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28.06.2011 Seite 1Página 1
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
28.06.2011
Elaboración de balances hídricos
Experiencias de PROAGRO en ocho microcuencas
Carlos Montaño - Hans Salm
28.06.2011 Seite 2Página 2
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
UBICACIÓN GENERAL DE LAS
CUENCAS ESTUDIADAS
28.06.2011 Seite 3Página 3
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Área: 144 km2
Altura máxima: 3131 msnm
Altura mínima: 1658 msnm
Cuenca Comarapa
Fuente: Impactos del Cambio Climático en
la cuenca del río Comarapa. PROAGRO,
FAN, Ing. J. Rodríguez, 2011
28.06.2011 Seite 4Página 4
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
El Salto
Área : 18.45 km2
Altura máxima : 2980 msnm
Altura mínima : 2325 msnm
Hío
Área : 14.41 km2
Altura máxima : 2592 msnm
Altura mínima : 2223 msnm
Tapera
Área : 2.84 km2
Altura máxima : 2548 msnm
Altura mínima : 2339 msnm
Cuenca Uchu Chajra
Fuente: Estudio de balance hídrico El Salto-Tapera-Hío, PROAGRO, Ing. J. Rodríguez, 2011
28.06.2011 Seite 5Página 5
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
CUENCAS ESCALERAS –
SAN JORGE
Escaleras
Área : 83.05 km2
Altura máxima : 3000 msnm
Altura mínima : 2100 msnm
San Jorge
Área : 3.5 km2
Altura máxima : 2800 msnm
Altura mínima : 2500 msnm
Fuente: Estudio de balance hídrico Escaleras-San Jorge, PROAGRO, Ing. M.A.Torrico, 2011
28.06.2011 Seite 6Página 6
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Gestión Integral de Cuencas
CUENCA CAIGUA
Área : 26.3 km2
Altura máxima : 1641 msnm
Altura mínima : 577 msnm
Fuente: Estudio de Balance Hídrico cuenca
Caigua. PROAGRO, Ing. V. Roldán, 2011.
28.06.2011 Seite 7Página 7
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Gestión Integral de Cuencas
CUENCA KUYOJ QHOCHA
Área : 6.41 km2
Altura máxima : 4143 msnm
Altura mínima : 3664 msnm
Fuente: Estudio de Balance Hídrico cuencas Comarapa –
Kuyoj Qhocha. PROAGRO, Ing. J. Mamani, 2011.
28.06.2011 Seite 8Página 8
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Gestión Integral de Cuencas
UBICACIÓN POLÍTICA DE LAS CUENCAS ESTUDIADAS
Nº Cuenca Departamento Provincia Municipio
1 Comarapa Santa Cruz M.M.Caballero Comarapa
2 El Salto Cochabamba Campero Aiquile
3 Tapera Cochabamba Campero Aiquile
4 Hío Cochabamba Campero Aiquile
5 Escaleras Chuquisaca B. Boeto Villa Serrano
6 San Jorge Chuquisaca Zudáñez Mojocoya
7 Caigua Tarija Gran Chaco Villa Montes
8 Kuyoj Qhocha Cochabamba Chapare Sacaba
28.06.2011 Seite 9Página 9
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Gestión Integral de Cuencas
ALCANCE DEL TRABAJO SOLICITADO
1. Descripción de las características principales de la cuenca
2. Obtención de datos hidrometeorológicos (SENAMHI)
3. Comprobación de la información de campo
4. Verificación de información hidrológica
5. Determinación de la precipitación en la cuenca
6. Determinación de la evapotranspiración
7. Determinación de la escorrentía
8. Determinación de la infiltración profunda
9. Determinación de los balances hídricos anuales y mensuales
28.06.2011 Seite 10Página 10
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
EL CICLO HIDROLÓGICO
Fuente: Estudio de balance hídrico El Salto-Tapera-Hío, PROAGRO, Ing. J. Rodríguez, 2011
28.06.2011 Seite 11Página 11
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
CONCEPTO DE BALANCE HÍDRICO
Fuente: Estudio de balance hídrico El Salto-Tapera-Hío, PROAGRO, Ing. J. Rodríguez, 2011
28.06.2011 Seite 12Página 12
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Gestión Integral de Cuencas
ECUACIONES DEL BALANCE HÍDRICO UTILIZADAS
CUENCA ECUACIÓN
Comarapa FANPaquete SWAT (Soil and Water
Assessment Tool)
El Salto – Tapera – Hío
Escaleras – San Jorge P = ETa + D + R + S
Caigua
Kuyoj Qhocha/Comarapa
28.06.2011 Seite 13Página 13
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
METODOLOGÍA GENERAL APLICADA
CUENCA MÉTODO
Comarapa FANB.H. calculado por U.R.H.
64 U.R.H. – Escala diaria
El Salto – Tapera – Hío
Escaleras – San Jorge
B.H. calculado para cada pixel de
30x30m e integrado para toda la cuenca.
Escala mensual
Caigua
B.H. para cada uno de 1500 polígonos de
condición hidrológica homogénea.
Escala diaria
Kuyoj Qhocha/Comarapa
Ponderación de características
climatológicas, suelo y uso del suelo de la
cuenca estudiada. Escala mensual
28.06.2011 Seite 14Página 14
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
RESULTADOS DE LOS ESTUDIOS PLUVIOMÉTRICOS
CuencaLluvias anuales
90% 75% 50% 25% 10%
Comarapa FAN Escenarios de CC 659 Escenarios de CC
El Salto 192.4 344.1 548.1 799.0 968.7
Tapera 193.9 347.1 553.3 809.4 984.6
Hío 192.0 343.3 546.1 793.2 957.1
Escaleras 206.7 444.7 769.9 931.0 988.6
San Jorge 107.6 287.9 573.7 808.7 1069.3
Caigua 717.61 933.5 1090.8 1225.9 1346.4
Kuyoj Qhocha 147.4 224.0 494.8 765.6 842.2
Comarapa 2 236.2 464.6 617.0 769.4 997.8
28.06.2011 Seite 15Página 15
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Gestión Integral de Cuencas
CÁLCULOS DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (1)
CUENCA MÉTODO
Comarapa FAN
ETP s/g fórmula de Penman Monteith
ETR s/g coeficientes Kc de la
cobertura vegetal de la cuenca
El Salto – Tapera – Hío
Eto según Penman-Monteith, Hargreaves,
Priestley Taylor
ET real s/g método de De Groen
ET = Min(A + B(Pm – Im), ETP)
(dependiente del contenido de humedad
del suelo)
28.06.2011 Seite 16Página 16
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Gestión Integral de Cuencas
CÁLCULOS DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (2)
CUENCA MÉTODO
Escaleras – San Jorge
ETp s/g fórmula de Thorntwaite-Mather
Si P(ef)+Sa(mes-1)>=ETp, entonces:
ETa=ETp
Caso contrario: ETa=P(ef)+Sa(mes-1)
Caigua Eto según Penman-Monteith
ETc = Kc * ETo
28.06.2011 Seite 17Página 17
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Gestión Integral de Cuencas
CÁLCULOS DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN (3)
CUENCA MÉTODO
Comarapa –
Kuyoj Qhocha
ETp s/g fórmula de Penman-Monteith
ETR por métodos:
- Kc (Penman-Monteith)
- Turc
- Costa Rica
- Coutagne
28.06.2011 Seite 18Página 18
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Gestión Integral de Cuencas
ESTIMACIÓN DEL ESCURRIMIENTO (1)
CUENCA MÉTODO
Comarapa FAN
Número de Curva del NRCS (SCS)
Calibración con período de registro
de 10 años de lluvias diarias
El Salto – Tapera – Hío –
Escaleras – San Jorge –
Kuyoj Qhocha –
Comarapa (2)
Q = C * P
Coeficientes de escorrentía aplicados a
datos mensuales, según tabla NRCS:
- Vegetación
- Suelo (velocidad de infiltración)
- Pendiente
)8.0(
)2.0( 2
SP
SPQ
28.06.2011 Seite 19Página 19
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Gestión Integral de Cuencas
ESTIMACIÓN DEL ESCURRIMIENTO (2)
CUENCA MÉTODO
Caigua
Número de Curva del NRCS (SCS)
Cálculo de escurrimientos diarios según
números de curva espacio-temporales
para los más de 1500 polígonos
analizados
)8.0(
)2.0( 2
SP
SPQ
28.06.2011 Seite 20Página 20
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Gestión Integral de Cuencas
RESULTADOS DEL BALANCE HÍDRICO PARA
LLUVIA MEDIA ANUAL (1)
Cuenca
Lluvia
(mm)
(%)
ETR
(%)
Flujo
Superficial
(%)
Flujo
Lateral
(subsuperf)
Percolación
PérdidasFlujo
baseProfunda
Comarapa
FAN
659
100%50% 14% 11% 21.6% 0.4% 3%
El Salto548.1
100%51.5% 24.0% 21.3% 2.7%
Tapera553.3
100%53.2% 18.89% 24.3% 6.1%
Hío546.1
100%47.7% 21.2% 27.6% 1.6%
Escaleras769.9
100%59.2% 40.8%
28.06.2011 Seite 21Página 21
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Gestión Integral de Cuencas
RESULTADOS DEL BALANCE HÍDRICO PARA
LLUVIA MEDIA ANUAL (2)
Cuenca
Lluvia
(mm)
(%)
ETR
(%)
Flujo
Superficial
(%)
Flujo
Lateral
(subsuperf)
Percolación/
Infiltración
PérdidasFlujo
baseProfunda
San Jorge573.7
100%57.9% 42.1%
Caigua1096
100%84.8% 15.7% 18.8% 65.5%
Comarapa
(2)
617.0
100%80.7% 25.1% - 5.8%
Kuyoj
Qhocha
494.8
100%80.4% 22.9% - 3.3%
28.06.2011 Seite 22Página 22
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
RESULTADOS DEL BALANCE HÍDRICO PARA
LLUVIA DE PROBABILIDAD 75% (1)
Cuenca
Lluvia
(mm)
(%)
ETR
(%)
Flujo
Superficial
(%)
Flujo
Lateral
(subsuperf)
Percolación
PérdidasFlujo
baseProfunda
Comarapa
FAN-6%Pm +3% -20% -9% -17% -17% -23%
El Salto344.1
100%16.5%
Tapera347.1
100%12.9%
Hío343.3
100%14.6%
Escaleras444.7
100%62.4% 37.6%
28.06.2011 Seite 23Página 23
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
RESULTADOS DEL BALANCE HÍDRICO PARA
LLUVIA DE PROBABILIDAD 75% (2)
Cuenca
Lluvia
(mm)
(%)
ETR
(%)
Flujo
Superficial
(%)
Flujo
Lateral
(subsuperf)
Percolación/
InfiltraciónPérdidas
(Ia)Flujo
baseProfunda
San Jorge287.9
100%53.5% 46.57%
Caigua934.0
100%99.2% 10.0% 14.9% 75.0%
Comarapa
(2)
464.6
100%107.2% 16.3% - 23.5%
Kuyoj
Qhocha
224.0
100%177.7% 8.1% - 85.8%
28.06.2011 Seite 24Página 24
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
RESULTADOS DEL BALANCE HÍDRICO PARA
LLUVIA DE PROBABILIDAD 25% (1)
Cuenca
Lluvia
(mm)
(%)
ETR
(%)
Flujo
Superficial
(%)
Flujo
Lateral
(subsuperf)
Percolación
PérdidasFlujo
baseProfunda
Comarapa
FAN-3%Pm +3% -11% -4% -9% -9% -15%
El Salto799.0
100%33.1%
Tapera809.4
100%26.0%
Hío793.2
100%29.2%
Escaleras931.0
100%67.56% 32.44%
28.06.2011 Seite 25Página 25
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
RESULTADOS DEL BALANCE HÍDRICO PARA
LLUVIA DE PROBABILIDAD 25% (2)
Cuenca
Lluvia
(mm)
(%)
ETR
(%)
Flujo
Superficial
(%)
Flujo
Lateral
(subsuperf)
Percolación/
InfiltraciónPérdidas
(Ia)Flujo
baseProfunda
San Jorge808.7
100%53.7% 46.3%
Caigua1226.0
100%75.6% 21.0% 18.4% 60.7%
Comarapa
(2)
769.4
100%64.7% 20.9% - 14.4%
Kuyoj
Qhocha
765.6
100%52.0% 28.9% - 19.1%
28.06.2011 Seite 26Página 26
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
El tema de la información meteorológica
Cobertura de estaciones meteorológicas e hidrológicas
SENAMHI: ≈ 300 estaciones
meteorológicas
Una estación / 3660 km2
Microcuenca: < 100 km2
COMENTARIOS
28.06.2011 Seite 28Página 28
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Calidad de datos
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ANUAL
2000 116,0 82,0 151,0 16,0 0,0 0,0 0,0 2,0 22,0 28,0 23,0 185,0 625,0
2001 151,5 149,0 149,0 21,0 0,0 0,0 5,0 2,0 831,0 5,0 32,0 107,0 1452,5
2002 34,0 341,0 95,0 9,0 0,0 0,0 5,0 0,0 40,8 46,0 18,0 39,0 627,8
2003 88,0 155,0 126,0 5,0 3,0 3,0 0,0 0,0 28,0 0,0 25,0 183,0 616,0
2004 46,0 32,0 17,0 48,0 2,0 0,0 5,0 0,0 0,0 3,0 28,0 72,0 253,0
2005 157,0 76,0 24,0 50,0 2,0 0,0 6,0 0,0 12,0 17,0 46,0 148,0 538,0
2006 156,0 55,0 65,0 63,0 0,0 0,0 0,0 10,0 15,0 33,7 15,0 139,0 551,7
2007 82,0 102,0 78,0 95,0 33,0 0,0 10,0 0,0 26,0 49,0 52,0 99,0 626,0
2008 212,0 78,0 65,0 70,0 0,0 0,0 1,0 22,0 0,0 36,0 25,0 84,0 593,0
2009 113,0 166,0 49,5 0,0 0,0 0,0 2,0 2,0 0,0 27,0 29,0 82,0 470,5
MEDIA 115,6 123,6 82,0 37,7 4,0 0,3 3,4 3,8 97,5 24,5 29,3 113,8 635,4
28.06.2011 Seite 29Página 29
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Limitaciones en el uso de metodologías
Estimación de la precipitación: Método de Thiessen / interpolación
x
x
x 1639 mm
1910 mm
x
1394 mm
x
1077 mm
28.06.2011 Seite 30Página 30
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Limitaciones en el uso de metodologías
Estimación de la precipitación: Método de Thiessen / interpolación
x
¿>2000 mm?
x
x 1639 mm
1910 mm
x
1394 mm
x
1077 mm
28.06.2011 Seite 31Página 31
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Limitaciones en el uso de metodologías
Estimación de la precipitación: Método de Thiessen / interpolación
x
600 mm
x
x 1639 mm
1910 mm
x
1394 mm
x
1077 mm
28.06.2011 Seite 32Página 32
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Limitaciones en el uso de metodologías
Estimación de la precipitación: Método de Thiessen / interpolación
Viloco
x
600 mm Choquetanga Chico
Angostura x
x 1639 mm
1910 mm
Humapalca
x
1394 mm Miguillas
x
1077 mm
28.06.2011 Seite 33Página 33
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Necesidad de verificación de datos
Control de calidad de datos:
-Comparación de datos con estaciones cercanas
-Método de doble masa
Trabajo de campo
-Comparación de ecosistemas
-Consultas a pobladores
Realización de mediciones
-Incentivo a la obtención de datos meteorológicos
-Medición de niveles de agua en presas
28.06.2011 Seite 34Página 34
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
El dilema de la determinación de la evapotranspiración
Objetivo:
Evapotranspiración potencial – óptima humedad del suelo durante todo el año
Evapotranspiración de referencia – para cálculo de la evapotranspiración de cultivo
Evapotranspiración real en microcuencas
No hay muchos datos de la evapotranspiración de unidades de vegetación naturales
Penman
Penman-MonteithHargreaves
Papadakis
TurcBlaney y Criddle
Thornthwaite
Coutagne
28.06.2011 Seite 35Página 35
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
El problema de la escorrentía
LA ESCORRENTÍA SE CALCULA PARA TORMENTAS
Número de curva
Valor que depende de la cobertura vegetal, pendiente, tipo de suelo (velocidad de
infiltración), estado de humedad del suelo
Relaciona la precipitación con el escurrimiento
Coeficiente de escorrentía
Factor que considera el tipo de vegetación, el tratamiento de la tierra, condición
hidrológica y tipo de suelo
Indica el porcentaje de una lluvia que escurre
Restricciones:
- Información sobre suelos y vegetación
- Coeficientes de escorrentía utilizados
28.06.2011 Seite 36Página 36
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA SEGÚN NRCS (1)
28.06.2011 Seite 37Página 37
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA SEGÚN NRCS (2)
VegetaciónVelocidad
de Infiltrac.
Pendiente en %
< 1 1 - 5 5 - 20 20 - 50 >50
Bosques y vegetacióndensa
Alto 0,0 0,1 0,2 0,2 0,2
Moderado 0,2 0,3 0,4 0,4 0,4
Bajo 0,4 0,4 0,4 0,5 0,6
Pastos y bosques abiertos
Alto 0,2 0,2 0,2 0,3 0,4
Moderado 0,4 0,4 0,4 0,5 0,6
Bajo 0,4 0,4 0,4 0,5 0,6
Cultivos
Alto 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4
Moderado 0,4 0,4 0,5 0,6 0,6
Bajo 0,5 0,6 0,6 0,6 0,7
Sin vegetación
Alto 0,1 0,2 0,2 0,2 0,3
Moderado 0,3 0,4 0,4 0,4 0,5
Bajo 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6
28.06.2011 Seite 38Página 38
PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
COMENTARIOS FINALES
1. Absoluta necesidad de calibración de los resultados,
sobre todo del componente escurrimiento del B.H. (series
continuas de aforos)
2. Balance entre profundidad del análisis y generalización
de metodologías para su uso por técnicos generales
3. Necesidad de acceso a la información climatológica e
hidrometeorológica del SENAMHI, sin costo
4. Necesidad de ampliar la red de estaciones de
observación hidrometeorológica
5. Necesidad de mejorar la calidad de las observaciones
6. Análisis sobre la aplicación de los balances hídricos,
sobre todo en proyectos de aprovechamiento de recursos
hidráulicos.