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Master Thesis ǀ Tesis de Maestría submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg Caracterización hidrológica de la cuenca alta del Río Sibimbe (Bolívar, Ecuador), con fines de riego Hydrological characterization of the upper basin of the Sibimbe River (Bolívar, Ecuador) for irrigation purposes by/por

Carlos Vinicio Sanabria Yepez No.: 01633708 A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science (Geographic Information Science and Systems) – MSc (GIS) MSc Advisor ǀ Supervisor: Anton Eitzinger PhD Guayaquil - Ecuador, 07 de Julio del 2020

COMPROMISO DE CIENCIA

Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.

___________________________

(Guayaquil, 07 de Julio del 2020)

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por darme la oportunidad de aprender y poder servir a los demás con mis conocimientos, por poner en mi vida a tantas personas que me motivan y están siempre dispuestos ayudarme; como lo son mi familia y amigos.

A mi tutor, Jefferson Valencia y al Ing. Jorge Rubiano por ser quienes me encaminaron en esta investigación y me ayudaron a esclarecer dudas, que me permitieron obtener un conocimiento acertado.

Finalmente, a cada una de las personas que me acompañaron a conseguir esta anhelada meta en especial a mi amigo Mario Domínguez, a mi esposa Esther Vélez y a mi hija Ainhoa Sanabria.

DEDICATORIA El presente trabajo de investigaciรณn estรก dedicado a Dios y a mi familia, en especial a mis adorados padres, Vinicio y Annabelle; ya que ellos siempre me han brindado su ayuda incondicional en mi vida cotidiana y profesional.

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RESUMEN El propósito de la presente investigación de tesis fue llevar a cabo la caracterización hidrológica de la cuenca alta del río Sibimbe con fines de riego, la cual está localizada en la provincia de Bolívar (Ecuador). En una superficie de 397.29 km 2, el 49% de su superficie está dedicada a actividades agrícolas. Además, su frontera agrícola se está extendiendo año tras año, sin tener en cuenta la oferta y demanda de agua en la zona. Por esta razón, para estimar los principales parámetros morfométricos, se llevó a cabo una caracterización hidrológica de la cuenca alta del río Sibimbe mediante el uso de herramientas SIG. Adicionalmente, luego de esto se realizó un balance hídrico espacial mensual, adaptado a los conceptos desarrollados por la FAO y a la situación actual de la zona. En primer lugar, la investigación permitió identificar dos etapas en cuanto a la oferta y demanda de agua. Por un lado, de febrero a mayo existe excedente de agua, y por el otro, de junio a enero existe déficit de agua. Basado en el método de número de curva del Servicio de Conservación de Suelos (SCS), se aplicó un modelo de escorrentía mensual directa como parte del balance hídrico principal. El método anteriormente mencionado permitió conocer que la cantidad de agua superficial aportada al caudal del río Sibimbe es de 25,426,560 m3 por año. En segundo lugar, basado en la metodología de la FAO, que tiene en cuenta la evapotranspiración de referencia (Eto), el coeficiente de cultivo único (Kc), la precipitación efectiva (PE), y la eficiencia del sistema de riego, se determinaron los requerimientos de riego de los principales cultivos (pasto, frutales, cereales, maíz y hortalizas), los cuales fueron de 22,263,951.28 m3 por año. Con base a los resultados de esta investigación, se puede concluir que, a través de la comparación de la escorrentía y los requerimientos de riego en la cuenca alta del río Sibimbe, los cultivos pueden satisfacerse totalmente durante el año. Por lo tanto, las entidades públicas ecuatorianas deben priorizar la intervención en la zona de acuerdo al ámbito de sus competencias, con la finalidad de brindar una sostenibilidad a través del tiempo.

Palabras claves: Cuenca, excedentes, déficits, riego, cultivos, escorrentía.

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SUMMARY The present thesis research carried out a hydrological characterization of the upper Sibimbe River basin (located in the province of BolĂ­var, Ecuador) with irrigation purposes. In a surface of 397.29 km2, 49% of its area is dedicated to agricultural activities. Furthermore, its agricultural frontier is nowadays being expanded every year without taking into consideration two important aspects: demand and supply of water in the zone. For this reason and in order to estimate the main morphometric parameters, a hydrological characterization of the upper Sibimbe River basin was carried out by using GIS tools. In addition, a monthly spatially-distributed water balance was performed later on, which was adapted to the concepts developed by FAO and the current situation of the area. First of all, the investigation allowed us to identify two relevant aspects regarding the demand and supply of water. On one hand, from February to May, an excess of water supply exists, and on the other hand, from June to January, deficits of water are evidenced. Based on the curve number method of the Soil Conservation Service (SCS), a model of direct monthly runoff was applied as part of the main water balance, which allowed us to identify that the quantity of superficial water contributed to the flow of the Sibimbe River is 25,426,560 m3 per year. Secondly, based on the FAO methodology, which takes into consideration the reference evapotranspiration (ETo), the unique crop coefficient (Kc), effective precipitation (PE), and the efficiency of the irrigation system, the irrigation requirements of the main crops (grass, fruit trees, cereals, corn and vegetables) were determined to be of 22,263,951.28 m3 per year. On the basis of the results of this research, it is concluded that through the comparison of the runoff and the irrigation requirements in the upper Sibimbe River basin, the crops are can be totally satisfied among the year. Therefore, Ecuadorian public entities should prioritize the intervention area according to the scope of their competences, with the purpose of providing sustainability through time.

Keywords: Basin, surpluses, deficits, irrigation, crops, runoff.

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN ............................................................................................................. 5 SUMMARY ............................................................................................................. 6 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 18 1.1. ANTECEDENTES ........................................................................................ 18 1.2. OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN .................................... 19 1.2.1. Objetivo general ........................................................................................ 19 1.2.2. Objetivos específicos ................................................................................. 19 1.2.3. Preguntas de investigación ........................................................................ 19 1.3. HIPÓTESIS .................................................................................................. 19 1.4. JUSTIFICACIÓN .......................................................................................... 19 1.5. ALCANCE .................................................................................................... 21

2. REVISIÓN DE LITERATURA ......................................................................... 23 2.1. CUENCA HIDROGRÁFICA .......................................................................... 23 2.2. MODELO DIGITAL DEL TERRENO Y MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN . 24 2.3. PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS DE UNA CUENCA HIDROGRÁFICA .. 25 2.3.1. Área de la cuenca (A) ................................................................................. 25 2.3.2. Perímetro de la cuenca (P) ......................................................................... 25 2.3.3. Longitud axial (La) y ancho promedio de la cuenca (W)............................. 26 2.3.4. Pendiente de la cuenca .............................................................................. 26 2.3.5. Factor forma de Horton (Kf)........................................................................ 27 2.3.6. Índice de compacidad (Índice de Gravelious - Kc) ..................................... 28 2.3.7. Densidad de drenaje (Dd) .......................................................................... 28 2.3.8. Curva hipsométrica .................................................................................... 29 2.4. DISTRIBUCIÓN DE AGUA EN UNA CUENCA HIDROGRÁFICA .................. 30 2.4.1. Balance Hídrico .......................................................................................... 30 2.4.2. Consideraciones para realizar un balance hídrico en una cuenca hidrográfica........................................................................................................... 31 2.4.3. Formas y métodos para realizar balance hídrico aplicado en cuencas hidrográficas ......................................................................................................... 32

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2.5. ESCORRENTÍA SUPERFICIAL CON FINES DE RIEGO .............................. 36 2.5.1. Métodos efectuados para el cálculo de la escorrentía directa .................... 36 2.6. REQUERIMIENTOS DE RIEGO DE LOS CULTVOS ................................... 47 2.6.1 Coeficiente de cultivo (Kc) ........................................................................... 48 2.6.2 Evapotranspiración del cultivo (ETc) ........................................................... 48 2.6.3 Precipitación efectiva .................................................................................. 49

3. METODOLOGÍA ............................................................................................ 50 3.1. DESCRIPCIÓN Y LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ..................... 50 3.2. FLUJOGRAMA DE LA METODOLOGÍA ...................................................... 52 3.3. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA ........................................................ 55 3.3.1. Delimitación y caracterización de la cuenca hidrográfica ........................... 55 3.3.2. Determinación de parámetros morfométricos ............................................. 58 3.3.3. Determinación del balance hídrico ............................................................. 64 3.3.4. Determinación de la escorrentía directa por medio del método de número de curva ............................................................................................................... 67 3.3.5. Determinación de los requerimientos de riego de los cultivos .................... 69

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS .......................................................................... 72 4.1. RESULTADOS ............................................................................................. 72 4.1.1. Delimitación de la cuenca hidrográfica ...................................................... 72 4.1.2. Parámetros morfométricos de la cuenca alta del río Sibimbe .................... 73 4.1.3. Balance hídrico de la cuenca alta del río Sibimbe ..................................... 75 4.1.4. Escurrimiento superficial en la cuenca alta del río Sibimbe ....................... 83 4.1.5. Requerimiento de riego de los cultivos ...................................................... 87 4.2. ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................................... 97 4.2.1. Delimitación de la cuenca hidrográfica ...................................................... 97 4.2.2. Obtención de parámetros morfométricos de la cuenca alta del río Sibimbe 98 4.2.3. Balance hídrico de la cuenca hidrográfica ................................................. 98 4.2.4. Escurrimiento superficial en la cuenca alta del río Sibimbe ..................... 101 4.2.5. Requerimientos de riego de los cultivos .................................................. 102

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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................................. 108 5.1. CONCLUSIONES ...................................................................................... 108 5.2. RECOMENDACIONES .............................................................................. 110

6. REFERENCIAS ............................................................................................ 112

ANEXOS ............................................................................................................ 119

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LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Cuenca hidrográfica y su divisoria de aguas ................................... 23 Ilustración 2. Modelo Digital de Elevación ............................................................ 25 Ilustración 3. Transformación de una cuenca en un rectángulo ........................... 27 Ilustración 4. Curva hipsometría y frecuencia de altitudes ................................... 29 Ilustración 5. Curva hipsometría de acuerdo a la edad del río ............................. 30 Ilustración 6. Calculo de la escorrentía en función de la precipitación y el número de curva ............................................................................................................... 43 Ilustración 7. Localización de la cuenca alta del río Sibimbe. .............................. 51 Ilustración 8. Diagrama de la metodología. .......................................................... 54 Ilustración 9. Página EarthExplorer de la USGS para obtención de datos SRTM 55 Ilustración 10. Pre-procesamiento del SRTM en ArcGIS ..................................... 56 Ilustración 11. Aplicación de la herramienta Flow Direction ................................. 56 Ilustración 12. Aplicación de la herramienta Watershed ....................................... 58 Ilustración 13. MDE de la cuenca reclasificado .................................................... 61 Ilustración 14. Cuenca hidrográfica del río Sibimbe ............................................. 72 Ilustración 15. Curva hipsométrica y frecuencia de altitudes de la cuenca del río Sibimbe ................................................................................................................ 75 Ilustración 16. Humedad disponible del suelo en la cuenca alta del río Sibimbe . 76 Ilustración 17. Balance hídrico correspondiente al mes de enero en la cuenca alta del río Sibimbe ..................................................................................................... 77 Ilustración 18. Balance hídrico correspondiente al mes de febrero en la cuenca alta del río Sibimbe ..................................................................................................... 78 Ilustración 19. Balance hídrico correspondiente al mes de marzo en la cuenca alta del río Sibimbe ..................................................................................................... 78 Ilustración 20. Balance hídrico correspondiente al mes de abril en la cuenca alta del río Sibimbe ........................................................................................................... 79 Ilustración 21. Balance hídrico correspondiente al mes de mayo en la cuenca alta del río Sibimbe ..................................................................................................... 79 Ilustración 22. Balance hídrico correspondiente al mes de junio en la cuenca alta del río Sibimbe ..................................................................................................... 80

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Ilustración 23. Balance hídrico correspondiente al mes de julio en la cuenca alta del río Sibimbe ........................................................................................................... 80 Ilustración 24. Balance hídrico correspondiente al mes de agosto en la cuenca alta del río Sibimbe ..................................................................................................... 81 Ilustración 25. Balance hídrico correspondiente al mes de septiembre en la cuenca alta del río Sibimbe ............................................................................................... 81 Ilustración 26. Balance hídrico correspondiente al mes de octubre en la cuenca alta del río Sibimbe ..................................................................................................... 82 Ilustración 27. Balance hídrico correspondiente al mes de noviembre en la cuenca alta del río Sibimbe ............................................................................................... 82 Ilustración 28. Balance hídrico correspondiente al mes de diciembre en la cuenca alta del río Sibimbe ............................................................................................... 83 Ilustración 29. Uso y cobertura de suelos en la cuenca alta del rio Sibimbe ........ 84 Ilustración 30. Textura de suelo en la cuenca alta del río Sibimbe....................... 84 Ilustración 31. Número de curva (NC) en la cuenca alta del rio Sibimbe ............. 85 Ilustración 32. Escorrentía correspondiente a los meses de enero, febrero, marzo y abril en la cuenca alta del río Sibimbe .................................................................. 86 Ilustración 33. Escorrentía correspondiente a los meses de mayo, junio, julio y agosto en la cuenca alta del río Sibimbe .............................................................. 86 Ilustración 34. Escorrentía correspondiente a los meses de septiembre, octubre, noviembre, diciembre en la cuenca alta del río Sibimbe ...................................... 87 Ilustración 35. Cultivos desarrollados en la cuenca alta del río Sibimbe .............. 88 Ilustración 36. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de enero y febrero .................................................................................... 89 Ilustración 37. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de marzo y abril ........................................................................................ 89 Ilustración 38. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de mayo y junio ......................................................................................... 90

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Ilustración 39. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de julio y agosto ........................................................................................ 90 Ilustración 40. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de septiembre y octubre ........................................................................... 91 Ilustración 41. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de noviembre y diciembre ......................................................................... 91 Ilustración 42. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de enero y febrero ............ 92 Ilustración 43. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de marzo y abril ................ 93 Ilustración 44. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de mayo y junio ................ 93 Ilustración 45. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de julio y agosto ............... 94 Ilustración 46. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de septiembre y octubre ... 94 Ilustración 47. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de noviembre y diciembre 95 Ilustración 48. Requerimientos de riego en los cultivos que se desarrollan en la cuenca alta del río Sibimbe durante los meses de enero, febrero, marzo y abril . 96 Ilustración 49. Requerimientos de riego en los cultivos que se desarrollan en la cuenca alta del río Sibimbe durante los meses de mayo, junio, julio y agosto ..... 96 Ilustración 50. Requerimientos de riego en los cultivos que se desarrollan en la cuenca alta del río Sibimbe durante los meses de septiembre, octubre, noviembre y diciembre ........................................................................................................... 97 Ilustración 51. Escorrentía superficial en la cuenca alta del río Sibimbe ............ 103 Ilustración 52. Requerimientos de riego por cada cultivo desarrollado en la cuenca alta del río Sibimbe ............................................................................................. 106 Ilustración 53. Escorrentía vs requerimientos de riego en la cuenca alta del río Sibimbe .............................................................................................................. 107

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Clases de valores de forma .................................................................... 27 Tabla 2. Valores de índice compacidad ............................................................... 28 Tabla 3. Clases de densidad drenaje ................................................................... 29 Tabla 4. Coeficientes de escorrentía en base al tipo de vegetación .................... 37 Tabla 5. Coeficientes de escorrentía para zonas urbanas ................................... 38 Tabla 6. Condición hidrológica ............................................................................. 40 Tabla 7.Clasificación hidrológica de los suelos .................................................... 41 Tabla 8. Valores de número de curva tomando en consideración la condición de humedad antecedente II ....................................................................................... 43 Tabla 9. Condición de humedad antecedente. ..................................................... 44 Tabla 10. Constantes a ser aplicadas para el cálculo de la escorrentía a nivel mensual ................................................................................................................ 46 Tabla 11. Calendario de siembra y coeficientes únicos de cultivo kc ................... 70 Tabla 12. Parámetros morfométricos de la cuenca alta del río Sibimbe. ............. 73 Tabla 13. Datos para determinar la curva hipsométrica de la Cuenca alta del río Sibimbe ................................................................................................................ 74 Tabla 14. Escorrentía superficial en la cuenca alta del río Sibimbe ................... 103 Tabla 15. Requerimientos de riego por cada cultivo desarrollado en la cuenca alta del río Sibimbe ................................................................................................... 105 Tabla 16. Parámetros para determinar de la humedad disponible en el suelo de la cuenca alta del río Sibimbe ................................................................................ 119 Tabla 17. Determinación del número de curva para el cálculo de escorrentía directa ........................................................................................................................... 122

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GLOSARIO

Albarrada: Pozo o laguna construida por el hombre para poder almacenar agua lluvias en época invernal y poder utilizar esta agua en épocas de verano.

Análisis morfométrico: Es el estudio de un conjunto de variables lineales, de superficie, de relieve y drenaje; que permite conocer las características físicas de una cuenca.

Atributo: Característica que posee un objeto o entidad.

Balance hídrico: Es el equilibrio entre todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo.

Cuenca hidrográfica: Es un área de terreno que drena agua en un punto común, como un riachuelo, arroyo, río o lago cercano.

Cauce: Es el espacio o concavidad de un terreno por donde circula un rio.

Curvas de nivel: Son líneas en un plano que conectan puntos con cotas de igual valor de altura.

Delimitación: Dar límites a un espacio de terreno o territorio.

Divisoria de aguas o topográfica: Separación de dos vertientes o cuencas hidrográficas.

Escorrentía: Es la lámina de agua que circula sobre la superficie en una cuenca de drenaje.

Evapotranspiración: Proceso en que el agua del suelo vuelve a la atmósfera como consecuencia de la evaporación y transpiración de las plantas.

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Numero de curva: Es un modelo empírico desarrollado por el Servicio de Conservación de Suelos de Estados Unidos para determinar la escorrentía en un determinado tipo de cobertura de suelo.

Pendiente: Inclinación de un terreno, la cual se puede expresar en porcentajes o en grados.

Precipitación: Se refiere a la caída natural de agua desde la atmosfera al suelo en cualquiera de sus estados.

Pixel: Es la unidad más pequeña y diminuta de una imagen digital, el conjunto de ellas forma una imagen completa.

Punto de desfogue o cierre de la cuenca: Es el punto donde llegan todas las aguas de una cuenca.

Raster: Consta de una matriz de celdas (o píxeles) organizadas en filas y columnas (o una cuadrícula) en la que cada celda contiene un valor que representa información.

Ríos tributarios: Son aquellos que no desembocan en el mar sino en otro rio de mayor importancia.

Río principal: Es aquel que desemboca al mar y al cual drenan otros ríos tributarios o de menor importancia.

Shapefile: Es un formato de almacenamiento de datos vectoriales de Esri para almacenar la ubicación, la forma y los atributos de las entidades geográficas.

Uso consuntivo: Son aquellos usos en los que el agua no puede volver a utilizarse.

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ACRÓNIMOS AMC

Antecedent Moisture Conditions

CGSIN

Coordinación General del Sistema de Información Nacional

CORTOLIMA

Corporación Autónoma Regional del Tolima

ES

Escorrentía Superficial

ETc

Evapotranspiración del Cultivo

ETo

Evapotranspiración de Referencia

FAO

Organización de las Naciones Unidas para la alimentación y la agricultura

GAD

Gobierno Autónomo Descentralizado

GADPB

Gobierno Autónomo Descentralizado de la provincia de Bolívar

HAi

Humedad antecedente

IGM

Instituto Geográfico Militar

INAMHI

Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología

Kc

Coeficiente del cultivo

MAG

Ministerio de Agricultura y Ganadería

MDE

Modelo Digital de Elevación

MDT

Modelo Digital del Terreno

NC

Número de curva

PDOT

Plan de Desarrollo y Ordenamiento Territorial

Pe

Precipitación efectiva

PIT

Proyecto de Irrigación Tecnificada

PP

Percolación Profunda

SCS

Servicio de Conservación de Suelos

SENAGUA

Secretaría Nacional del Agua

SIG

Sistema de Información Geográfica

SRD

Subsecretaria de Riego y Drenaje

SRTM

Shuttle Radar Topography Mission

SWAT

Soil and Water Assessment Tool

URH

Unidad de Respuesta Hidrológica

USDA

United States Department of Agriculture

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USGS

Servicio Geolรณgico de Estados Unidos

UTM

Universal Transverse Mercator

18

1.

1.1.

INTRODUCCIÓN

ANTECEDENTES

A nivel mundial, el manejo sostenible de cuencas hidrográficas es de vital importancia, ya que permite aprovechar los recursos naturales disponibles en forma equilibrada, sin causar daño al ambiente (Umaña, 2002).

En Ecuador, los estudios referentes a cuencas hidrográficas son limitados y en ocasiones se centran en un tema específico, por lo que realizar una planificación que brinde un manejo sostenible de los recursos naturales se torna difícil.

La provincia de Bolívar, ubicada en la sierra central del país, presenta una topografía muy irregular donde se originan varias cuencas hidrográficas, entre las cuales está la cuenca alta del río Sibimbe, que es aportante de la cuenca del río Guayas, la más grande e importante del país.

El área de la cuenca alta del río Sibimbe es una zona potencial de producción agrícola en el subtrópico de la provincia de Bolívar, asentándose en ella los cantones de Echeandía y Guaranda que poseen una población total de 103,991 habitantes (INEC, 2010). El Plan de Desarrollo y Ordenamiento Territorial - PDOT - del cantón Guaranda indica que el 51% de la cobertura vegetal del cantón está identificado como tierras agropecuarias, las cuales sufren un déficit hídrico de alrededor de 5 a 25 mm anuales (Torres, 2011). Así mismo el PDOT del cantón Echeandía menciona que el 95% de la cobertura vegetal del cantón está identificado como tierras agropecuarias y el 32.69% sufre de un déficit hídrico considerable, lo que se traduce en la incapacidad para realizar siembras en el verano (Escudero, 2015).

La principal actividad realizada por los habitantes de la zona es la agricultura, sin lograr alcanzar rendimientos óptimos en sus cosechas debido a algunos problemas de carácter técnico; entre los cuales se encuentra el acceso planificado al agua para riego.

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1.2.

OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN

1.2.1. Objetivo general Caracterizar la hidrología de la cuenca alta del río Sibimbe (Bolívar, Ecuador) con fines de riego.

1.2.2. Objetivos específicos 

Realizar un análisis morfométrico de la cuenca alta del río Sibimbe.



Determinar el balance hídrico y los volúmenes de escurrimiento superficial en la cuenca alta del río Sibimbe.



Establecer los requerimientos de riego de los principales cultivos sembrados en la cuenca alta del río Sibimbe.

1.2.3. Preguntas de investigación ¿Cuáles son las características morfométricas de la cuenca alta del río Sibimbe? ¿Qué valores mensuales se obtienen del balance hídrico de la cuenca alta del río Sibimbe y cuál es su oferta hídrica en cuanto a escurrimiento superficial? ¿Cuáles son los requerimientos de riego en los principales cultivos sembrados en la cuenca alta del río Sibimbe?

1.3.

HIPÓTESIS

El volumen de escurrimiento generado en la cuenca alta del río Sibimbe satisface al menos el 50% de los requerimientos de riego de los principales cultivos sembrados en dicha área de estudio.

1.4.

JUSTIFICACIÓN

En la actualidad no se ha realizado ningún tipo de estudio en la cuenca alta del río Sibimbe, a pesar de poseer una superficie inminentemente agrícola, que de acuerdo a la Subsecretaria de Riego y Drenaje – SRD -, del Ministerio de Agricultura

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– MAG - y a la Coordinación General del Sistema de Información Nacional - CGSIN(2014) está alrededor de las 15,000 ha cultivables. Esta falta de estudios hace que la distribución de agua para riego no sea la adecuada para garantizar una sostenibilidad a través del tiempo.

En el área de estudio, la mayor actividad desarrollada por los habitantes está relacionada con la parte agrícola de acuerdo a los resultados del levantamiento de información de uso y cobertura del suelo ejecutados por el MAG, a través de SRDCGSIN (2014). En este estudio, se ve reflejado que los cultivos principales sembrados en la zona son: misceláneo de frutales (cítricos), misceláneo de cereales, caña de azúcar, maíz, entre otros.

Estos cultivos se encuentran sembrados en los alrededores del cantón Echeandía y Guaranda, destacando que son considerados como los proveedores de frutas a nivel nacional junto con el cantón Caluma, contribuyendo de gran manera en la soberanía alimentaria del país, al igual que en su economía, ya que gran parte de estos productos son exportados a otros países.

Cabe mencionar que la producción de los cultivos en la zona tiende a descender de manera considerable en los meses de verano, comprendidos de Junio a Noviembre, ya que el PDOT del Gobierno Autónomo Descentralizado – GAD - del cantón Guaranda indica que durante esta época los agricultores prefieren no arriesgarse a sembrar cultivos de ciclo corto, debido a que no cuentan con un sistema de riego capaz de satisfacer los requerimientos de riego de los cultivos (Torres, 2011). De igual manera, el PDOT del GAD del cantón Echeandía menciona que el 32.69% de las personas que siembran cultivos de ciclo corto prefieren no hacerlo durante estos meses, debido a que carecen de un sistema de riego e infraestructuras que permitan almacenar agua durante la época de escasez (Escudero, 2015). A su vez la gestión del recurso hídrico es inadecuada, ya que el agua procedente de las escorrentías superficiales no es aprovechada de manera eficiente por parte de las personas que habitan en el lugar, dejando que éstas se pierdan por evaporación y filtración durante su curso, hasta alcanzar otras corrientes a las que se suman. Según la Secretaria Nacional del Agua – SENAGUA-

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(2019), en ciertos sectores de las cuencas hidrográficas algunas personas por falta de cultura y desconocimiento incurren en el acaparamiento del agua para riego, realizando desvíos y represamientos principalmente en los ríos tributarios, lo cual afecta de manera significativa a las personas que se encuentran aguas abajo. Por estas razones, esta investigación pretende brindar un aporte sustancial a las entidades públicas del país, en especial a la SENAGUA y al MAG, para que trabajen de la mano y brinden permisos de autorización y aprovechamiento de agua en base a los requerimientos hídricos de un lugar o cultivo específico, y a su vez planteen nuevas alternativas y estrategias que permitan llevar a cabo un plan de gestión integral para el aprovechamiento eficiente del recurso hídrico de la cuenca alta del río Sibimbe.

1.5.

ALCANCE

El alcance de la presente investigación radica en realizar el cálculo de oferta y demanda de agua para riego agrícola, a fin de determinar si el agua producida en la cuenca alta del río Sibimbe es capaz de satisfacer los requerimientos de riego en los cultivos. El nivel de precisión esperado en los resultados del presente trabajo es alto, ya que se trabajó con información confiable proveniente de algunas entidades públicas que manejan datos de interés para el proyecto de investigación, entre las cuales están el Gobierno Autónomo Descentralizado de la provincia de Bolívar GADPB, MAG, SENAGUA, Instituto Geográfico Militar – IGM, y el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología - INAMHI.

El producto de este trabajo es la presentación de un mapa que indique las características morfométricas de la cuenca. De la misma manera se presentarán mapas que permitan ver la distribución de agua en la cuenca, y por último se presentará una tabla que compare los aportes de agua con los requerimientos de riego de los cultivos sembrados en la cuenca, y si los resultados obtenidos fueran negativos se brindarán algunas recomendaciones que permitan mitigar los problemas que afrontan los agricultores de la zona.

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Los productos a obtenerse podrán ser utilizados por el MAG a través del Proyecto de Irrigación Tecnificada - PIT, ya que, al generarse una estimación de volúmenes de agua ofertados por la cuenca y la correspondiente demanda hídrica de los cultivos, se podrá conocer si el agua ofertada por la cuenca es capaz de satisfacer la demanda hídrica de los cultivos sembrados en la zona. De esta manera el MAG tendrá una idea más clara de si se necesitará de infraestructuras especiales que permitan solucionar un problema específico al momento de realizar un proyecto en dicha zona. Estos PIT tienen como objetivo instalar sistemas de riego tecnificado a pequeños y medianos agricultores con el fin de mejorar de manera significativa su producción y por ende su estilo de vida. De igual manera, conocer la situación hidrológica de la zona le permitirá a la SENAGUA tomar decisiones en cuanto a los permisos de uso y aprovechamiento de agua que otorga como única rectora del agua del Ecuador.

Por lo tanto, este trabajo será realizado con un enfoque simbiótico, ya que las entidades públicas facilitarán los datos requeridos para el respectivo procesamiento y obtención de resultados, y éstas a su vez podrán obtener y utilizar los resultados de la investigación, que podrán ser tomados como punto de partida hacia nuevos proyectos de acuerdo al ámbito de sus competencias.

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2.

2.1.

REVISIÓN DE LITERATURA

CUENCA HIDROGRÁFICA

Tenreiro (2003) menciona que la cuenca hidrográfica o de recepción corresponde al área delimitada topográficamente, y cuyo perímetro es definido como divisoria de aguas entre una cuenca y otra; donde las precipitaciones originadas sobre ella tienden a ser evacuadas por cursos de agua o sistemas de drenaje hacia un mismo punto de salida, que generalmente es el de menor cota en la cuenca, como se puede apreciar en la Ilustración 1.

Según Villalba (2013), cada cuenca hidrográfica cuenta con recursos naturales, y los habitantes poseen condiciones biológicas, físicas, sociales y económicas particulares o esenciales que deben ser analizadas y tomadas en cuenta al momento de realizar algún tipo de estudio de interés.

Ilustración 1. Cuenca hidrográfica y su divisoria de aguas Fuente: Ordoñez (2011)

Preciado (2015), en una entrevista realizada en la Dirección de Riego y Drenaje del MAG, mencionó que los Sistemas de Información Geográfica - SIG han brindado un gran aporte al campo de la hidrología, ya que por medio de estos se logran realizar procesos, análisis y estudios de una manera rápida y eficaz. Sin embargo, señala que en algunas ocasiones el principal problema ha sido la delimitación de cuencas hidrográficas en zonas bajas, ya que si no se cuenta con un Modelo Digital

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de Elevación - MDE - de buena resolución, las herramientas normalmente utilizadas para este proceso no van a realizar un trazado adecuado, por lo que en estos casos se ha tenido que recurrir al trazado manual, con ayuda de información de curvas de nivel y ubicación de los cauces o ríos.

Romero (2012) indica que las cuencas hidrográficas, de acuerdo al sistema de drenaje y su conducción final pueden clasificarse en: Exorreicas, que drenan sus aguas en el mar o al océano, Endorreicas, que drenan o desembocan sus aguas en lagos, lagunas o salares, los cuales no tienen comunicación fluvial o salida al mar, y Arreicas, en la que se evaporan sus aguas o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje.

2.2. MODELO DIGITAL DEL TERRENO Y MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN

Rosas (2009) menciona que un Modelo Digital del Terreno - MDT - corresponde a un tipo de estructura numérica de datos que tiene como finalidad representar la distribución espacial de una variable cuantitativa como la temperatura, mientras que un MDE contiene y representa específicamente la variable de altura del terreno como se puede apreciar en la Ilustración 2.

En la actualidad los MDE están siendo aplicados en diversas ramas, entre las que está incluida la hidrología, en la cual permite realizar diferentes procesos que van desde la delimitación hasta la caracterización de cuencas hidrográficas de manera automática con el uso de SIG (Villalba, 2013).

Estos modelos de elevación a través de algoritmos matemáticos y sus datos altimétricos pueden ser tratados mediante programas de SIG para analizar la superficie terrestre en forma tridimensional. Los MDE pueden obtenerse en la web de manera fácil y gratuita, un ejemplo es el proyecto SRTM (Shuttle Radar Topography Mision) de la NASA (Rosas, 2009).

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Ilustración 2. Modelo Digital de Elevación Fuente: Domínguez (2018) 2.3. PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS DE UNA CUENCA HIDROGRÁFICA Según Anaya (2012), para obtener cada uno de los parámetros morfométricos de una cuenca hidrográfica, se debe haber realizado previamente su delimitación, la cual puede ser obtenida de manera automática a través del uso de herramientas SIG, que serán las encargadas de procesar un MDE para lograr el objetivo propuesto. En el software ArcGIS, se puede hacer uso del menú Hidrology, que contiene herramientas como: Flow acumulation, Flow direction, Stream Link, y Watershed que permiten la determinación de los parámetros morfométricos de una cuenca de estudio.

2.3.1. Área de la cuenca (A) El área de la cuenca corresponde a la superficie encerrada por la divisoria de aguas que separa una cuenca de otra, y se denomina grande cuando el área es mayor a 250 km2 (Villon, 2011).

2.3.2. Perímetro de la cuenca (P) Villón (2011) manifiesta que el perímetro de la cuenca se refiere a la longitud del borde de la cuenca, definida por la divisoria de aguas.

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2.3.3. Longitud axial (La) y ancho promedio de la cuenca (W) De acuerdo con Villón (2011), la longitud axial corresponde a la distancia entre la desembocadura y el punto más lejano de la cuenca, mientras que el ancho promedio se puede obtener dividiendo el área de la cuenca por la longitud axial, como se muestra en la ecuación 1.

A

W= La

ec.1

Donde: W: Ancho promedio de la cuenca (km) A: Área de la cuenca (km2) La: Longitud axial (km)

2.3.4. Pendiente de la cuenca La pendiente de la cuenca determina en gran parte el comportamiento hidrológico, ya que mantiene una relación importante y compleja con la infiltración, humedad del suelo, contribución del agua subterránea al flujo base, y la capacidad de producir escorrentía superficial (Custodio y Espinoza, 2016). A través del criterio de rectángulo equivalente, que es la representación geométrica de la cuenca en forma de rectángulo, como se puede apreciar en la Ilustración 3, la pendiente se obtendrá al dividir el desnivel total de la cuenca por el lado mayor del rectángulo equivalente, como se muestra en la ecuación 2 (Villon, 2011).

H

S= L

ec. 2

Donde: S: Pendiente de la cuenca H: Desnivel total entre la cota en la parte más alta y cota en el punto de salida de la cuenca (km) L: Lado mayor del rectángulo equivalente (km)

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Ilustración 3. Transformación de una cuenca en un rectángulo Fuente: Villón (2011) 2.3.5. Factor forma de Horton (Kf) El factor forma, según Fuentes (2004), está expresado a través de la relación entre el área de la cuenca y la longitud axial de la cuenca como se puede apreciar en la ecuación 3, pudiendo brindar un indicativo de la tendencia a concentrar lluvias intensas, siendo la forma moderadamente achatada la más propensa, debido a que el tiempo de concentración será menor. En la Tabla 1 se presentan algunos rangos del factor de forma Horton.

Kf=

A

ec. 3

La2

Donde: Kf: Factor forma de Horton (adimensional) A: Área de la cuenca (km2) La: Longitud axial de la cuenca (km) Rangos de Kf

Clases de forma

0.01 - 0.18

Muy poco achatada

0.18 - 0.36

Ligeramente achatada

0.36 - 0.54

Moderadamente achatada Tabla 1. Clases de valores de forma Fuente: Fuentes (2004)

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2.3.6. Índice de compacidad (Índice de Gravelious - Kc) El índice de compacidad según Urbina, Farfán, Ferreira, Brandán y Aguilera (2010), está definido por la relación entre el perímetro de la cuenca, y el perímetro equivalente a la circunferencia de un círculo que tiene la misma área de la cuenca, como se puede apreciar en la ecuación 4. Mientras el valor de Kc se aproxime a la unidad indicará la tendencia a concentrar fuertes volúmenes de escurrimiento, lo que puede afectar el tiempo de respuesta que presenta el río. A continuación, se presentan rangos de índice de compacidad en la Tabla 2.

P

Kc=0.28 √A

ec. 4

Donde: Kc: Índice de Gravelious (adimensional) P: Perímetro de la Cuenca (km) A: Área de la cuenca (km2) Rangos de Kc

Clases de compacidad

-1.25

Redonda a oval redonda

1.25 - 1.5

De oval redonda a oval oblonga

1.5 - 1.75

De oval oblonga a rectangular oblonga

>1.75

De rectangular oblonga a casi rectangular (alargada) Tabla 2. Valores de índice compacidad Fuente: Urbina et al. (2010)

2.3.7. Densidad de drenaje (Dd) La Corporación Autónoma Regional del Tolima (CORTOLIMA, 2009) menciona que la densidad de drenaje está dada por la cantidad y longitud de ríos y quebradas que desembocan al río principal localizado en el interior de la cuenca. Por lo tanto, para obtener este parámetro se debe dividir la longitud de los cursos de agua por el área total de la cuenca, como se puede apreciar en la ecuación 5. Cabe mencionar que los valores altos de densidad de drenaje reflejan un fuerte escurrimiento, siendo así una cuenca bien drenada, para una mejor apreciación se presenta la Tabla 3.

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Lt

Dd= A

ec. 5

Donde: Dd: Densidad de drenaje (km/km2) Lt: Longitud total de los cursos de agua de la cuenca (km) A: Área de la cuenca (km2) Rangos de Densidad

Clases

0.1 - 1.8

Baja

1.9 - 3.6

Moderada

3.7 - 5.6

Alta

Tabla 3. Clases de densidad drenaje Fuente: CORTOLIMA (2009) 2.3.8. Curva hipsométrica Según Ordoñez (2011), la curva hipsométrica es aquella que representa la relación entre la altitud y la superficie de la cuenca que queda sobre esa altitud. Esta también puede estar asociada con las edades de los ríos presentes en la cuenca, tal como se puede apreciar en la Ilustración 5. Además, ésta puede hallarse con la información extraída del histograma de frecuencias altimétricas, como se puede apreciar en la Ilustración 4.

Ilustración 4. Curva hipsometría y frecuencia de altitudes Fuente: Villón (2002)

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Ilustración 5. Curva hipsometría de acuerdo a la edad del río Fuente: Ibáñez, Moreno y Gisbert (2011)

2.4. DISTRIBUCIÓN DE AGUA EN UNA CUENCA HIDROGRÁFICA

2.4.1. Balance Hídrico De acuerdo con Juela (2011), el estudio de balance hídrico está basado en el principio de conservación de masas o también nombrado ecuación de la continuidad, la cual permite describir las entradas y salidas de agua del sistema, en un tiempo determinado, ayudando de esta manera a tomar medidas preventivas para mitigar impactos negativos como la escasez de agua. Por su parte, Frenken y Gillet (2012) indican que, a través del balance hídrico, se puede notar cómo el suelo actúa como amortiguador, ya que, en los meses de exceso, almacena o reserva gran parte del agua proveniente de las precipitaciones y, en ciertos meses de déficit posteriores a la época lluviosa, el agua será devuelta a los cultivos para garantizar su crecimiento. Cabe indicar que todo esto dependerá de las características edafoclimáticas de la zona.

Así mismo, Sandoval (2009) menciona que un balance hídrico permite evaluar el estado actual del agua, a través de un análisis integrado que busca en síntesis determinar la oferta y demanda de agua en una cuenca hidrográfica específica, como fue el caso de la microcuenca del Río Blanco, en la cual los resultados obtenidos le permitieron al Gobierno Municipal del Cantón Cayambe – Ecuador, brindar una mejor gestión del agua, a través de planes y proyectos sostenibles.

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De acuerdo a Ruíz, Arteaga, Vázquez, Ontiveros y López (2012), la ecuación 6 muestra la fórmula general de balance hídrico: HAi = HAi−1 + Pi - ET0i

ec. 6

Donde: HAi: Humedad almacenada del mes actual (mm) HAi−1: Humedad almacenada del mes anterior (mm) Pi: Precipitación del mes actual (mm) ET0i: Evapotranspiración de referencia del mes actual (mm) Cabe mencionar que existirá un déficit hídrico si HAi < 0, por el contrario, si HAi > Capacidad de almacenamiento del suelo habrá un exceso hídrico, y si el resultado de HAi está entre cero y la capacidad de almacenamiento del suelo, ese valor corresponderá a la humedad almacenada del período actual y se la considerará para el cálculo en el período subsecuente.

2.4.2. Consideraciones para realizar un balance hídrico en una cuenca hidrográfica Espinoza (citado en Loor, 2017) afirma que la exactitud del cálculo de balance hídrico aumenta a medida que la superficie de la cuenca es mayor, debido a que, en cuencas hidrográficas con áreas pequeñas, resulta complicado estimar algunos componentes de carácter secundario como el intercambio de aguas subterráneas con cuencas vecinas, almacenamiento de agua en lagos y embalses, entre otros, que pueden ser depreciados al tratarse de cuencas con áreas grandes.

Untiveros (2011) menciona que, en cuencas como la de Parón, donde no se cuenta con datos suficientes para establecer un balance hídrico completo, se puede aplicar un cálculo simplificado para determinar las entradas y salidas de agua de una manera aproximada, pero que, de una u otra forma, contribuirán a brindar una mejor gestión del agua. Los parámetros indicados corresponden a las precipitaciones, escorrentía y evapotranspiración del lugar. A su vez, Loor (2017) recomienda que, para realizar un balance hídrico, se conozca con anticipación la información

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disponible del área de estudio, con el propósito de establecer una metodología que se ajuste a dicho escenario.

2.4.3. Formas y métodos para realizar balance hídrico aplicado en cuencas hidrográficas  Balance hídrico a través del modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) López (2015) menciona que el SWAT (herramienta para evaluación de suelo y agua, por sus siglas en inglés), es un modelo matemático, continuo de tiempo basado en la fórmula del balance hídrico, descrita en la ecuación 7. Por su parte Vélez (2012) indica que esta herramienta está conformada por un conjunto de submodelos, que son empleados para simular distintos procesos hidrológicos, además, divide el área total de la cuenca en subcuencas para mejorar la precisión de análisis, siendo la unidad de respuesta hidrológica (URH) su unidad de procesamiento, la cual es generada a través del cruce espacial de información de suelo, cobertura y pendiente. Villacrés (2015) señala que esta herramienta permite realizar una predicción del comportamiento de las cuencas hidrográficas a largo plazo, por lo tanto, con esta información se podrían establecer acciones que mitiguen los posibles impactos negativos que puedan suscitarse en el futuro. López (2015) manifiesta que lamentablemente, este software no puede ser aplicado para todos los casos, ya que requiere gran cantidad de información histórica climatológica y de las variables antes descritas.

La ecuación del balance hídrico que utiliza el modelo SWAT es la siguiente: SWt=SW0+ ∑ti=1 (Rday-Qsurf-Ea-Wseep-Qgw)

ec. 7

Donde SWt es el contenido final de agua en el suelo (mm H2O), SW0 es el contenido inicial de agua en el suelo en un día i (mm H2O), Rday es la cantidad de precipitación en un día i (mm H2O), Qsurf es la cantidad de escorrentía de la superficie en un día i (mm H2O), Ea es la cantidad de evapotranspiración en un día i (mm H2O), Wseep es la cantidad de agua que percola en el perfil de suelo en un

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día i (mm H2O), y Qgw es la cantidad de flujo de retorno en un día i (mm H2O) (Uribe, 2010).  Balance hídrico a partir del cálculo de la Evapotranspiración de referencia (ETo)

Según Allen, Pereira, Raes, Smith (2006) la evapotranspiración de referencia estudia la demanda efectuada por la evapotranspiración de la atmósfera, independientemente del tipo y desarrollo del cultivo, y de las prácticas de manejo.

Sánchez (2010) menciona que hay múltiples ecuaciones que ayudan a determinar la ETo, dando un acercamiento hábil en varias enseñanzas de hidrología. Con frecuencia (mensualmente) se utilizan los métodos presentados a continuación:

Método Thornthwaite

Montaner y Sánchez (1988) indican que este método fue desarrollado en los Estados Unidos, y propone la determinación de necesidades de agua, mediante la estimación de la evapotranspiración potencial. Este método como los demás tienen sus limitantes ya que, para ser efectivo su resultado, la superficie debe estar completamente cubierta de vegetación y en pleno crecimiento, además de existir en el suelo humedad suficiente para su uso en las plantas.

De acuerdo con Jaramillo (2018), este método es práctico, debido a que no requiere mucha información para determinar el balance hídrico de una zona, siendo únicamente necesario el registro histórico de temperatura y precipitación media mensual, así como también ubicación latitudinal para determinar el índice de calor, y datos de suelo que permitirán determinar la reserva de agua disponible. Preciado (2010) indica que, el punto de partida y una de las ecuaciones más importante a aplicar en este método es la de la Evapotranspiración de referencia (ETo), pero cabe mencionar que ésta sólo se aplica cuando los datos disponibles son realmente escasos, ya que sólo toma en cuenta la variable climática temperatura.

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Cámara y Martínez (2012), a través de la Universidad de Sevilla, crearon la plantilla Excel Hidrobio que permite realizar de forma automática el cálculo del balance hídrico por el método de Thornthwaite. Cabe mencionar que la limitante de esta herramienta es que sólo puede ser utilizada para áreas pequeñas con características edafoclimáticas iguales o similares, debido a que no considera las variaciones que pudieran existir.

Métodos recomendados por la FAO

Penman Monteith

Este método originalmente calculaba las pérdidas de agua a través de la evaporación en una superficie libre de agua como un lago o un río, pero mediante la utilización de unos coeficientes experimentales se pudo determinar la evapotranspiración en los campos de cultivos. Este método es el más exacto de todos

los

métodos

que

utilizan

formulas

empíricas

para

calcular

la

evapotranspiración sin embargo requiere de datos climatológicos que no se disponen en muchas de las estaciones, además de ser muy laborioso su cálculo (Allen et al., 2006).

Hargreaves

Sánchez y Carvacho (2011) manifiestan que este método es uno de los más simples y precisos para calcular la evapotranspiración pues sólo necesita datos de temperatura máxima, mínima y media, y radiación solar. Pérez, Amador, Alfaro (2013) mencionan que el cálculo de la ETo aplicada por el método de Hargreaves da como resultado un valor superior al aplicado por la fórmula de Thornthwaite, debido a que es un método más completo que el resto de fórmulas empíricas (excepto la de Penman).

Allen et al. (2006) indican que la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la alimentación y la agricultura) recomienda utilizar la fórmula de Hargreaves en reemplazo de la establecida por Penman-Monteith, cuando no se cuenta con

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información meteorológica respecto a velocidad del viento, radiación solar y humedad relativa, además porque ha sido ajustada y validada en varias zonas con diferentes condiciones climáticas. Por lo tanto, la FAO (2016) indica que una vez que se haya calculado la ETo, se deberá empezar a realizar el balance hídrico, aplicando la ecuación 6.

Espinoza (1989) indica que, a través de una investigación realizada en la cuenca del río Ciénega, determinó el balance hídrico y necesidades de agua para los cultivos más importantes, tomando en consideración como entradas de agua, las precipitaciones ocurridas en el lugar, y como única salida de agua la evapotranspiración de referencia ETo, calculada por el método de Hargreaves. Por ser un método que considera varias variables climáticas, si la resta entre la precipitación y la evapotranspiración fuera negativa habría un déficit, por el contrario, si el resultado fuera positivo habría un exceso.

La fórmula para calcular la ETo, a través del método de Hargreaves es la siguiente: ETo = 0.0023 (Tmedia + 17.8) (Tmax - Tmin) 0.5 * Ra

ec. 8

Donde: ETo: Evapotranspiración de referencia (mm) Tmed: Temperatura promedio mensual (°C) Ra: Radiación diaria extraterrestre (mm/día) Tmax: Temperatura máxima (°C) Tmin: Temperatura mínima (°C) De los métodos enunciados en los párrafos que anteceden, cada uno tiene su particularidad, ventajas y desventajas dependiendo de la ubicación geográfica del estudio a realizar, por lo tanto es necesario adoptar el método que además de adaptarse a la zona de trabajo, pueda disponer de los datos que requieren las fórmulas, por lo tanto se considera que el método recomendable para el presente estudio es el de Hargreaves, ya que se dispone de la información meteorológica requerida para la obtención de la evapotranspiración.

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2.5. ESCORRENTÍA SUPERFICIAL CON FINES DE RIEGO Bonifaz (2016) menciona que el escurrimiento superficial es aquel que resulta de la precipitación no infiltrada y que destila sobre la superficie del suelo. El efecto sobre el escurrimiento total es inmediato, y existirá durante la tormenta y rápidamente después de que esta termine. La porción de la precipitación total que da lugar a este escurrimiento, se llama precipitación en exceso.

2.5.1. Métodos efectuados para el cálculo de la escorrentía directa  Método aplicado por coeficientes de escurrimiento De acuerdo con Lobo y Michael (2012), uno de los métodos empíricos para determinar la escorrentía superficial, es el expuesto por Mockus (1949), en el que se analizaron diferentes parámetros fundamentales, que están en relación entre escorrentía y la precipitación, con la finalidad de obtener coeficientes que ayuden a estimar la cantidad de agua escurrida luego de una precipitación. Entre los parámetros analizados estuvieron la cobertura vegetal, condición hidrológica, uso del suelo, y tipo de suelos.

Por su parte Chow, Maidment y Mays (1994) mencionan que los coeficientes de escorrentía normalmente son aplicados a precipitación y escorrentía de una tormenta, pero también pueden utilizarse para información de precipitación y caudales mensuales o anuales, debido a los problemas ocurridos por falta de disponibilidad de información.

Villón (2011) indica que el Manual de Conservación del suelo y del agua, elaborado por la Universidad de Chapingo en 1977, presenta una tabla de coeficientes de escorrentía en función de la cobertura vegetal, pendientes y textura, la cual es presentada a continuación en la Tabla 4.

Tipo de vegetación

Pendiente (%)

Franco arenosa

Textura del suelo Franco arcillo limosa, franco limosa

Arcillosa

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Bosque

Praderas

Terrenos cultivados

0-5 5 - 10 10 - 30 0-5 5 - 10 10 - 30 0-5 5 - 10 10 - 30

0.10 0.25 0.30 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50

0.30 0.35 0.50 0.30 0.35 0.40 0.50 0.60 0.70

0.40 0.50 0.60 0.40 0.55 0.60 0.60 0.70 0.80

Tabla 4. Coeficientes de escorrentía en base al tipo de vegetación Fuente: Villón (2011) Así también Villón (2011) realiza una presentación de valores de coeficientes de escorrentía para zonas urbanas, las cuales se presentan a continuación en la Tabla 5: Según Preciado (2010), los coeficientes de escorrentía facilitan el cálculo para determinar el volumen de escorrentía de una cuenca hidrográfica, ya que sólo bastará asociar el coeficiente obtenido por cada cobertura y multiplicarlo por la precipitación y área ocupada por la misma. Sin embargo, menciona que el método del número de curva – NC - desarrollado por el servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos – SCS - presenta una mayor ventaja que el método realizado por coeficientes de escorrentía, ya que éste toma en consideración otros aspectos como la condición hidrológica, grupo hidrológico de suelo, y uso de la tierra de forma más detallada.

Tipo de área drenada Áreas comerciales Céntricas Vecindarios Áreas residenciales Familiares simples Multifamiliares separadas Multifamiliares concentrados Semi-urbanos Casas de habitación

Coeficiente C 0.7 - 0.95 0.5 - 0.7 0.30 - 0.50 0.40 - 0.60 0.60 - 0.75 0.25 - 0.40 0.50 - 0.70

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Áreas industriales Densas Espaciadas Parques, cementerios Campos de juego Patios de ferrocarril Zonas suburbanas Calles Asfaltadas De concreto hidráulico Adoquinadas Estacionamientos Techados

0.60 - 0.90 0.50 - 0.80 0.10 - 0.25 0.10 - 0.35 0.20 - 0.40 0.10 - 0.30 0.70 - 0.95 0.80 - 0.95 0.70 - 0.85 0.75 - 0.85 0.75 - 0.95

Tabla 5. Coeficientes de escorrentía para zonas urbanas Fuente: Villón (2011)  Método del número de curva para determinar el escurrimiento medio de una cuenca hidrográfica Según Aguilar y Páez (2015), esta técnica fue desarrollada por el Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos; tiene muchas ventajas sobre el método tradicional, pues se utiliza en cuencas medianas como también en cuencas pequeñas. Según Chávez y Cusma (2018), el parámetro de mayor importancia de la lluvia generadora es la altura de ésta, por lo tanto, su intensidad pasa a un segundo plano. La principal aplicación por la que es utilizado este método, es para evaluar las cantidades de escurrimiento tanto en el caso de estudio de avenidas máximas, como en el cálculo de aportaciones liquidas.

El seudónimo del método nace de una serie de curvas, cada una de las cuales lleva el número N, que varía de 1 a 100 y un número N=1, muestra que toda la lluvia se infiltra; por lo que los números de curvas, representan coeficientes de escorrentía.

Este procedimiento es utilizado para valorar la escorrentía total a partir de datos de precipitación y otros parámetros de las cuencas de drenaje.

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Según Chagas et al. (2008), el método del número de curva aún se encuentra en revisiones debido a los inconvenientes presentados en los distintos casos en que se desee emplear la fórmula para conocer la escorrentía directa de un área de estudio específica, siendo uno de estos la humedad antecedente, ya que en algunos sitios no se dispone de información necesaria para determinar este parámetro. Otro aspecto cuestionado es el valor constante de 0.2 que es planteado por el método con base a la relación existente entre abstracción inicial (Ia) y la retención potencial máxima de agua.

De acuerdo al United States Department of Agriculture (USDA, 2004), las fórmulas para calcular la escorrentía por el método del número de curva del SCS son las presentadas a continuación:

Q=

S=

(P-0.2S)2 P+0.8S

25400 NC

-254

ec. 9

ec. 10

Dónde: Q: Escorrentía total acumulada, en mm P: Precipitación de la tormenta, en mm S: Infiltración potencial máxima, en mm NC: Número de curva.

 Parámetros a tener en cuenta para elegir el número de curva

Uso de la tierra y tratamiento Según Estrada y Rojas (2013), el uso de la tierra incluye toda clase de vegetación, escombros, pajonales, desmontes, caminos, vías, así como las superficies de agua (lagos, pantanos, cubiertas, etc.).

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Villón (2007) indica que el tratamiento de la tierra se aplica principalmente a los usos agrícolas de la tierra que incluyen las prácticas mecánicas tales como control de erosión y rotación de cultivos, curvas de nivel, sistemas de bordos y terraplenado.

De acuerdo con Collado (2010), el uso que se dé a la tierra y las clases de tratamiento aplicadas se pueden obtener fácilmente por observación o por medición de la densidad y magnitud de los escombros y cultivos en áreas representativas.

En este sentido, el método del SCS distingue tres clases de tierras de acuerdo a su uso y tratamiento, siendo estas: 

Tierras cultivadas



Tierras cubiertas de pastos o hierbas



Tierras cubiertas de bosques y arboledas

Condición hidrológica Según Villón (2011), la condición hidrológica se refiere a la capacidad de la superficie de la cuenca para favorecer o dificultar el escurrimiento directo, esto se encuentra en función de la cobertura vegetal y puede aproximarse de la siguiente forma como se muestra en la Tabla 6: Cobertura vegetal

Condición hidrológica

>75% del área

Buena

Entre 50% y 75% del área

Regular

< 50% del área

Pobre

Tabla 6. Condición hidrológica Fuente: Villón (2011)  Grupo hidrológico de suelo Según Estrada y Rojas (2013), se definen cuatro grupos de suelos, los cuales pueden ser:

41

El grupo A tiene bajo potencial de escorrentía.

El grupo B tiene un moderado bajo potencial de escorrentía.

El grupo C tiene un moderado alto potencial de escorrentía.

El grupo D tiene un alto potencial de escorrentía.

En la Tabla 7 se puede observar cada grupo con su respectiva descripción.

Para aclarar los conceptos descritos anteriormente sobre la selección del número de curva se presenta la Tabla 8 que toma en cuenta la condición de humedad antecedente II e Ia=0.2S. Grupo de suelos

Descripción

A

Característico de suelos que poseen altas tasas de infiltración y bajo potencial de escurrimiento. Generalmente en este grupo se encuentran los suelos constituidos por arenas y gravas profundas.

B

Característico de suelos que poseen tasas de infiltración moderadas cuando están saturados. Generalmente los suelos de este grupo son profundos y su textura va de moderadamente fina a moderadamente gruesa.

C

Característico de suelos con bajas tasas de infiltración cuando están saturados. Generalmente en este grupo se encuentran los suelos con una textura que va de moderadamente fina a fina.

D

Característico de suelos con alto potencial de escurrimiento y tasas de infiltración bajas cuando están saturados.

Generalmente los suelos que conforman este grupo son los arcillosos.

Tabla 7.Clasificación hidrológica de los suelos Fuente: Martínez (2005)

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Número de curva

Cobertura Uso de la corriente Descuidado en descanso, sin cultivos

Tratamiento o práctica

Condición hidrológica

surcos rectos

……………………………

surcos rectos surcos rectos curvas de nivel curvas de nivel curvas de nivel y en terrazas curvas de nivel y en terrazas surcos rectos

pobre buena pobre buena

72 67 70 65

pobre

66 74 80 82

buena

62 71 78 81

pobre

65 76 84 88

surcos rectos

buena

63 75 83 87

curvas de nivel

pobre

63 74 82 85

curvas de nivel curvas de nivel y en terrazas curvas de nivel y en terrazas surcos rectos

buena

61 73 81 84

pobre

61 72 79 82

buena

59 70 78 81

pobre

66 77 85 89

surcos rectos

buena

58 72 81 85

curvas de nivel

pobre

64 75 83 85

curvas de nivel curvas de nivel y en terrazas curvas de nivel y en terrazas

buena

55 69 78 83

pobre

63 73 80 83

buena

51 67 76 80

pobre

68 79 86 89

regular

49 69 79 84

buena

39 61 74 80

curvas de nivel

pobre

47 67 81 88

curvas de nivel

regular

25 59 75 83

curvas de nivel

buena

6

Pradera

buena

30 58 71 78

Bosques

pobre

45 66 77 83

Cultivos

Pequeños granos

Sembríos cerrados, legumbres o sembríos en rotación

Pastizales o similares

A

B

C

D

77 86 91 94 81 78 79 75

88 85 84 82

91 89 88 86

35 70 79

43

Patios Caminos incluyendo derecho de vía

regular

36 60 73 79

buena

25 55 70 77

…………………………..

59 74 82 86

cieno

……………………………

72 82 87 89

superficie firme

……………………………

74 84 90 92

Tabla 8. Valores de número de curva tomando en consideración la condición de humedad antecedente II Fuente: Villón (2011) De la misma manera en la Ilustración 6 se presenta el cálculo de escorrentía en función de la precipitación y el número de curva.

Ilustración 6. Calculo de la escorrentía en función de la precipitación y el número de curva Fuente: USDA (2004)  Condición de humedad antecedente De acuerdo a Lavao (2014), el SCS toma en cuenta la condición o estado de humedad antecedente (Antecedent Moisture Conditions - AMC), el cual es determinado por la lluvia total en el periodo de 5 días anteriores al actual, siendo el resultado analizado con base a los tres intervalos de humedad antecedente que son presentados en la Tabla 9.

44

Precipitación acumulada de los 5 días previos al evento (mm) Estación inactiva Estación inactiva (Seca) (Seca)

Grupo AMC I

Menos de 12.7

Menos de 35.6

II

Entre 12.7 y 27.9

Entre 35.6 y 53.3

III

Más de 27.9

Más de 53.3

Tabla 9. Condición de humedad antecedente.

Fuente: Lavao (2014) Por lo tanto, una vez definida la condición de humedad antecedente se deben corregir los valores de número de curva seleccionados de la tabla de condición de humedad antecedente II (Tabla 8), de acuerdo a las ecuaciones 11 y 12.

4.2 NC(II)

NC(I)= 10-0.058 NC (II) 23 NC(II)

NC(III)= 10+0.13 NC (II)

ec. 11

ec. 12

 Cálculo de la escorrentía directa por el método del número de curva a nivel mensual Selección del número de curva Según López (2001), en las últimas versiones del cálculo de la escorrentía directa por el método del número de curva planteado por el SCS se ha abandonado el término de condiciones de humedad antecedente, debido a que se han encontrado otras fuentes de variabilidad que pueden influir de manera más significativa que el contenido de humedad del suelo previo a la tormenta. Por lo tanto, se han descartado los parámetros para determinar la condición de humedad antecedente y se ha enfatizado que la tabla que considera una condición de humedad antecedente media (II) es apropiada para realizar los cálculos respectivos (Tabla 8).

Por su parte, Tenreiro (2003) ratifica lo anteriormente mencionado ya que la humedad antecedente ha desaparecido en la última versión de la USDA (1993),

45

pudiéndose deber a los malos resultados obtenidos por varios investigadores en la simulación de eventos, ya que algunos han manifestado que no se ha tomado en consideración las diferencias regionales ni los efectos de escala o rangos que tiene cada grupo de humedad antecedente. Por esto, se deja en manos de los técnicos o investigadores la decisión de elegir el número de curva. Es por esta razón que en la actualidad hay varias tablas modificadas para seleccionar el número de curva.

Al mismo tiempo, Terra et al. (2011) indican que la selección del grupo de la humedad antecedente para la corrección del número de curva no siempre suele dar buenos resultados, por lo que en la mayoría de trabajos y simulaciones se descarta su uso, y únicamente se considera las tablas disponibles de humedad antecedente II, y el criterio técnico de selección del número de curva de acuerdo a los parámetros propios del lugar respecto al uso del suelo, tratamiento, condición hidrológica y grupo hidrológico de suelo.

Preciado (2017) indica que la tabla de humedad antecedente II es la base para seleccionar el número de curva y que no en todos los casos debe ser corregida con base al grupo de humedad antecedente, ya que los rangos presentados para la selección fueron considerados en regiones específicas, por lo que realizar esto puede originar resultados alejados de la realidad.

Cálculo de la escorrentía mensual

Según Preciado (2017), las fórmulas que adoptan el método del número de curva del SCS para determinar la escorrentía fueron empleadas para ser utilizadas a nivel diario, por lo que utilizarlo a nivel mensual conlleva a obtener resultados erróneos.

Esto se debe a que el umbral de escorrentía adoptado con base a investigaciones es del 20% (Ia=0.2), el cual ofrece buenos resultados para grandes cantidades de lluvia, pero en meses con baja precipitación, se pueden presentar volúmenes de escorrentía superiores a aquellos que tengan una mayor cantidad de precipitación.

Debido a los cuestionamientos de la fórmula del método del número de curva para poder determinar la escorrentía a nivel mensual, Ferguson (1996) realiza una

46

investigación que consiste en ajustar la fórmula del método de numero de curva original para que pueda ser aplicada a nivel mensual; debido a que en algunos lugares no se cuenta con la suficiente disponibilidad de información a nivel diario, y además porque el procesamiento de información de forma manual a nivel diario sería exhaustivo.

Por lo tanto, el estudio de estimación de escorrentía directa realizado por Ferguson (1996) contempló la información climática de 576 estaciones meteorológicas, las cuales se encuentran distribuidas en 6 ciudades de Estados Unidos con diferentes características climáticas, siendo estas Atlanta, Chicago, Denver, Los Ángeles, Phoenix y Seattle cada una con 96 estaciones y un registro histórico de 40 años.

Esta información climática fue procesada para obtener resultados de escorrentía diaria y mensual, con la finalidad de que sean comparados mediante regresiones, y de esta manera tener el mejor ajuste.

El resultado de ajuste de la formula contempla 3 constantes k, a, b, donde la precipitación, escorrentía y potencial de retención máxima son expresadas en pulgadas como se puede apreciar en las ecuaciones 13 y 14. Cabe mencionar que el mejor ajuste presentando en el estudio se da en la ciudad de Chicago con un r2 = 0.98 como se puede apreciar en la Tabla 10 presentada a continuación.

Estación Todas las estaciones Atlanta Chicago Denver Los Ángeles Phoenix Seattle

k

a

b

Resultados usando los valores mejor ajustados r²

576

0.66

-0.095

0.208

0.962

96 96 96 96 96 96

0.64 0.62 0.62 0.61 1.06 0.53

-0.161 -0.156 -0.066 -0.043 -0.028 -0.260

0.235 0.210 0.166 0.230 0.143 0.270

0.978 0.983 0.952 0.967 0.976 0.969

Valores mejor ajustados

n

Tabla 10. Constantes a ser aplicadas para el cálculo de la escorrentía a nivel mensual Fuente: Ferguson (1996)

47

La fĂłrmula adaptada para determinar la escorrentĂ­a a nivel mensual se presenta a continuaciĂłn:

Q= a +

b*P đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2DC;

ec. 13

Donde: Q: escurrimiento directo promedio mensual (pulgadas) a, b y k: Constantes (Tabla 10) P: PrecipitaciĂłn promedio mensual (pulgadas) S: Potencial de retenciĂłn mĂĄxima (pulgadas) S= (1000/NC) â&#x20AC;&#x201C; 10

ec. 14

Siendo NC, el nĂşmero de curva.

2.6.

REQUERIMIENTOS DE RIEGO DE LOS CULTVOS

La FAO (2016) manifiesta que el uso consuntivo del agua de riego se define como el volumen de agua necesario para compensar el dĂŠficit entre la evapotranspiraciĂłn potencial y la precipitaciĂłn efectiva durante la ĂŠpoca de crecimiento del cultivo, por un lado, y los cambios en el contenido de humedad del suelo por otro. Esto varĂ­a considerablemente con las condiciones climĂĄticas, las estaciones, los cultivos y el tipo de suelo.

Calvache (2012) asegura que los requerimientos de riego de los cultivos estĂĄ definido por la evapotranspiraciĂłn del cultivo (ETc), menos los aportes naturales de agua en el suelo, denominada precipitaciĂłn efectiva (Pe). Cabe indicar que la â&#x20AC;&#x201C; ETc- es obtenida a traves de la multiplicaciĂłn de la evapotranspiraciĂłn de referencia (ETo) por el coeficiente Ăşnico de cultivo (Kc). Los requerimientos de riego pueden ser calculados aplicando la ecuaciĂłn 15.

Requerimientos de riego de un cultivo= (ETo x Kc) â&#x20AC;&#x201C; Pe

ec. 15

48

Donde: ETo: Evapotranspiración de referencia Kc: Coeficiente de cultivo Pe: Precipitación efectiva

Avidan (1994) indica que es necesario afectar los requerimientos de riego del cultivo con el factor de eficiencia, que se compone básicamente por la eficiencia de conducción y aplicación del sistema de riego a emplear. El SCS y el Centro Internacional de Riego de los Estados Unidos, citados por FAO (2001), presentan algunos valores de eficiencia de riego, entre los cuales están: Surcos (55-70%), Melgas (60-75%), Aspersión (60-85%), Goteo (60-85%), por lo tanto el requerimiento de riego definitivo está dado por la relación entre la lámina de riego y la eficiencia de riego; posteriormente el resultado obtenido debe ser multiplicado por 100.

2.6.1 Coeficiente de cultivo (Kc) Allen et al. (2006) mencionan que el coeficiente único Kc integra las diferencias físicas y fisiológicas de los cultivos, a través de sus etapas de crecimiento, lo cual ayuda a definir calendarios de riego acorde a las necesidades. La relación existente entre ETc/ETo es lo que da el coeficiente único del cultivo (Kc), el cual es el complemento para determinar la evapotranspiración de un cultivo específico. A través del manual 56 de la FAO (Allen et al., 2006) se pueden obtener los Kc inicial, medio y final de una variedad de cultivos.

2.6.2 Evapotranspiración del cultivo (ETc) Calvache (2012) indica que cuando se produce la evapotranspiración sin ninguna limitación de agua en el suelo se conoce como evapotranspiración del cultivo (ETc) y corresponde a la cantidad de agua demandada por un cultivo determinado y que debe estar aislado al suelo estacionalmente por lluvia y/o riego. La evapotranspiración del cultivo es el resultado de ETo y Kc, tal como se manifiesta en la siguiente ecuación.

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ETc = Kc x ETo

ec. 16

Donde: ETc = Evapotranspiración del cultivo (mm) Kc = Coeficiente del cultivo (adimensional) ETo = Evapotranspiración de referencia (mm).

2.6.3 Precipitación efectiva La FAO (2013), a través de su manual del programa CROPWAT menciona que la precipitación efectiva desde el criterio de la producción agrícola, se refiere a la precipitación que puede ser aprovechada por las plantas de forma fácil y efectiva.

No toda la precipitación puede ser usada efectivamente en los cultivos, debido a que se pierde por la Escorrentía Superficial (ES) y de la Percolación Profunda (PP).

La cantidad de infiltración del agua depende del tipo de suelo, los cultivos, la intensidad de la precipitación y el contenido inicial de agua en el suelo. La lluvia es efectiva cuando las pérdidas por ES son limitadas. Las precipitaciones bajas son poco efectivas, debido a que se pierden de forma rápida por evaporación.

Para el cálculo se puede ingresar como datos de entrada la valoración de precipitación media, real o confiable, las cuales deben fundamentarse en análisis estadísticos elaborados a partir de registros trascendentales de suficiente permanencia. El método establecido por USDA, para calcular la precipitación efectiva, se plantea en las ecuaciones 17 y 18. Para una revisión más a fondo se puede revisar el manual de CROPWAT desarrollado por la FAO (2013).

Pe = (Pmensual (125 – 0.2 Pmensual)/ 125), para Pmensual < 250 mm

ec. 17

Pe = 125 + 0.1 Pmensual, para Pmensual > 250 mm

ec. 18

Donde Pe: Precipitación efectiva (mm) Pmensual: Precipitación mensual (mm)

50

3.

3.1.

METODOLOGÍA

DESCRIPCIÓN Y LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

La cuenca alta del río Sibimbe se encuentra ubicada en la parte centro-occidental de la región interandina del Ecuador, específicamente entre los cantones Echeandía y Guaranda de la provincia de Bolívar. Geográficamente, se encuentra entre los paralelos 1°25' y 1°22' de latitud sur y entre los meridianos 79°17' y 79°3' de longitud oeste como se puede apreciar en la Ilustración 7.

De acuerdo a la SENAGUA (2014), la cuenca del río Sibimbe hidrográficamente pertenece al sistema hidrográfico No. 14,976 de la cuenca del río Guayas, la más extensa e importante del país. El río principal de la cuenca desemboca en el río Ventanas perteneciente a la provincia de los Ríos, pero cabe mencionar a algunos de los cauces tributarios más importantes que descargan sus aguas al río Sibimbe son: estero Pitiambi, río Verde, estero El Mamey, río Mulidiahuan, río Chinibi, estero Oronguillo, río Las Piedras, estero Colombas, río Simple, río Pitiambi, estero Pangala y río Orongo.

El Centro de Investigaciones Sociales del Milenio (CISMIL, 2006) indica que las principales actividades económicas de los habitantes de los cantones Echeandía y Guaranda radican en actividades agrícolas y pecuarias. De acuerdo al censo poblacional y vivienda (INEC, 2010), la población de Echeandía es de 12,114 habitantes y del cantón Guaranda es de 91,877 habitantes.

El PDOT de la provincia de Bolívar, indica que los parámetros climáticos de la zona de estudio presentan tres zonas climáticas muy marcadas que son el subtropical zona fría, subtropical - zona templada fría y el páramo. Así mismo, la temperatura promedio en el cantón Echeandía es de 21°C, mientras que en el cantón Guaranda es de 13.5°C. Además, se indica que, debido a los diferentes niveles altitudinales en las zonas de Echeandía y Guaranda se producen variaciones climáticas que hacen que sus precipitaciones oscilen entre los 500 a 2,000 mm anuales (Coloma, 2015). .

51

Ilustración 7. Localización de la cuenca alta del río Sibimbe.

52

3.2.

FLUJOGRAMA DE LA METODOLOGÍA

En el presente trabajo investigativo se ha contemplado la aplicación de metodologías confiables que han sido probadas en distintos lugares bajo escenarios específicos. Por lo tanto, al emplear estas metodologías mediante el uso de Sistemas de información Geográfica se pretende conocer las principales características hidrológicas de la cuenca alta del río Sibimbe con fines de riego.

La metodología del presente proyecto de investigación puede ser resumida en los siguientes pasos, los cuales pueden ser apreciados de igual manera en la Ilustración 8:

Inicio de investigación: Siendo el punto de partida de acuerdo al tema y objetivos planteados.

Entradas: Se recopiló información de múltiples fuentes. El MDE fue facilitado por el IGM con una resolución de 30m, la información climática fue obtenida de WorldClim versión 2.0, y la información edafológica y agrícola fue facilitada por el MAG (2018) y mediante el uso del software SPAW.

Procesos: Se utilizó la herramienta Hidrology para la delimitación de la cuenca, mientras que los parámetros morfométricos fueron calculados utilizando otras herramientas del menú Spatial Analyst de ArcGIS y Arc Hydro. A su vez se utilizaron algunas plantillas de Excel que fueron creadas con base a la metodología. El balance hídrico que permitirá conocer los excedentes y déficits del área de estudio, fue realizado en ArcGIS a partir del cálculo de la ETo por el método de Hargreaves recomendado por la FAO, debido a que se pudo obtener la información climática necesaria y porque este método ha dado buenos resultados en zonas con diferentes condiciones climáticas (Allen et al., 2006). Cabe indicar que para la obtención de los respectivos resultados se aplicó en su mayoría la calculadora Raster. Para el cálculo de la escorrentía se empleó el método del número de curva del SCS de los Estados Unidos, ajustado por Ferguson (1996) para ser aplicado bajo una temporalidad mensual. Este método fue aplicado porque los datos de

53

precipitación disponibles en la zona eran a nivel mensual y porque según Preciado (2010) los datos de número de curva del SCS presentan una mayor ventaja que los coeficientes de escorrentía, debido a que tomar en consideración otros aspectos como la condición hidrológica, grupo hidrológico de suelo, y uso de la tierra de forma más detallada. Estos resultados de escorrentía a nivel mensual fueron obtenidos aplicando las herramientas y calculadora Raster en ArcGIS. Los requerimientos de riego de los cultivos fueron calculados con base a la metodología de la FAO, por ser un método sencillo y eficaz que de acuerdo a Calvache (2012) contempla los principales factores climáticos de aporte a través de la precipitación efectiva (Pe), demanda de agua, a través de la evapotranspiración de referencia (ETo), y el coeficiente único del cultivo (Kc), que integra las diferencias físicas y fisiológicas de los cultivos, a lo largo de sus etapas fenológicas. De la misma manera que en los casos anteriores, se utilizó la calculadora Raster de ArcGIS para obtener los requerimientos de riego de los principales cultivos en la cuenca hidrográfica.

Salidas: Corresponden a los resultados intermedios generados en los procesos efectuados, y que ayudaron a determinar el objetivo final.

Resultados: Correspondieron al resultado del proceso ejecutado y que de una u otra forma responden a los objetivos planteados.

Almacenamiento

de

información:

Corresponden

a

la

recopilación

y

almacenamiento de información en geodatabases, las cuales podrán ser facilitadas a las entidades públicas del país.

Fin: Corresponde a la culminación de la investigación, cumpliendo de esta manera con el objetivo general planteado.

54

IlustraciĂłn 8. Diagrama de la metodologĂ­a.

55

3.3. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA

3.3.1. Delimitación y caracterización de la cuenca hidrográfica 

Obtención de datos SRTM

Para obtener de manera fácil y gratuita información altimétrica de un lugar específico, se puede recurrir a la página EarthExplorer del Servicio Geológico de Estados Unidos - USGS a través del link http://earthexplorer.usgs.gov/, en la cual, a través de las coordenadas de ubicación del sitio de interés, se puede descargar el MDE a una resolución de 30 m, tal como se aprecia en la Ilustración 9.

En el presente proyecto se hizo uso del SRTM del Ecuador, que posee una resolución de 30 m, y que fue facilitado por el IGM.

Ilustración 9. Página EarthExplorer de la USGS para obtención de datos SRTM Fuente: USGS (2014) 

Pre-procesamiento del SRTM obtenido

Jumbo (2015) indica que los datos SRTM descargados deben ser pre-procesados, debido a que, en algunos casos existen picos y sumideros. En este caso se utilizó

56

la herramienta Fill en el software ArcGIS para realizar las correcciones, como se puede observar en la Ilustración 10.

Este proceso permitió evitar inconvenientes al momento de realizar el trazado automático de la cuenca hidrográfica, por ello se realizó en la presente investigación.

Ilustración 10. Pre-procesamiento del SRTM en ArcGIS 

Obtención de la dirección de flujo (Flow Direction)

Juárez (2016) indica que la dirección de flujo se ejecuta siguiendo la zona más alta de descendencia, hasta el cierre de la cuenca ubicado en la zona más baja, formando el camino del flujo donde se acumula mayormente la escorrentía después de una lluvia, todo esto de acuerdo a la caracterización de los píxeles. Esto se puede realizar en ArcGIS a través de la herramienta Flow Direction, que utiliza como dato de entrada el resultado del MDE procesado anteriormente, como se muestra en la Ilustración 11.

Ilustración 11. Aplicación de la herramienta Flow Direction

57



Interpolación capa (Interpolate Shape)

Esta herramienta permitió designar las coordenadas de ubicación en tres dimensiones del punto de desfogue o cierre de la cuenca hidrográfica por medio de una interpolación con un MDE, para posteriormente ser usado en la herramienta Watershed. Es necesario mencionar que se consideró el punto de cierre de la cuenca en el límite de la zona que requiere una mejor optimización del recurso hídrico para riego. Este punto fue seleccionado debido a que durante los meses de invierno las vertientes, esteros y ríos localizados dentro de esta zona mantienen caudales altos, pero en época de verano estos caudales se reducen considerablemente, a tal punto de que los volúmenes de agua producidos no son suficientes para cubrir la demanda de riego de los cultivos. Por esta razón, para evitar posibles pérdidas económicas, algunos agricultores prefieren no desarrollar ningún tipo de cultivo durante esta temporada. Esta situación es completamente diferente a lo que sucede aguas abajo de este punto, donde la situación es muy contrastante, ya que la extensa red de afluentes existentes posee volúmenes de agua considerables durante la época de invierno y verano que permiten satisfacer la demanda de riego de los cultivos desarrollados, entre los cuales se destaca el río Ventanas, uno de los más grandes de la provincia de Los Ríos. Otro de los aspectos considerados para establecer el punto de cierre de la cuenca, es que en esta zona de la provincia de Bolívar se requiere conocer si la oferta de agua por escorrentía puede suplir las necesidades de riego de los cultivos desarrollados y si es posible extender la frontera agrícola, ya que tanto el Gobierno Provincial de Bolívar como el MAG quieren intervenir en la zona con infraestructura necesaria para almacenar grandes volúmenes de agua y a su vez con la instalación de riego parcelario tecnificado, para que los agricultores puedan desarrollar actividades agrícolas durante todo el año, permitiendo de esta manera mejorar sus rendimientos y evitando que sigan migrando a la ciudad por problemas económicos. 

Delimitación de la cuenca hidrográfica (Watershed)

Ruiz y Torres (2010) mencionan que la herramienta Watershed permite delimitar el área de la cuenca encima de un conjunto de celdas en una matriz y se concentra

58

en un colector principal, permitiendo de esta manera definir la línea divisoria. Esta herramienta puede ser aplicada en ArcGIS, utilizando como dato de entrada los archivos Flow Direction y punto de cierre obtenidos en los pasos anteriores, como se muestra en la Ilustración 12.

Ilustración 12. Aplicación de la herramienta Watershed 3.3.2. Determinación de parámetros morfométricos Quijano (2014) menciona que los SIG han facilitado el proceso de cálculo de los parámetros morfométricos de una cuenca luego de haber realizado su correspondiente delimitación, los cuales pueden resumirse en los siguientes parámetros:  Área de la Cuenca

A través de los SIG se puede definir la superficie de la cuenca, en las unidades de preferencia (km2, m2, ha, etc.) de manera automática, a través de la función Calculate Geometry en la tabla de atributos del shapefile de la cuenca delimitada previamente.  Perímetro de la cuenca

La longitud de la línea divisoria o perímetro puede ser obtenida de manera automática en las unidades de preferencia (km, m, yardas…), a través de la función Calculate Geometry.

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 Longitud axial

La longitud más larga de la cuenca entre dos puntos puede ser calculada a través de los SIG, utilizando la herramienta Measure o de medida, para lo cual se debe colocar el primer punto en la desembocadura, y el segundo punto en la parte más alejada de la cuenca.  Ancho promedio de la cuenca

Este fue calculado de forma manual al dividir el área de la cuenca por la longitud axial, tal como se muestra en la ecuación 1 de este documento  Factor forma de Horton

Este factor fue calculado de forma manual dividiendo el área de la cuenca por el cuadrado de la longitud axial de la misma, tal como se muestra en la ecuación 3 de este documento.  Índice de Gravelious

Este índice fue calculado en ArcGIS, haciendo uso de la tabla de atributos del shapefile de la cuenca, en el que se utilizó la herramienta Field Calculator, para aplicar la ecuación 4 de este documento utilizando el perímetro y área de la cuenca.  Cota máxima y mínima de la cuenca hidrográfica

Para el cálculo de estos parámetros en ArcGIS, se realizó una interpolación a través de la herramienta Interpolate Shape con el método bilineal, debido a que el dato de entrada fue un archivo raster correspondiente al MDE (Canchari, 2014). Esta interpolación fue realizada, con la finalidad de asociar el shapefile de superficie de la de la cuenca con los datos de altura del MDE, y de esta manera poder calcular a través de la herramienta Calculate Geometry la altura máxima y mínima de la cuenca. Cabe indicar, que fue necesario emplear este procedimiento porque uno

60

de los parámetros morfométricos indispensables para determinar la pendiente de la cuenca, es el desnivel total entre la cota en la parte más alta y la cota en el punto de salida de la cuenca. Este resultado permitió definir en gran parte el comportamiento hidrológico, ya que mantiene una relación importante con la humedad del suelo, y la capacidad de producir escorrentía superficial (Custodio y Espinoza, 2016).  Curva hipsométrica, altitud media, altitud más frecuente y altitud de frecuencia media de la cuenca

Canchari (2014) menciona que para obtener estos parámetros se debe proceder a cortar el Raster en referencia (en este caso el MDE) con la cuenca hidrográfica delimitada, utilizando la herramienta Extrac by Mask. Una vez recortado el Raster del área de la cuenca, se procedió a realizar una reclasificación del Raster en 12 clases de intervalos iguales, ya que este número de clases permitió apreciar claramente la curva hipsométrica; pero cabe mencionar que el nivel de detalle puede aumentar si hay un mayor número de clases, debido a que el intervalo de alturas sería menor. En este caso el valor promedio entre intervalo fue de 250m, y la herramienta utilizada fue Reclassify, pudiéndose apreciar algo similar a lo mostrado en la Ilustración 13.

Luego se procedió a obtener la información estadística del Raster reclasificado, a través de la herramienta Zonal Statistics as Table. Posteriormente se procedió a copiar la información en Excel para proceder a realizar el cálculo. Cabe mencionar que dentro de la información copiada se contaba con la altitud máxima, mínima y promedio en msnm, además de las áreas entre curvas de nivel en km 2, por lo tanto se procedió a crear una columna de áreas acumuladas entre curvas, así también se creó una columna de porcentajes de área acumulada y otra de porcentajes de área entre curva, en la cual se pudo determinar el parámetro de altitud más frecuente en la cuenca, ya que fácilmente se reflejó a través de los porcentajes el valor más alto y por ende la cota correspondiente.

61

Así también se procedió a obtener el parámetro de altitud de frecuencia media, realizando un cálculo de pronóstico medio entre los datos de la columna “cota promedio” y la de “porcentaje de área acumulada”.

Por último, se obtuvo la curva hipsométrica y frecuencia de altitudes de la cuenca ploteando la información de: alturas mínimas de la cuenca, porcentaje de área acumulada y porcentaje de área entre curva.

Ilustración 13. MDE de la cuenca reclasificado  Pendiente promedio de la cuenca Para obtener este parámetro se realizó en primera instancia una representación geométrica de la cuenca en forma de rectángulo, y se tomó la longitud mayor de este rectángulo. Finalmente se procedió a dividir el desnivel total entre la cota en la parte más alta y la cota en el punto de salida de la cuenca, por la longitud del lado mayor del rectángulo equivalente tal como se muestra en la ecuación 2 de este documento.  Longitud del cauce principal Para obtener este parámetro, se procedió a realizar una consulta a técnicos del MAG, sobre el camino que toma el curso principal de agua, desde su nacimiento hasta su desembocadura, ya que, en algunas ocasiones, el curso de agua más largo de la cuenca no suele ser el principal. Con base a la respuesta obtenida se procedió a utilizar la información de red hidrográfica del Ecuador facilitada por el MAG (2018) a escala 1:50,000, debido a que ésta fue levantada y corroborada en

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campo; por lo tanto se decidió unir la ruta del río principal, y se la exportó para trabajar de manera independiente, luego se procedió a abrir la tabla de atributos y se aplicó la función Calculate Geometry, para así determinar la longitud del cauce principal en km.

Cabe mencionar que de igual manera se hizo una comprobación del camino que sigue el curso principal de agua, haciendo uso de herramienta Main Flow Path de ArcHydro, la cual utiliza como datos de entrada la cuenca, punto de cierre de la cuenca, la dirección de flujo, la línea de drenaje, puntos de captación de las subcuencas y la acumulación de flujo. Estos tres últimos parámetros fueron generados en este paso, ya que antes no habían sido calculados, debido a que se cuenta con información de la red hídrica del Ecuador.  Cota máxima y mínima del cauce principal Para el cálculo de estos parámetros en ArcGIS, se realizó una interpolación a través de la herramienta Interpolate Shape con el método bilineal, debido a que el dato de entrada fue un archivo raster correspondiente al MDE (Canchari, 2014). Esta interpolación fue realizada, con la finalidad de asociar el shapefile del río principal con los datos de altura del MDE, y de esta manera poder calcular a través de la herramienta Calculate Geometry la altura máxima y mínima del tramo de río, con lo cual se podrá definir la pendiente del río y analizar el tiempo de concentración.  Pendiente del cauce principal Este parámetro fue calculado en ArcGIS en su tabla de atributos, a través de la función Field Calculator, en la que se dividió la diferencia entre la cota más alta y minina por la longitud del tramo de río principal de la cuenca.  Longitud de la red hídrica Para obtener este parámetro se utilizó la red hidrográfica facilitada por el MAG (2018). Este shapefile fue recortado con el límite de la cuenca; posteriormente se

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procedió a aplicar la función Statistics para obtener la sumatoria de las longitudes de los ríos contenidos en la cuenca. Cabe mencionar que las longitudes ya estaban calculadas, por lo que se obvió realizar el cálculo de éstas.  Densidad de drenaje La densidad de drenaje fue obtenida al dividir manualmente la longitud de la red hídrica por el área de la cuenca como se muestra en la ecuación 5 de este documento.  Tiempo de concentración De acuerdo a Villón (2011), el tiempo de concentración es el tiempo transcurrido desde que una gota de agua cae en el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de cierre de la cuenca. Existen diversos métodos para calcular esta variable entre los cuales está: la Formula Australiana, la fórmula de George Rivero, la fórmula del SCS, la fórmula de Kirpich; pero en este caso se utilizó la de Kirpich, descrita en la ecuación 19, debido a que según las consultas realizadas en el MAG y SENAGUA, esta es la más utilizada en sus proyectos, por la sencillez y eficacia que posee la misma. En este contexto, cabe indicar que la máxima longitud del recorrido que podría realizar un curso de agua, fue calculada a través de la herramienta Longest Flow Path de Arc Hydro, la cual utiliza como dato de entrada la dirección de flujo y los puntos de captación de las subcuencas. Una vez obtenida la máxima longitud del recorrido que podría realizar el curso de agua, se calculó la diferencia de elevación entre los puntos extremos del mismo.

L3

Tc=0.0195 ( H )

0.385

ec. 19

Donde: Tc: Tiempo de concentración (minutos) L: Máxima longitud del recorrido (m) H: Diferencia de elevación entre los puntos extremos del máximo recorrido (m)

64

3.3.3. Determinación del balance hídrico La metodología aplicada para determinar el balance hídrico fue la propuesta por la FAO (2016), debido a que ésta considera varios aspectos de importancia como el de estimar la evapotranspiración de los cultivos, la variabilidad de la reserva de agua en el suelo que está basada en la humedad disponible a la profundidad radicular efectiva de los cultivos, lo que ayudó a determinar el déficit y exceso que es aportado al caudal, por lo tanto para la determinación del balance hídrico se aplicó la ecuación 6 recomendada por Ruíz et al. (2012), la cual fue adaptada en un ambiente SIG.

El balance hídrico de la cuenca alta del río Sibimbe fue realizado a nivel mensual, debido a la disponibilidad de datos edafoclimáticos y de cobertura de suelo con los que se contaba, y porque se tendría un mejor detalle de la disponibilidad del recurso hídrico frente a un análisis bajo un escenario anual, ya que este último no permitiría detectar los meses de déficit o exceso.  Obtención y procesamiento de datos climáticos

Los datos climáticos a nivel mensual fueron obtenidos a través de la página de WorldClim que, de acuerdo a Hijmans, Cameron, Parra, Jones y Jarvis (2005), se basa en un conjunto de capas climáticas globales con una resolución espacial de aproximadamente 1 km2, siendo su sitio web de descargas: http://worldclim.org.

Cabe indicar que, en el proceso de descarga de los datos climáticos, se utilizó la versión 2.0 cuya temporalidad es de 1970 - 2000. De acuerdo a Vargas, Rolón, Jaramillo y Sánchez (2019), la información proporcionada por WorldClim ha sido validada científicamente en México y distintos países del mundo, razón por la que Varela et al. (2015) indican que estos datos son utilizados hasta la actualidad para investigaciones, debido a la cantidad y calidad de variables proporcionadas. De la misma manera, Monserrate, Quintero, Uribe, Valencia y Tapasco (2013) mencionan que este sitio web proporciona las variables necesarias para emplear el método de la FAO para el cálculo de la ETo, que es fundamental para estimar los requerimientos de riego de los cultivos. Por último, es importante mencionar que la

65

información climática en la zona de estudio es limitada al punto de que en los anuarios meteorológicos del INAMHI no existen datos de las estaciones meteorológicas cercanas a la cuenca alta del río Sibimbe, por lo tanto, la opción más adecuada y sugerida por el MAG (2017) fue la de utilizar los datos del sitio web antes mencionado.

Una vez obtenidos los datos meteorológicos a nivel mensual de temperatura media, máxima, mínima, radiación solar extraterrestre y precipitación media mensual, se procedió a recortarla con el área de influencia de la cuenca a través de la herramienta Extract by Mask, con la finalidad de realizar el proceso de análisis en el área de interés. Cabe indicar que la unidad de energía perteneciente a la variable climática de radiación solar fue convertida a evaporación equivalente en mm/día, usando un factor de conversión que es igual a la inversa del calor latente de vaporización, tal como lo indica el manual N° 56 de la FAO (Allen et al., 2006).  Estimación de la evapotranspiración de referencia a nivel mensual (ETo)

Para este cálculo fue utilizada la fórmula de Hargreaves descrita en la ecuación 8, debido a que la misma es recomendada por la FAO cuando no se cuenta con suficiente información climática para aplicar la ecuación Penman Monteith (Allen et al., 2006). Por lo tanto, se aplicó dicha ecuación para cada mes del año, a través de ArcGIS y utilizando la herramienta Raster Calculator.  Obtención y procesamiento de datos de suelos y cobertura

La información de suelos fue facilitada por el IGM a una escala 1:250,000, la cual fue generada en el año 1980 por el MAG y contiene datos de textura de suelo, contenido de materia orgánica, pedregosidad, entre otros, mientras que la capa de uso y cobertura del suelo del Ecuador publicada en el año 2014 a escala 1:50,000, fue facilitada por el MAG (2018). Estas capas fueron recortadas con base al área de influencia, y posteriormente se utilizó la herramienta Intersect, con la finalidad de combinar los atributos de la capa suelos con los de uso y cobertura de suelo en

66

un sólo archivo. Finalmente, se aplicó la herramienta Dissolve para unificar los atributos con características similares.

Cabe indicar que debido a que existía información faltante en el mapa de suelos facilitado por el IGM, se realizó una consulta a los técnicos del MAG sobre si existía información más actualizada, obteniendo una repuesta negativa, pero que podrían facilitar un software que utilizan en la actualidad para estimar algunas variables de suelos. La herramienta facilitada fue la de Soil Water Characteristics del software SPAW creado por Saxton y Rawls (2009), a través de la cual se pudo obtener y registrar los datos faltantes de densidad aparente, conductividad hidráulica saturada y disponibilidad de agua en el suelo, entre otras variables que facilita el software. Debido a que la humedad disponible en suelo facilitada por el programa tenía unidades de mm/mm, ésta fue multiplicada por la profundidad radicular efectiva de los cultivos en mm para obtener el agua disponible en función del cultivo, lo cual se puede apreciar en la Tabla 16 de los anexos.  Determinación del mes de inicio del balance

Coral, García y Leal (2015) mencionan que para definir el mes de inicio del balance se debe determinar mes a mes la pérdida o incorporación de agua potencial en el suelo, a través de la resta de la precipitación (P) con la evapotranspiración de referencia (ETo), a través de la herramienta Raster Calculator de ArcGIS, pudiéndose determinar de esta manera dónde empieza el mes seco luego de un periodo lluvioso. Este mes fue considerado como el punto de partida para el balance hídrico, en el cual se asumió como humedad disponible en el suelo la capacidad de campo. En el presente caso de estudio el mes de inicio para el balance hídrico es junio.  Cálculo de la humedad almacenada en el mes actual

Para calcular el agua almacenada en el mes actual se empleó la ecuación 6, a través de la herramienta Raster Calculator; considerando como mes de inicio para el cálculo, el mes de entrada a la época seca que, en este caso, fue Junio, por lo

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tanto la humedad antecedente se consideró como el 100% de la capacidad de almacenamiento de agua en el suelo y el resultado de humedad disponible de ese mes pasará a ser utilizado en el cálculo del mes siguiente como humedad disponible del mes anterior. Cabe mencionar que para cada mes se realizó una resta de la humedad disponible del mes actual con el valor de capacidad de almacenamiento del suelo, y se tomó en consideración que existirá déficit si la humedad antecedente HAi < 0, por el contrario si HAi > capacidad de almacenamiento del suelo habrá un exceso hídrico, y si el resultado de HAi está entre cero y la capacidad de almacenamiento del suelo, ese valor corresponderá a la humedad almacenada del período actual y se la considerará para el cálculo en el período subsecuente.

3.3.4. Determinación de la escorrentía directa por medio del método de número de curva

La selección de número de curva se realizó con base a la Tabla 8, que considera la condición de humedad antecedente II, ya que Ferguson (1996) menciona que la literatura del SCS es ambivalente sobre si es realmente necesario cambiar los valores de NC con base al grupo de condición de humedad antecedente, debido a que en el manual más reciente y ampliamente utilizado por el SCS de los E.E.U.U en 1986, se refiere muy brevemente a la humedad antecedente. Según Tenreiro (2003), en el manual publicado por el SCS en 1983, no se menciona a la condición de humedad antecedente, lo que da a entender que los valores de número de curva pueden ser tomados directamente de los valores publicados por el SCS bajo una condición de humedad antecedente II. Cabe mencionar que para la selección de los número de curva a nivel espacial, primero se aplicó en ArcGIS la herramienta Interect, colocando como datos de entrada la capa de suelos y de cobertura del suelo, y una vez obtenida esta capa, se solicitó apoyo técnico al MAG, para que los valores de NC fueran escogidos con base a las condiciones del área de estudio, obteniendo los datos mostrados en la Tabla 17 (en anexo), los cuales fueron convertidos a Raster a través de la herramienta Feature to Raster con una resolución de 1km.

68

 Cálculo del potencial de retención máxima Para determinar este parámetro se aplicó la ecuación 14, a través de la herramienta Raster Calculator, ya que en el paso anterior se rasterizó la capa del número de curva.  Precipitación media mensual La precipitación media mensual del área de estudio fue obtenida de las superficies climáticas de WorldClim versión 2.0, con una resolución de 1km, el cual contempla un promedio de datos acorde al registro histórico comprendido entre los años 19702000. Cabe mencionar que esta información fue obtenida en unidad de milímetros.  Cálculo de la escorrentía mensual

Para obtener la escorrentía mensual a nivel espacial, se aplicó la ecuación 13, y se consideró para ello las constantes a, b k, de la ciudad de Chicago por poseer el mejor ajuste en la investigación realizada por Ferguson (1996). Cabe indicar que debido a que la ecuación de Ferguson considera la precipitación en unidad de pulgadas, se procedió a transformarla, a través de la herramienta Raster Calculator, multiplicando la precipitación de cada mes por el factor 0.039. Por lo tanto, los resultados de escorrentía directa fueron obtenidos en pulgadas, y en vista de que el análisis sería realizado en milímetros se procedió a convertir nuevamente estos valores, multiplicando el resultado de la escorrentía por el valor de 25.4.  Obtención de datos de escorrentía a nivel mensual

Para obtener los datos de escorrentía se aplicó la herramienta Zonal Statistics as Table con la función MEAN a cada uno de los archivos de escorrentía mensual, con la finalidad de obtener la lámina de agua promedio de la cuenca en mm, la cual posteriormente fue dividida entre 1000 y luego multiplicada por la superficie total de la cuenca en m2, para convertir estos valores a la unidad de m3.

69

3.3.5. Determinación de los requerimientos de riego de los cultivos  Selección de área de cultivos en la cuenca

Para determinar los requerimientos de riego de los cultivos, se identificaron en primera instancia los cultivos existentes en la cuenca hidrográfica, y luego a través de una selección por atributos fueron exportados a una capa vector independiente y luego a una capa Raster con una resolución de 1 km. Los cultivos que posee la cuenca son: maíz, cereales, pasto, frutales y hortalizas.  Evapotranspiración de referencia

La evapotranspiración de referencia fue calculada previamente en el balance hídrico, a través del método de Hargreaves, por esta razón sólo se realizó un recorte de la capa Raster de ETo, en referencia al área ocupada por cultivos, a través de la herramienta Extract by Mask.  Determinación de calendarios de siembra y coeficiente único de cultivo Kc

Para la determinación de calendarios de siembra de cada cultivo desarrollado en el área de estudio, se utilizó fichas técnicas del MAG (2016) que describen las épocas y calendarios de siembra ejercida por los agricultores de acuerdo al ciclo de cultivo, mientras que para definir los Kc se utilizó el cuadro 17 del Manual 56 de la FAO (Allen et al., 2006) y proyecciones de acuerdo al crecimiento de cada cultivo; cabe mencionar que esta proyección sólo fue realizada para los cultivos anuales, ya que para los cultivos permanentes se adoptó un Kc único, adoptando el Kc medio por ser el más crítico en la mayoría de cultivos. En la Tabla 11, se presenta el calendario de siembra de los cultivos, con sus respectivos Kc que fueron incorporados a la información de uso y cobertura de suelo facilitada por el MAG (2018) y luego se transformó la columna de Kc en capa Raster a través de la herramienta Feature to Raster con una resolución de 1km.

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MESES CULTIVO

E

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

Pasto

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

0.95

Maíz

0.9

1.2

1

0.8

0.3

0.9

1.2

1

0.8

Cereales

0.3

0.9

1.15

1.15

0.9

0.4

0.3

0.9

1.15

1.15

Hortalizas

1.2

1.2

0.9

1.05

1.2

1.2

1.2

0.9

Frutales

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

0.3 0.9

0.4

1.05

1.2

0.6

0.6

Tabla 11. Calendario de siembra y coeficientes únicos de cultivo Kc  Determinación de la precipitación efectiva

Para obtener la precipitación efectiva se aplicaron las ecuaciones 17 y 18, a través de la herramienta Raster Calculator, en la cual se añadió una condicional debido a que algunos meses mantenían rangos superiores e inferiores a 250 mm. La condicional empleada fue: Con (Precipitación_mes > 250 mm, 125 + 0.1 x Precipitación_mes, (Precipitación_mes x (125 – 0.2 Precipitación_mes)) / 125).

Para una comprobación de los resultados obtenidos se utilizó el software CROPWAT.  Determinación de los requerimientos de riego de los cultivos

Finalmente, para determinar los requerimientos de riego de los cultivos se aplicó la ecuación 15, a través de la herramienta Raster Calculator, obteniendo de esta manera los requerimientos de riego de los cultivos de manera espacial con una resolución de 1 km. Adicionalmente, para efectos de cálculo a esta lámina obtenida se involucró una eficiencia de riego del 55%, que es catalogada para sistemas de riego por surcos de acuerdo al SCS y al Centro Internacional de Riego de los Estados Unidos. Por lo tanto, a través de la herramienta Raster Calculator se realizó una división entre la lámina de riego y la eficiencia de riego asumida, y luego se multiplicó por 100, logrando obtener de esta manera el requerimiento de riego definitivo de los cultivos de manera espacial con una resolución de 1 km.

71

 Obtención de datos de requerimientos de riego a nivel mensual

Para obtener los datos de requerimientos de riego definitivos de los cultivos se aplicó la herramienta Zonal Statistics as Table con la función MEAN a cada uno de los archivos de requerimientos de riego mensual, con la finalidad de obtener la lámina de agua promedio requerida en mm por cada uno de los cultivos desarrollados en la cuenca, la cual posteriormente fue dividida entre 1,000 y luego multiplicada por la superficie total de la cuenca en m2, para convertir estos valores a la unidad de m3.

72

4.

4.1.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

RESULTADOS

4.1.1. Delimitación de la cuenca hidrográfica De acuerdo a resultado obtenido en la delimitación de la cuenca hidrográfica se puede observar en la Ilustración 14 que el parte agua o línea divisoria del área de estudio se extiende desde el cantón Guaranda hasta el cantón Echeandía de la provincia de Bolívar. Además, se puede apreciar que la mayor cantidad de afluentes o ríos se concentran en la cuenca alta, siendo su colector principal el río Sibimbe que desemboca en el río Ventanas. Finalmente, el Modelo digital de elevación permite apreciar que la cota más alta de la cuenca alta del río Sibimbe es de 3,812 m.s.n.m., mientras que la cota más baja es 274 m.s.n.m.

Ilustración 14. Cuenca hidrográfica del río Sibimbe

73

4.1.2. Parámetros morfométricos de la cuenca alta del río Sibimbe Estos parámetros fueron obtenidos a través del uso de las herramientas del software ArcGIS, luego de haber realizado la delimitación previa de la cuenca alta del río Sibimbe, obteniéndose los resultados mostrados en la Tabla 12.

DESCRIPCIÓN

UNIDADES

VALOR

Área de la cuenca

km2

397.29

Perímetro de la cuenca

km

89.38

Longitud más larga de la cuenca

km

28.05

Ancho promedio

km

14.16

Factor forma de Horton

adimensional

0.50

Índice de Gravelious

adimensional

1.26

Cota máxima

msnm

3,812.00

Cota mínima

msnm

274.00

Altitud media

msnm

2,042.95

Altitud más frecuente

msnm

1011

Altitud de frecuencia media

msnm

1,731.8

Pendiente promedio de la cuenca

m/m

0.13

Longitud del cauce más largo

km

37.23

Cota máxima cauce más largo

m

3,584.57

Cota mínima cauce más largo

m

277.66

Desnivel del cauce más largo

m/m

0.09

Longitud de cauce principal

km

29.53

Cota máxima cauce principal

m

2,944.97

Cota mínima cauce principal

m

277.66

Pendiente cauce principal

m/m

0.090

Longitud red hídrica

km

559.78

Densidad de drenaje

km/km2

1.41

Tiempo de concentración (kirpich)

Minutos

163.85

Tabla 12. Parámetros morfométricos de la cuenca alta del río Sibimbe.

74

De acuerdo a los parámetros morfométricos descritos en la Tabla 12, se puede apreciar que la cuenca alta del río Sibimbe es catalogada como grande por poseer una superficie mayor a 250 km2 (Villon, 2011). Así mismo, la clasificación de Horton descrita por Fuentes (2004) permite evidenciar que su forma es moderadamente achatada, por presentar un valor adimensional que esta entre el rango de 0.36 a 0.54, mientras que la densidad de drenaje es baja por estar entre el rango de 0.1 a 1.8 CORTOLIMA (2009). Por último, la pendiente promedio de la cuenca es alta con un valor de 13%, es decir que por cada 100 metros horizontales experimenta un desnivel de 13 m Villón (2011).

De la misma manera a través del procesamiento del MDE en referencia al área de la cuenca alta del río Sibimbe, se puede apreciar en la Tabla 13 e Ilustración 15 los resultados de la curva hipsométrica que básicamente representa la relación entre la altitud y la superficie de la cuenca, donde el mayor porcentaje de área (56.56%) se concentra entre los 421 a 1,306 msnm. Además, mediante la Ilustración 15 se puede apreciar que el rio principal podría presentar deposiciones de sedimentos en la parte baja, ya que la curva hipsométrica refleja constancia topográfica en esta zona.

Cotas (msnm) Mínima

Máxima

Promedio

274 569 864 1,159 1,454 1,749 2,043 2,338 2,633 2,928 3,223 3,518

568 863 1,158 1,453 1,748 2,042 2,337 2,632 2,927 3,222 3,517 3,812

421 716 1,011 1,306 1,601 1,895.5 2,190 2,485 2,780 3,075 3,370 3,665

Área (km2) Área entre Acumulado curva

41.71 56.40 66.69 59.89 38.98 28.07 23.43 24.33 20.97 18.23 12.13 6.46

397.29 355.58 299.18 232.50 172.60 133.63 105.56 82.13 57.80 36.83 18.60 6.46

Porcentaje (%) Área Área entre acumulada curva

100.00 89.50 75.31 58.52 43.45 33.63 26.57 20.67 14.55 9.27 4.68 1.63

10.50 14.20 16.79 15.07 9.81 7.06 5.90 6.12 5.28 4.59 3.05 1.63

Tabla 13. Datos para determinar la curva hipsométrica de la Cuenca alta del río Sibimbe

75

Curva hipsométrica y frecuencia de altitudes 0,00

Área entre curva (%) 5,00 10,00 15,00

20,00

4 000

Altitud (msnm)

3 500 3 000 2 500

Área entre curva

2 000

Área acumulada

1 500 1 000 500

0 0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

Área acumulada %

Ilustración 15. Curva hipsométrica y frecuencia de altitudes de la cuenca del río Sibimbe

4.1.3. Balance hídrico de la cuenca alta del río Sibimbe 

Humedad disponible en el suelo del área de estudio

Para realizar el cálculo de balance hídrico se generó en primera instancia un mapa de humedad disponible en el suelo, con base a la información base facilitada por el MAG (2018), profundidad radicular de los cultivos de acuerdo al Manual 56 de la FAO (Allen et al., 2006), y a la información generada a través del software SPAW, cuyos datos son presentados en la Tabla 16. Así mismo en la Ilustración 16 se puede apreciar la distribución espacial de humedad disponible en el suelo del área de la cuenca alta del río Sibimbe. En la zona alta y baja de la cuenca se presentan se presenta el rango más alto que va desde los 190 a 400 mm, mientras que los rangos más bajos se ubican en la zona central de la cuenca, con un rango de 66 a 110 mm.

76

Ilustración 16. Humedad disponible del suelo en la cuenca alta del río Sibimbe  Obtención y procesamiento de datos climáticos

La ETo se obtuvo a nivel mensual en la cuenca alta del río Sibimbe de acuerdo con la metodología planteada en capítulo anterior, por lo tanto, desde la Ilustración 17 hasta la Ilustración 28 se puede observar que los resultados a nivel espacial presentan los valores más altos en la zona media y baja de la cuenca hidrográfica a través de los 12 meses del año.

De igual manera la precipitación fue obtenida para los 12 meses del año en la zona de estudio, cuyos resultados plasmados en mapas de distribución espacial desde la Ilustración 17 hasta la Ilustración 28 indican que la zona media y baja de la cuenca presenta las precipitaciones más altas. Así mismo se puede notar que los meses de enero a abril son los que concentran las mayores tasas de precipitación en toda la cuenca.

77

Los resultados de exceso y déficit hídrico fueron obtenidos tomando en cuenta la precipitación, evapotranspiración de referencia, humedad disponible en suelo y sus variaciones.

Desde la Ilustración 17 hasta la 28 se pueden apreciar estos resultados que indican que los meses de febrero, marzo, abril y mayo presentan excesos de agua, siendo marzo el mes que presenta el registro más alto, con un valor de 425.24 mm, mientras que durante los meses de julio, agosto y septiembre se presenta déficit en toda la cuenca, siendo el mes de septiembre el que registra su valor más alto con 109.95 mm.

Para facilitar la comparación, se utilizó en los mapas una misma gama colores personalizada por rangos de acuerdo a cada variable, ya que principalmente los mapas de humedad disponible en el suelo no presentan una diferencia significativa a través de los meses.

Ilustración 17. Balance hídrico correspondiente al mes de enero en la cuenca alta del río Sibimbe

78

Ilustración 18. Balance hídrico correspondiente al mes de febrero en la cuenca alta del río Sibimbe

Ilustración 19. Balance hídrico correspondiente al mes de marzo en la cuenca alta del río Sibimbe

79

Ilustración 20. Balance hídrico correspondiente al mes de abril en la cuenca alta del río Sibimbe

Ilustración 21. Balance hídrico correspondiente al mes de mayo en la cuenca alta del río Sibimbe

80

Ilustración 22. Balance hídrico correspondiente al mes de junio en la cuenca alta del río Sibimbe

Ilustración 23. Balance hídrico correspondiente al mes de julio en la cuenca alta del río Sibimbe

81

Ilustración 24. Balance hídrico correspondiente al mes de agosto en la cuenca alta del río Sibimbe

Ilustración 25. Balance hídrico correspondiente al mes de septiembre en la cuenca alta del río Sibimbe

82

Ilustración 26. Balance hídrico correspondiente al mes de octubre en la cuenca alta del río Sibimbe

Ilustración 27. Balance hídrico correspondiente al mes de noviembre en la cuenca alta del río Sibimbe

83

Ilustración 28. Balance hídrico correspondiente al mes de diciembre en la cuenca alta del río Sibimbe

4.1.4. Escurrimiento superficial en la cuenca alta del río Sibimbe Para realizar el cálculo de la escorrentía directa mensual planteado por Ferguson (1996), se utilizó la información geográfica facilitada por el MAG (2018), que permitió obtener un mapa de uso/cobertura de suelo que puede ser apreciado en la Ilustración 29 y un mapa de textura de suelos que puede apreciarse en la Ilustración 30. A través de estas ilustraciones se puede notar que las coberturas que poseen mayor superficie en la cuenca alta del río Sibimbe son: bosque húmedo, misceláneo de frutales y pasto cultivado, mientras que la textura predominante de la zona media y baja de la cuenca es franco limosa, y en la zona alta lo ocupa la textura arcillosa. Estos mapas fueron generados para facilitar la selección de los valores de número de curva (NC) en la cuenca alta del río Sibimbe por medio del método del SCS bajo una condición de humedad antecedente II, siendo los valores más altos los que presentan un mayor potencial de escurrimiento, los cuales pueden ser apreciados en la Ilustración 31 y la Tabla 17 (en anexo).

84

Ilustración 29. Uso y cobertura de suelos en la cuenca alta del rio Sibimbe

Ilustración 30. Textura de suelo en la cuenca alta del río Sibimbe.

85

Ilustración 31. Número de curva (NC) en la cuenca alta del rio Sibimbe Con los valores de número curva definidos se pudo calcular en primera instancia el potencial de retención máxima de agua, y luego la escorrentía superficial directa para cada mes del año.

En los resultados obtenidos en las Ilustraciones 32, 33 y 34 se puede apreciar que entre los meses de enero a abril se produce escorrentía en toda la cuenca, registrando su valor más alto en el mes de marzo con 103.9 mm por kilómetro cuadrado, por el contrario, los meses que no producen escorrentía son los de julio y agosto, mientras que en el resto de los meses sólo se produce escorrentía en ciertos sectores de la cuenca. De igual manera, a través de la Tabla 14 e Ilustración 51, se puede apreciar en forma resumida los valores de escorrentía mensual de la cuenca.

86

Ilustración 32. Escorrentía correspondiente a los meses de enero, febrero, marzo y abril en la cuenca alta del río Sibimbe

Ilustración 33. Escorrentía correspondiente a los meses de mayo, junio, julio y agosto en la cuenca alta del río Sibimbe

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Ilustración 34. Escorrentía correspondiente a los meses de septiembre, octubre, noviembre, diciembre en la cuenca alta del río Sibimbe 4.1.5. Requerimiento de riego de los cultivos Para obtener los requerimientos de riego en la cuenca alta del río Sibimbe se utilizó la metodología descrita por la FAO (2016), por lo tanto en primera instancia se obtuvo un mapa de cultivos predominantes en la cuenca (Ilustración 35), los cuales son: pasto, frutales, cereales, maíz y hortalizas, como lo indica SRD del MAG y la CGSIN (2014). Además, a través de la Ilustración 35 se puede apreciar que los cultivos se concentran principalmente en la zona sur de la cuenca.

88

Ilustración 35. Cultivos desarrollados en la cuenca alta del río Sibimbe

Posteriormente los valores de coeficiente de cultivo (Kc) se obtuvieron por cada cultivo de acuerdo al calendario de siembra descrito en la Tabla 11 de la metodología. En los resultados plasmados desde la Ilustración 36 hasta la 41 se puede apreciar que los valores Kc varían de acuerdo a las etapas fenológicas de cada cultivo, a excepción de los cultivos de pasto y frutales que se adoptó el kc medio por ser de ciclo perenne. Así mismo, se indica que la evapotranspiración de referencia obtenida en el apartado de balance hídrico fue recortada con base al área ocupada por cultivos, obteniendo los resultados presentados desde la Ilustración 36 hasta la 41.

89

Ilustración 36. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de enero y febrero

Ilustración 37. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de marzo y abril

90

Ilustración 38. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de mayo y junio

Ilustración 39. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de julio y agosto

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Ilustración 40. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de septiembre y octubre

Ilustración 41. Evapotranspiración de referencia (ETo) y coeficiente de cultivo (Kc) en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de noviembre y diciembre

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Otro de los parámetros necesarios para el cálculo de los requerimientos de riego fue la precipitación efectiva, que se obtuvo al aplicar la metodología de la USDA, tomando como dato de entrada la precipitación promedio de la cuenca.

Los resultados obtenidos pueden ser apreciados desde la Ilustración 42 hasta la 47. En ellos se refleja que la zona baja de la cuenca registra los valores de precipitación más altos, al igual que la precipitación efectiva que concentra sus registros más altos en la zona baja durante los doce meses del año.

Cabe indicar que durante todos los meses del año existe precipitación efectiva en la cuenca alta del río Sibimbe, siendo diciembre, enero, febrero, marzo, abril y mayo los meses con el registro más alto, con un promedio de 151.25 mm en la zona media y baja, mientras que en la zona alta el promedio fue de 74.38 mm.

Ilustración 42. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de enero y febrero

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Ilustración 43. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de marzo y abril

Ilustración 44. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de mayo y junio

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Ilustración 45. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de julio y agosto

Ilustración 46. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de septiembre y octubre

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Ilustración 47. Cálculo de precipitación efectiva en el área desarrollada por cultivos en la cuenca alta del río Sibimbe, durante los meses de noviembre y diciembre Los requerimientos de riego por los cultivos desarrollados en el área de la cuenca alta del río Sibimbe fueron calculados a nivel mensual. En los resultados obtenidos en las Ilustraciones 48, 49 y 50 se puede apreciar que durante los primeros 5 meses del año los cultivos no requieren riego, pero en los meses restantes estos valores varían paulatinamente, registrando su valor más alto en el mes de agosto con 92.58 mm por kilómetro cuadrado.

De igual manera, a través de la Ilustración 52 y de la Tabla 15, se puede apreciar en forma resumida los valores de requerimientos de riego por cultivo. Cabe indicar, que en algunos mapas de las variables para calcular los requerimientos de riego, no se presenta una diferencia significativa a través de los meses, por esta razón, si se pretende analizar todos los mapas al mismo tiempo se debe tener la precaución de fijar correctamente en los cambios espaciales y valores descritos en la leyenda para poder observar estos cambios, que en algunos casos son mínimos.

96

Ilustración 48. Requerimientos de riego en los cultivos que se desarrollan en la cuenca alta del río Sibimbe durante los meses de enero, febrero, marzo y abril

Ilustración 49. Requerimientos de riego en los cultivos que se desarrollan en la cuenca alta del río Sibimbe durante los meses de mayo, junio, julio y agosto

97

Ilustración 50. Requerimientos de riego en los cultivos que se desarrollan en la cuenca alta del río Sibimbe durante los meses de septiembre, octubre, noviembre y diciembre 4.2.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.2.1. Delimitación de la cuenca hidrográfica En la actualidad, las metodologías aplicadas para llevar a cabo un propósito deben estar ligadas a la facilidad y al grado de precisión que éstas presenten; por esta razón la delimitación de la cuenca alta del río Sibimbe fue realizada con el conjunto de herramientas Hydrology del software ArcGIS.

El dato de entrada utilizado fue el SRTM del Ecuador facilitado por el IGM que posee una resolución de 30m, al cual se le realizó un pre-procesamiento para corregir picos o sumideros tal como lo menciona Jumbo (2015), con lo cual se evitó cualquier tipo de inconvenientes al momento de realizar el trazado automático de la cuenca hidrográfica. El MDE corregido fue procesado con la herramienta dirección de flujo, y así se logró definir el camino por donde la escorrentía circula después de una lluvia, debido a que la herramienta se basa en la elevación de cada

98

una de las celdas, de esta manera se fijó de forma fácil un punto de cierre en el río principal. Finalmente se ejecutó la delimitación automática de la cuenca, de la misma forma en que lo indican Ruiz y Torres (2010), en el que el resultado de la línea divisoria fue muy parecido al realizado por la SENAGUA, pudiendo deberse a que esta entidad utilizó un MDE con la misma resolución.

En ambos casos la divisoria siguió de forma correcta los puntos más altos con respecto al lugar de cierre de la cuenca y a la dirección de flujo, como se puede apreciar en la Ilustración 14.

4.2.2. Obtención de parámetros morfométricos de la cuenca alta del río Sibimbe Para responder a la primera pregunta de investigación planteada en este estudio, se indica que de acuerdo a Villón (2011), la cuenca alta del río Sibimbe es catalogada como una cuenca grande, debido a que posee un área mayor a 250 km2, y según Fuentes (2004), el factor forma de Horton indica que esta cuenca presenta una forma moderadamente achatada, pudiendo ser susceptible a concentrar lluvias intensas.

Así mismo, y de acuerdo a Urbina et al. (2010), se puede decir que el índice de compacidad o de Gravelious en esta cuenca la cataloga como de oval redonda a oval oblonga, por lo que se podrían concentrar volúmenes fuertes de escurrimiento, que sumado a la densidad de drenaje baja, hace que el tiempo de respuesta se vea afectado ante una máxima avenida por la baja longitud de ríos en el área de estudio (CORTOLIMA, 2009). Los resultados morfométricos pueden ser visualizados de forma resumida a través de la Tabla 12, por lo cual cabe indicar que el primer objetivo específico planteado en la investigación fue logrado.

4.2.3. Balance hídrico de la cuenca hidrográfica 

Humedad disponible en el suelo del área de estudio

Se concuerda con FAO (2015), que la humedad disponible en el suelo depende de ciertas condiciones como: textura y estructura de suelo, contenido de materia

99

orgánica, profundidad de enraizamiento, ya que los resultados de humedad disponible en el suelo que se obtuvieron a través del software SPAW, creado por Saxton y Rawls (2009), variaron de acuerdo a las condiciones de cada sitio.

En los resultados obtenidos en la Ilustración 16 se puede notar que en la zona alta y baja de la cuenca se presenta el rango de reservas de humedad más alto, debido a que el uso/cobertura del suelo corresponde a bosque húmedo, especies forestales y especies frutales que poseen profundidades radiculares superiores a un metro, mientras que los rangos más bajos se ubican en la zona central de la cuenca, debido a que la cobertura predominante posee raíces someras, entre las cuales están los cultivos de ciclo corto, vegetación herbácea y pasto. 

Obtención y procesamiento de datos climáticos

Los datos de las diferentes variables climáticas a nivel mensual fueron obtenidas a través de la página de WorldClim (Hijmans et al., 2005), ya que se concuerda con Aruni (2015) que la información facilitada por esta página es confiable y de gran utilidad en aquellos casos como este, donde la información climática es limitada, ya que en los anuarios meteorológicos del INAMHI (2015) no se registran datos de las estaciones cercanas a la zona de estudio, entre las cuales están Echeandia, Salinas-Bolívar, Guaranda DCP, Zapotal-Los Ríos.

Se comparte con Allen et al. (2006) que cuando se tenga información climática faltante para determinar la evapotranspiración de referencia ETo por medio del método de Penman-Monteith,

se

puede

utilizar el método

Hargreaves

recomendado por la FAO, porque a su vez presenta un proceso de cálculo sencillo y eficaz. Además, Proaño (2012) indica que el método Hargreaves se emplea mucho en Ecuador, debido a que gran parte del territorio carece de datos indispensables para poder aplicar otros métodos como el de Penman-Monteith.

De acuerdo a los resultados obtenidos desde la Ilustración 17 hasta la 28, se puede observar que los valores de ETo mensual más altos se presentan durante el primer semestre del año, en los que las variables climáticas de temperatura y radiación

100

incrementan considerablemente. El valor promedio para el primer semestre del año en la zona media y baja de la cuenca hidrográfica es de 48.67 mm, mientras que en la zona alta se obtuvo un promedio de 27.75 mm, por otro lado, el segundo semestre del año registró un promedio de 54.23 mm en la zona media y baja, mientras que en la zona alta el promedio obtenido fue de 30.95 mm.

Los resultados de precipitación indican que los meses de lluvia son: diciembre, enero, febrero, marzo, abril y mayo, meses en los cuales la precipitación presenta los valores más altos en la zona media y baja de la cuenca con un promedio de 328.83 mm, mientras que el promedio más bajo se registró en la zona alta de la cuenca con un valor de 86.67 mm, y en el resto de meses del año los valores más altos no superan los 50 mm. Por esta razón se comparte con Torreño y Schnabel (2017) que las variables climáticas varían mucho de forma espacial y temporal de acuerdo a las características de cada zona, entre las cuales una de las variables más difíciles de predecir es la precipitación.

Se concuerda con Ruíz et al. (2012) que para obtener los resultados de exceso y déficit de agua se debe tomar en cuenta la variación de humedad disponible en el suelo, evapotranspiración de referencia y precipitaciones, ya que cada una de estas variables cambia constantemente a nivel espacial y temporal.

Dentro de los resultados obtenidos se puede apreciar que desde el mes de febrero hasta el mes de mayo se presentan excesos de agua en toda la cuenca; por lo tanto, la humedad disponible en el suelo durante todo este tiempo está al máximo de su capacidad. De la misma manera, la época en que se presenta déficit en toda la cuenca está comprendida entre los meses de julio a septiembre, tiempo durante el cual la reserva de humedad del suelo se ha agotado. El resto de meses los valores de exceso y déficit varían de forma espacial en la cuenca, pero cabe indicar que durante los meses de julio a enero el almacenamiento de agua del suelo está en constante cambio, debido a las variaciones de entrada (precipitaciones) y salida de agua (evapotranspiración).

101

4.2.4. Escurrimiento superficial en la cuenca alta del río Sibimbe Para el cálculo de escorrentía superficial por medio del método del SCS se debe contar con datos diarios de precipitación para ajustar los números de curva de acuerdo a la humedad antecedente, lo cual representa un problema en ciertas zonas donde la información climática es escaza, como en el caso de estudio correspondiente a la cuenca alta del río Sibimbe, donde únicamente se cuenta con datos de precipitación mensual. Por tal motivo, la escorrentía fue calculada por el método de Ferguson (1996), debido a que este autor ajustó la fórmula del método de número de curva original para que pueda ser aplicada a nivel mensual en lugares donde no se disponga de datos de precipitación diaria.

En vista de que gran parte del territorio Ecuatoriano carece de información climática histórica a nivel diario, es de vital importancia proponer la realización de un estudio exhaustivo, similar al realizado por Ferguson en EEUU, que permita ajustar la fórmula original del método de numero de curva con base a las condiciones de Ecuador, con la finalidad de obtener estimaciones de volúmenes de escorrentía superficial con un menor grado de error, ya que como manifiesta Preciado (2017), si se aplica la fórmula original del método de número de curva para realizar un cálculo de escorrentía a nivel mensual se obtendrán resultados alejados de la realidad, principalmente en aquellos meses con precipitaciones bajas.

Para la selección de los valores de número de curva se acogió lo mencionado por López (2001) y Tenreiro (2003), los cuales argumentan que en las últimas versiones del SCS se sugiere la selección del número de curva tomando en cuenta la humedad antecedente II, ya que es la única tabla que se mantiene en los manuales.

Los aspectos considerados dentro de la selección del número de curva en la cuenca alta del río Sibimbe basados en la condición de humedad antecedente II fueron: uso/cobertura del suelo, condición hidrológica y tipo de suelo, tal como lo indican Terra et al. (2011) y Lobo y Michael (2012), siendo estos aspectos similares a los aplicados en el balance hídrico, en los que se tomaba en cuenta la humedad disponible del suelo.

102

Cabe mencionar que los números de curva han sido modificados por varios autores, por lo que en Ecuador también se podría proponer realizar ciertas afinaciones acorde a las condiciones presentadas en las diferentes zonas, con el propósito de obtener mejores resultados.

Para responder la segunda pregunta de investigación planteada en este estudio, se realizó el cálculo de la escorrentía superficial a través del método desarrollado por Ferguson (1996) a nivel mensual. Posteriormente se aplicó la metodología de extracción de datos planteada, a través de la herramienta Zonal Statistics as Table con la función MEAN, obteniéndose un valor de escorrentía de 25,426,560 m3/año, registrando los mayores aportes en los primeros 4 meses de año como se puede apreciar en las Ilustraciones 32, 33, 34 y 35, y de forma resumida en la Tabla 14 e Ilustración 51, debido a que durante estos meses se concentran las mayores tasas de precipitación en toda la cuenca. Por lo tanto, los resultados de escorrentía superficial obtenidos han logrado cumplir con el segundo objetivo específico de esta investigación.

4.2.5. Requerimientos de riego de los cultivos Para obtener los requerimientos de riego en la cuenca alta del río Sibimbe se acogió la metodología descrita por la FAO (2016) y Calvache (2012), los cuales mencionan que

los

requerimientos

de

riego

de

cultivos

están

definidos

por

la

evapotranspiración del cultivo (ETo) multiplicada por el coeficiente único de cultivo Kc, menos los aportes naturales de agua en el suelo (Precipitación efectiva).

A esta metodología de cálculo se le podría agregar la eficiencia del sistema de riego implementado o a implementarse siempre y cuando se cuente con dicha información, ya que como menciona Proaño (2012), éste es un factor que influye directamente en los volúmenes de agua requeridos para riego.

Cabe mencionar que para efectos de cálculo se asumió una eficiencia del 55%, ya que este porcentaje es considerado por el SCS para sistemas de riego de superficie a través de surcos como lo menciona la FAO (2001).

103 ESCORRENTÍA SUPERFICIAL EN LA CUENCA ALTA DEL RÍO SIBIMBE Área de la cuenca (m2)

Unidades escorrentía

397,290,000

Lámina promedio (mm) Volumen área total cuenca alta (m3)

MESES ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

11.77

14.58

16.04

13.14

4.15

0.27

0

0

0.03

0.14

0.11

3.77

4,676,103.3

5,792,488.2

6,372,532.6

5,220,391.6

1,648,754.5

107,268.3

0

0

11,918.7

55,620.6

43,701.9

1,497,783.3

Tabla 14. Escorrentía superficial en la cuenca alta del río Sibimbe

Escorrentía en la cuenca alta del río Sibimbe 7 000 000 6 500 000 6 000 000 5 500 000 5 000 000 4 500 000

m3

4 000 000 3 500 000 3 000 000 2 500 000 2 000 000 1 500 000 1 000 000 500 000 0

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

m3 4 676 103 5 792 488 6 372 531 5 220 390 1 648 753 107 268,3

JUL

AGO

SEP

OCT

0,0

0,0

11 918,7

55 620,6

Ilustración 51. Escorrentía superficial en la cuenca alta del río Sibimbe

NOV

DIC

43 701,9 1 497 783

104

Se concuerda con la SRD del MAG y la CGSIN (2014) que los cultivos que predominan en la cuenca alta del río Sibimbe son: pasto, frutales, hortalizas, cereales y maíz, como se puede apreciar en la Ilustración 35.

En referencia al Kc mensual de cada cultivo se utilizaron los propuestos por la FAO (Allen et al., 2006), los cuales estuvieron basados en la etapa de desarrollo de cada cultivo, de acuerdo a los calendarios de siembra establecidos en la zona por el MAG (2016). Es importante indicar que únicamente para los cultivos de ciclo perenne (pasto y frutales) se adoptó el Kc medio por ser el más crítico, coincidiendo con el argumento de Proaño (2012), el cual indica que para efectuar cálculos de necesidades de riego en áreas establecidas con cultivos de ciclo perenne de diferentes edades se debe elegir el Kc medio, por ser el más importante de las etapas de desarrollo de los cultivos.

Para el cálculo de la precipitación efectiva que puede ser aprovechada por las plantas de forma fácil y efectiva, se utilizó el método de la USDA mencionado por la FAO (2013) a través de su manual de CROPWAT, debido a que es un método sencillo y eficaz que, según Proaño (2012), es aplicado en gran parte del territorio Ecuatoriano para realizar programaciones y cálculos de necesidades de riego.

Para responder a la tercera pregunta de investigación planteada en este estudio, se realizó el cálculo de requerimiento de riego a través de la metodología descrita por la FAO (2016). Posteriormente se aplicó la metodología de extracción de datos planteada, a través de la herramienta Zonal Statistics as Table con la función MEAN, obteniéndose un requerimiento de riego total de los cultivos de 22,263,951.28 m3/año, siendo el mes de agosto el de mayor demanda con un total de 8,283,440.57 m3, debido a que la precipitación efectiva es baja y que todos los cultivos se encuentran en la etapa de desarrollo más crítica a excepción de los cereales como se puede apreciar en la Tabla 11. Los resultados de requerimiento de riego por cultivo pueden ser apreciados de forma resumida, a través de la Tabla 15 e Ilustración 52. Con lo expuesto anteriormente se puede indicar que el tercer objetivo específico de esta investigación fue logrado.

105

REQUERIMIENTOS DE RIEGO POR LA SUPERFICIE TOTAL DE CADA CULTIVO DESARROLLADO EN LA CUENCA ALTA DEL RÍO SIBIMBE CULTIVOS

Maíz

Cereales

Hortalizas

Frutales

Pasto

TOTAL

SUPERFICIE (m2)

3,288,866.57

13,140,726.44

20,740,174.01

69,867,516.13

64,822,342.61

171,859,625.76

UNIDADES REQUERIMIENTO ENE Lámina promedio (mm) Volumen área cultivo (m3) Lámina promedio (mm) Volumen área cultivo (m3) Lámina promedio (mm) Volumen área cultivo (m3) Lámina promedio (mm) Volumen área cultivo (m3) Lámina promedio (mm) Volumen área cultivo (m3) Lámina promedio (mm) Volumen área cultivo (m3)

MESES TOTAL ANUAL FEB

MAR ABR MAY

JUN

JUL

AGOS

SEPT

OCT

NOV

DIC

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

0.00

28.32

48.87

0.54

0.00

0.00

0.00

77.73

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

0.00

93,140.70

160,726.91

1,775.99

0.00

0.00

0.00

255,643.60

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

0.00

6.64

51.46

39.67

26.43

13.62

0.00

137.82

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

0.00

87,254.42

676,221.78

521,292.62

347,309.40

178,976.69

0.00

1,811,054.92

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

5.44

77.06

83.99

22.19

0.00

20.08

0.00

208.76

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 112,826.55 1,598,237.81 1,741,967.21

460,224.46

0.00

416,462.69

0.00

4,329,718.73

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

0.00

6.43

1.16

0.16

0.00

61.73

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

0.00

449,248.13

81,046.32

11,178.80

0.00

4,312,921.77

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

3.24

27.07

19.01

15.01

0.00

178.25

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 210,024.39 3,585,323.77 3,799,237.50 1,754,740.81 1,232,272.73

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00

0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 322,850.94 7,230,118.06 8,283,440.57 3,187,282.01 1,660,628.45 1,579,601.55 0.00 22,263,921.58

8.68

26.71

27.27

1,866,161.36 1,905,287.16 55.31

194.04

58.61

270.20

95.90

46.60

972,983.36 48.87

0.00 11,554,582.57 0.00

Tabla 15. Requerimientos de riego por cada cultivo desarrollado en la cuenca alta del río Sibimbe

664.29

106

Requerimientos de riego por cultivo en la cuenca alta del río Sibimbe 5 000 000

4 000 000

m3

3 000 000

2 000 000

1 000 000

0

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

Maíz

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

93 140,70 160 726,9

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

1 775,99

0,00

0,00

0,00

Cereales

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

87 254,42 676 221,7 521 292,6 347 309,4 178 976,6

Hortalizas

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

Frutales

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

Pasto

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

112 826,5 1 598 237 1 741 967 460 224,4 0,00

0,00

416 462,6

0,00

1 866 161 1 905 287 449 248,1 81 046,32 11 178,80

0,00

210 024,3 3 585 323 3 799 237

0,00

1 754 740 1 232 272 972 983,3

0,00

Ilustración 52. Requerimientos de riego por cada cultivo desarrollado en la cuenca alta del río Sibimbe

Hipótesis

La hipótesis planteada es aceptada, debido a que el volumen de escurrimiento en la cuenca alta del río Sibimbe puede satisfacer el 100% de los requerimientos de riego de los principales cultivos sembrados en dicha área, tal como se puede apreciar en la Ilustración 53. Sin embargo, para que se dé el escenario antes planteado, se debería capturar de forma eficiente toda la escorrentía generada en la cuenca alta del río Sibimbe y distribuirla adecuadamente sobre los sectores en los que se desarrolla agricultura, pero esta acción podría repercutir en la regulación equitativa del abastecimiento de agua para los diferentes usos que se puedan presentar en el área total de la cuenca, como: consumo humano, riego e industria; además de tener efectos de alta importancia en el caudal ecológico. Todo lo anterior es demandado por la Constitución de la República del Ecuador (Asamblea Nacional Constituyente de Ecuador, 2008).

Una de las opciones que se podría poner en práctica para capturar la escorrentía generada en la cuenca alta del río Sibimbe, es la denominada “cosecha de agua”,

107

a través de zanjas de infiltración, canales y pequeños reservorios, que permitan almacenar el agua en la época de inverno y poder utilizarla en diferentes actividades durante los meses en que se presenten déficits. Cabe indicar que uno de los mejores métodos para realizar cosecha de agua es el Keyline o línea clave1, mismo que requiere topografía de precisión para ejecutar un diseño a partir de una curva de nivel estratégica, con la finalidad de utilizar al máximo la fuerza de la gravedad, y de esta manera conseguir una adecuada captación, almacenamiento y distribución del agua para actividades agrícolas, consumo humano y de animales, entre otros. Tomando como ejemplo el presente caso de estudio, se puede decir que es de vital importancia establecer una adecuada planificación de los recursos hídricos en cada cuenca hidrográfica del país, con la finalidad de que el agua sea distribuida y regulada de acuerdo a las necesidades propias de cada actividad desarrollada en la superficie total de la cuenca.

Escorrentía vs Requerimiento de riego en la cuenca alta del río Sibimbe

30 000 000 25 000 000

m3

20 000 000 Escorrentía

15 000 000

Requerimientos de riego

10 000 000 5 000 000 0 m3/año

Escorrentía 25 426 560,00

Requerimientos de riego 22 263 921,58

Ilustración 53. Escorrentía vs requerimientos de riego en la cuenca alta del río Sibimbe

Se puede revisar con mayor detalle a través de: 1http://www.permaculturaibera.org/wp-content/uploads/2018/09/Entendiendo-laAplicacio%CC%81n-de-la-Geometri%CC%81a-Keyline-SPANISH.pdf

108

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1.

CONCLUSIONES

El uso de herramientas SIG facilitó en gran medida cada uno de los procesos de cálculo efectuados en esta investigación, logrando obtener resultados de forma rápida y eficaz. Entre ellos, está la determinación de las características morfométricas de la cuenca alta del río Sibimbe, permitiendo en primera instancia realizar el pre-procesamiento de un MDE facilitado por el IGM, a través de la herramienta Hydrology para reparar cualquier tipo de imperfecciones, y a su vez delimitar la cuenca, siendo la superficie resultante de 397.29 km2 y su perímetro de 89.38 km. El factor de Horton indica que la cuenca es moderadamente achatada, mientras que el índice Gravelious indica que la cuenca pertenece al rango de forma que va de oval redonda a oval oblonga, siendo estos indicativos de que la cuenca es propensa a lluvias intensas por tener un tiempo de concentración bajo, aminorando de esta manera el tiempo de respuesta.

Los datos climáticos utilizados en esta investigación fueron los proporcionados por el set de datos de WorldClim, debido a la carencia de datos climáticos en la zona de estudio, y por ser la segunda fuente de datos más utilizada por el MAG. Además, este set de datos se ajusta al enfoque de la presente investigación, por contener todas las variables climáticas requeridas bajo una misma temporalidad y no solo variables específicas con temporalidades diferentes. Por su parte, el INAMHI indicó que la carencia de datos meteorológicos en la zona de estudio y otros lugares del territorio ecuatoriano se debe a la falta de estaciones meteorológicas, personal para toma de lecturas y estaciones no operativas, por lo que al igual que el MAG (2017) sugirieron que se utilice los datos climáticos globales de WorlClim, ya que a pesar de tener un conjunto de datos un poco antiguos permite obtener resultados confiables bajo una misma temporalidad de forma espacial.

Tanto la evapotranspiración obtenida a través del método de Hargreaves como la precipitación presentan sus valores más altos en la zona media y baja de la cuenca hidrográfica durante los 12 meses del año, siendo diciembre, enero, febrero, marzo,

109

abril y mayo, los meses en que se concentran la mayor cantidad de lluvias en la cuenca alta del río Sibimbe con un total de 1,973 mm/año.

De acuerdo al balance hídrico del área de estudio, se puede notar que existen excedentes hídricos en toda la cuenca durante los meses comprendidos entre febrero a mayo, ya que la humedad disponible es mayor a la capacidad de almacenamiento de suelo, mientras que desde los meses de julio a septiembre son los meses en los que se presenta déficit, debido a que la humedad almacenada en el suelo es menor a cero. Cabe indicar que en los meses restantes los déficits y excesos en la cuenca alta del río Sibimbe varían de forma espacial, donde el déficit se presenta generalmente en la zona alta y el exceso en la zona baja.

Los valores de número de curva obtenidos mediante el método del SCS bajo una condición de humedad antecedente II en la cuenca alta del río Sibimbe están en el rango de 25 a 92; siendo aquellos valores más altos los que producen mayor escorrentía. La escorrentía anual calculada en el área de estudio mediante la metodología de Ferguson (1996) fue de 25,426,560 m3, reflejando los valores más altos durante los primeros 4 meses del año, ya que en estos meses se originan las precipitaciones más fuertes, mientras que durante los meses de julio y agosto no se produce escorrentía en toda el área de la cuenca alta del río Sibimbe.

Los cultivos que se desarrollan en la cuenca alta del río Sibimbe son pastos, frutales, hortalizas, cereales y maíz, que demandan anualmente un total de 22,263,921.58 m3 de agua para riego, específicamente entre los meses de junio a noviembre. El mes de mayor demanda es agosto con 8,283,440.57 m3 debido a que la precipitación efectiva es baja y porque de acuerdo a los calendarios de siembra todos los cultivos se desarrollan en este mes, donde se registran los coeficientes únicos de cultivo Kc más altos a excepción de los cereales. Por lo tanto, contrastando los valores de requerimientos de riego de los cultivos y los valores de volumen de escorrentía producidos en la cuenca alta del río Sibimbe, se puede notar que la oferta de agua en la cuenca permite satisfacer el 100% de la demanda, siempre y cuando se logre captar toda la escorrentía generada en la cuenca alta del río Sibimbe, a través de embalses en ríos, o pequeños reservorios abastecidos

110

por cosecha de agua; pero es importante indicar que esta acción podría traer implicaciones importantes o graves en el ecosistema, principalmente en el balance hídrico de la cuenca, abastecimiento de agua a las poblaciones y disminución del caudal ecológico con fines de conservación. Por lo tanto, es esencial que los recursos hídricos en la cuenca alta del río Sibimbe sean gestionados de manera estratégica y sostenible, con la finalidad de priorizar las necesidades de cada actividad desarrollada en la superficie total de la cuenca de forma eficiente, ya que los resultados indican que la agricultura requiere el 87.5% de la escorrentía total, quedando disponible únicamente el 15% para ser utilizado en el resto de actividades.

5.2.

RECOMENDACIONES

Se debería repotencializar las estaciones meteorológicas de la zona de estudio e incluso de todo el país, ya que la información disponible es muy limitada, debido al desmantelamiento de las estaciones, mantenimiento de equipos y cesación del personal para la toma de lecturas diarias, por lo tanto, la institución competente (INAMHI) debería implementar un plan de rehabilitación e implementación de nuevas estaciones meteorológicas a nivel nacional. De la misma manera, SENAGUA debería implementar estaciones hidrométricas en puntos estratégicos de los cauces, con el propósito de llevar un registro de los caudales mínimos, medios y máximos disponibles que permitan establecer medidas de control ante inundaciones o escasez de agua. Finalmente, se debería procurar que este tipo de información sea de libre acceso, con la finalidad de que sean utilizados para investigaciones o futuros proyectos.

Se deben realizar investigaciones exhaustivas en todo Ecuador por parte de entidades públicas como: MAG, SENAGUA, INAMHI en conjunto con las Universidades, que permitan realizar un ajuste a las fórmulas y números de curva utilizados por parte de la USDA para calcular la escorrentía superficial, de tal forma que se puedan realizar cálculos a nivel mensual, ya que gran parte del territorio ecuatoriano se carece de información correspondiente a precipitaciones diarias.

111

El MAG debería actualizar la información de suelos con la que cuentan, de tal manera que se proporcione un mejor detalle de sus parámetros, así mismo junto con las Universidades se deberían realizar ajustes de las curvas de coeficiente de cultivo (Kc) propuestas por la FAO, dando prioridad a los cultivos predominantes sembrados en el país, con la finalidad de que los resultados que se obtengan en cuanto a requerimientos de riego sean idóneos y permitan garantizar una mejor eficiencia del recurso hídrico.

En vista de que el volumen de agua generado por escorrentía permite suplir los requerimientos de riego de los cultivos desarrollados en la cuenca alta del río Sibimbe, se recomienda que el Gobierno Provincial de Bolívar inicie proyectos para el almacenamiento de agua en los meses de exceso, a través de prácticas de cosecha de agua, con la finalidad de que sean utilizados en actividades agrícolas durante la época de déficit. Por lo tanto, el MAG debería intervenir con proyectos de irrigación parcelaria tecnificada que permitan brindar una mejor eficiencia del recurso hídrico suministrado a los cultivos.

Es recomendable que las universidades y entidades públicas competentes incentiven, promuevan y fortalezcan la réplica de este tipo de estudios en el resto de cuencas hidrográficas del Ecuador, con la finalidad de fortalecer el Plan Nacional de Gestión Integrada e Integral de los Recursos Hídricos2, que garantizarán de una u otra forma la sostenibilidad de los proyectos desarrollados o a desarrollarse.

Se puede revisar con mayor detalle a través de: 2 http://www.unesco.org/new/fileadmin/MULTIMEDIA/FIELD/Montevideo/pdf/AquaLAC_Vo97N2Set 2017_YanezLuis.pdf

112

6.

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119

ANEXOS Tabla 16. Parámetros para determinar de la humedad disponible en el suelo de la cuenca alta del río Sibimbe Humedad disponible a Disponibilidad Conductividad Densidad la de agua en el hidráulica aparente profundidad suelo radicular efectiva

Uso/Cobertura de la tierra

Profundidad radicular efectiva (zr)

Arena

Limo

Arcilla

Materia orgánica

Roca

Tipo

mm

%

%

%

%

%

mm/hr

gr/cm3

mm/mm

mm/zr

Bosque húmedo Bosque húmedo Bosque húmedo Bosque húmedo Bosque húmedo Centro poblado Centro poblado Centro poblado Centro poblado Maíz Maíz Misceláneo de cereales Misceláneo de cereales Misceláneo de cereales Misceláneo de hortalizas

2,000 2,000 2,000 2,000 2,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,400 1,400 1,200 1,200 1,200 800

31 27 22 51 22 27 22 51 22 31 27 31 27 22 31

25 65 72 44 72 65 72 44 0 25 65 25 65 72 25

44 8 6 5 6 8 6 5 6 44 8 44 8 6 44

2-4 2-4 1-2 1-2 2-4 2-4 1-2 1-2 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4

0-10 0-10 0-10 25-50 50-75 0-10 0-10 25-50 50-75 0-10 0-10 0-10 0-10 50-75 0-10

1.8 31.89 23.52 40.56 15.85 31.89 23.52 40.56 15.85 1.8 31.89 1.8 31.89 15.85 1.8

1.36 1.35 1.45 1.47 1.34 1.35 1.45 1.47 1.34 1.36 1.35 1.36 1.35 1.34 1.36

0.12 0.19 0.2 0.11 0.12 0.19 0.2 0.11 0.12 0.12 0.19 0.12 0.19 0.12 0.12

240 380 400 220 240 190 200 110 120 168 266 144 228 144 96

120

Humedad disponible a Disponibilidad Conductividad Densidad la de agua en el hidráulica aparente profundidad suelo radicular efectiva

Uso/Cobertura de la tierra

Profundidad radicular efectiva (zr)

Arena

Limo

Arcilla

Materia orgánica

Roca

Tipo

mm

%

%

%

%

%

mm/hr

gr/cm3

mm/mm

mm/zr

Misceláneo de hortalizas Misceláneo de hortalizas Misceláneo de hortalizas Misceláneo de hortalizas Misceláneo de frutales Misceláneo de frutales Misceláneo de frutales Misceláneo de frutales Misceláneo de frutales Misceláneos forestales Misceláneos forestales Pasto cultivado Pasto cultivado Pasto cultivado Pasto cultivado Pasto cultivado Pasto cultivado Pasto cultivado Pasto cultivado Rio doble

800 800 800 800 1,300 1,300 1,300 1,300 1,300 2,000 2,000 700 700 700 700 700 700 700 700 1,000

27 22 51 22 31 27 22 51 22 31 22 31 27 27 27 22 51 51 22 31

65 72 44 72 25 65 72 44 72 25 72 25 39 65 65 72 44 44 72 25

8 6 5 6 44 8 6 5 6 44 6 44 34 8 8 6 5 5 6 44

2-4 1-2 1-2 2-4 2-4 2-4 1-2 1-2 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 1-2 1-2 1-2 2-4 2-4

0-10 0-10 25-50 50-75 0-10 0-10 0-10 25-50 50-75 0-10 50-75 0-10 0-10 0-10 0-10 0-10 25-50 25-50 50-75 0-10

31.89 23.52 40.56 15.85 1.8 31.89 23.52 40.56 15.85 1.8 15.85 1.8 5.45 31.89 31.89 23.52 40.56 40.56 15.85 1.8

1.35 1.45 1.47 1.34 1.36 1.35 1.45 1.47 1.34 1.36 1.34 1.36 1.35 1.35 1.35 1.45 1.47 1.47 1.34 1.36

0.19 0.2 0.11 0.12 0.12 0.19 0.2 0.11 0.12 0.12 0.12 0.12 0.14 0.19 0.19 0.2 0.11 0.11 0.12 0.12

152 160 88 96 156 247 260 143 156 240 240 84 98 133 133 140 77 77 84 120

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Humedad disponible a Disponibilidad Conductividad Densidad la de agua en el hidráulica aparente profundidad suelo radicular efectiva

Uso/Cobertura de la tierra

Profundidad radicular efectiva (zr)

Arena

Limo

Arcilla

Materia orgánica

Roca

Tipo

mm

%

%

%

%

%

mm/hr

gr/cm3

mm/mm

mm/zr

Rio doble Rio doble Rio doble Rio doble Vegetación herbácea húmeda Vegetación herbácea húmeda Vegetación herbácea húmeda Vegetación herbácea húmeda Vegetación herbácea húmeda Vegetación herbácea seca Vegetación herbácea seca Vegetación herbácea seca Vegetación herbácea seca Vegetación herbácea seca

1,000 1,000 1,000 1,000 600 600 600 600 600 800 800 800 800 800

27 22 51 22 31 27 22 51 22 31 27 22 51 22

65 72 44 72 25 65 72 44 72 25 65 72 44 72

8 6 5 6 44 8 6 5 6 44 8 6 5 6

2-4 1-2 1-2 2-4 2-4 2-4 1-2 1-2 2-4 2-4 2-4 1-2 1-2 2-4

0-10 0-10 25-50 50-75 0-10 0-10 0-10 25-50 50-75 0-10 0-10 0-10 25-50 50-75

31.89 23.52 40.56 15.85 1.8 31.89 23.52 40.56 15.85 1.8 31.89 23.52 40.56 15.85

1.35 1.45 1.47 1.34 1.36 1.35 1.45 1.47 1.34 1.36 1.35 1.45 1.47 1.34

0.19 0.2 0.11 0.12 0.12 0.19 0.2 0.11 0.12 0.12 0.19 0.2 0.11 0.12

190 200 110 120 72 114 120 66 72 96 152 160 88 96

122

Tabla 17. Determinación del número de curva para el cálculo de escorrentía directa Uso/Cobertura de la tierra Bosque húmedo Bosque húmedo Bosque húmedo Bosque húmedo Bosque húmedo Centro poblado Centro poblado Centro poblado Centro poblado Maíz Maíz Misceláneo de cereales Misceláneo de cereales Misceláneo de cereales Misceláneo de hortalizas Misceláneo de hortalizas Misceláneo de hortalizas Misceláneo de hortalizas Misceláneo de hortalizas Misceláneo de frutales Misceláneo de frutales Misceláneo de frutales Misceláneo de frutales Misceláneo de frutales Misceláneos forestales

Condición hidrológica Grupo hidrológico de suelo Número de curva Buena D 55 Buena B 55 Buena B 55 Buena A 25 Buena B 55 No aplica D 92 No aplica D 92 No aplica D 92 No aplica D 92 Buena D 86 Buena B 75 Buena D 69 Buena B 69 Buena B 69 Buena D 83 Buena B 69 Buena B 69 Buena A 58 Buena B 69 Buena D 75 Buena B 55 Buena B 55 Buena A 25 Buena B 55 Buena D 77

123

Uso/Cobertura de la tierra Condición hidrológica Grupo hidrológico de suelo Número de curva Misceláneos forestales Buena B 55 Pasto cultivado Regular D 84 Pasto cultivado Regular C 79 Pasto cultivado Regular B 59 Pasto cultivado Regular B 69 Pasto cultivado Regular B 59 Pasto cultivado Pobre A 49 Pasto cultivado Regular A 25 Pasto cultivado Regular B 59 Rio doble No aplica D 92 Rio doble No aplica D 92 Rio doble No aplica D 92 Rio doble No aplica D 92 Rio doble No aplica D 92 Vegetación herbácea húmeda Buena D 78 Vegetación herbácea húmeda Buena B 58 Vegetación herbácea húmeda Buena B 58 Vegetación herbácea húmeda Buena A 30 Vegetación herbácea húmeda Buena B 58 Vegetación herbácea seca Regular D 83 Vegetación herbácea seca Regular B 59 Vegetación herbácea seca Regular B 59 Vegetación herbácea seca Regular A 25 Vegetación herbácea seca Regular B 59