analisis espacio temporal de los recursos hidraulicos del sistema san lorenzo

AMH XXII CONGRESO NACIONAL DE HIDRULICA ACAPULCO, GUERRERO, MXICO, NOVIEMBRE 2012

AMH

Anlisis espacio temporal de los recursos hidrulicos del sistema San

Lorenzo Culiacn Humaya Mocorito

Garca Beltrn Alba Nlida Profesor Investigador de la maestra en Planeacin de Recursos Hidrulicos, Universidad Autnoma de

Zacatecas. Av. Ramn Lpez Velarde 801, carretera a la Bufa, CP 98010. [email protected]

Villalobos de Alba ngel Alfonso Profesor Investigador la maestra de Recursos Hidrulicos, Universidad Autnoma de Zacatecas. Av.

Ramn Lpez Velarde 801, carretera a la Bufa, CP 98010. [email protected]

Flores Silva Hilda Gabriela

Maestra en Planeacin de Recursos Hidrulicos, Universidad Autnoma de Zacatecas. Av. Ramn Lpez Velarde 801, carretera a la Bufa, CP 98010.

[email protected]

Guichard Romero Delva del Roco Universidad Autnoma de Chiapas. Bvrd. Belisario Domnguez Km 1081. Tuxtla Gutirrez, Chiapas.

[email protected]

Introduccin

El agua es un elemento fundamental en la vida de un ser

humano y en el desarrollo de las civilizaciones y su avance

tecnolgico. Debido a su disponibilidad irregular y al

incremento constante de su demanda se ha forzado al ser

humano, a lo largo del tiempo, a realizar planes para

optimizacin de sistemas de recursos hdricos.

Hoy en da, es imprescindible contar con el anlisis de

precipitaciones, temperatura y otros factores que pudieran

influir en la configuracin climatolgica de cualquier sistema

de recursos hidrulicos. La administracin de la informacin o

de los datos, es fundamental para un proceso de planeacin.

Existen cinco etapas en el manejo de informacin:

recoleccin, clasificacin, evaluacin, procesamiento y

anlisis. Durante la evaluacin de los datos se comprueba la

exactitud y suficiencia de los mismos, mientras que en la etapa

de procesamiento se convierten los datos a una forma ms

provechosa, ya sea graficndolos, o formando una tabla, etc.

La ltima etapa es la de anlisis y sobre todo es una etapa de

interpretacin en donde se descifra lo que implican las

tendencias, correlaciones y resultados.

El sistema San Lorenzo Culiacn Humaya - Mocorito est

constituido por cuatro embalses, tres acuferos, tres sitios de

demanda urbana y tres distritos de riego los cuales se

interconectan a travs de canales y lneas de conduccin y

distribucin. El manejo de informacin climatolgica en la

zona de estudio es de suma importancia, ya que a partir de

estos datos se puede obtener un panorama espacio-temporal de

los recursos hdricos y su disponibilidad en el sistema

regionalmente, ayudando a determinar aportaciones a los

embalses, lluvias de diseo de acuerdo a determinado periodo

de retorno, conocimiento espacial de la probabilidad de lluvia,

etc.

En este trabajo se realizar un anlisis de la informacin

climatolgica, hidrolgica y de cambio de uso de suelo, en las

cuencas que integran el sistema, elaborando mapas con la

interpretacin espacio-temporal de la magnitud de las

precipitaciones en la zona y del cambio del uso de suelo. De la

misma manera para cada uno de los embalses, se revis la

relacin Elevacin Volumen para determinar as las curvas

que determinan los volmenes almacenados en los embalses

de acuerdo al nivel de agua que se tiene en ellos.

Antecedentes.

En Mxico, la produccin agrcola ms importante pertenece

al estado de Sinaloa, mismo que se encuentra dentro de la

Regin Hidrolgica III, Pacfico Norte. El sistema en estudio,

est contenido en esta Regin Hidrolgica y su rea sembrada

corresponde a un poco ms del 35% de la superficie cultivada

en la Regin Pacfico Norte. La concesin de agua para los

distritos de riego 010, 074 y 109 es de 3 185.28 hm (CNA-

IMTA, 2000), de los cuales 2945.10 hm3 provienen de aguas

superficiales, por lo que es importante analizar el

funcionamiento del sistema y hacer una revisin de la garanta

que se tiene de recurso, para poder producir las 321 769 Ha

que se cosechan en los distritos de riego: Mocorito, Culiacn y

San Lorenzo.

El Sistema San Lorenzo-Culiacn-Humaya-Mocorito se

encuentra ubicado en las cuencas hidrogrficas de los ros San

Lorenzo, Culiacn y Mocorito, las cuales se sitan, a su vez,

en la zona central de Sinaloa abarcando una parte del oeste del

estado de Durango y una fraccin del Estado de Chihuahua

(Figura 1). La regin hidrolgico administrativa III, tiene una

superficie de 152 013 Km2 de superficie (Tabla 1.);

situndose en el 6to lugar entre todas las regiones del pas

(CNA, 2011).


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Figura 1. Ubicacin geogrfica de la cuencas hidrolgicas

Mocorito, Culiacn y San Lorenzo.

Dentro de la cuenca hidrogrfica del Ro Mocorito se

encuentra la presa Eustaquio Buelna, las presas Adolfo Lpez

Mateos y Sanalona se encuentran en la cuenca del Ro

Culiacn, mientras que la presa Jos Lpez Portillo se localiza

en la cuenca del Ro San Lorenzo.

Metodologa.

La CONAGUA cuenta con un total de 5 880 estaciones

climatolgicas, estratgicamente distribuidas en el territorio

nacional, de las cuales 3 348 estn en operacin. De stas, slo

1 064 estaciones cuentan con informacin diaria por un

periodo de 30 aos y tienen ms del 80% de los datos, por lo

mismo se consideran estaciones de referencia y proporcionan

datos para obtener variables como la precipitacin media

anual. Las estaciones climatolgicas miden temperatura,

precipitacin pluvial, evaporacin, velocidad y direccin del

viento. (CNA, 2010).

En la figura 2, se muestran las estaciones proporcionadas por

el Servicio Meteorolgico Nacional, en este caso son 70, de

las cuales, 3 pertenecen a CFE (Comisin Federal de

Electricidad), 6 a F.F.C.C. (Ferrocarriles Mexicanos) y el resto

se encuentra bajo supervisin de la Comisin Nacional del

Agua. De las 70 estaciones de la figura 2, 31 de ellas tienen

ms de 30 aos de informacin continua. Los datos que se

obtuvieron de cada una de las estaciones, por parte del

Servicio Meteorolgico Nacional, son: datos de temperatura

ambiental a las 8 hrs., temperaturas mnimas y mximas en

C, precipitacin de 24 hrs. en mm., evaporacin de 24 hrs. en

mm., das con tormenta, granizo o con niebla y la cobertura

nubosa en la zona.

De las estaciones climatolgicas disponibles, se seleccionaron

las que se encuentran aguas arriba de las presas, debido al

estudio de aprovechamiento de agua que se realiz. Para esto,

se obtienen las cuencas de aportacin a cada uno de los

embalses en el estudio y se escogen las estaciones que se

encuentran dentro dichas cuencas. Figura 3.

De las estaciones marcadas en el mapa, se descartan aquellas

que tienen un porcentaje de datos menor al 50% y las que

tienen una longitud de registro continuo menor a 2 aos en la

variable de precipitacin. Adems, se incorpora la

informacin de las estaciones que tienen una separacin entre

s menor a 1.5 Km. creando una estacin que tendr un mayor

rango de datos de informacin continua.

Figura 2. Estaciones Climatolgicas dentro de cuencas.

Figura 3. Estaciones Climatolgicas dentro de cuencas aguas

arriba de las presas.

Figura 4. Estaciones Climatolgicas con informacin completa

dentro de cuencas de presas.

Del anlisis antes mencionado resultan 18 estaciones

climatolgicas (Figura 4), de las cuales se procesa la

informacin histrica de precipitacin. La continuidad en los


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datos de precipitacin es primordial por lo que una vez que se

tiene clasificada la informacin por fechas y zonas, se eligen

estaciones cercanas con caractersticas fsicas similares, tales

como: altitud, vegetacin y ubicacin; as como caractersticas

estadsticas similares: media, varianza y coeficiente de

variacin, con el fin de minimizar los huecos diarios y

mensuales que ocasionan no contar con informacin continua

en periodos similares para todas las estaciones.

Para realizar el completado de los huecos existentes en la

estacin y con datos de la estacin x, se sigue la

metodologa de regresin lineal, en la que las variables siguen

la siguiente relacin:

(1)

en donde: Xi = valor de precipitacin en el mes i de inters, en

la estacin x.

Yi = valor de precipitacin en el mes i que se desea

conocer en la estacin y.

a y b = parmetros de la ecuacin.

Los parmetros a y b se obtienen de la siguiente manera:

(2)

(3)

en donde: n = nmero de datos totales en la estacin 1.

Xi= valor de precipitacin en el mes i de inters, en la estacin

x.

Yi= valor de precipitacin en el mes i que se desea conocer en

la estacin y.

Una vez que se obtienen los parmetros, se encuentra el

coeficiente de correlacin, el cual mide el grado de variacin

entre distintas variables relacionadas linealmente, mientras

ms cercano se encuentre el valor a 1, ser mayor su

aproximacin.

(4)

en donde, R = coeficiente de correlacin.

Y as, se sigue el mismo procedimiento para todas y cada una

de las estaciones que se requiera hacer un completado.

Despus del tratamiento de la informacin se aument el

periodo de datos continuos en la zona a razn de la Figura 2.

Para la descripcin de entradas histricas en los embalses, se

proporcion por parte de la Comisin Nacional del Agua

informacin de cada una de las presas. Dicha informacin

contiene lecturas de entradas, lluvias y evaporaciones en los

embalses, nivel de presa, volumen de almacenamiento y rea

de la presa. Las lluvias y evaporaciones a la presa se expresan

en milmetros, el nivel de la presa en metros, el volumen de

almacenamiento en Hectmetros cbicos (Hm3) y el rea de la

presa en hectreas.

Primero, se realiza una verificacin de los huecos diarios que

pudieran existir en la informacin reunida, concluyendo que

todos los archivos para las 4 presas en cuestin, se encuentran

completos y no existe ningn da sin informacin partiendo

del 1ero de Enero de 1995 al 1ero de Marzo de 2011. Despus,

se lleva a cabo una revisin de las curvas elevacin-volumen y

elevacin-rea que se generan con la informacin de cada una

de las lecturas en las estaciones de las presas del sistema.

Figura 5. Periodos con informacin continua en las estaciones

climatolgicas de las tres cuencas de inters: Mocorito, Culiacn y

San Lorenzo.

A partir de los datos histricos de cada presa, se obtiene la

evaporacin neta en los embalses, debido a que se llevar a

cabo un complemento con la informacin obtenida y la

informacin recopilada anteriormente en la tesis doctoral de

referencia (Garca, 2007), se realiza una comparacin de 1995

al 2000, siendo los cinco aos que se tienen en comn entre

los dos registros.

Una vez que se tienen las aportaciones a cada presa, se calcula

el volumen de almacenamiento para cada embalse empleando

datos de evaporacin, derrame, suministros, precipitaciones e

infiltraciones.

Adems, se realiz una descripcin espacio temporal de las

caractersticas del uso de suelo en la zona de inters,

empleando mapas de los aos 1973 y 2000. Los mapas que

hacen la descripcin del uso de suelo se manejan en el sistema

de coordenadas Clarke_1866_Lambert_Conical, por lo que

fue necesario realizar una transformacin de coordenadas a

WGS_1984_UTM_Zone_13N para ajustar al mapa de la zona

de estudio obtenido anteriormente. A cada una de las

clasificaciones se le asigna una tipografa diferente, para as

distinguir con mayor facilidad los tipos de uso de suelo que se

tienen en la zona de estudio y realizar la comparacin de un

ao a otro con mayor facilidad.

Resultados.

Para cada uno de los meses del ao, se realiza el promedio

histrico de la precipitacin acumulada cada mes. En el mes

de Enero, la precipitacin media vara de 20 a 110 mm, siendo


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la cuenca de la presa Eustaquio Buelna en donde menos

precipitaciones se presentan. Figura 6.

Figura 6. Precipitacin Media en el mes de Enero.

En Febrero, disminuyen considerablemente los rangos de

precipitacin que se tienen en Enero, pues la precipitacin se

encuentra entre los 13 y 55 mm de lluvia. De igual manera que

en Enero, el lugar en donde ms precipitacin se presenta es

en la zona ms alta de las cuencas de las presas (Figura 7).

Figura 7. Precipitacin Media en el mes de Febrero.

Para el mes de Marzo, se encuentra el cambio de estacin a

primavera y se puede observar que las lluvias disminuyen,

aunque se distribuyen de la misma manera que lo hacan en

Febrero, slo que ahora los valores oscilan entre los 4 y 40

mm de lluvia (Figura 8).

Abril, es el mes en el que menos llueve, la precipitacin oscila

entre los 0 y 24 mm. En las zonas altas de las cuencas de las

presas Adolfo Lpez Mateos y Sanalona, llueve alrededor de

los 20 y 24 mm, sin embargo conforme se va descendiendo,

las precipitaciones se hacen cada vez ms escasas hasta que

existen zonas como en la cuenca de la presa Eustaquio Buelna

(Cuenca hidrolgica Mocorito) en que no se llega a los 2 mm

de precipitacin (Figura 9).

Figura 8. Precipitacin Media en el mes de Marzo.

Figura 9. Precipitacin Media en el mes de Abril.

En Mayo, aunque aumenta la precipitacin a comparacin del

mes de Abril, an los valores oscilan entre los 0 y 40 mm.

Ahora se puede notar que las precipitaciones ms altas se

encuentran en la parte Sur de la cuenca de la presa San

Lorenzo, sin embargo no pasan de los 35 mm. Figura 10.

El mes de Junio empiezan generalmente las lluvias en la zona

de estudio. Nuevamente, las precipitaciones mayores se

encuentran en las zonas ms altas de las cuencas de las presas

Sanalona y Jos Lpez Portillo. Los valores de precipitacin

oscilan entre los 23 y los 165 mm. Figura 11.

Julio es el mes en el que ms llueve, con el cambio de estacin

a verano, llegan las precipitaciones. En este mes, los valores

de la precipitacin media van de 190 a 330 mm. An en las

zonas en que la precipitacin es mnima, se tienen ms de 190

mm. (Figura 12).

En Agosto, el rango de precipitacin se encuentra entre los

150 y 345 mm. A diferencia de Julio, las zonas con menor

precipitacin no se encuentran en la cuenca de la presa

Eustaquio Buelna, sino en la de Adolfo Lpez Mateos. En las

cuencas de las presas Sanalona y Jos Lpez Portillo se

presentan las precipitaciones de mayor altura (Hp), que

oscilan entre los 250 y 345 mm (Figura 13).


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Figura 10. Precipitacin Media en el mes de Mayo.

Figura 11. Precipitacin Media en el mes de Junio.

Figura 12. Precipitacin Media en el mes de Julio.

El mes de Septiembre, las lluvias disminuyen un poco, sin

embargo siguen en un rango de 112 a 255 mm. En este mes, la

zona con mayor precipitacin (255 mm) se encuentra en la

cuenca de la presa de Jos Lpez Portillo. Figura 14.

En Octubre, las lluvias disminuyen de manera considerable,

puede ser debido al cambio de estacin para otoo. En los

meses anteriores, las precipitaciones mnimas eran de poco

ms de 100 mm, en este mes, los rangos de precipitacin son

de 35 a 140 mm. Figura 15.

Figura 13. Precipitacin Media en el mes de Agosto.

Figura 14. Precipitacin Media en el mes de Septiembre.

Figura 15. Precipitacin Media en el mes de Octubre.

En Noviembre, las precipitaciones se encuentran en el rango

de 20 a 70 mm. Las zonas con mayores precipitaciones se

encuentran en la parte central de la zona de estudio (Figura

16). En este mes, las cuatro cuencas tienen zonas de muy poca

lluvia, que oscilan entre los 20 y 25 mm.

Por ltimo, en Diciembre, existen zonas en las que casi no

llueve (cuenca de la presa Eustaquio Buelna), en contraste con

las zonas ms altas de las cuencas del resto de las presas, en

las que se presentan precipitaciones de hasta 135 mm. Figura

17.


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Figura 16. Precipitacin Media en el mes de Noviembre.

Figura 17. Precipitacin Media en el mes de Diciembre.

Como se ha mencionado antes, la zona de estudio se encuentra

dentro de la Regin Hidrolgica III, Pacfico Norte en la parte

Centro Norte de la misma. En la figura 32 se presenta la

comparacin entre los rangos de precipitacin media

obtenidos para las cuencas de inters y la regin hidrolgica

en su totalidad (CNA, 2011).

En la figura 18 las tendencias de los datos son las mismas, sin

embargo, existe una diferencia considerable entre los valores

de precipitacin media, arrojando que las precipitaciones que

se presentan en las tres cuencas de inters son mayores que en

el resto de la Regin Hidrolgica III. Tambin se puede

concluir que la zona centro-norte de la regin hidrolgica

Pacfico Norte (a la que pertenecen las cuencas de inters) es

en la que ms llueve de todas las zonas en las que se subdivide

la regin.

La Figura 19 muestra la comparacin entre las aportaciones

obtenidas de 1995 al 2000 con las aportaciones empleadas en

la tesis de referencia mencionada. La tendencia de los valores

es similar y no existen diferencias relevantes entre un dato y

otro, por lo que los valores obtenidos se emplearon para

complementar la informacin anterior y ajustar un periodo de

informacin corrida desde 1948 al 2010.

Figura 18. Comparacin de precipitacin Media entre cuencas de

inters y Regin Hidrolgica III.

Figura 19. Comparacin entre datos de aportaciones en el periodo

de 1995 al 2000. Presa: Eustaquio Buelna.

Al igual que en la presa Eustaquio Buelna, los datos de

aportaciones entre la fuente de informacin y los obtenidos en

este estudio, no tienen diferencias considerables. Las

aportaciones cumplen con la misma tendencia, por lo que la

informacin se complementar al igual que en el caso de la

presa Eustaquio Buelna (Figura 20).

En la comparacin realizada en la Figura 21 se observa que las

series toman prcticamente los mismos valores tanto en las

aportaciones mximas, como en las mnimas. De manera que

el resultado de complementar la informacin ser confiable y

coherente para fines de este estudio.

Las aportaciones se conforman por el gasto de los ros y las

precipitaciones que incrementan el volumen almacenado en

los embalses. En la Figura 23, se muestran las aportaciones

anuales promedio del sistema, incluyendo el promedio cuyo

valor es de 4382 Hm3.

La presa Jos Lpez Portillo es la que ms diferencias

presenta con respecto a la referencia. Como se puede observar

en la Figura 22, en Mayo de 1998 y Septiembre del 2000,

existen diferencias entre ambos datos, sin embargo como la

tendencia es la misma, los datos se complementarn de la

misma manera que en las presas anteriores.


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de 1995 al 2000. Presa: Adolfo Lpez Mateos.


de 1995 al 2000. Presa: Sanalona.


de 1995 al 2000. Presa: Jos Lpez Portillo.

Empleando las curvas elevacin-volumen y las aportaciones

revisadas para cada embalse, se hace una revisin del

almacenamiento en los embalses para as tener una nocin de

cmo vara el volumen a travs del ao. En la Figura 24 se

presentan los volmenes almacenados en las presas del

sistema. La presa que tiene una capacidad mayor es Adolfo

Lpez Mateos, seguida por Jos Lpez Portillo y la que tiene

menor capacidad es Eustaquio Buelna.

Figura 23. Aportaciones anuales al sistema. Periodo de 1948 a

2010.

Existen dos periodos en los que las presas pierden su volumen

almacenado de 1951 a 1958 y de 1999 a 2004, en cada periodo

los embalses se vacan en 5 ocasiones.

Figura 24. Volumen Almacenado en presas. Periodo de 1948 a

2010.

En cuanto al uso de suelo de las cuencas, en la Figura 25 se

observa que en 1973 predominaba el bosque de pino, junto

con bosque de encino, teniendo entre ambos ms de 2

millones de Hectreas. Mientras que la agricultura ocupaba

poco ms de 500 mil Hectreas. Los cuerpos de agua no llegan

a cubrir el 1% del rea de las cuencas, mientras que el rea

destinada a manejo agrcola es del 18.84% y la selva baja

5.95% del rea, los bosques predominan con cerca de un 70%

de la superficie total de las cuencas (Figura 26).

En el ao 2000, el uso de suelo predominante an son los

bosques, ya sean de Encino, Pino y Oyamel o la combinacin

de los anteriores. Se observa un ligero aumento en las zonas

de agricultura y se puede ubicar en el mapa el cuerpo de agua

de la presa Jos Lpez Portillo que se inaugur en 1981.

Debido a que la informacin es ms reciente, se encuentra

tambin ms detallada, indicando ahora en el caso de la

agricultura si es o no es de temporal, as como las

subdivisiones dentro de los diferentes usos de suelo como


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bosque de pino con vegetacin secundaria o selva mediana

caducifolia con o sin vegetacin aparente (Figura 27). Los

bosques reducen su rea en un 20%, mientras que la selva baja

caducifolia aumenta un 18% su rea. Los cuerpos de agua

crecen en un 0.70% lo que indica que falt poco para que se

duplicara la cantidad de agua almacenada en las cuencas. Al

igual que las reas de agricultura y de selva baja caducifolia,

las ciudades tuvieron un aumento en su rea, ocupando ahora

el 0.51 % del territorio de la zona de estudio (Figura 28).

Figura 25. Uso de suelo de las cuencas Culiacn y San Lorenzo en

1973.


1973.


2000.


2000.

Conclusiones.

De acuerdo a la informacin histrica de las estaciones

climatolgicas en las cuencas de estudio, los meses en los que

ms precipitaciones se presentan son Julio y Agosto, mientras

que los meses con menores precipitaciones son Marzo, Abril y

Mayo; las precipitaciones mximas oscilan entre los 300 y 350

mm de lluvia al mes y se presentan en Julio, mientras que las

mnimas oscilan entre los 0 y 20 mm en el mes de Abril. Por

otro lado, en referencia a la figura 15, se puede concluir que la

zona centro-norte de la regin hidrolgica Pacfico Norte (a la

que pertenecen las cuencas de inters) es en la que ms llueve

de todas las zonas en las que se subdivide la regin.

En la figura 20 se puede apreciar que entre los aos 1948 y

2010 existen dos periodos claros con aportaciones menores a

la media histrica: de 1950 a 1957 y de 1993 al 2010, sin

embargo el primer periodo mencionado tiene una duracin de

tan slo 7 aos, mientras que del ao 1993 al 2010 son 16

aos con aportaciones menores a la media. De acuerdo al uso

de suelo en el anlisis espacio temporal se puede concluir que

mientras los asentamientos humanos aumentaron su porcentaje

de ubicacin en un 0.40 %, los bosques la han disminuido en

un poco ms del 20%, mientras que las zonas agrcolas

tambin aumentaron su rea a razn del 4%. La deforestacin

en la zona de estudio, podra convertirse en un foco de

atencin para futuras investigaciones.

Agradecimientos.

Universidad Autnoma de Zacatecas (UAZ), Comisin

Nacional del Agua (CNA) y Programa de Mejoramiento del

Profesorado (PROMEP)

Referencias. 1. CNA-IMTA, (2000) Reglamento de operacin del sistema

de riego San Lorenzo - Culiacn Humaya - Mocorito.

Jiutepec Morelos. Mxico

2. Villalobos A.A.A. (2004). El Modelo dinmico de la

cuenca del Ro Culiacn

3. Garca B.A.N. (2005). Anlisis del Sistema Culiacn-

Humaya-Mocorito, utilizando la plataforma de simulacin

STELLA RESEARCH y SimGes

4. Garca, B.A.N. (2007). Metodologa para la generacin y

evaluacin de polticas de operacin en sistemas de recursos

hdricos. Aplicacin a un sistema en Mxico.

5. CNA. (2010). Atlas digital del agua 2010.

http://www.conagua.gob.mx/atlas/ Consultado Junio, 2011.

6. CNA. (2011). Estadsticas del Agua 2011

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