Balance hídrico preliminar de la microcuenca del Río Pixquiac

(1)

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

“Balance Hídrico Preliminar de la Microcuenca del Río

Pixquiac”

TRABAJO RECEPCIONAL

Que para obtener el diploma de:

ESPECIALISTA EN

DIAGNÓSTICO Y GESTIÓN AMBIENTAL

P r e s e n t a:

Porras Ballesteros Stefania

Director:

Juan Cervantes Pérez

Co-Director:

Dr. Víctor Luis Barradas Miranda

(2)

(3)

INDICE Pág.

INTRODUCCIÓN………. 1

Capitulo 1. Generalidades……… 3

1.1 Antecedentes……….. 3

1.2 Objetivos………. 4

Capítulo 2. Marco teórico………. 5

2.1 Balance hidrológico……… 5

2.2 Cuenca hidrológica………. 5

2.3 Precipitación……….... 6

2.4 Evapotranspiración……….. 8

2.5 Infiltración………... 9

2.6 Escurrimiento………. 1 0 Capítulo 3. Metodología………... 12

3.1 Método……… 12

3.1.1 Precipitación………... 12

3.1.2 Evapotranspiración………. 14

3.1.3 Infiltración……….. 15

3.1.4 Escurrimiento………. 17

3.2 Área y sitio de estudio……… 17

3.2.1 Vegetación y uso del suelo………. 19

3.2.2 Clima……….. 20

3.2.3 Tipos de suelos………... 21

Capítulo 4. Resultados………. 22

4.1 Precipitación……… 22

4.2 Evapotranspiración……….. 26

4.3 Infiltración………... 27

4.4 Escurrimiento……….. 31

Capítulo 5. Conclusiones……….. 32

Bibliografía……….. 33

(4)

1 INTRODUCCIÓN

Se puede afirmar que todo lo que vive sobre la faz de la Tierra depende del agua. El hombre la requiere para sus necesidades básicas, usos recreativos, para transformarla en energía y para los procesos de manufactura y para la agricultura. Como consecuencia del incremento de la población mundial y del mejoramiento de sus condiciones de vida, se ha originado un aumento extraordinario en la demanda del agua, constituyéndose en un problema con tendencia a agravarse, que lleva a la necesidad permanente de evaluar la disponibilidad de la misma frente a una oferta natural que prácticamente permanece constante1.

La extrema variabilidad temporal y espacial de los recursos hidrológicos requiere, además, conocer la distribución y la permanencia del agua en un sistema dado, a través de técnicas que faciliten evaluar en términos de calidad, cantidad y oportunidad ese recurso en un tiempo y espacio geográfico definido. Estas técnicas, conocidas como Balance Hidrológico, constituyen uno de los medios más importantes para la comprensión del ciclo hidrológico y sus efectos sobre las variaciones del régimen hidrológico además de ser la base para la gestión integrada del agua2.

De acuerdo con datos de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) en 2003, México se encuentra en el lugar 94 en cuanto a disponibilidad de agua con cuatro mil 547 metros cúbicos por persona, lo cual contrasta con países como Canadá que dispone de 91 mil 640 metros cúbicos de agua3.

En medio siglo la disposición de agua por persona, bajó a menos de la mitad, al pasar de 11 mil metros cúbicos por persona a cuatro mil 547 metros cúbicos, lo cual coloca al país en una categoría “baja”. La distribución desigual de la población, en relación con las zonas donde hay agua, hace que 77 por ciento de los mexicanos vivan en las zonas donde hay una disposición “extremadamente baja”, se trata de las regiones norte, centro y noreste del país, donde hay mil 300 metros cúbicos por habitante, de acuerdo con cifras de la Comisión Nacional del Agua en el año 2006.4

1

Campos Aranda, D. F. (1998). Procesos del ciclo hidrológico. Editorial Universitaria Potosina, México. 1-2 pp.

2

Balance hídrico superficial. Disponible en:http://www.efn.uncor.edu/departamentos/GeoBas/materias/hidrologiageneral/ Pagina%20Web%20Hidrologia/Te%C3%B3rico%20Balance%20H%C3%ADdrico.pdf. Consultado en junio 2010.

3_{Baja disponibilidad de agua en México. Disponible en: http://www.imagenagropecuaria.com/articulos.php?id_sec=28&id_art=21.}

Consultado en junio 2010.

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2

En contraste, en el sureste del país se encuentra 68 por ciento del agua, siete veces más que en el resto del territorio, pero ahí reside tan sólo 23 por ciento de los mexicanos5.

De mantenerse la actual tendencia de crecimiento poblacional y de explotación de los acuíferos se espera que en 2025 el agua por persona en todo el país continúe dentro de la categoría “baja” con tres mil 788 m3

al año. También habría regiones donde el agua podría ser menor, con mil metros cúbicos de líquido6.

En Veracruz, el agua es un recurso que ha sido explotado para diversas actividades, entre las más importantes destaca la industrial y agrícola, que son una importante fuente económica para el país. Si a la explotación se agrega el crecimiento poblacional, resulta un incremento en la demanda del líquido para subsistir, lo que se traduce en una disminución en la disponibilidad7.

La disponibilidad real del agua para los veracruzanos disminuye de forma alarmante y se advierten fricciones de tipo social8.

A pesar del enorme potencial hidrológico que tiene el estado, Veracruz no es ajeno a la problemática que sobre el agua se tiene a nivel mundial y nacional, ya que por su topografía, la mayor parte de los escurrimientos descargan al mar, sin poderlos aprovechar plenamente9.

Este estudio intenta a través de la determinación del balance hidrológico de la microcuenca del río Pixquiac proveer de un instrumento confiable, que permita tomar decisiones sobre las medidas de conservación y consumo de los recursos hidrológicos en la ciudad de Xalapa y sus alrededores. La realización de éste balance es importante pues permitirá conocer cuál es la oferta hídrica y además permitirá generar escenarios potenciales de uso que facilitarían la proyección de la misma.

5

y 9 Agua veracruzana se escapa de las manos. Disponible en: http://www.bocadelrio.com/estatales/12587-agua-veracruzana-se-escapa-de-las-manos-.html. Consultado en junio 2010.

6_{Baja disponibilidad de agua en México. Disponible en: http://www.imagenagropecuaria.com/articulos.php?id_sec=28&id_art=21.}

Consultado en junio 2010.

7

Pierde Veracruz capacidadpara almacenar agua por la deforestación. Disponible en: http://www.uv.mx/universo/297/reportaje/reportaje.html. Consultado en junio 2010.

(6)

3 CAPÍTULO 1. GENERALIDADES

1.1 Antecedentes

Actualmente al definir la disponibilidad del agua solo se hace tomando en cuenta la cantidad y es por esto que la evaluación de los recursos hidrológicos de una cuenca requiere de una estimación correcta del balance hidrológico, es decir, comprender el ciclo en sus diferentes fases, la forma en que el agua que se recibe por precipitación y se reparte entre el proceso de evapotranspiración, escorrentía e infiltración10.

La ecuación de balance hidrológico es una expresión muy simple, aunque la cuantificación de sus términos es normalmente complicada por la falta de medidas directas y por la variación espacial de la evapotranspiración, de las pérdidas profundas (en acuíferos) y de las variaciones del agua almacenada en la cuenca11.

En general se puede afirmar que del agua que cae en un determinado sitio (precipitación), una parte vuelve a la atmósfera ya sea por evaporación directa o por transpiración de la vegetación (evapotranspiración); otra parte escurre por la superficie (escurrimiento) confluyendo a través de la red de drenaje hasta alcanzar los cauces principales y finalmente el mar, y el resto se infiltra en el terreno y se incorpora al sistema de aguas subterráneas o acuífero12.

Existen estudios realizados sobre la microcuenca del río Pixquiac por ejemplo Yapó (2005)13, hizo un estudio acerca de la cantidad y calidad del agua en Xalapa, donde señala a la microcuenca del río Pixquiac como una aportadora de agua para la ciudad. También existen estudios a nivel general como el de Cervantes (2006)14 quien realizó una regionalización de la precipitación en la Región Hidrológica X Golfo-Centro y analizó la tendencia de la misma.

10

García Coll, I. (2008). Delimitación de zonas prioritarias y evaluación de los mecanismos existentes para pago de servicios ambientales hidrológicos en la cuenca del río Pixquiac, Veracruz, México. SENDAS, A.C. 7 pp.

11_{Llorens, P. (2003). La evaluación y modelización del balance hidrológico a escala de cuenca. Ecosistemas, enero-abril, año/vol.XII, número}

001. Asociación Española de Ecología Terrestre. Alicante, España. 9 pp.

12_{Cuadrat, J. M. (1997). Climatología. Editorial Cátedra. Madrid, España.90 pp.} 13

Yapó, A. (2005). An integrated water resource management approach to mitigating water quality and quantity degradation in Xalapa, Mexico. University of British Columbia. 121 pp.

14_{Cervantes, F. (2006). Regionalización y tendencias de la precipitación en la región hidrológica-administrativa X Golfo-Centro. Tesis de}

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4

García (2008)15 evaluó los mecanismos existentes para pago de servicios ambientales hidrológicos en la microcuenca del río Pixquiac y el de Vázquez (2008)16 que hace referencia a las tendencias de la precipitación y la niebla en la zona montañosa central de Veracruz y parte de Puebla.

1.2 Objetivos Generales y Particulares 1.2.1 Objetivo General

Estimar el balance hidrológico de la microcuenca del río Pixquiac.

1.2.2 Objetivos Particulares

 Obtener la precipitación promedio anual de la microcuenca del río Pixquiac por el método de

los polígonos de Thiessen.

 Medir la infiltración en la parte alta, media y baja de la microcuenca utilizando un

infiltrómetro de anillos concéntricos.

 Calcular la evapotranspiración potencial por el método de Thorntwaite.

 Calcular el escurrimiento mediante la fórmula del balance hidrológico.

15

16 _{Vázquez, P. (2008). Análisis de las tendencias de la precipitación y la niebla de la zona, montañosa central de Veracruz. Tesis de Lic.}

(8)

5 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO

2.1 Balance Hidrológico

El balance hidrológico es el procedimiento por el cual se cálcula la cantidad de agua disponible en un sistema o zona determinada, es decir, es el equilibrio entre todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo, en un intervalo de tiempo determinado17. Sintéticamente puede expresarse por la fórmula18:

P = Q + ETP + ∆S……….. (Ecuación 1)

P es la precipitación en m3,

Q es el escurrimiento en la lámina en m3, ETP es la evapotranspiración en m3 y ∆S es la infiltración en m3

.

La ecuación del balance hidrológico (Ecuación 1) relaciona las variables que intervienen en el ciclo hidrológico. Se aplica en todos los casos que tienen que ver con la distribución de los recursos hidrológicos a nivel global, o en cuencas19.

2.2 Cuenca Hidrológica

Las cuencas son zonas de la superficie terrestre en donde las gotas de lluvia que caen sobre ellas tienden a ser drenadas por un sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida20.

Las cuencas son un elemento fundamental para la obtención de agua potable a largo plazo. Debido a los procesos naturales que se producen cuando el agua pasa a través de ellas, la vegetación y los suelos presentes en la cuenca pueden favorecer la captación de agua, abasteciendo los cauces incluso en secas; además, la cuenca puede cumplir mucho mejor la función de tratamiento de aguas residuales que un sistema técnicamente avanzado que cuesta miles de dólares21.

17

Ecología y medio ambiente. Disponible en: www.calalberche.org/t3/page2.asp?Id=82765&Rf=22&Rt=2. Consultado en enero 2010.

18

Cuadrat, J. M. (1997). Climatología. Editorial Cátedra. Madrid, España. 190 pp.

19

Hidrología. Disponible en: http://html.rincondelvago.com/hidrologia_2.html. Consultado en enero 2010.

20_{Aparicio F. (2003). Fundamentos de hidrológica de superficie. Editorial Limusa. México DF. 19 pp.} 21

(9)

6 2.2.1 Características

A continuación se describen las características de la cuenca y los cauces de mayor importancia por sus efectos en la relación precipitación-escurrimiento22:

El parteaguas es una línea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topográfico y que separa la cuenca de las cuencas vecinas.

El área de la cuenca se define como la superficie, en proyección horizontal, delimitada por el parteaguas.

La corriente principal de una cuenca es la corriente que pasa por la salida de la misma.

2.2.2 Tipos de cuencas

Existen tres tipos de cuencas23:

 Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano.

 Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación salida fluvial al mar.

 Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje.

2.3 Precipitación

La precipitación es la fuente principal del ciclo hidrológico, y puede definirse como el agua en forma líquida o sólida procedente de las nubes que alcanza la superficie terrestre. Varía geográfica, temporal y estacionalmente. Las variaciones regionales y temporales son muy importantes en estudios hidrológicos y en la planificación del uso del agua24.

22

Aparicio F. (2003). Fundamentos de hidrológica de superficie. Editorial Limusa. México DF. 19 pp.

23_{Ídem, 20 pp.}

(10)

7

Se mide la precipitación con pluviómetros o pluviógrafos situados en zonas abiertas, de forma que ningún obstáculo se proyecte dentro de la superficie cónica invertida con vértice en el pluviómetro y pendiente de 30°. 25

Para conocer la distribución espacial de la precipitación en una zona o poder determinar una precipitación espacial media, será preciso establecer una red pluviométrica, cuanto mayor sea el área mayor será la red pluviométrica26.

Existen tres métodos para determinar la precipitación espacial media, estos son: la media aritmética, el método de isoyetas y el método de los polígonos de Thiessen 27, para la realización de éste estudio se utilizó el último método.

El método de los polígonos de Thiessen (Fig. 1) consiste en unir los puntos de la red formando triángulos procurando seleccionarlos de tal manera que sus lados constituyan la distancia más corta entre dos puntos, después se trazan perpendiculares bisectantes hasta el límite del área considerada, estableciendo así una red de áreas parciales alrededor de cada estación28.

Figura 1. Polígonos de Thiessen29.

25

Castillo, F. E. (2001). Agrometeorología. Editorial Mundi-Prensa. Madrid, España. 147 pp.

26

Ídem.

27_{Ídem, 149 pp.}

(11)

8

La precipitación media se determina sumando los productos de las áreas asignadas a cada estación por sus precipitaciones correspondientes y se divide por el área total cubierta por todas las estaciones30, esto se expresa en la siguiente ecuación:



  n i i i t hp A A hp 1 1

……….. (Ecuación 2) Donde:

hp es la precipitación media sobre la cuenca en mm. hpi es la precipitación observada en la estación en mm.

At es el área total de la cuenca Km2.

Ai es el área del polígono correspondiente a la estación i en Km2.

n es el número de estaciones.

2.4 Evapotranspiración

La evapotranspiración es la pérdida de humedad del suelo por la evaporación y la transpiración de las plantas, es decir, la acción combinada de los dos procesos anteriores31.

La cantidad de vapor de agua que transpira una planta, varía día a día con los factores ambientales que actúan sobre las condiciones fisiológicas del vegetal y determinan la rapidez con que el vapor del agua se desprende de la planta, siendo los principales32:

 Radiación solar

 Humedad relativa

 Temperatura

 Viento

30

Castillo, F. E. (2001). Agrometeorología. Editorial Mundi-Prensa. Madrid, España. 150 pp.

31_{Quereda Sala, J. (2005). Curso de climatología general. Universidad Jaume. 115 pp.}

32 _{Evapotranspiración. Disponible en: www.geologia.uson.mx/academicos/lvega/ARCHIVOS/ARCHIVOS/EVAP.htm. Consultado en enero}

(12)

9

En términos aplicados, quizás una de las más conocidas referencias al fenómeno venga de la climatología y de la consideración y utilidad de la evapotranspiración como un indicador de aridez de las distintas zonas, basado en un largo registro de observaciones de distintos elementos climáticos en un número suficiente de años. Sin embargo, donde la evapotranspiración ha ganado un lugar realmente importante es en la evaluación de los volúmenes de agua involucrados, que teniendo interés en sí mismos, son indispensables en las tareas de planificación y gestión de los recursos hidrológicos, en ciertos estudios medioambientales y en la cuantificación de las demandas hidrológicas de la vegetación, especialmente de los cultivos33.

2.5 Infiltración

La infiltración es el proceso por el cual el agua superficial se introduce en las capas internas del suelo debido básicamente a las fuerzas gravitatorias, aunque también intervienen fuerzas de tipo capilar así como otras de naturaleza más compleja34.

El agua infiltrada puede llegar a los acuíferos, ríos, lagos o al mar, o bien puede quedar retenida en el suelo y volver a la atmósfera por fenómenos de evaporación y/o transpiración35.

La infiltración depende de36:

a) Las características del suelo, permeabilidad y estado de humedad del mismo. b) Las características de la cubierta vegetal.

c) La intensidad y duración de la lluvia.

d) El estado de la superficie del suelo, laboreo, etc.

e) Las características del agua, temperatura, impurezas, etc.

33 _{Evapotranspiración. Disponible en: www.geologia.uson.mx/academicos/lvega/ARCHIVOS/ARCHIVOS/EVAP.htm. Consultado en enero}

2010.

34_{Sánchez San Román, F. J. (2004). El ciclo hidrológico. Universidad de Salamanca. España. 2 pp.} 35

Infiltración y retención del terreno. Disponible en: http://html.rincondelvago.com/infiltracion-y-retencion-del-terreno.html. Consultado en enero 2010

36

(13)

10

Los métodos para medir la infiltración se dividen en37:

Métodos directos: Valoran la cantidad de agua infiltrada sobre una superficie de suelo, por ejemplos los lisímetros, infiltrómetros y simuladores de lluvia.

Métodos indirectos: Se determina la capacidad de infiltración considerando una cuenca perfectamente controlada, con datos precisos de precipitación, evaporación y escorrentía, por ejemplo la ecuación de Horton (Ecuación 3).

f = fo + (fo - fb) e- K * t………. (Ecuación 3) Donde:

fo índice de capacidad de infiltración inicial ó máxima. fb índice de capacidad de infiltración básica ó mínima. K Constante de decaimiento.

t Tiempo desde el inicio del ensayo.

Los valores de fo, fb y K están asociados a los suelos y a su cubierta vegetal. Se determina fo en suelo completamente seco y fb en suelo totalmente saturado38.

2.6 Escurrimiento

El escurrimiento es la parte de la precipitación que aparece en las corrientes fluviales superficiales, perennes, intermitentes o efímeras, y que regresa al mar o a los cuerpos de agua interiores. Dicho de otra manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha sido afectado por obras artificiales hechas por el hombre.

37

Infiltración. Disponible en: http://ing.unne.edu.ar/pub/infi.pdf. Consulta en enero2010.

38

Ídem.

(14)

11

De acuerdo con las partes de la superficie terrestre en las que se realiza el escurrimiento, éste se puede dividir en40:

Escurrimiento superficial o escorrentía. Es la parte del agua que escurre sobre el suelo y después por los cauces de los ríos.

Escurrimiento subsuperficial. Es la parte del agua que se desliza a través de los horizontes superiores del suelo hacia las corrientes. Una parte de este tipo de escurrimiento entra rápidamente a formar parte de las corrientes superficiales y a la otra le toma bastante tiempo el unirse a ellas.

Escurrimiento subterráneo. Es aquél que, debido a una profunda percolación del agua infiltrada en el suelo, se lleva a cabo en los mantos subterráneos y que, posteriormente, por lo general, descarga a las corrientes fluviales.

(15)

12 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA

3.1 Método

El período de evaluación fue del 1 de septiembre 2008 al 31 de agosto de 2009. Para elaborar el balance hidrológico de la microcuenca del río Pixquiac durante éste período se partió de la ecuación de continuidad o balance hidrológico descrita por Cuadrat41:

P = Q + ETP + ∆S……….(Ecuación 4) P es la precipitación en m3,

Q es el escurrimiento en la lámina en m3, ETP es la evapotranspiración en m3 y ∆S es la infiltración en m3

.

A continuación se describe como se evaluó cada uno de estos parámetros.

3.1.1 Precipitación

La precipitación promedio para la microcuenca del río Pixquiac se calculó por medio de los polígonos de Thiessen, se utilizaron seis estaciones pluviométricas: Coatepec, La Joya, Los Pescados, Mariano Escobedo, Tembladeras y Xalapa (Fig. 2).

Figura 2. Ubicación de las estaciones pluviométricas.

41

(16)

13

Los datos de precipitación se obtuvieron de la base de datos de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), pertenecen al período antes mencionado y son datos diarios por lo que fue necesario calcular los promedios mensuales y después el promedio anual para cada una de las estaciones.

Posteriormente se trazaron los polígonos para saber el área de influencia de cada estación, de acuerdo al procedimiento descrito en el subcapítulo 2.3.

Después se calculó el área de cada uno, empleando un planímetro digital con brazos articulados (Fig. 3).

Figura 3. Planímetro digital con brazos articulados (tomada de Metland).42

Finalmente los datos obtenidos se sustituyeron en la ecuación del método de Thiessen43:





 n

i

i i t

hp A A hp

1

………...(Ecuación 5) Donde:

hp es la precipitación media sobre la cuenca en mm. hpi es la precipitación observada en la estación en mm.

At es el área total de la cuenca Km2.

Ai es el área del polígono correspondiente a la estación i en Km2.

n es el número de estaciones.

42

Planímetro de brazos articulados. Disponible en: www.metland.fr/es/admin/upload/386.jpg. Consultado en enero 2010.

(17)

14 3.1.2 Evapotranspiración

Para obtener el valor de la evapotranspiración se utilizó el método de Thorntwaite44, se ocuparon los datos de temperatura mensual de cada una de las 6 estaciones.

El método de Thorntwaite (Ecuación 6) se basa en la correlación entre la temperatura del aire y la tasa de transpiración de las plantas 45, y se expresa como sigue:

ETP= 1.6 K 10T a……….. (Ecuación 6) I

ETP es la evapotranspiración potencial mensual en mm.

K es el factor de corrección en función de la latitud y del mes. (Anexo 1) T es la temperatura media mensual en °C.

I índice de calor anual (Ecuación 7), se calcula a partir de la temperatura media de cada mes (T).

12

I= ∑ ij ……….. (Ecuación 7) j=1

donde

ij= Ti 1.514

5 ……….. (Ecuación 8)

j es el número de mes.

Y el exponente “a” se calcula a partir de I:

a= 0.492 + 0.0179I – 0.0000771I2 + 0.000000675I3……….. (Ecuación 9)

(18)

15 3.1.3 Infiltración

Para obtener la infiltración fue necesario medir en tres partes de la microcuenca (Fig. 4), en la parte alta, media (Cinco Palos) y baja (El Grande). Para medirla se utilizó un infiltrómetro de anillos concéntricos (Fig.5).

Figura 4. Parte alta, media y baja de la microcuenca del río Pixquiac.

Figura 5. Infiltrómetro de anillos concéntricos (tomada de Maser).46

46

(19)

16

El procedimiento que se siguió para su medición es el propuesto por Gómez47:

1.- Primero se enterró el aro interior y luego el aro exterior, hasta una profundidad de 20 centímetros, procurando qué los dos queden en forma concéntrica, nivelados e intentando no alterar la textura del suelo.

2.- Instalados los aros se procedió a llenar de agua limpia al mismo tiempo los dos aros, esto con el fin de que las líneas de flujo del aro interior no sufran deformaciones en su dirección vertical descendente.

3.- Llenos los aros se midió el nivel del agua en el aro interior con una regla graduada. 4.-. Conociendo el nivel del agua se tomaron los niveles cada 2 minutos posteriormente.

Después se hizo un ajuste a los datos observados utilizando la ecuación de Kostiakov (Ecuación 10), la cual describe la velocidad de infiltración en un punto cualquiera. Se trata de un modelo exponencial de la forma48:

………(Ecuación 10)

donde:

VI = velocidad de infiltración (cm/h ó mm/h).

t = tiempo de oportunidad o tiempo de contacto del agua con el suelo (min). m = coeficiente que representa la velocidad de infiltración para t0 = 1.

c = exponente que varía entre 0 y –1.

Se utilizó el software de Statistica 9 para obtener las constantes c y m.

47

Gómez, L. (1997). Cuantificación de la infiltración en suelos de la cuenca del río Ídolos, Ver., aplicando métodos empíricos y mediciones directas. Tesina de Especialidad en Climatología. Facultad de Instrumentación Electrónica y Ciencias Atmosféricas. 52 pp.

48

Infiltración. Disponible en: www.agronomia.uchile.cl/webcursos/cmd/22004/sm/.../Infiltracion.ppt. Consultado en marzo 2010.

1





m

(20)

17 3.1.4 Escurrimiento

Debido a que no se contó con aforos de las corrientes implicadas en el estudio, se tuvo que emplear la ecuación 9, la cual está en función de la precipitación (P), la evapotranspiración (ETR) e infiltración (∆s).

Q = P - ETP - ∆S...……… (Ecuación 11)

Q es el escurrimiento en la lámina en m3, P es la precipitación en m3,

ETP es la evapotranspiración en m3 y ∆S es la infiltración en m3

.

3.2 Área y sitio de estudio.

La microcuenca del río Pixquiac nace en la ladera oriental del Cofre de Perote y se ubica al oeste de la Ciudad de Xalapa, Veracruz. Esta cuenca es de importancia regional por los múltiples servicios que brinda a la región de Xalapa (servicios ambientales, productos del campo, madera para construcción, leña, etc.), así como por ser una zona donde se conserva una de las principales áreas de Bosque de Niebla (o bosque mesófilo de montaña), así como ser proveedora del agua del 90% de los habitantes de la cuenca, parte de las necesidades diarias de localidades del municipio de Coatepec y el 38% de las necesidades diarias de la ciudad de Xalapa49.

Se localiza en el estado de Veracruz, México, tiene una superficie de 10,303.53 ha, se ubica entre los 19°24’ a los 19°34’ de latitud norte y entre los 96°55’ y los 97°10’ de longitud oeste

50

. La variación altitudinal va desde los 1,040 msnm hasta los 3,740 metros sobre el nivel del mar51.

49

Gestión compartida de la Cuenca del Río Pixquiac. Disponible en: http://sendas99.wordpress.com/gestion-integral-de-la-cuenca-del-rio-pixquiac/. Consultado en enero 2010.

50

Núñez Rincón, M. S. (2008). Estimación de la evapotranspiración e infiltración en la microcuenca del río Pixquiac. Tesis de Lic. En Ciencias Atmosféricas. Facultad de Ciencias Atmosféricas de la Universidad Veracruzana. 6 pp.

51

(21)

18

Figura 6. Ubicación de la microcuenca del río Pixquiac52.

De acuerdo a la delimitación de la microcuenca del Pixquiac, ésta es dividida en tres partes en el siguiente orden53.

El Alto Pixquiac (es el tramo que cuenta con las cotas más altas) El Bajo Pixquiac (es el tramo que cuenta con las cotas medias)

El Pixquiac (es el tramo que cuenta con las cotas más bajas de la microcuenca)

En la microcuenca del río Pixquiac se ubican 25 ríos perennes (ríos que conducen agua todo el año) y 188 ríos intermitentes (ríos que no conducen agua permanentemente, sino algunas épocas del año) lo que da un total de 213 ríos que 11 conforman toda la red de drenaje de la microcuenca del río Pixquiac54.

52 _{García Coll, I. (2008). Delimitación de zonas prioritarias y evaluación de los mecanismos existentes para pago de servicios ambientales}

hidrológicos en la cuenca del río Pixquiac, Veracruz, México. SENDAS, A.C. 5 pp.

53_Ídem. 54

(22)

19

Como ya se menciono ésta microcuenca es una de las principales fuentes de abastecimiento de la ciudad de Xalapa (Tabla 1) y sus alrededores. Actualmente el servicio de cobertura en agua potable es para un total de 102 mil 500 tomas regularizadas, lo que representa una población atendida de 512 mil habitantes aproximadamente con una demanda promedio de 1,440 l/s55.

Tabla 1. Cobertura de agua potable

Fuente: CMAS Xalapa.

3.2.1 Vegetación y uso del suelo

La vegetación predominante en esta zona es: cafetales de sombra, bosque mesófilo de montaña, pino-encino y coníferas en la parte más alta de la cuenca, a grosso modo se puede decir que la superficie con cubierta forestal alcanza cerca del 70%, siendo sólo el 30% dedicado a actividades agropecuarias o vivienda56.

55_{Cobertura de agua potable. Disponible en: http://www.cmasxalapa.gob.mx/obras_proyectos.html. Consultado en marzo 2010.}

56_{García Coll, I. (2008). Delimitación de zonas prioritarias y evaluación de los mecanismos existentes para pago de servicios ambientales}

hidrológicos en la cuenca del río Pixquiac, Veracruz, México. SENDAS, A.C. 10 pp.

Fuentes de Abastecimiento Gasto concesionado

(litros por segundo)

Gasto utilizado (litros por segundo)

Presa de los Colibríes 1000 950 Medio Pixquiac 250 150 Alto Pixquiac 250 160 Socoyolapan 100 75 Cinco Palos 100 70 El Castillo 60 60

Q=1,760 l/s. Q=1,465 l/s concesionado ante la CNA

(23)

20

Figura 7. Vegetación y uso del suelo de la microcuenca del río Pixquiac (tomada de García).57

3.2.2 Clima

Como se puede observar en la Fig. 8, dentro de la microcuenca del río Pixquiac, en la parte alta se tiene un clima templado semifrío con una temperatura entre los 6 y 10°C, en la parte media predomina el clima templado con una temperatura entre los 14 y 16 °C y en la parte baja el clima es semicalido con una temperatura entre los 18 y 20°C.

Figura 8. Tipos de clima de la microcuenca del río Pixquiac (tomada de García).58

57

(24)

21 3.2.3 Tipos de suelos

En la microcuenca del río Pixquiac existen 8 tipos de suelo pero el que predomina es el suelo andosol umbrico, seguido del leptosol ándico, el acrisol umbrico entre otros, como se muestra en la Fig. 9.

Figura 9. Tipos de suelo de la microcuenca del río Pixquiac (tomada de García).59

59

(25)

22 CAPÍTULO 4. RESULTADOS

4.1 Precipitación

Para tener una idea cercana del comportamiento temporal de la precipitación en la zona, se procedió a graficar los datos de cada estación climatológica para el periodo del 1 de septiembre 2008 al 31 de agosto de 2009, en el anexo 2 se muestran los datos que se utilizaron para graficar. Las gráficas se muestran en las figuras 10 a 15, y se puede observar que los meses secos fueron octubre a diciembre del 2008 así como de enero a mayo del 2009; y los meses más lluviosos fueron septiembre del 2008 y de junio a agosto del 2009.

Figura 10. Variación de la precipitación en Coatepec. Período septiembre del 2008 a agosto del 2009.

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

rec

ip

it

ac

ió

n

(m

m

)

(26)

23

Figura 11. Variación de la precipitación en La Joya. Período septiembre del 2008 a agosto del 2009.

Figura 12. Variación de la precipitación en Los Pescados. Período septiembre del 2008 a agosto del 2009.

0 100 200 300 400 500 600

P

rec

ip

it

ac

ió

n

(m

m)

Meses

0 50 100 150 200 250 300

P

rec

ip

it

ac

ió

n

(m

m

)

(27)

24

Figura 13. Variación de la precipitación en Mariano Escobedo. Período septiembre del 2008 a agosto del 2009.

Figura 14. Variación de la precipitación en Tembladeras. Período septiembre del 2008 a agosto del 2009.

(28)

25

Figura 15. Variación de la precipitación en Xalapa. Período septiembre del 2008 a agosto del 2009.

Como ya se mencionó, para calcular la precipitación promedio de la microcuenca del río Pixquiac se utilizó el método de los polígonos de Thiessen, a continuación se muestra en la Fig. 16 como quedaron trazados dichos polígonos.

Figura 16. Trazado de los polígonos de Thiessen.

0 50 100 150 200 250 300 350 400

P

rec

ip

it

ac

ió

n

(m

m

)

(29)

26

La Tabla 2, muestra el área de influencia de cada estación y la precipitación correspondientes a dicha área.

Tabla 2. Precipitación media estimada, por medio del método de los Polígonos de Thiessen.

Estación Área de influencia (m2) Precipitación (hp en mm)

Coatepec 16497648.52 1494.23 La Joya 640207.25 2025.6 Los Pescados 5786488.66 877.7 Mariano Escobedo 33930984.57 3469.32 Tembladeras 49665309.05 1688 Xalapa 689453.968 1443.4

La precipitación promedio obtenida de la microcuenca del río Pixquiac es de 2178.66 mm. El área que más aporta es Mariano Escobedo, seguida de La Joya, Tembladeras, Coatepec, Xalapa y finalmente Los Pescados.

4.2 Evapotranspiración

Al igual que la precipitación, la evapotranspiración potencial (ETP) se obtuvo partiendo de los datos del periodo de septiembre del 2008 a agosto del 2009, y se utilizó el método de Thorntwaite (tabla 3). En el anexo 3 se muestran los cálculos parciales de la evapotranspiración de cada una de las estaciones climatológicas.

Tabla 3. Evapotranspiración de la microcuenca del río Pixquiac según el método de Thorntwaite.

Estación Volumen Evapotranspiración (m3) Coatepec 12121432.78

(30)

27

La evapotranspiración en la microcuenca durante el período fue de 72922278.73 m3. En Tembladeras es donde hubo mayor evapotranspiración seguida de Mariano Escobedo, Coatepec, Los Pescados, Xalapa y por último La Joya.

4.3 Infiltración

Como se dijo anteriormente, la infiltración se midió en tres partes de la microcuenca: alta, media y baja. En la parte alta, a la altura de Valle Alegre y Tembladeras, con un suelo cubierto de pasto. En la figura 16 se muestra la variación de la infiltración con respecto al tiempo.

Figura 16. Rapidez de infiltración del suelo de parte Alta.

(31)

28

Figura 17 Rapidez de infiltración del suelo de parte media (Cinco Palos).

(32)

29

De la rapidez de infiltración medida en las tres partes de la microcuenca del río Pixquiac parte alta, parte media (Cinco Palos), parte baja (El Grande)), se obtuvo una velocidad de infiltración total de 13.2 mm/min en toda la microcuenca del río Pixquiac. La parte alta fue donde se obtuvo la mayor infiltración de ahí, la parte baja, y por último la parte media.

En las figuras 19-21 se muestra el ajuste de la ecuación de Kostiakov en las tres partes donde se midió la infiltración.

(33)

30

Figura 20. Infiltración medida en Cinco Palos e Infiltración estimada por la ecuación de Kostiakov.

(34)

31 4.4 Escurrimiento

Para calcular el escurrimiento de la microcuenca del río Pixquiac, conociendo las demás variables de la ecuación de continuidad (Ecuación 1), este se obtuvo indirectamente con la ecuación 11 la cual es:

Q = P - ETP - ∆S………..(Ecuación 11) Q es el escurrimiento en la lámina en m3,

P es la precipitación en m3,

ETP es la evapotranspiración en m3 y ∆S es la infiltración en m3

.

Se conocen los siguientes parámetros:

P= 2178.66 mm ∆S= 13.2 mm ETP= 72922278.73 m3

año min año

Para obtener el volumen de precipitación por año y de infiltración por año, se multiplican ambos parámetros por el área total de la microcuenca, los cuales nos quedan expresados de la siguiente manera.

P= 233574339.08 m3 ∆S= 344738.485 m3

año año

Sustituyendo los valores anteriores en la ecuación 11:

Q= 233574339.08 m3 72922278.73 m3 344738.485 m3

año año año

Donde el balance hidrológico de la microcuenca del río Pixquiac (ecuación 1) es:

233574339.08= [160307321.87 + 72922278.73 + 344738.485] m3 año

0= [233574339.08 - 160307321.87 - 72922278.73 - 344738.485] m3 año

(35)

32 CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES

El agua es uno de los recursos naturales fundamentales y es uno de los cuatro recursos básicos en que se apoya el desarrollo, junto con el aire, la tierra y la energía60. El estado de Veracruz goza de una disponibilidad de agua abundante pero esto en unos años se puede revertir debido al incremento poblacional, su dispersión geográfica, el deterioro de las fuentes de abastecimiento, así como por las actividades productivas que han originado una contaminación del recurso, disminuyendo la disponibilidad real del agua.

En este trabajo se evaluó la variación temporal de la precipitación durante el periodo de septiembre 2008-agosto 2009 y se pudo constatar que la precipitación es más abundante en un periodo de seis meses de mayo a octubre y un periodo de secas que va de los meses de noviembre a abril.

Con el método de los polígonos para estimar la precipitación promedio en la microcuenca, se obtuvieron buenos resultados pues el valor obtenido se encuentra entre el rango de la precipitación que cae dentro del área de cada una de las estaciones.

En cuanto a la infiltración se pudo observar que en la parte alta es mayor debido a la pendiente del terreno y al tipo de suelo que es el andosol umbrico que tienen altos valores en contenido de materia orgánica y tienen una gran capacidad de retención de agua.

Los resultados de la evapotranspiración calculada por el método de Thorntwaite reflejan una relación directamente proporcional con el área correspondiente a cada estación, la mayor infiltración en este caso es Tembladeras, seguida de Mariano Escobedo, Coatepec, Los Pescados, Xalapa y por último La Joya.

Para calcular el escurrimiento no fue posible realizar aforos, se utilizó una fórmula que si bien no es el mejor método de estimación; da una buena aproximación y una idea de los valores que puede tener el escurrimiento dentro de la microcuenca.

60

(36)

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(40)

ANEXO 1

Factores de corrección en función de la latitud y del mes.

Fuente: Pons Martí, 2004.

(41)

ANEXO 2

Datos utilizados para graficar la variación de la precipitación en cada estación durante el período septiembre del 2008-agosto del 2009.

Estación: Coatepec Coordenadas geográficas: Latitud 19°27'20"N Longitud 96°56'40" W Altitud 1 252 msnm

Estación: La Joya Coordenadas geográficas: Latitud 19°55'00"N Longitud 97°00'00" W Altitud 8 msnm

Mes Precipitación promedio

sep-08 447.30

oct-08 251.90

nov-08 40.5

dic-08 43.80

ene-09 47.20

feb-09 78.50

mar-09 11.80

abr-09 23.6

may-09 128.90

jun-09 327.70

jul-09 128.40

ago-09 496.00

sep-08 353.60

oct-08 131.10

nov-08 45.4

dic-08 42.20

ene-09 44.70

feb-09 61.50

mar-09 19.50

abr-09 73.3

may-09 90

jun-09 331.40

jul-09 129.43

(42)

Estación: Los Pescados Coordenadas geográficas: Latitud 19°38'40"N Longitud 97°09'00"W Alttitud 2 938 msnm

sep-08 245

oct-08 117

nov-08 43

dic-08 20.3

ene-09 18.7

feb-09 52.2

mar-09 0

abr-09 27

may-09 38.3

jun-09 49.8

jul-09 63.7

ago-09 94.8

Estación: Mariano Escobedo Coordenadas geográficas: Latitud 19°29'54.9"N Longitud 96°56'32.4" W Altitud 1 338 msnm

sep-08 276.00

oct-08 148.60

nov-08 47.40

dic-08 30.80

ene-09 49.20

feb-09 48.80

mar-09 10.80

abr-09 440.51

may-09 619.26

jun-09 596.20

jul-09 609.16

(43)

Estación: Tembladeras Coordenadas geográficas: Latitud 19°31'10"N Longitud 97°07'05" W Altitud 3 160 msnm

sep-08 392

oct-08 157.50

nov-08 25

dic-08 11

ene-09 56.00

feb-09 60

mar-09 2

abr-09 19.50

may-09 134

jun-09 225.50

jul-09 277.00

ago-09 328.50

Estación: Xalapa Coordenadas geográficas: Latitud 19°30'43"N Longitud 96°54'14" W Altitud 1 427.0 msnm

sep-08 213.50

oct-08 39877.40

nov-08 41.9

dic-08 39809.90

ene-09 39847.60

feb-09 31.90

mar-09 39879.90

abr-09 97

may-09 40067.40

jun-09 343.90

jul-09 40163.70

(44)

ANEXO 3

Cálculos parciales de la evapotranspiración por estación.

Estación: Coatepec Coordenadas geográficas: Latitud 19°27'20"N Longitud 96°56'40" W Altitud 1 252 msnm Área de influencia: 16497648.52 m2

Mes Temperatura

ambiente Ij Ka a Uj (cm) Uj (m)

Volumen de la Evapotranspiración

(m3) sep-08 16.9 6.321 1.02 1.5408 6.859 0.06859 1131573.71 oct-08 14.5 5.013 1 1.5408 5.311 0.05311 876190.113 nov-08 13.7 4.59 0.93 1.5408 4.5256 0.04526 746617.581 dic-08 12.1 3.811 0.91 1.5408 3.657 0.03657 603319.006 ene-09 11.7 3.622 0.95 1.5408 3.6251 0.03651 602329.147 feb-09 13.5 4.499 0.9 1.5408 4.2815 0.04282 706346.821 mar-09 15.6 5.599 1.03 1.5408 6.1226 0.06123 1010085.03 abr-09 17.3 6.606 1.05 1.5408 7.3852 0.07385 1218384.34 may-09 16.8 6.264 1.13 1.5408 7.5295 0.07530 1242190.45 jun-09 17.1 6.435 1.11 1.5408 7.6007 0.07601 1253936.77 jul-09 18.5 7.249 1.14 1.5408 8.8124 0.08812 1453838.78 ago-09 17.3 6.549 1.11 1.5408 7.7382 0.07738 1276621.04 I= 66.56 Total= 12121432.8

Estación: La Joya Coordenadas geográficas: Latitud 19°55'00"N Longitud 97°00'00" W Altitud 8 msnm Área de influencia: 640207.25 m2

Mes Temperatura

Volumen de Evapotranspiración

(m3) sep-08 11.1 3.345 1.02 0.95715 5.9696 0.05970 38217.812 oct-08 9.1 2.476 1 0.95715 4.8391 0.04839 30980.269 nov-08 7.4 1.81 0.93 0.95715 3.6922 0.03692 23637.7321

(45)

Estación: Los Pescados Coordenadas geográficas: Latitud 19°38'40"N Longitud 97°09'00"W Altitud 2 938 msnm Área de influencia: 5786488.66 m2

I= 35.34 Total= 3503649.446

Mariano Escobedo Coordenadas geográficas: Latitud 19°29'54.9"N Longitud 96°56'32.4" W Altitud 1338 msnm Área de influencia: 33930984.57 m2

Mes Temperatura

(m3) sep-08 9.6 2.685 1.02 1.05809 4.6978 0.04698 271837.6643 oct-08 9.2 2.517 1 1.05809 4.4029 0.04403 254773.3092 nov-08 8.5 2.33 0.93 1.05809 3.7658 0.03766 217907.59

dic-08 7.7 1.923 0.91 1.05809 3.3189 0.03319 192047.7721 ene-09 7.4 1.81 0.95 1.05809 3.3221 0.03322 192232.9398 feb-09 7.9 1.999 0.9 1.05809 3.3727 0.03373 195160.903 mar-09 12.1 3.812 1.03 1.05809 6.0602 0.06060 350672.7858

abr-09 12.5 4.004 1.05 1.05809 6.3942 0.06394 369999.6579 may-09 12.2 3.859 1.13 1.05809 6.7067 0.06707 388082.435

(46)

Estación: Tembladeras Coordenadas geográficas: Latitud 19°31'10"N Longitud 97°07'05" W Altitud 3 160 msnm Área de influencia: 49665309.05 m2

Mes Temperatura

Estación: Xalapa Coordenadas geográficas: Latitud 19°30'43"N Longitud 96°54'14" W Altitud 1 427.0 msnm Área de influencia: 689453.968 m2

I= 66.82 Total= 506015.7769 Mes Temperatura

ambiente Ij Ka a

Uj

(cm) Uj (m)

Volumen de Evapotranspiración (m3) Septiembre 18.08 7 1.02 1.5451 7.5972 0.07597 52379.19686

Octubre 16.13 5.89 1 1.5451 6.2441 0.06244 43050.19522 Noviembre 14.07 4.79 0.93 1.5451 4.7019 0.04702 32417.43612 Diciembre 12.68 4.09 0.91 1.5451 3.9177 0.03918 27010.7381