo (Dodonea viscosa) - Especie característica de los Bosques alto Andinos
En cuanto a la fauna en la zona, existen distintas especies entre las cuales se encuentran, Aves Mammalia, Reptilea, Anphibia y Peces, (Tabla 5).
Tabla 5. Número de especies según subcuenca
2.2.4 Características socio-económicas
La población asentada en la cuenca alta del Río Bogotá del orden de 180.000 habitantes correspondiente al 2,2% del total de la cuenca y al 14% del total de la población que aporta el Departamento de Cundinamarca a la cuenca, pertenecientes a las subcuencas de Sisga – Tibitoc, Río Neusa, Embalse de Tominé, Embalse del Sisga y Río Alto Bogotá.
39
En cuanto a las actividades económicas agropecuarias (Fotos 5, 6, 7 y 8), e industriales presentes en la zona, se identifican el procesamiento de cueros, los cultivos tanto transitorios como permanentes, la ganadería de doble propósito, entre otros13.
Foto 5. Actividad ganadera Foto 6. Actividad agrícola
Foto 7. Actividad minera Foto 8. Cultivo de papa
13 CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA. Plan de ordenación y manejo de la cuenca
40
3. METODOLOGÍA
Para el desarrollo del proyecto, fue necesario establecer una metodología, que permitiera ejecutar paso a paso y de forma organizada cada una de las diferentes fases, partiendo de la búsqueda y adquisición de todo el material bibliográfico y cartográfico requerido como apoyo para la realización del proyecto y la información meteorológica que se obtuvo a partir de la identificación de aquellas estaciones pertenecientes a la red meteorología disponible en el área de estudio, procurando que estas contaran con series y datos confiables para establecer la realidad climática de la cuenca alta, por lo que se realizó una revisión de la
información disponible para luego trabajar sobre esta y, finalmente, establecer el comportamiento de los diferentes parámetros meteorológicos,
realizar la zonificación climatológica de la cuenca alta del río Bogotá y determinar su relación con el comportamiento de los niveles y caudales hídricos del sistema.
3.1 FASES DEL PROYECTO
El proyecto “Caracterización climatológica de la cuenca alta del Rio Bogotá” se llevó a cabo en cuatro fases.
3.1.1 Fase 1: Exploratoria
En esta fase se recopiló la documentación de las fuentes bibliográficas tanto digitales como físicas, se obtuvo la información disponible en las bases de datos de la CAR y el IDEAM sobre los parámetros meteorológicos mensuales-multianuales y valores extremos de temperatura, precipitación, humedad, evaporación, insolación y viento en superficie. En el análisis espacial de los datos (temperatura y precipitación, principalmente) se utilizó una cartografía del área de estudio a escala 1:25.000. Además, se llevó a cabo una visita a la cuenca con fines de reconocimiento y registro fotográfico, (Diagrama 1).
41
Diagrama 1. Fase Exploratoria
3.1.2 Fase 2: Procesamiento y manejo de datos
En esta fase se realizó la selección y verificación de la información. Con la aplicación del software estadístico SPSS se ajustaron las series de datos. Los datos finales fueron utilizados en la construcción de gráficos y mapas (isoyetas e isotermas). Estos últimos se crearon haciendo uso del Sistema de Información Geográfica ArcGIS, (Diagrama 2).
42
3.1.3 Fase 3: Análisis de Información
En la tercera fase se analizó la red meteorológica en cuanto a su cobertura y distribución, se determinó la distribución espacio–temporal de los parámetros meteorológicos, teniendo en cuenta los factores que influyen en su comportamiento, con lo que se obtuvo el régimen climático de la zona de estudio. Finalmente se realizó la zonificación climática por el método Caldas-Lang. En el análisis se tuvo en cuenta algunas consideraciones relacionadas con el comportamiento del sistema hídrico de la cuenca, frente al Fenómeno ENOS y el cambio climático, (Diagrama 3).
Diagrama 3. Fase de Análisis de información
3.1.4 Fase 4: Presentación de Resultados
El resultado de los análisis se presentó en textos (conceptos y análisis), gráficos (distribución mensual, anual y multianual de los distintos parámetros), tablas (consideraciones sobre la red y series de datos) y mapas (isoyetas e isotermas y zonificación climática), (Diagrama 4).
43
Diagrama 4. Fase de presentación de resultados
3.2 INVENTARIO Y ANÁLISIS DE LA RED METEOROLÓGICA
3.2.1 Criterios de calidad para selección de información climatológica
Para establecer la caracterización climatológica del área de estudio se trabajó con 61 estaciones meteorológicas, (Tabla 6 y 7), operadas por la CAR y el IDEAM en los 14 municipios que hacen parte de la cuenca alta del río Bogotá (Mapa 2), buscando que las estaciones contaran con series de precipitación, temperatura, evaporación, humedad relativa, brillo solar, velocidad y dirección del viento.
Se tomaron en principio 90 estaciones, de las cuales, se decidió eliminar aquellas con series muy incompletas y heterogéneas, procurando dejar aquellas con series superiores a 20 años y con mínimo el 80% de datos por parámetro (Tabla 8). Aquellas estaciones con registros inferiores a los criterios mencionados se tomaron en cuenta únicamente como red de apoyo.
Del 100% de las estaciones seleccionadas, el 43% son pluviométricas (PM), el 33% pluviográficas (PG), el 10% climatológicas ordinarias (CO), el 8% meteorológicas especiales (ME), el 5% climatológicas principales (CP) y finalmente el 2% automáticas (AU).
Mapa 2. Distribución de la red meteorológica en el área de estudio
46
47
48
3.2.2 Cobertura de la red meteorológica
Al realizar la caracterización climatológica del área de estudio, se evaluó el nivel de cobertura de cada parámetro según la red meteorológica disponible. Para esto se hizo una revisión, determinando con cuantos y cuales parámetros meteorológicos contaba cada una de las estaciones, luego se organizó la información obtenida en una hoja Excel y finalmente se sacó el porcentaje de cobertura de cada parámetro meteorológico (Tabla 9).
Los porcentajes finales demuestran que del 100% de los parámetros meteorológicos, la precipitación (totales mensuales, número de días mensuales, máxima 24 hr), con un 78% es el parámetro que tiene mayor cobertura en la zona, en cuanto a la temperatura, humedad, evaporación, y punto de roció, cada uno tiene un porcentaje del 4% de cobertura, el brillo solar tiene un 3% de cobertura y en último lugar se encuentra la radiación solar y el viento en superficie, parámetros que solo cuentan con un 2% siendo los que menos cobertura tienen en la zona.
Lo anterior indica que la red meteorológica, no cuenta con una buena cantidad de estaciones sobre la cuenca alta del río Bogotá, tiene una mala distribución y un déficit notorio en cuanto a la cobertura y disponibilidad de la mayoría de los parámetros meteorológicos requeridos para hacer un estudio climatológico.
3.2.3 Procesamiento de la información
Tomando como base el manual para el manejo y verificación de información meteorológica (López V. 1988), se procedió a depurar los datos eliminando aquellos cuyo comportamiento no correspondía (errores en la observación y/o codificación) a los rangos de elevación y a las características de la zona de estudio.
Durante el proceso se pudo establecer que en muchos casos las observaciones fueron realizadas a deshoras14 lo que dificultó en buena medida el proceso de verificación (tratamiento dado a la información analizándola, depurándola, corrigiéndola y, en algunos casos, complementándola).
3.2.4 Generación de datos faltantes
Algunas series de precipitación y temperatura presentaron vacios en meses, donde probablemente no se realizó la toma de datos o estos fueron descartados por diferentes motivos. Por lo anterior, la información meteorológica se revisó para identificar aquellas estaciones con series que permitieran establecer la realidad climática del área de estudio por contener datos confiables y las cuales fueron completadas por medio del modelo ARIMA, previendo que estas contaran con suficientes datos de tal manera que se pudieran hacer las predicciones respectivas .
Para completar las series se utilizó un software estadístico de IBM llamado SPSS (Statistical Package for the Social Sciences) Statistics 19 Versión de evaluación, que permitió la aplicación del modelo ARIMA.
14
INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES. CORPORACIÓN AUTONIMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA. Estudio para el redimensionamiento de la red meteorológica, 2008.
51
Método de series de tiempo modelo ARIMA
El acrónimo ARIMA significa Modelos Auto-regresivos Integrados de Medias Móviles (Auto-Regresive Integrated Moving Average) y cada una de las tres partes del acrónimo se le denomina componente y modela un comportamiento distinto de la serie15. Se define el modelo como auto-regresivo si la variable endógena de un período t es explicada por las observaciones de ella misma correspondientes a períodos anteriores añadiéndose un término de error.
En el caso de procesos estacionarios con distribución normal, la teoría estadística de los procesos estocásticos dice que, bajo determinadas condiciones previas, toda Yt puede expresarse como una combinación lineal de sus valores pasados (parte sistemática) más un término de error (innovación). Los modelos auto-regresivos se abrevian con la palabra AR tras la que se indica el orden del modelo: AR(1), AR(2),....etc.
En cuanto al modelo de medias móviles, este explica el valor de una determinada variable en un período t en función de un término independiente y una sucesión de errores correspondientes a períodos precedentes, ponderados convenientemente. Estos modelos se denotan normalmente con las siglas MA, seguidos, como en el caso de los modelos auto-regresivos, del orden entre paréntesis.
Una vez visto el comportamiento de cada componente del acrónimo ARIMA, este se puede definir como un modelo de regresión lineal múltiple, donde la variable dependiente es la propia serie (diferenciada o no)
15
MATÉ JIMÉNEZ, Carlos y ARROYO GALLARDO, Javier. Métodos de predicción para series temporales de intervalos e histogramas. Madrid (España). Universidad Pontificia Comillas, 2008.
52
y las variables independientes son valores de la serie y valores de los errores de ajuste retrasados hasta unos órdenes p y q, respectivamente16.
A continuación se muestran dos gráficas de temperatura media mensual de la estación Iberia de la CAR. En la primera (Gráfica 1), se observa algunas discontinuidades correspondientes a los datos faltantes y en la segunda (Gráfica 2), se pueden apreciar las predicciones proporcionadas por el modelo ARIMA para completar la serie.
Es importante aclarar que la serie correspondiente a la temperatura media mensual de la estación de Iberia se tomó desde el año 1970 hasta el 2009, pero para efectos de facilitar la explicación en cuanto a la aplicación del modelo ARIMA en el presente trabajo, se decidió tomar la serie desde 1991 hasta el 2009 a manera de ejemplo.
Gráfica 1. Temperatura Media Mensual Estación Iberia antes de aplicar el Modelo ARIMA
16
MAHÍA, Ramón y De ARCE, Rafael. Programa Citius: Técnicas de previsión de variables financieras. Madrid (España). Universidad Autónoma de Madrid. Departamento de Economía Aplicada. U.D.I. Econometría e Informática, 2001.
53
Gráfica 2. Temperatura Media Mensual Estación Iberia generada en el software SPSS aplicando el modelo ARIMA
3.2.5 Regresión Lineal
Para poder determinar la relación entre los parámetros, se utilizó el método de regresión lineal que permite hallar el coeficiente de correlación, cuyo valor oscila entre -1 y +1 (Diagrama 5) y permite hallar el grado de relación entre dos variables diferentes. El análisis del coeficiente de correlación se resume en el siguiente diagrama:
Diagrama 5. Resumen del análisis del coeficiente de correlación entre dos variables
54
3.3 METODOLOGÍA PARA LA CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA
La clasificación climática del área que comprende la cuenca alta del río Bogotá, se determinó utilizando el método basado en las teorías propuestas por Caldas y Lang, en el cual se tienen en cuenta los parámetros temperatura, elevación y precipitación.
Para realizar la clasificación climática fue necesario escoger estaciones que contaran con información tanto de temperatura como de precipitación, y que al mismo tiempo, por su distribución en el área de la cuenca alta del río Bogotá pudieran ser representativas para determinar la clasificación climática de la región, razón por la cual, de 61 estaciones solo se utilizaron 10 de ellas para aplicar el método de Caldas- Lang (Tabla 10).
55
4. EL CLIMA EN LA CUENCA ALTA DEL RIO BOGOTÁ
Luego del proceso de depuración de la información, de generación de datos faltantes para completar series y teniendo en cuenta el tipo de estación (climatológica, automática o pluviométrica), se realizó el análisis de los datos con el fin de establecer el comportamiento del clima en la región. El estudio de las variables se llevó a cabo tomando como base las series mensuales multianuales de los parámetros definidos.
4.1 CONSIDERACIONES SOBRE LA METEOROLOGÍA DE LA REGIÓN
4.1.1 Climatología
La OMM (Organización Meteorológica Mundial), en su publicación técnica N°182, define el clima como la síntesis de las condiciones meteorológicas, caracterizadas por los estados y las evoluciones del tiempo (representadas por estadísticas a largo plazo que muestran el comportamiento de los elementos o variables meteorológicas) en una porción determinada del espacio.
La ubicación geográfica del territorio colombiano (entre 4°13’30” de latitud sur y 12°30’40” de latitud norte), sobre la franja ecuatorial o zona tórrida de la tierra, le permite recibir una cantidad abundante y casi constante de radiación durante todo el año, situación que supondría un clima tropical con temperaturas elevadas y muy poco variables a lo largo del año. Sin embargo, en Colombia es posible encontrar una diversidad climática envidiable, debido principalmente, a la riqueza orográfica del país.
Es importante anotar que, no solo la latitud y la orografía determinan las condiciones climáticas que predominan sobre el territorio colombiano, existen otros factores como la distribución de océanos y continentes y el desplazamiento de corrientes atmosféricas, los cuales inciden en el comportamiento de los
