análisis hidrológico municipio paicol, huila
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Análisis
Hidrológico Municipio Paicol, Huila.
Caso de estudio: Finca Andalucía, vereda Matanzas.
Alejandra Almario Pérez
Análisis hidrológico vereda Matanzas, municipio Paicol Huila: Caso de estudio finca Andalucía
Programa de pregrado en Ingeniería Ambiental
Trabajo de grado para optar por el título de ingeniero ambiental.
Alumno: Alejandra Isabel Almario Pérez
Asesor: Mario Díaz-Granados Ortiz
Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería
Departamento Ingeniería Civil y Ambiental Bogotá D.C
2012
1
Tabla de contenido Índice de Tablas ...................................................................................................................................2
Índice de ilustraciones .........................................................................................................................3
1. Introducción ....................................................................................................................................4
2. Justificación .....................................................................................................................................6
Contexto ........................................................................................................................................10
3. Objetivos .......................................................................................................................................11
4. Metodología de recolección de datos ...........................................................................................12
4.1 Métodos de recolección de información de campo. ...................................................................13
4.2 Recolección de Información en entidades estatales y no estatales. ............................................13
5. Localización ...................................................................................................................................14
6. Características climáticas ..............................................................................................................16
6.1 Precipitación ..........................................................................................................................17
6.2 Descripción del clima .............................................................................................................34
6.2.1 Temperatura del aire .....................................................................................................34
6.2.2 Humedad .......................................................................................................................39
6.2.3 Radiación Solar ..............................................................................................................41
6.3 Evapotranspiración ................................................................................................................43
6.3.1 Evaporación ...................................................................................................................43
6.3.2 Transpiración .................................................................................................................44
6.3.3 Metodología para estimación de ETo .............................................................................44
6.3.4 Resultados .....................................................................................................................60
6.3.5 Evapotranspiración del cultivo ETc .................................................................................62
6.4 Clasificación Climática Sistema Thornthwaite .......................................................................64
6.4.1 Metodología ..................................................................................................................65
6.4.2 Clasificación climática de la zona ...................................................................................68
7 Escorrentía superficial ...................................................................................................................70
7.1 Método de la curva de escorrentía ........................................................................................71
8 Balance Hídrico ..............................................................................................................................77
9 Conclusiones y recomendaciones ..................................................................................................83
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Índice de Tablas Tabla 1. Movilidad de la población en el municipio de Paicol. Fuente EOT 2004. ...................................8 Tabla 2. Densidad de población por veredas. Fuente: SISBEN Paicol 2004. ...........................................8 Tabla 3. Información estaciones con información pluviométrica. (IDEAM). ..........................................17 Tabla 4. Promedios mensuales multianuales para la estación Páez Paicol. ...........................................18 Tabla 5. Promedios mensuales multianuales para la estación agronómica la plata. .............................18 Tabla 6. Promedios mensuales multianuales para la estación San Luis.................................................18 Tabla 7. Promedios mensuales multianuales para la estación Nátaga. .................................................18 Tabla 8. Distancia aproximada de las estaciones a la zona de estudio. .................................................20 Tabla 9. Valores en porcentaje obtenidos de polígonos de Thiessen. ...................................................29 Tabla 10. Años para los cuales se presento Niño. .................................................................................30 Tabla 11. Categorización de las variaciones altimétricas por región, municipio Paicol. (POT, 2000).....34 Tabla 12. Valores mínimos de Temperatura en grados centígrados para la estación Esc. Agronómica La Plata. .....................................................................................................................................................35 Tabla 13. Valores máximos de Temperatura en grados centígrados para la estación Esc. Agronómica La Plata. .................................................................................................................................................36 Tabla 14. Valores medios de Temperatura en grados centígrados para la estación Esc. Agronómica La Plata. .....................................................................................................................................................36 Tabla 15. Estaciones con información de temperatura mensual...........................................................37 Tabla 16. Temperatura media mensual multianual para altura de 1450 msnm. ...................................38 Tabla 17. Valores medios mensuales multianuales de humedad relativa y picos. Esc. Agronómica La Plata. .....................................................................................................................................................40 Tabla 18. Número promedio de horas de brillo solar al mes. ................................................................42 Tabla 19. Brillo solar medio mensual multianual. .................................................................................42 Tabla 20. Resultados de evapotranspiración de referencia. ..................................................................61 Tabla 21. Determinación del clima en función de la humedad. (Torres, 2012) .....................................64 Tabla 22. Determinación del clima en función de la eficacia térmica. (Torres, 2012) ...........................65 Tabla 23. Determinación del clima en función del índice hídrico. (Torres, 2012) ..................................66 Tabla 24. Índices de la variación estacional de la humedad. .................................................................67 Tabla 25. Determinación del clima en función del índice de eficiencia térmica. (Torres, 2012) ............67 Tabla 26. Determinación del clima en función del la eficiencia térmica en verano. (Torres, 2012) ......68 Tabla 27. Clasificación del uso del suelo predio Andalucía. ...................................................................73 Tabla 28. Determinación del número de curva según condiciones de uso de suelo. ............................74 Tabla 29. Clasificación de clases antecedentes de humedad (AMC). (Chow, 1994) ..............................74 Tabla 30. Valores de escorrentía producida por mes.. ..........................................................................75 Tabla 31. Capacidad de almacenamiento de agua según tipo de suelo y cultivo. .................................78 Tabla 32. Balance hídrico para King Grass. ............................................................................................79 Tabla 33. Balance hídrico para el cacao en etapa inicial........................................................................80 Tabla 34. Balance hídrico Cacao etapa madura. ....................................................................................80 Tabla 35. Balance hídrico Pasto de Pradera ..........................................................................................81 Tabla 36. Balance hídrico Bosque. .........................................................................................................81 Tabla 37. Determinación del número de cabezas de ganado y su consumo diario en predio Andalucía. ..............................................................................................................................................................82 Tabla 38. Consumo de agua por especie. ..............................................................................................82
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Índice de ilustraciones Ilustración 1. Porcentaje de hogares con actividad económica. Fuente: DANE 2005. .............................8 Ilustración 2. Estructura de la población por sexo y grupos de edad. Fuente: DANE 2005. ....................9 Ilustración 3. Cronograma de actividades para el desarrollo del proyecto. ..........................................12 Ilustración 4. Ubicación del municipio de Paicol (Departamento del Huila). .........................................14 Ilustración 5. División veredal municipio de Paicol. ..............................................................................15 Ilustración 6. Ubicación finca Andalucía. (IGAC, Matrícula inmobiliaria 204-0003125-85) ...................15 Ilustración 7. Ubicación espacial estaciones IDEAM. .............................................................................17 Ilustración 8. Tendencia de los promedios mensuales multianuales de cada estación .........................19 Ilustración 9. Precipitación total anual para la estación de Escuela Agronómica La Plata. ....................20 Ilustración 10. Precipitación total anual para la estación de Páez Paicol. .............................................21 Ilustración 11. Precipitación total anual para la estación de San Luis. ..................................................21 Ilustración 12. Precipitación total anual para la estación de Nátaga. ....................................................22 Ilustración 13. Distribución de la precipitación media mensual multianual por estación. ....................23 Ilustración 14. Distribución de la precipitación media mensual multianual. .........................................23 Ilustración 15. Comportamiento de la precipitación media multianual para estación Esc. Agronómica. ..............................................................................................................................................................25 Ilustración 16. Comportamiento de la precipitación media multianual para estación Páez Paicol. ......25 Ilustración 17. Comportamiento de la precipitación media multianual para estación San Luis. ..........26 Ilustración 18. Comportamiento de la precipitación media multianual para estación Nátaga. .............27 Ilustración 19. Análisis de doble masa para las estaciones pluviométricas. ..........................................28 Ilustración 20. Distribución de estaciones en polígonos de Thiessen. ...................................................29 Ilustración 21. Precipitación total anual para ponderación de polígonos de Thiessen. .........................30 Ilustración 22. Índice de El Niño oceánico, 1970- 2008. Fuente: NOAA (2009). ....................................31 Ilustración 23. Distribución de la precipitación media mensual. ...........................................................32 Ilustración 24. Comportamiento de la precipitación media multianual. ...............................................33 Ilustración 25. Valores mínimos mensuales multianuales para estación Esc. Agronómica La Plata ......35 Ilustración 26. Valores máximos mensuales multianuales para estación Esc. Agronómica La Plata. ....36 Ilustración 27. Valores de temperatura media anual estación Esc. Agronómica La Plata. ....................37 Ilustración 28. Comportamiento de temperatura media multianual para Andalucía (1450 msnm). .....38 Ilustración 29. Tendencia histórica de la temperatura media. ..............................................................39 Ilustración 30. Valores medios anuales de humedad relativa estación Esc. Agronómica La Plata. .......40 Ilustración 31. Valores mensuales multianuales de humedad relativa, medios, máximos y mínimos. .41 Ilustración 32. Localización del tanque según cobertura vegetal. .........................................................46 Ilustración 33. Ilustración de tanque Clase A. .......................................................................................46 Ilustración 34. Coeficientes Kp para tanque Clase A para diversos valores de velocidad media de viento y humedad. (FAO, 2006). ............................................................................................................47 Ilustración 35. Características del cultivo hipotético de referencia (FAO, 2006). ..................................49 Ilustración 36. Componentes de la radiación. .......................................................................................52 Ilustración 37, Efecto combinado de factores climáticos que afectan la evapotranspiración. (FAO, 2006) .....................................................................................................................................................53 Ilustración 38. Comparación de la evapotranspiración de referencia por diversos métodos. ...............61 Ilustración 39. Evapotranspiración de referencia por diversos métodos. .............................................62 Ilustración 40. Valores de Kc para King Grass. .......................................................................................63 Ilustración 41. Tendencia promedio de escorrentía anual. ...................................................................76
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1. Introducción
El abastecimiento de agua a partir de fuentes superficiales representa un elemento vital para la
supervivencia del hombre, ya que éste está destinado a distintas actividades, entre las que más se
destacan el uso poblacional, agrícola, pecuario, minero, energético, y otros de menor uso; razón por
la cual es importante definir la ubicación y la distribución de las fuentes hídricas, además de la calidad
y la cantidad de las mismas.
Para efectos de establecer las fuentes de abastecimiento y la cantidad de recursos hídricos
disponibles se realizan estudios de evaluación de recursos hídricos, en donde se incluyen estudios
hidrológicos y también inventarios de las fuentes de agua superficiales. Mediante los estudios
hidrológicos se pueden determinar las características físicas y geomorfológicas de la cuenca, analizar
información hidrometeorológica, evaluar la escorrentía y obtener caudales sintéticos; además se
puede determinar el funcionamiento hidrológico de la cuenca, determinar la demanda de agua para
fines agrícolas y pecuarios, encontrar el balance hídrico de la cuenca; todo esto soportado por la
información geográfica de la cuenca para facilitar el análisis de los datos y mostrar de forma explícita
los resultados. (Ministerio de Agricultura Perú, 2007)
Los sistemas de información geográfica (SIG) son una herramienta que facilita la realización de los
estudios hidrológicos, dado que a partir de estos se puede conocer la geo referenciación de las
fuentes de agua superficiales (ríos, riachuelos, quebradas, lagunas, entre otros) respecto a las zonas
donde se encuentra la demanda de estos recursos (Ministerio de Agricultura Perú, 2007). Otras
herramientas útiles para la realización de estudios hidrológicos son los modelos matemáticos de
simulación continua, los cuales permiten transformar datos de precipitación en datos de escorrentía y
se calibran con los datos reales proporcionados por las autoridades ambientales. (UNICAN, 2012)
En el presente documento se pretende plasmar de manera explícita por medio de herramientas SIG,
herramientas computacionales, modelos matemáticos, ayudas gráficas, entre otras el balance
hidrológico en la zona sur occidental del departamento del Huila, más específicamente del municipio
de Paicol para el caso de estudio, donde se presentan problemas por el manejo adecuado del recurso
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hídrico presentándose baja productividad y alta demanda de agua en las épocas del año donde hay
escasez de esta.
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2. Justificación En la región donde se encuentra ubicado el municipio de Paicol, se tienen necesidades hidrológicas
altas debido a que es una zona de amplia actividad agrícola y pecuaria, dado que su economía se basa
principalmente en la agricultura y la ganadería, siendo el municipio un gran productor de leche y sus
derivados lácteos (Departamento del Huila, 2011). Según el Esquema de Ordenamiento Territorial
(EOT), Paicol cuenta con una distribución económica donde están: el sector comercial, que sólo
representa un porcentaje de participación del 10%, que implica una debilidad en la generación de
empleo ya que existe poco desarrollo en este sector; el sector de servicios, que representa el 5% de la
economía del municipio y corresponde a la prestación de servicios públicos principalmente, y el
sector agropecuario, que representa el 85% de la economía del municipio y tiende a mantenerse
estable a pesar de los problemas de disponibilidad de tierras y manejo de recursos hídricos.
Los ingresos del sector agropecuario provienen principalmente de la ganadería doble propósito,
teniendo para este sector un registro de 13100 cabezas de ganado en 24410 Hectáreas en pasto;
predomina mestizaje de razas Bos-taurus y Bos-indicus, las cuales son adecuadas para las condiciones
de la zona. La producción de leche está en 12000 litros/día, con una producción en promedio de 6
litros/vaca/día (Alcaldía de Paicol , 2008). También se encuentra una producción avícola para el año
2008 de 12000 aves de postura.
El café representa la segunda fuente de ingresos en el municipio, con un promedio aproximado de
3800 Hectáreas sembradas y unos 651 productores en diferentes veredas del municipio (Alcaldía de
Paicol , 2008). También se tienen en esta categoría cultivos de arroz, caña, cítricos, lulo, maíz, piña,
plátano, sorgo, yuca, entre otros. El municipio cuenta con asociaciones de productores en café,
orellanas, panela, cacao y apicultores.
De acuerdo con el EOT del municipio, en algunos casos el sector rural no presenta acceso a sistemas
de acueducto veredal, por lo cual los habitantes deben transportar el agua por medio de bestias, y en
otros lugares se tienen pequeñas mangueras instaladas en nacederos cercanos, pero que apenas
satisfacen las necesidades básicas de consumo de agua por persona y deterioran las áreas de los
nacederos. Para la región de Matanzas donde se encuentra ubicada la finca Andalucía (el caso del
presente estudio) se tiene la presencia de acueducto veredal que se abastece del Zanjón El Poira,
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cuyo nacimiento está ubicado en el municipio de La Plata, y éste tiene la capacidad de proveer tanto
las necesidades básicas de consumo como las necesidades hídricas (agrícolas y pecuarias) en época de
verano, pero esto tiene impactos a nivel de las fuentes hídricas ya que se deterioran y pueden
presentarse problemas de sequia a futuro.
Debido a la poca disponibilidad de agua a lo largo del año que presenta el municipio, éste a pesar de
tener el potencial para la siembra de diversos cultivos no tiene la capacidad hídrica para sostenerlos a
lo largo del año, por lo cual únicamente se cultiva teniendo en cuenta los periodos de lluvias
prominentes1. Esto representa una desventaja para el sistema económico del municipio, ya que hay
una subutilización de los recursos disponibles y además las temporadas de lluvias pueden traer
consigo diferentes tipos de plagas para los cultivos o en algunos casos inundaciones en las áreas
cultivadas. Es por esto que se presentan en las diferentes zonas rurales del municipio
desplazamientos hacia otros sectores productivos dentro del departamento.
Según el EOT del municipio se observa que hay un desplazamiento de la población joven en edad
productiva hacia regiones que presentan mejores oportunidades económicas, generalmente aquellas
donde se cosecha café, con lo cual buscan aprovechar los conocimientos y experiencias que han
adquirido en sus veredas caracterizadas dentro de la zona cafetera del municipio.
Este fenómeno se debe principalmente a la falta de empleo y la poca disponibilidad de tierras
productivas para explotar, debido a los veranos intensos registrados en los últimos años, los cuales
causan que el café cultivado tenga bajo rendimiento.
1 Información obtenida a través de entrevistas a campesinos de la zona.
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A continuación se muestran las principales causas de migración de habitantes de la zona rural y sus
principales destinos.
VEREDAS DESTINO PRINCIPAL CAUSA
El Diamante, Primavera, El Ocaso, El Carmen, La Cumbre, El Vergel, Caloto y Alto Caloto
Zona Cafetera del sur del Huila y Caquetá
Falta de empleo
Falta de tierras para explotar
El Chaparro, Las Orquídeas, La Lajita, Santa Inés, San Matías y Matanzas
Bogotá, Cali, Popayán, Neiva, Paicol, Tesalia y La Plata
Falta de empleo
Baja productividad de los suelos
Domingo Arias
Gigante, Hobo y Tesalia Falta de empleo
Tabla 1. Movilidad de la población en el municipio de Paicol. Fuente EOT 2004.
De acuerdo con la información recolectada por el DANE 2005 el porcentaje de desocupación por
hogar es muy alto como se muestra a continuación:
Ilustración 1. Porcentaje de hogares con actividad económica. Fuente: DANE 2005.
La Tabla 2 muestra los porcentajes de distribución de habitantes por zona en el municipio:
DENSIDAD RANGO DE
POBLACION VEREDAS No. HABI
TANTES % POBLACION No. HABIT
/ KM2
ALTA
Más de 200 hab./ vereda
El Carmen, Caloto, Alto Caloto, La Cumbre.
1031
33.1
20.22
MEDIA Entre 100 y 200 hab./vereda
San Matias, La Mesa, El vergel, La Laja, El Diamante, San Marcos, Las Mercedes, Matanzas, El Alto, Santa Rita.
1432 46 16.39
BAJA
menos 100 hab./vereda
San Isidro, Peña Negra, Santa Inés, Primavera, El Chaparro, El Ocaso, La Lajita, Las orquídeas y Domingo Arias, La Reforma.
650
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Tabla 2. Densidad de población por veredas. Fuente: SISBEN Paicol 2004.
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Ilustración 2. Estructura de la población por sexo y grupos de edad. Fuente: DANE 2005.
En la Tabla 2 se puede ver la distribución de la población en el municipio, mostrando que la vereda
Matanzas se encuentra en un nivel de densidad medio, al igual que las veredas que se encuentran en
sus alrededores (Las Mercedes, La Mesa y El Alto). De acuerdo con la estructura de la población por
sexo y edad mostrada en la Ilustración 2, en Matanzas se encuentra la mano de obra suficiente para
dar un aprovechamiento adecuado a las tierras cultivables y a las tierras con capacidad ganadera
(DANE, 2005). De acuerdo a lo anterior, es importante establecer un modelo productivo para la
región de Paicol ya que presenta además de niveles de desempleo altos, índices de desplazamiento
de población en edad productiva muy elevados.
Dadas las características climáticas y el potencial de los suelos que presenta la región de Paicol, es
importante realizar un análisis de la distribución multianual de lluvias y un balance hídrico general
para cuantificar la disponibilidad del recurso hídrico a lo largo del año, identificando las épocas de
excesos y déficit del recurso. De esta manera, se busca generar un plan de almacenamiento para
lograr la producción óptima de las tierras disponibles y así mejorar los indicadores económicos del
municipio y a su vez las oportunidades de empleo y desarrollo de la zona.
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Contexto Como ya se mencionó anteriormente, en la región escogida para el caso de estudio (finca Andalucía
ubicada en la vereda de Matanzas) se tienen necesidades hidrológicas muy importantes ya que es en
ésta se presenta una amplia actividad agrícola, teniendo cultivos de café, pasto de corte y cabezas de
ganado, dedicadas a la producción de leche, con producción aproximada de 10 litros/cabeza/ día. La
distribución de las lluvias en esta zona presenta picos para dar temporadas de inundaciones y
temporadas de sequías que generalmente se presentan en los meses de junio y julio y algunas veces
se prolongan por más de 4 meses, en los cuales los campesinos de la zona deben tener mecanismos
de abastecimiento de agua complementarios para su producción. Este estudio explora los
mecanismos de captación de aguas lluvia para el aprovechamiento en sistemas de riego eficientes
adaptables para esta región y otras regiones con características hidrológicas similares.
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3. Objetivos El objetivo principal de los estudios hidrológicos es solucionar problemas teóricos y prácticos
asociados con el manejo de los recursos hídricos; para el caso de este trabajo, se espera tener un
estudio hidrológico que determine por medio de un balance hídrico la disponibilidad del agua en la
región de Paicol (Huila) y más específicamente en la vereda Matanzas, del mismo municipio, para que
pueda ser aplicado al caso de estudio.
Como objetivos específicos, se plantean los siguientes:
Realizar una evaluación cuantitativa de los recursos de agua y sus modificaciones por
influencia de la actividad agropecuaria.
Evaluar la disponibilidad del recurso hídrico en la región a nivel histórico, implementando un
balance hídrico.
Realizar una predicción del consumo medio anual que se tendrá en el caso de estudio con el
fin de determinar la demanda hídrica.
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4. Metodología de recolección de datos Para el presente estudio se determinó un cronograma de actividades encaminadas a cumplir los
objetivos propuestos; dicho cronograma se compone de tres fases de trabajo las cuales se describen
en la Ilustración 3.
Ilustración 3. Cronograma de actividades para el desarrollo del proyecto.
Fase 1:
- Recopilación de información básica y contextualización.
- Reconocimiento de autoridades ambientales.
- Solicitud de información básica por medio de protocolos establecidos.
Fase 2
- Recolección de la información solicitada.
- Reconocimiento de la zona de estudio.
- Extracción de muestras necesarias provenientes de la zona de estudio.
- Delimitación hidrográfica por usos: Caracterización de los usos del agua.
Fase 3
- Evaluación hidrológica del municipio y el caso de estudio.
- Análisis de estaciones hidrometeorológicas.
- Procesamiento de la información recopilada.
- Cálculos y deducciones hidrológicas.
- Mapas temáticos de la zona.
- Informe final de resultados.
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Según el cronograma de actividades propuesto en la Ilustración 3 se plantean metodologías para la
recolección de información necesaria para cumplir dichas actividades. A continuación se describe la
metodología de recolección de la información que se utilizó en este estudio:
4.1 Métodos de recolección de información de campo. En un estudio hidrológico lo
primero que hace el especialista es el recorrido y reconocimiento físico de la cuenca, donde evalúa
sus características geomorfológicas e hidrológicas. En las geomorfológicas se observan in situ la forma
de la cuenca, variaciones altitudinales, se toman las características de los ríos, entre otras, mientras
que en las hidrológicas se miden los caudales de los ríos, se anotan las huellas históricas de máximas y
mínimas de los ríos (Ministerio de Agricultura Perú, 2007). Esta información fue entregada por el
municipio de Paicol en la descripción del EOT del municipio, donde se describen las cuencas asociadas
al mismo. En la visita de campo también se entrevistaron algunos de los habitantes de la zona para
establecer información sobre cómo son los regímenes de lluvias y también establecer concordancia
con presencia de fenómenos del niño, entre otros.
4.2 Recolección de Información en entidades estatales y no estatales. Se
efectuó mediante la recolección de bibliografía de estudios hidrolológicos realizados en la cuenca, y
otros estudios afines al uso del agua; la información de datos de estaciones climatológicas y
pluviométricas se obtuvo del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM);
la información de estudios de suelos y mapas de coberturas se consiguió del Instituto Geográfico
Agustín Codazi (IGAC); la información sobre mapas en formato shape2 para estudio de cuencas se
obtuvo de la Corporación del Alto Magdalena (CAM), y la información de generalidades del municipio
se consiguió en la Alcaldía Municipal de Paicol, más específicamente en la Secretaría de Planeación
Municipal, junto con algunos mapas en formato CAD.
2 Formato utilizado para editar mapas en el programa ArcGis ®.
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5. Localización El municipio de Paicol se encuentra ubicado en el suroccidente del departamento del Huila, sobre la
vía troncal que conduce de Neiva al departamento del Cauca a una distancia de 100 km de Neiva.
Limita al norte con los municipios de Tesalia, Nátaga y con el departamento del Cauca; al sur con los
municipios de El Agrado y El Pital; al oriente con el municipio de Gigante y al Occidente con el
municipio de La Plata. La extensión total del municipio es de 298 Km2, siendo 0,71 Km2
pertenecientes al área urbana y 297,29 Km2 al área rural. (Alcaldía Paicol )
Ilustración 4. Ubicación del municipio de Paicol (Departamento del Huila).
La zona del caso de estudio se encuentra ubicada en la vereda de Matanzas del municipio de Paicol
Ilustración 5 se muestra la localización de la vereda seleccionada para el caso de estudio.
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Ilustración 5. División veredal municipio de Paicol.
A continuación se muestra la ubicación del predio seleccionado según la matrícula inmobiliaria.
Ilustración 6. Ubicación finca Andalucía. (IGAC, Matrícula inmobiliaria 204-0003125-85)
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6. Características climáticas El clima y los factores meteorológicos son características intrínsecas de la atmósfera las cuales tienen
una gran importancia en el estudio de balances hídricos, ya que ésta y sus variables asociadas
interactúan con los diferentes sistemas que componen el ciclo hidrológico. Según la Organización
Meteorológica Mundial (1975) el sistema climático está constituido por:
Atmósfera
Hidrósfera
Criósfera
Superficie terrestre
Biósfera
A partir de este orden establecido, se empezó a tener en cuenta la relevancia de cada uno de los
componentes y las trasferencias de materia (agua y aire) y energía (UM, 1999). Los elementos que
conforman el clima se pueden definir a partir de las condiciones de la atmósfera, cuyas características
definen el clima de un lugar a lo largo de un periodo de tiempo representativo (UM, 1999). Entre las
características más significativas que determinan el clima se encuentran:
Radiación solar
Temperatura del aire
Viento
Lluvia
Humedad
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6.1 Precipitación
La precipitación se refiere a cualquier tipo de agua meteórica recogida sobre la superficie terrestre, lo
cual incluye nieve, lluvia y granizo; en algunos casos se considera el rocío y la escarcha pero
generalmente son descartadas por que son poco apreciables en la precipitación total. La información
pluviométrica utilizada en este estudio corresponde a información disponible históricamente de los
últimos 31 años de cuatro estaciones del IDEAM ubicadas en la zona:
Nombre Estación Coordenadas Altura Tipo
Paez Paicol Radio (21050150)
Lat: 2° 27’ N Long: 75° 45’ W
788 msnm
Pluviométrica.
Escuela Agronómica La Plata (21055020)
Lat: 2° 22’ N Long: 75° 53’ W
1070 msnm Climatológica Principal.
San Luis (21050220)
Lat: 2° 33’ N Long: 75° 55’ W
1462 msnm
Pluviométrica.
Nátaga (21050090)
Lat: 2° 33’ N Long: 75° 48’ W 1545 msnm Pluviométrica.
Tabla 3. Información estaciones con información pluviométrica. (IDEAM).
En la Ilustración 7 se muestra la ubicación espacial de las estaciones respecto a la zona de estudio:
Ilustración 7. Ubicación espacial estaciones IDEAM.
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Para cada estación se tienen los promedios mensuales para cada año desde 1980 hasta el 2011, para
algunos meses que no contaban información disponible se evaluaron los datos de las estaciones
aledañas y se completan los datos faltantes3. A continuación se muestran los promedios multianuales
para cada mes por estación, además los valores máximos y mínimos.
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 208 181 216 166 131 55 41 36 58 219 260 257
Máximo 581 448 473 328 331 233 205 238 160 502 500 500
Mínimo 33 20 20 0 17 1 3 0 5 56 109 53
Tabla 4. Promedios mensuales multianuales para la estación Páez Paicol.
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 145,2 158,3 175,5 171,6 142,6 88,5 68,7 44,0 71,1 159,9 174,1 154,5
Máximo 343 311,4 347,1 264 302,9 185,8 151 102 229,8 369 332,5 400
Mínimo 18,9 38,3 27,1 114 42,2 35,6 31 10 19,3 63,4 66 40,8
Tabla 5. Promedios mensuales multianuales para la estación agronómica la plata.
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 101,5 117,9 137,7 175,8 131,5 102,7 82,7 61,4 88,8 157,4 148,9 132,6
Máximo 231 283 355 348 248 259 181 151 216 311 244 271
Mínimo 7 20 21 40 16,8 30 30 5,5 19 58 63 25
Tabla 6. Promedios mensuales multianuales para la estación San Luis.
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 173,1 198,5 206,0 207,3 180,9 107,6 87,6 66,6 95,2 198,9 243,1 222,5
Máximo 463 520 432 434,8 400 231 223,7 176 345 480 398 464
Mínimo 31 18 30 64 41,6 34 23 9,7 16 48 106 83
Tabla 7. Promedios mensuales multianuales para la estación Nátaga.
Para la estación de Escuela Agronómica La Plata se tiene un total de precipitación media multianual
de 1506.6, para la estación Páez Paicol es de 1800 mm, para la estación de San Luis es de 1423 mm y
para la estación de Nátaga es de 1981. Estos valores muestran que históricamente a lo largo del año
hay una cantidad de lluvia importante en la región. A continuación se muestra el comportamiento de
la lluvia media multianual en las estaciones ya mencionadas para tener una mejor apreciación de la
3 Diapositivas de clase Hidrología 2011-2, Universidad de los Andes. Profesor Mario Díaz-Granados.
IAMB 201210 03
19
distribución de la precipitación a lo largo del año y así evaluar cuales son los periodos que pueden
presentar déficit.
Ilustración 8. Tendencia de los promedios mensuales multianuales de cada estación
En la Ilustración 8 se puede ver la tendencia de la lluvia a lo largo del año, la cual presenta una
modalidad de mucha lluvia para los meses de febrero a abril y de octubre a y pocas lluvias o nulas
para los meses de junio a agosto, donde se presentan los problemas de escasez de agua que afectan
la producción continua de los cultivos y el abastecimiento de agua para el ganado y otras especies.
Para tener un análisis más detallado se analizan cada una de las estaciones por separado, pero antes
se debe tener en cuenta la distancia a la zona de cada una de las estaciones seleccionadas, esto con
el fin de establecer la distancia aproximada al caso de estudio y estimar el alcance de la medición
puntual en la zona de estudio.4
4 Se analizara más adelante la influencia de cada una de las estaciones sobre la zona de estudio con el método de los
polígonos de Thiessen.
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
Pro
fun
did
ad (
mm
)
Mes
Precipitación Media Mensual
Esc. Agrónomica
Páez Paicol
San Luis
Nátaga
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20
Estación Distancia Aproximada
San Luis 14, 6 Km
Esc. Agronómica La Plata 9,8 Km
Nátaga 11 Km
Páez Paicol 8,7 Km
Tabla 8. Distancia aproximada de las estaciones a la zona de estudio.
Para tener un análisis de cómo se ha venido comportando la cantidad de lluvias se analizan las lluvias
totales anuales para cada estación.
Ilustración 9. Precipitación total anual para la estación de Escuela Agronómica La Plata.
En la Ilustración 9 se puede ver que hay una tendencia al aumento de la precipitación total a lo largo
de los años que no es muy pronunciado. A pesar que en algunos años se presentan picos
sobresalientes de precipitaciones totales. Para el objeto de este estudio se analizarán los años en los
cuales se presentan bajas precipitaciones, con el fin de tener un balance de las condiciones climáticas
en periodos de sequia anuales. Para la estación de Escuela Agronómica La Plata los valores mínimos
de precipitación total anual se obtuvieron en los años 1992 y 2002 con valores de 911 mm y de
1063.9 mm respectivamente.
911 1063.9
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Pro
fun
did
ad (m
m)
Año
Lluvia en el Tiempo
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21
Ilustración 10. Precipitación total anual para la estación de Páez Paicol.
Para la estación de Páez Paicol se observa en la Ilustración 10 que la tendencia multianual tiende a
una leve disminución en la precipitación media, y se obtienen valores de precipitación mínima para
1997 y 2003 con valores indicados en la Ilustración 10 de 1157mm y 1155 mm respectivamente.
Ilustración 11. Precipitación total anual para la estación de San Luis.
1157 1155
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Pro
fun
did
ad (m
m)
Año
Lluvia en el Tiempo
748
0
500
1000
1500
2000
2500
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Pro
fun
did
ad (m
m)
Año
Lluvia en el Tiempo
IAMB 201210 03
22
Para la estación de San Luis se observa que la tendencia de la precipitación media multianual es
negativa según lo que se muestra en la Ilustración 11, indicando que en los últimos 20 años la
tendencia es a la baja, aunque se presenta un leve incremento en la precipitación media en los
últimos tres años. El valor de precipitación media mínima multianual para esta estación es de 748
mm y corresponde al año 2008.
Ilustración 12. Precipitación total anual para la estación de Nátaga.
Para la estación de Nátaga se tiene una leve tendencia al aumento de la precipitación media
multianual, aunque ésta presenta muchos picos máximos y mínimos siendo el pico mínimo el de
interés para este estudio, con un valor de 1259.2 mm para el año 2002.
Como complemento al análisis del comportamiento de la precipitación a lo largo de un año
promedio, se muestra a continuación el histograma de lluvia media mensual multianual para las
estaciones analizadas, con el fin de representar de una mejor manera los datos expresados
anteriormente en la Ilustración 13 para cada una de las estaciones individualmente y también de
manera conjunta.
1259.2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Pro
fun
did
ad (m
m)
Año
Lluvia en el tiempo
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23
Ilustración 13. Distribución de la precipitación media mensual multianual por estación.
Ilustración 14. Distribución de la precipitación media mensual multianual.
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
Pro
fun
did
ad (
mm
)
Precipitación media mensual multianual
Esc. Agronómica
Páez Paicol
San Luis
Nátaga
0
50
100
150
200
250
300
Pro
fun
did
ad (
mm
)
Esc. Agronómica
0
50
100
150
200
250
300
Pro
fun
did
ad (
mm
)
Páez Paicol
0
50
100
150
200
250
300
Pro
fun
did
ad (
mm
)
San Luis
0
50
100
150
200
250
300 P
rofu
nd
idad
(m
m)
Nátaga
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De la Ilustración 13 se observa que la estación que presenta el mayor promedio de precipitación
mensual multianual es la estación de Nátaga, ya que presenta una mayor profundidad de lluvia en
todos los meses del año teniendo en cuenta los valores promedio de las otras estaciones. Además se
observa que se disminuye la profundidad de la lluvia para los meses de junio a septiembre donde se
presenta el verano en todas las estaciones. En el gráfico comparativo entre las estaciones (Ilustración
14) se puede ver que la estación de Páez Paicol presenta picos más altos en precipitaciones promedio
para los meses de Octubre, Noviembre y Diciembre en comparación con la estación Nátaga que sigue
en mayor profundidad de lluvia para los mismos meses; la estación de Páez Paicol es la que más cerca
se encuentra a la zona de estudio por lo que es importante determinar el comportamiento de la
precipitación a lo largo del año para determinar cómo es el comportamiento de la precipitación en la
zona de Matanzas correspondiente al caso de estudio.
Debido a que la altura del predio Andalucía está a 1450 msnm, se debe también analizar una estación
cercana con una altura semejante, por lo cual la estación de Nátaga es la indicada para esto; esta
estación como ya se mencionó presenta promedios multianuales altos de lluvia los cuales indican que
en la zona y a la altura del predio se encuentra la disponibilidad de agua aparentemente adecuada
para considerar un análisis de la disponibilidad de agua para almacenaje y su posterior uso para cubrir
las necesidades hídricas de cultivos agrícolas y ganado vacuno.
Para entender mejor el comportamiento de la lluvia multianual en las estaciones se hace un análisis
por medio de los gráficos Box – Whisker, mediante los cuales se puede apreciar la distribución
comprendida ente el 25% y el 75% del total de la precipitación media mensual, además de los valores
máximos y mínimos de la misma y la lluvia promedio correspondiente a la mediana de los datos
(50%).
IAMB 201210 03
25
Ilustración 15. Comportamiento de la precipitación media multianual para estación Esc. Agronómica.
Para la estación Escuela Agronómica La Plata se puede ver en la Ilustración 15 que la distribución
media de la lluvia para los meses de mayor precipitación se encuentra entre los 200 mm y los 300
mm aproximadamente, presentando valores pico de 800 mm aproximadamente. Para los meses de
menor precipitación se tiene en promedio valores entre los 50 mm y los 100 mm aproximadamente.
Ilustración 16. Comportamiento de la precipitación media multianual para estación Páez Paicol.
0
200
400
600
800
1000
1200
Pro
fun
did
ad (
mm
) Comportamiento de precipitación media multianual
0
200
400
600
800
1000
1200
Pro
fun
did
ad (
mm
)
Comportamiento de precipitación media multianual
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26
Para la estación Paez Paicol se observa que la distribución de precipitación media multianual difiere
un poco respecto a la estación Escuela Agronómica, teniendo en la Ilustración 16 una distribución de
lluvia media para los periodos más lluviosos entre 300 y 400 mm con máximos mensuales entre 900 y
1100 mm; y para los periodos de verano, tendencias de lluvia media entre los 50 y 70 mm; para esta
estación se puede ver que en los meses de precipitaciones pronunciadas se presenta una mayor
varianza que en los meses de verano, los cuales presentan valores distribuidos equitativamente. Se
puede ver que para esta estación se presentan veranos más fuertes e inviernos con mayores
precipitaciones respecto a la estación Escuela Agronómica.
Es importante entender el comportamiento de la estación Paez Paicol ya que a pesar de que a nivel
regional (referente al municipio de Paicol en general) la precipitación equivalente corresponde a la
ponderación de las estaciones escogidas, para el caso de la zona de Matanzas donde se encuentra
ubicado el caso de estudio, la estación que más influencia presenta es la correspondiente a Páez
Paicol dada la cercanía de esta a la zona de estudio.
Ilustración 17. Comportamiento de la precipitación media multianual para estación San Luis.
0
200
400
600
800
1000
1200
Pro
fun
did
ad (
mm
)
Comportamiento de precipitación media multianual
IAMB 201210 03
27
En la Ilustración 17 se aprecia que para la estación de San Luis ubicada en el municipio Páez del
departamento del Cauca, se presentan eventos de precipitaciones medias menores con valores entre
200 y 300 mm, pero con una tendencia de los valores por debajo de la media, es decir que la mayoría
de los eventos de lluvia en promedio ocurren con valores por debajo de 300 mm; aunque se
presentan valores máximos medios entre 700 y 850 mm para meses lluviosos.
Ilustración 18. Comportamiento de la precipitación media multianual para estación Nátaga.
Respecto a la estación de Nátaga se evidencia que los datos presentan lluvias medias entre los 300 y
400 mm, con valores medios en verano mayores a 100 mm y una distribución de los datos con una
dispersión mayor.
Con el fin de garantizar la correcta correlación de los datos en las estaciones seleccionadas se realizó
un análisis de doble masa para establecer si las estaciones tienen una correlación adecuada, que
permita que los datos proporcionados por éstas sean adecuados para el desarrollo de la estimación
de las necesidades hídricas.
0
200
400
600
800
1000
1200
Pro
fun
did
ad (
mm
)
Comportamiento de precipitación media multianual
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28
Ilustración 19. Análisis de doble masa para las estaciones pluviométricas.
Según la tendencia observada en los resultados gráficos del análisis de doble masa se puede ver que
ésta es bastante lineal, resaltándose que no existen cambios en la línea generada de las
acumulaciones, con lo cual se comprueba la consistencia de la información pluviométrica y se puede
hacer uso de ésta para estimativos hídricos.
Para hallar la influencia que tiene cada una de las estaciones sobre la zona de la vereda de Matanzas
se uso el método de los polígonos de Thiessen, que se considera como el más indicado para usar en
el estudio para determinar los pesos de cada una de las estaciones.
0
50000
100000
150000
200000
250000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
Pre
cip
ita
ció
n a
cum
ula
da
Esc.
Ago
np
om
ica
(mm
)
Precipitación acumulada estaciones (mm)
Esc Agonómica
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0 50000 100000 150000 200000 250000
Pre
cip
itac
ión
acu
mu
lad
a P
áez
Pai
col
(mm
)
Precipitación acumulada estaciones (mm)
Páez Paicol
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
0 50000 100000 150000 200000 250000
Pre
cip
ita
ció
n a
cum
ula
da
San
Lu
is (
mm
)
Precipitación acumulada estaciones (mm)
San Luis
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0 50000 100000 150000 200000 250000
Pre
cip
ita
ció
n a
cum
ula
da
San
Lu
is (
mm
)
Precipitación acumulada estaciones (mm)
Nátaga
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29
Ilustración 20. Distribución de estaciones en polígonos de Thiessen.
Respecto a los porcentajes obtenidos por medio de polígonos de Thiessen, los siguientes son los
valores de peso para la precipitación media mensual para el municipio de Paicol.
Estación Porcentaje equivalente
San Luis 17,70%
Nátaga 16,10%
Esc. Agronómica 15,06%
Paez Paicol 51,14%
Tabla 9. Valores en porcentaje obtenidos de polígonos de Thiessen.
Para la estimación de ponderada de precipitación obtenida por medio del método de polígonos de
Thiessen, la serie anual de precipitación se muestra en la
IAMB 201210 03
30
Ilustración 21. Precipitación total anual para ponderación de polígonos de Thiessen.
Del gráfico anterior se puede ver que según la tendencia ponderada de las estaciones se tiene una
tendencia de precipitación un poco estable en promedio a lo largo de los años, teniendo en cuenta
algunos años que presentan picos. Esto puede deberse a presencia de fenómenos externos que
afectan la precipitación a nivel nacional tales como el fenómeno del niño, en el cual se presentan
temperaturas altas y veranos prolongados, y el fenómeno de la niña en el cuál se presentan altas
precipitaciones a lo largo del año.
A continuación se presentan los años en los cuales se presentan fenómenos del Niño
Año Magnitud Fuente
1965 1972-1973
1976 1982-1983
1987 1991-1993 1997-1998 2002-2004
Moderado Intenso Moderado Muy Intenso Moderado Intenso Intenso Moderado
Guillén (1967-1971) Idyll (1973) Wooster y Guillén (1974) Quinn (1977, 1980) Smith (1983) Mugica (1983) Rasmusson/Hall (1983) R. Mujica CPPS (1997) NOAA (2009)
Tabla 10. Años para los cuales se presento Niño.5
5El fenómeno del niño en Piura, consultado el 14 de mayo de 2012. Disponible en:
http://www.cipca.org.pe/cipca/nino/nino/feni%F1o.htm
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Pro
fun
did
ad (m
m)
Año
Lluvia en el Tiempo
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31
Se puede ver según los años para los que se presentó fenómeno del Niño que para el periodo de 1991
a 1993 se presenta una magnitud de Niño intensa, fenómeno que se ve reflejado en la zona con la
disminución significativa de la precipitación para estos años. Esto también sucede para el periodo
comprendido entre 2002 a 2004 en el cual también se tiene presencia de Niño. Con el fin de
establecer de mejor manera la presencia de fenómenos del Niño y también de la Niña en la región de
Paicol se analiza la Ilustración 22 con el fin de establecer correlaciones históricas.
Ilustración 22. Índice de El Niño oceánico, 1970- 2008. Fuente: NOAA (2009).
Como se puede ver, se tiene presencia del Fenómeno de la Niña con valores muy altos para el año
1982, en donde se presenta un pequeño aumento en la región de precipitación promedio para ese
año; también para los años 1986 y 1987 donde se puede ver en la Ilustración 21 de precipitación
total anual de los polígonos de Thiessen; finalmente se puede ver que para el año 1998 se tiene
presencia del fenómeno de la Niña nuevamente teniendo un pico de lluvia significativo para este año.
IAMB 201210 03
32
De acuerdo a la ponderación de la precipitación media por medio de polígonos de Thiessen, la
siguiente es la distribución de precipitación durante el año:
Ilustración 23. Distribución de la precipitación media mensual.
Se observa que en promedio se tiene la misma distribución de precipitación media a lo largo d l año,
presentándose dos eventos significativos de lluvia al año en los meses de Marzo – Abril y Noviembre-
Diciembre; y un periodo de verano en los meses de Julio- Agosto. Este comportamiento se mantuvo
muy similar para todas las estaciones analizadas y por ende es de esperar que las precipitaciones
medias promedio ponderadas con Thiessen presenten la misma distribución a lo largo del año. Con el
fin de tener una mejor visualización de los datos muestra el gráfico Box- Whisker para el promedio
ponderado.
0
50
100
150
200
250
Pro
fun
did
ad (m
m)
Preciítación media mensual multianual
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33
Ilustración 24. Comportamiento de la precipitación media multianual.
Del gráfico anterior se puede establecer que existe para las temporadas de lluvias valores muy
dispersos con valores entre 300 y 350 mm de precipitación media, presentándose precipitaciones
más pronunciadas en los meses de Noviembre y Diciembre, con valores máximos aproximados a 900
mm. Para los periodos de verano hay distribuciones un poco menos dispersas con valores medios que
oscilan entre 100 y 150 mm de valor medio aproximadamente. También se observa según la
distribución de los datos que en general más del 50% de los datos se encuentran por encima de la
lluvia media mensual.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Pro
fun
did
ad (m
m)
Comportamiento de precipitación media multianual
IAMB 201210 03
34
6.2 Descripción del clima De acuerdo con el Plan de Ordenamiento Territorial del municipio de Paicol, las características
climáticas de la zona varían según la altura, ya que en el municipio se presentan múltiples variaciones
altimétricas y de relieve, lo que influye significativamente en las condiciones climáticas además de las
demás condiciones influyentes.
A continuación se presenta el análisis de algunos parámetros según el POT y según los datos de la
estación climatológica de la Escuela Agronómica La Plata:
6.2.1 Temperatura del aire
Como ya se mencionó debido a las variaciones altimétricas que en el municipio se presentan
variaciones en la temperatura en función de la altura. De acuerdo con el POT del municipio, la
temperatura en el departamento del Huila se comporta según la siguiente fórmula:
Donde
at a n g a o n g a o
t a o n a
Según la distribución de alturas en el municipio, éste se puede dividir en 3 zonas:
REGION ALTITUD TEMPERATURA
NORORIENTAL 500 - 800 m.s.n.m. 27,2 – 25°C
CENTRAL 800 - 1200 m.s.n.m. 25 – 22°C
OCCIDENTAL 1200 - 1900 m.s.n.m. 22 - 16,7°C
Tabla 11. Categorización de las variaciones altimétricas por región, municipio Paicol. (POT, 2000).
Según la distribución zonal dada de la Tabla 11 y de acuerdo con el POT, la región nororiental en la
cual confluye el río Magdalena con el Páez tiene temperaturas que oscilan entre los 26°C y 28°C; ésta
corresponde a parte de la vereda Domingo Arias y los límites con Gigante y Tesalia. La región central
presenta temperaturas entre los 23°C y 26°C, y se encuentra ubicada al norte entre los límites del
IAMB 201210 03
35
municipio de Tesalia y al sur limita con los municipios de Gigante y el Agrado. La región occidental
está localizada en la zona media de las ramificaciones de la cordillera Central y presenta
temperaturas que oscilan entre los 18°C y los 23°C, encontrándose entre los límites con los
municipios de El Pital, La Plata, Nátaga y el departamento del Cauca (POT, 2000).
Según los datos obtenidos en la estación climatológica del IDEAM Escuela Agronómica La Plata, los
siguientes son valores mínimos mensuales para los últimos 30 años:
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 14,7 15,4 15,6 15,7 15,5 14,6 14,1 13,8 13,9 14,8 15,3 14,6
Mínimo 12 13,6 13,2 14,6 12 11,6 12 11,4 12 11 13,2 10,8 Tabla 12. Valores mínimos de Temperatura en grados centígrados para la estación Esc. Agronómica La Plata.
En promedio, el valor mínimo anual de temperatura en los últimos 30 años es de 22,3°C y el mínimo
anual registrado es de 21,4°C.
Ilustración 25. Valores mínimos mensuales multianuales para estación Esc. Agronómica La Plata
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0
10,0 12,0 14,0 16,0 18,0
Tem
per
atu
ra (
°C)
Mes
Valores Mínimos Multianuales
Promedio
Mínimo
IAMB 201210 03
36
A continuación se muestran los valores máximos mensuales medidos de la misma estación:
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 30,97 31,76 31,48 31,35 30,95 30,72 30,75 31,98 32,73 32,43 30,96 30,82
Máximo 33,6 36 35 34 32,6 32 32,2 33,6 34,4 35,4 33,6 33
Tabla 13. Valores máximos de Temperatura en grados centígrados para la estación Esc. Agronómica La Plata.
Ilustración 26. Valores máximos mensuales multianuales para estación Esc. Agronómica La Plata.
A continuación se presentan los datos de los valores medios mensuales multianuales de la misma
estación.
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 22,2 22,5 22,4 22,3 22,3 21,9 21,7 22,2 22,8 22,5 22,2 22,1
Mínimo 21,1 21,4 21,0 21,3 21,5 21,1 20,5 20,8 21,5 21,5 20,9 21,5
Máximo 23,8 24,8 23,7 23,8 23,3 22,5 22,6 23,5 24,4 24,3 23,1 23,2
Tabla 14. Valores medios de Temperatura en grados centígrados para la estación Esc. Agronómica La Plata.
El valor medio anual de temperatura en los últimos 30 años es de 22,3°C, el mínimo medio anual
registrado es de 21,4°C y máximo medio anual registrado de 23,1°C.
28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Tem
per
atu
ra (
°C)
Mes
Valores Máximos Multianuales
Promedio
Máximos
IAMB 201210 03
37
Ilustración 27. Valores de temperatura media anual estación Esc. Agronómica La Plata.
Como se puede ver en las gráficas de valores medios máximos y mínimos de temperatura, para la
zona de influencia de la estación se presentan valores medios de temperatura que oscilan entre los
20°C y los 25°C, teniendo en algunos años variaciones de temperatura máxima promedio entre 31°C a
33°C y variaciones de temperaturas mínimas entre 11°C y14°C.
Dado que en la zona de estudio se encuentra a una altura de 1450 msnm, es necesario hacer una
corrección de temperatura por altura. Lo anterior se realiza con la interpolación de temperaturas
medias mensuales de las estaciones Toez y Escuela Agronómica La Plata. A continuación se
mencionan las características de las estaciones.
Nombre Estación Coordenadas Altura Tipo
Escuela Agronómica La Plata (21055020)
Lat: 2° 22’ N Long: 75° 53’ W
1070 msnm Climatológica Principal.
Toez (21055040)
Lat: 2° 49’ N Long: 76° 5’ W
1860 msnm
Climatológica Ordinaria.
Tabla 15. Estaciones con información de temperatura mensual.
Con el fin de obtener los datos de precipitación estimada para el predio Andalucía, se realiza una
interpolación lineal de los datos medios mensuales mediante de la siguiente ecuación.
0
5
10
15
20
25
30 Te
mp
erat
ura
(°C
)
Mes
Temperatura Media Anual
Promedio
Mínimo
Máximo
IAMB 201210 03
38
Debido a que los datos disponibles para la estación de Toez están entre 1980 y 1994, se interpolaron
los datos para este periodo y se calculó un coeficiente de relación entre los datos interpolados y los
datos disponibles de la estación Escuela Agronómica La Plata, con el fin de utilizar este coeficiente
para estimar los datos de temperatura para los años siguientes a partir de los datos disponibles para
la estación Escuela Agronómica.
Se muestran a continuación los resultados de la interpolación anterior en promedio para cada mes.
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 19,9 20,2 20,1 20,0 20,0 19,6 19,3 19,6 20,0 20, 19,9 19,8
Mínimo 13,1 13,7 14,0 14,2 14,2 13,8 13,1 12,9 13,1 13,5 13,8 13,4
Máximo 27,6 27,8 27,6 27,4 27,1 26,8 26,4 27,1 27,8 27,8 27,1 27,3
Tabla 16. Temperatura media mensual multianual para altura de 1450 msnm.
Ilustración 28. Comportamiento de temperatura media multianual para Andalucía (1450 msnm).
Se puede ver en la Tabla 11 que la temperatura disminuye según la altura, por lo cual es necesario el
ajuste hecho por medio de la interpolación. Del gráfico x se puede observar que la temperatura
tiende a mantenerse entre los 19,8 y 20,1 °C pero se nota que se presenta una disminución de la
temperatura para los meses de Junio a Agosto.
18,8
19,0
19,2
19,4
19,6
19,8
20,0
20,2
20,4
Tem
per
atu
ra (
°C)
Mes
Temperatura media multianual
IAMB 201210 03
39
El comportamiento a lo largo de los años se muestra a continuación respecto a la corrección realizada
por altura.
Ilustración 29. Tendencia histórica de la temperatura media.
Se puede observar del grafico x que la temperatura tiende a aumentar en pequeñas variaciones a lo
largo de los años según el registro histórico de la misma. Aunque para algunos años se presentan
picos más bajos o más altos, estos pueden estar asociados a fenómenos como el Niño o la Niña. Esta
tendencia que presenta la temperatura a aumentar, también puede ser debido a un fenómeno
global, explicado por los gases de efecto invernadero y la radiación que entra a la tierra que tienden
a aumentar la temperatura global, fenómeno conocido como calentamiento global.
6.2.2 Humedad
La humedad del aire o el vapor de agua que contiene el aire, se considera como un elemento
meteorológico muy importante en la determinación de los diferentes estados de la atmósfera, no
solo por la influencia que tiene en la precipitación sino por sus efectos biológicos (Eslava, 1992).
Los datos de humedad relativa disponibles para la zona se obtuvieron de la información del IDEAM
disponible para la estación Escuela Agronómica La Plata. A continuación se muestra el
comportamiento medio multianual de este parámetro, teniendo en cuenta que para la estación no se
tenía la información disponible para todos los años y en algunos casos estaba incompleta.
19,00
19,20
19,40
19,60
19,80
20,00
20,20
20,40
20,60
20,80
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Tem
per
atu
ra (
°C)
Año
Temperatura media
IAMB 201210 03
40
Ilustración 30. Valores medios anuales de humedad relativa estación Esc. Agronómica La Plata.
En la Ilustración 30 se ve que hay variaciones en la humedad relativa a lo largo de los años con picos
prominentes de 1997 a 2004. En estos años se presentaron temperaturas más altas, relacionándose
la humedad relativa con la temperatura del aire de manera que a mayor temperatura mayor
humedad, siempre y cuando haya agua disponible para evaporar y saturar la atmósfera.
Para establecer el comportamiento medio mensual multianual de la humedad relativa, se muestra a
continuación los valores mínimos máximos y medios por cada mes:
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 82 81 82 83 83 81 79 74 73 77 83 83
Mínimo 71 73 74 65 77 76 71 66 64 69 77 77
Máximo 90 87 87 89 89 89 87 88 84 85 88 89
Tabla 17. Valores medios mensuales multianuales de humedad relativa y picos. Esc. Agronómica La Plata.
A continuación se presenta la información de los valores medios de humedad relativa para la estación
Escuela Agronómica La Plata de manera gráfica:
72
74
76
78
80
82
84
86
88
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Hu
med
ad R
elat
iva
(%)
Año
Valores Medios Anuales HR
Valor anual
Lineal (Valor anual )
IAMB 201210 03
41
Ilustración 31. Valores mensuales multianuales de humedad relativa, medios, máximos y mínimos.
La Ilustración 31 muestra que a lo largo del año el comportamiento de la humedad relativa no
presenta cambios significativos, ya que ésta se mantiene en valores medios que oscilan entre el 71% y
el 85%
6.2.3 Radiación Solar La radiación solar incluye el conjunto de radiaciones electromagnéticas que emite el sol y que
determinan la temperatura en la tierra.6 Esta se puede determinar en el exterior de la atmósfera por
medio de la constante solar, la cual experimenta diversos procesos atmosféricos entre los que se
encuentran la dispersión provocada por la acción de las nubes, el polvo, entre otras moléculas
presentes en la atmósfera, y la absorción de la radiación solar en ciertas longitudes de onda por parte
del agua, y de otros componentes atmosféricos.
Con el fin de determinar la radiación en la región de matanzas se toman los valores provenientes de
la estación climatológica principal Escuela Agronómica La Plata donde se tiene valores mensuales de
número de horas de brillo. Estos valores se muestran a continuación:
6 Referencia de Atlas de Radiación Solar
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100 H
um
edad
Rel
ativ
a (%
)
Mes
Valores Medios HR
Promedio
Mínimo
Máximo
IAMB 201210 03
42
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
Promedio 149,4 125,2 115,0 110,2 120,0 116,6 116,5 122,1 124,8 129,6 125,4 148,1
Día /mes 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
Promedio diario
4,8 4,5 3,7 3,7 3,9 3,9 3,8 3,9 4,2 4,2 4,2 4,8
Tabla 18. Número promedio de horas de brillo solar al mes.
Tabla 19. Brillo solar medio mensual multianual.
Se puede ver que las horas de brillo solar son más intensas en promedio para los meses de Enero y
Diciembre, y tiene una tendencia más constante a lo largo del año. Con el objetivo de determinar la
energía solar proporcionada de acuerdo al número de horas de sol por día, se tiene más adelante en
este mismo documento el proceso de cálculo para establecer la influencia de la radiación solar en la
evapotranspiración potencial.
0
1
2
3
4
5
6
Bri
llo s
ola
r (h
ora
s)
Brillo solar
IAMB 201210 03
43
6.3 Evapotranspiración
Esta se define como la pérdida de humedad de una superficie dada por la combinación de procesos
separados, de evaporación desde el suelo y transpiración de las plantas (FAO, 2006). El término
evapotranspiración potencial se le atribuye a Thornthwite, quien a f n ó o o “ a ant a áx a
posible de agua que perdería el suelo por evaporación y transpiración, suponiendo que éste estuviera
saturado. Solo en condiciones ideales la evapotranspiración real coincidirá con la potencial, en los
á a o , g n a nt , a a á no ” (Contreras, 2011)
6.3.1 Evaporación
Se conoce como evaporación al proceso por el cual el agua líquida de una superficie se convierte en
vapor de agua y ésta se mueve hacia la atmósfera. En este proceso intervienen diversos factores
variables en el tiempo y el espacio que se pueden agrupar en tres categorías: variables climáticas,
variables asociadas a la planta y asociadas al suelo.
Entre las variables climáticas se incluye la radiación solar y la temperatura las cuales proporcionan la
energía necesaria para que se dé el proceso. Entre estas se encuentran la humedad y la velocidad del
viento. Las variables asociadas a la planta consisten en aquellas relativas al tipo de cultivo, por medio
de las cuales se determina el Coeficiente de cultivo Kc. Finalmente dentro de las variables asociadas
con el suelo se encuentran el grado de capilaridad, grado de cobertura del suelo por parte del cultivo
y la cantidad de agua disponible en la superficie evaporante.
La evaporación depende de la insolación, del viento, de la temperatura y del grado de humedad de la
atmósfera. Por todo esto la evaporación contemplada en un período corto de tiempo es muy variable,
no así cuando el ciclo a considerar es un año, en el cual la insolación total es bastante constante.
Como magnitud en zonas templadas continentales, la evaporación diaria en verano es del orden de 6
a 8 mm/día y en invierno puede ser casi despreciable (UNICEN, 2012).
IAMB 201210 03
44
6.3.2 Transpiración
Es el proceso físico biológico por el cual el agua cambia de estado líquido a gaseoso a través del
metabolismo de las plantas y posteriormente es removida hacia la atmósfera. Este proceso ocurre
mediante los estomas de las plantas. Estos son pequeñas aberturas en las hojas de la planta a través
de las cuales atraviesan los gases y el vapor de agua de la planta hacia la atmósfera, proceso que es
controlado por la abertura estomática (FAO, 2006).
El número de estomas por unidad de superficie varía dependiendo de la especie vegetal y las
condiciones ambientales. Estos generalmente se abren con la luz y se cierran con la oscuridad, pero el
control que ejercen sobre las tasas de transpiración es muy limitado. Casi la totalidad del agua
absorbida del suelo se pierde por transpiración y solamente una fracción de ésta se convierte en
parte de los tejidos vegetales. (UNICEN, 2012)
La transpiración al igual que la evaporación directa, depende del aporte energético, de la presión de
vapor y de la velocidad del viento, por lo cual las variables como la radiación, la temperatura del aire,
la humedad de este y el viento también son variables importantes para considerar en su
determinación. Otros factores que se deben tener en cuenta son el contenido de agua del suelo, la
capacidad de conducción hidráulica de éste hacia las raíces, su salinidad y la del agua de riego. Ésta se
ve influenciada por el tipo de cultivo, el medio donde se produce y las prácticas del mismo. Todos
estos factores afectan la transpiración de las plantas por lo cual deben ser considerados al evaluar las
tasas de transpiración (FAO, 2006)
6.3.3 Metodología para estimación de ETo
A continuación se muestra la metodología empleada para la estimación de la evapotranspiración
potencial y de cultivo de referencia, la cual fue extraída de la guía para la determinación de los
requerimientos de agua de los cultivos de la organización de las Naciones Unidas para la alimentación
y la agricultura, FAO por sus siglas en inglés. Específicamente se utilizan los métodos FAO Penman-
Monteith para determinar ETo y del tanque evaporímetro.
IAMB 201210 03
45
Se tomó en cuenta la evapotranspiración de referencia como un parámetro necesario para estimar el
consumo hídrico del cultivo según el balance hídrico. A continuación se describen los métodos
utilizados para la estimación.
Método del tanque evaporímetro
La evaporación del cultivo de referencia ETo es un parámetro relacionado con el clima que expresa el
poder evaporante de la atmósfera. La superficie de referencia corresponde a un cultivo hipotético de
pasto con características específicas7. El concepto de evapotranspiración de referencia se introdujo
para estudiar la demanda de evapotranspiración de la atmósfera, independientemente del tipo de
desarrollo del cultivo y de las prácticas de manejo, siendo los parámetros climáticos los únicos
factores que la afectan (FAO, 2006). Para la estimación de la evapotranspiración de referencia se
tomaron los datos de la evaporación de tanque evaporímetro, el cual proporciona un índice del
efecto integrado de la radiación, la temperatura del aire, la humedad del aire y el viento en la
evapotranspiración, y se procedió a hacer una corrección de los datos por medio de la siguiente
ecuación:
Donde:
a ot an a ón f n a
a
o nt tan a o t o –
a o a ón tan a o t o
a
La determinación del coeficiente del tanque evaporímetro depende del tipo de tanque, de diversas
variables climáticas y de la cobertura del suelo donde se ubica el tanque, por lo cual se tienen
diferentes coeficientes de tanque (Kp) de acuerdo con el tipo de tanque con el que se realizan las
mediciones. Según la ubicación del tanque respecto a la cobertura vegetal circundante se pueden
tener dos casos de localización del tanque:
7 La superficie de refencia es un cultivo de pasto con una altura asumida de 0,12 m, con una resistencia superficial fija de 70 s m
-1 y un albedo de 0,23.
IAMB 201210 03
46
Ilustración 32. Localización del tanque según cobertura vegetal.
Con el fin de determinar el coeficiente de tanque en la estación Escuela Agronómica La Plata, en esta
se toman las mediciones por medio de un tanque Clase A en caso B. El tanque Clase A es circular,
presenta un diámetro de 120,7 cm y 25 cm de profundidad, está construido en hierro galvanizado o
láminas de metal de 0,8 mm de espesor, se ubica sobre una plataforma a 15 cm por encima del suelo.
Ilustración 33. Ilustración de tanque Clase A.
IAMB 201210 03
47
Ilustración 34. Coeficientes Kp para tanque Clase A para diversos valores de velocidad media de viento y
humedad. (FAO, 2006).
Teniendo en cuenta que la humedad promedio de la zona es alta, presentando valores mayores que
70% y que la velocidad del viento es baja en promedio menor a 2 m s-1, se estima que el valor del
coeficiente de tanque para estas condiciones es de 0.85.
Los resultados de la ETo calculada por el método del tanque evaporímetro se muestran más adelante.
Método Penman – Monteith
En 1948 Penman combinó el balance energético con el método de la transferencia de masa y derivó
una ecuación para calcular la evaporación de una superficie abierta de agua a partir de datos
climáticos estándar de horas de sol, temperatura, humedad atmosférica y velocidad del viento (FAO,
2006). Este método combinado fue desarrollado posteriormente y ampliado a superficies cultivadas,
introduciendo factores de resistencia (resistencia aerodinámica y superficial).
IAMB 201210 03
48
El método Penman - Monteith es el método recomendado por la FAO, ya que consiste en un método
estándar de estimación de evapotranspiración de referencia ETo, a partir de parámetros climáticos de
la zona.
La ecuación combinada de Penman- Monteith es:
Donde Rn = Radiación neta.
G= Flujo de calor en el suelo.
(es – ea) = Déficit de presión de vapor de aire.
ρa = Densidad media del aire a presión constante.
Cp = Calor específico del aire.
Δ Pendiente de la curva de presión de vapor y saturación.
γ Constante psicrométrica.
rs= Resistencia superficial (total).
ra= Resistencia aerodinámica.
Con el fin de hacer los cálculos de la evapotranspiración más sencillos se decidió aplicar la ecuación
anterior para un cultivo de referencia hipotético con una altura de 0,12 m, resistencia superficial de
70 s m-1 y albedo de 0,23, y que representa la evapotranspiración de una superficie extensa de pasto
verde de altura uniforme, creciendo activamente y con un riego adecuado (FAO, 2006).
IAMB 201210 03
49
Ilustración 35. Características del cultivo hipotético de referencia (FAO, 2006).
Luego del ajuste a la ecuación original de acuerdo con las características del cultivo de referencia, la
ecuación Penman- Monteith es:
Donde:
ETo= Evapotranspiración de referencia (mm día-1)
Rn= Radiación neta en la superficie de cultivo (MJ m-2 día-1)
G= Flujo de calor del suelo (MJ m-2 día-1)
T= Temperatura media del aire a 2 m de altura (°C)
u2 = Velocidad del viento a 2 m de altura.
es= Presión de vapor de saturación (kPa)
ea= Presión real de vapor (kPa)
(es – ea) = Déficit de presión de vapor (kPa)
Δ Pendiente de la curva de presión de vapor (kPa °C-1)
γ= Constante psicrométrica (kPa °C-1)
IAMB 201210 03
50
La ecuación 5 provee un estándar de comparación de la evapotranspiración por medio del cual se
puede comparar la misma en diversos períodos del año o en otras regiones y además se puede
relacionar la evapotranspiración de otros cultivos.
Para llevar a cabo los cálculos mensuales de ETo, se requieren datos de temperatura del aire,
humedad atmosférica, radiación y velocidad del viento; estos se denominan factores meteorológicos
y son componentes del tiempo que proporcionan energía para la vaporización.
Radiación solar
Ésta representa la más importante fuente de energía necesaria para llevar a cabo el proceso de
transformación del agua líquida en vapor de agua, aunque se debe tener en cuenta que no toda la
energía se utiliza para evaporarla, pues parte de también se usa para calentar la atmósfera y el suelo.
La radiación neta diaria promedio se expresa en megajoules por metro cuadrado día. Estos datos no
se encuentran en forma directa pero se pueden calcular usando las horas de sol al día. A continuación
se definen algunos conceptos relevantes para el cálculo de la radiación solar.
Radiación extraterrestre
Ésta se denota como Ra, corresponde a la radiación solar recibida en la parte superior de la atmósfera
terrestre sobre una superficie horizontal. Varía a nivel local de acuerdo con la posición de la tierra y
el ángulo entre la dirección de los rayos solares y la superficie de la atmósfera.
Radiación solar de onda corta
Se denota por Rs, equivale a la cantidad de radiación que llega a un plano horizontal en la superficie
terrestre; dado que el sol emite energía por medio de ondas electromagnéticas con longitudes de
onda corta, la radiación solar se conoce como radiación de onda corta.
Radiación relativa de onda corta
Ésta corresponde al cociente entre la radiación solar (Rs) y la radiación solar de un día despejado (Rso).
Rs corresponde a la radiación solar que llega realmente a la superficie en un periodo determinado y
Rso equivale a la radiación solar que se alcanzaría en el mismo lugar durante el mismo periodo de
tiempo si el cielo estuviera despejado.
IAMB 201210 03
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Duración solar relativa
Éste indica la nubosidad atmosférica y se calcula como el cociente de la duración real de la insolación
en horas (n) y la duración máxima posible de la insolación o de la luz del día (N). La duración de las
horas de sol al día depende de la posición del sol y ésta es función de la latitud y de la fecha del año.
Con el fin de garantizar un mejor ajuste al modelo se tomó el promedio de la duración del día para los
meses de verano.
Albedo y radiación neta solar
a o α ono o o a f a ón a a a ón o a f ja a o a f
terrestre y varía según el tipo de superficie y el ángulo de incidencia o pendiente de la superficie
terrestre. Para facilitar los cálculos se asumió que el albedo del cultivo de referencia equivale a 0.23.
La radiación neta solar Rns es la fracción de la radiación solar que no se refleja en la superficie.
Radiación neta de onda larga
Dada la temperatura más baja de la tierra con respecto al sol, aquella emite energía radiante con
longitudes de onda más largas que el sol. Esto hace que exista radiación emitida por la tierra, la cual
es absorbida por la atmósfera o perdida hacia el espacio. Dado que se emite hacia la atmósfera, ésta
influye en el aumento de temperatura, y por consiguiente la atmósfera también irradia energía que a
su vez se dirige nuevamente a la superficie terrestre. Esto lleva a que la superficie terrestre emite y
recibe radiación de onda larga, y la diferencia entre la radiación de onda larga entrante y saliente se
conoce como radiación neta de onda larga Rnl, y presenta un valor negativo debido a que la radiación
saliente es casi siempre mayor que la radiación entrante.
Radiación neta
Se denota por Rn y equivale a la diferencia entre la radiación entrante y saliente de longitudes de
onda corta y larga, representando un equilibrio entre la energía absorbida, reflejada y emitida por la
por la superficie terrestre. Usualmente se presentan valores positivos durante el día y negativos en
las noches, pero para valores medios se tienen generalmente magnitudes positivas.
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Flujo de calor del suelo
EL flujo de calor del suelo (G), es la energía que se utiliza para calentar el suelo. Éste valor
generalmente es pequeño comparado con la radiación neta, pero debe ser considerado para la
estimación de ETo.
Ilustración 36. Componentes de la radiación.
Temperatura del aire
Ésta depende de la radiación solar absorbida por la atmósfera y del calor emitido por la tierra. El calor
del aire transfiere energía a los cultivos afectando la tasa de evapotranspiración, teniendo que para
un día soleado y cálido, la pérdida de agua por evapotranspiración es mayor.
Humedad del aire
Ésta es un factor que influye de manera directa en la tasa de evapotranspiración dado que en función
del déficit de saturación del aire circundante es la remoción de vapor de las plantas. Es por esta razón
que en regiones áridas se presentan tasas de evapotranspiración más altas que en regiones húmedas
IAMB 201210 03
53
tropicales, donde a pesar de tener un ingreso de energía elevado, la humedad reduce la capacidad del
aire para recibir agua.
Velocidad del viento
Ésta determina el proceso de remoción de vapor de la superficie evaporante. Por medio de este
proceso se sustituye el aire saturado de humedad por aire más seco. Cuando se presentan bajas
velocidades, se reduce la intensidad de remoción de vapor de agua, reduciéndose a su vez la tasa de
evapotranspiración, dando que hay una baja tasa de intercambio de aire saturado por aire seco.
Ilustración 37, Efecto combinado de factores climáticos que afectan la evapotranspiración. (FAO, 2006)
En la Ilustración 37 se puede observar el efecto combinado de los diferentes factores meteorológicos
que afectan la evapotranspiración. Se puede ver que se tiene hay una mayor evapotranspiración en
condiciones cálidas y con aire seco, debido a la cantidad de energía disponible como radiación solar
directa y a la poca saturación del aire circundante. Por otro lado, para condiciones atmosféricas
húmedas las tasas son bajas ya que el aire está más saturado, y se ve influenciado indirectamente por
la presencia de nubes que disminuyen la radicación por lo cual disminuye la tasa de evaporación.
Para las dos condiciones mostradas, la velocidad del viento afecta la evapotranspiración de diferente
manera, teniendo mayor efecto sobre la condición de clima caliente y seco, ya que para las
IAMB 201210 03
54
condiciones húmedas el viento puede reemplazar el aire saturado por aire levemente menos
saturado.
La metodología y el procesamiento de los datos meteorológicos para la estimación de la ETo se
muestran a continuación:
Parámetros atmosféricos y procedimientos de cálculo
Éstos se refieren a diversos parámetros que afectan la evapotranspiración y su efecto a lo largo del
tiempo se puede determinar a partir de ecuaciones que incluyen características específicas de la zona
o de la atmósfera. Entre estos parámetros se encuentran:
Presión atmosférica:
Se refiere a la presión ejercida por el peso de la atmósfera terrestre. Para el cálculo de ésta se tiene
una simplificación de la ley de gases ideales para una temperatura estándar de 20°C.
Donde: P= Presión atmosférica (kPa) Z= Elevación sobre el nivel del mar (m) Para el predio Andalucía ubicado a una altura de 1450 msnm se tiene una presión atmosférica de 85,3
kPa.
Calor latente de vaporización
Se refiere a la energía necesaria para cambiar una unidad de masa de agua líquida a vapor de agua,
en condiciones de presión y temperatura constantes. Este valor es aparentemente constante e igual a
2,45 MJ Kg-1, corresponde al calor latente de vaporización a una temperatura del aire de alrededor de
20°C.
IAMB 201210 03
55
Constante psicrométrica
Este valor se mantiene constante para cada localidad, y se calcula como:
γ on tant o t a a °
ón at o f a a
a o at nt a o a ón 2,45
a o o a ón on tant 3 x -3
o nt o o a a o ag a
a o ,622
Para el valor de la presión atmosférica del predio tenemos una constante psicrométrica de 0,0567 kPa °C-1.
Temperatura del aire
Ésta es mide en estaciones agrometeorológicas a alturas definidas para estudios de cultivos. Para
efectos de la determinación de la temperatura a una altura de 1450 msnm se tomaron dos
estaciones8 con datos medios, máximos y mínimos y se estableció una interpolación de éstos, a partir
de la cual se correlacionaron los datos obtenidos para los años en común de cada una de las
estaciones (1980-1994) y para los años siguientes se corrigió el valor de la temperatura de acuerdo
con la relación obtenida de la interpolación.
Humedad del aire
Ésta indica el contenido de agua que se encuentra en el aire. Puede ser expresada de diversas
maneras entre las que se encuentran la presión de vapor, la temperatura del punto de rocío y la
humedad relativa. Para el objeto de este estudio se trabajó con la humedad relativa, la cual expresa el
grado de saturación del aire como cociente entre la presión real de vapor (ea) a una temperatura
dada y la presión de saturación de vapor (eo(T)) a la misma temperatura. Para el caso particular se
obtuvieron los valores de humedad relativa de la estación Escuela Agronómica La Plata.
8 Escuela Agronómica La Plata y Toez.
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Presión media de vapor de la saturación (es)
Ésta se calcula en función de la temperatura del aire y se expresa como:
ón at a ón a o a a t at a a a
Dado que la ecuación presenta una característica no lineal, la presión media de saturación de vapor
para un periodo de tiempo debe ser calculada como el promedio de la presión de saturación de vapor
a la temperatura máxima media y la presión de saturación de vapor a la temperatura mínima media
del aire para ese periodo.
El uso de la temperatura media del aire en lugar de la media mínima y máxima concurre a
subestimaciones de la presión media de saturación de vapor.
n nt a a ón at a ón a o Δ)
Para calcular la evapotranspiración es necesario calcular la pendiente de la relación entre la presión
de saturación de vapor y la temperatura la cual está dada por:
Donde
Δ = Pendiente de la curva de la presión de saturación de vapor (kPa °C-1)
T= Temperatura media del aire (°C)
IAMB 201210 03
57
Presión real de vapor (ea)
Ésta se determinó a partir de la humedad relativa media, pues estos son los datos disponibles. Esta
estimación es menos precisa que otros métodos.
Radiación extraterrestre para periodos diarios (Ra)
Ésta se puede estimar a partir de la constante solar, la declinación solar y la época del año:
Donde
Ra = Radiación extraterrestre (MJ m-2 día-1)
GSC= Constante solar= 0.082 MJ m-2 min-1
dr= distancia relativa Tierra –Sol
ωs= Ángulo de radiación a la puesta del sol
La t a o a f o no t n ga a f o
δ= Declinación solar (rad)
La distancia relativa inversa Tierra – Sol y la declinación solar están dadas por:
Donde J es el número del día en el año entre el 1 de enero y el 31 de diciembre. El ángulo de
radiación a la hora de la puesta del sol se da por:
IAMB 201210 03
58
Duración máxima de la insolación (N)
Ésta dada por:
Donde ωs es el ángulo de radiación a la hora de la puesta del sol que se definió anteriormente.
Radiación solar (Rs)
Ésta se puede calcular con la fórmula de Angstrom que relaciona la radiación solar con la radiación
extraterrestre y la duración relativa de la insolación:
Donde:
Rs= Radiación solar o de onda corta (MJ m-2 día-1)
n= duración real de la insolación (horas)
N = Duración máxima posible de la insolación (horas)
n/N = duración relativa de la insolación
Ra= Radiación extraterrestre (MJ m-2 día-1)
as= Constante que expresa la fracción de radiación extraterrestre que llega a la tierra en días muy
nublados (n=0)
as + bs = Fracción de la radiación extraterrestre que llega a la tierra en días despejados (n=N)
Para condiciones como es el presente caso, donde no se dispone de datos reales de radiación solar y
cuando no hay calibraciones previas, se recomienda usar valores de as=0.25 y bs= 0.50.
Radiación solar en un día despejado (Rso)
La radiación en un día despejado corresponde a la radiación cuando las horas de insolación son
equivalentes a la duración máxima posible de insolación (n=N). Ésta se puede calcular en general
como:
Donde z corresponde a la altura de la estación sobre el nivel del mar.
IAMB 201210 03
59
Radiación neta solar o de onda corta (Rns)
Ésta es el resultado del equilibrio entre la radiación solar entrante y la reflejada y se expresa como:
Donde
Rns = Radiación neta solar o de onda corta (MJ m-2 día-1)
α= albedo o coeficiente de reflexión del cultivo =0.23 para el cultivo de referencia
Rs= Radiación solar entrante (MJ m-2 día-1)
Radiación neta de onda larga (Rnl)
La cantidad de emisión de energía de onda larga es proporcional al a temperatura absoluta de la
superficie elevada a la cuarta potencia, esta relación es expresada por medio de la ley de Stefan-
Boltzmann. Algunos factores como el vapor de agua, las nubes, el dióxido de carbono y el polvo
absorben y emiten radiación de onda larga; es importante determinar las concentraciones para
determinar le flujo saliente neto. Para lograr darle facilidad al cálculo de la radiación de onda larga, se
asumen las concentraciones de los factores de absorción de radiación como constantes excepto para
la humedad y la nubosidad.
Donde
Rnl = Radiación neta de onda larga (MJ m-2 día-1)
σ= Constante de Stefan- Boltzmann (4.903 x 10-9 MJ K-4 m-2 día-1)
Tmax,K = Temperatura máxima absoluta durante un periodo de 24 horas en K
Tmin,K = Temperatura mínima absoluta durante un periodo de 24 horas en K
ea= Presión de vapor real (kPa)
Rs/Rso Ra a ón at a on a o ta a o ≤
Rs = Radiación solar calculada (MJ m-2 día-1)
Rso= Radiación en un día despejado (MJ m-2 día-1)
IAMB 201210 03
60
Radiación neta (Rn)
Esta se calcula como la diferencia entre la radiación neta de onda corta y la radiación neta de onda
larga:
Flujo del calor del suelo (G)
Si se asume una capacidad calorífica constante del suelo de 2,1 Mj m-3 °C-1 y una profundidad media
del suelo, se puede utilizar la siguiente ecuación para determinar el flujo de calor del suelo para
periodos mensuales:
Si no se conoce el valor de Tmes,i+1
Donde los valores de T corresponden a temperaturas medias en °C.
Con el fin de calcular los valores de evapotranspiración de referencia a partir de datos meteorológicos
se toman valores promedio de los mismos para periodos mensuales, los cuales resultan en valores de
ETo medios muy similar al promedio de los valores diarios de ETo calculados con los datos medios
diarios, según estimaciones realizadas por la FAO (FAO, 2006).
6.3.4 Resultados Al aplicar las metodologías descritas anteriormente se tienen valores de evapotranspiración potencial
mayores con el método de FAO Penman- Monteith que para el método del tanque evaporímetro,
esto puede deberse a errores en mediciones durante la toma de datos para el tanque, además
método FAO Resultados Penman- Monteith incluye el ajuste de la temperatura por altitud, lo cual
hace que este resultado sea más confiable. A continuación se muestran los resultados obtenidos por
las diferentes metodologías.
IAMB 201210 03
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ETo Tanque (mm) ETo Penman- Monteith (mm)
Enero 68.6 85.3
Febrero 61.0 75.7
Marzo 63.4 79.6
Abril 54.1 76.7
Mayo 69.4 80.0
Junio 62.7 77.5
Julio 67.9 79.0
Agosto 69.4 80.4
Septiembre 81.2 79.8
Octubre 72.1 82.7
Noviembre 63.5 79.1
Diciembre 57.0 84.8
Total 790.3 960.6
Tabla 20. Resultados de evapotranspiración de referencia.
Ilustración 38. Comparación de la evapotranspiración de referencia por diversos métodos.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Evap
otr
ansp
irac
ión
(mm
)
Evapotranspiración de referencia
Eto Tanque
Eto Clima
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Ilustración 39. Evapotranspiración de referencia por diversos métodos.
De los resultados anteriores se puede ver que se presenta una evapotranspiración potencial
relativamente constante a lo largo del año, una mejor forma de visualizar esto es a través de los
Ilustración 41 y la Ilustración 39 donde se puede ver que para el método del tanque evaporímetro se
presenta un leve incremento en la evapotranspiración para los meses de mayo a septiembre que son
los meses en los que disminuye la precipitación (mayo – agosto).
6.3.5 Evapotranspiración del cultivo ETc
A continuación se desarrolla el cálculo de la evapotranspiración del cultivo, y este se establece bajo
condiciones específicas del cultivo, entre las cuales se encuentran condiciones óptimas de riego y
humedad de suelo y en campos extensos bajo condiciones agronómicas excelentes. La
evapotranspiración del cultivo (ETc) es diferente a la del cultivo de referencia (ETo) dado que las
características de cobertura del suelo y vegetación son diferentes ya que se trata de ajustar por
medio de un factor que represente las características del cultivo de un cultivo diferente al cultivo
estándar correspondiente a un cultivo de pasto. Las diferencias entre la evapotranspiración del
cultivo de campo y el pasto de referencia se resumen en el coeficiente de cultivo.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 Ev
apo
tran
spir
ació
n m
ed
ia m
en
sual
(m
m)
Evapotranspiración
Eto Tanque
Eto Clima
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En el predio Andalucía se presentan zonas de cultivo para pasto de corte y cacao, además se tienen
áreas cubiertas de pasto para pastoreo, y un área de bosque compuesta principalmente por especies
arbóreas tales como el Dinde, el Cachimbo, Nacedero, Laurel, Cascarillo, Arrayan, Cucharo, entre
otras conocidas así por los habitantes de la región.
A continuación se muestran los diferentes valores de Kc recomendados para el cultivo de pasto de
corte tipo King Grass.
Ilustración 40. Valores de Kc para King Grass.
Se muestran a continuación los coeficientes de cultivo para cada uno de las especies cultivadas en el
predio.
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64
6.4 Clasificación Climática Sistema Thornthwaite El método de Thornthwaite propuesto en 1948 supone una clasificación climática utilizando la
evapotranspiración potencial como parámetro fundamental para la delimitación de los distintos tipos
de clima (Thornthwaite, 1948). Los métodos tradicionales de caracterización del clima consideraban
la conjugación de los efectos que tenían los diversos elementos del clima en la distribución de las
especies vegetales; estos métodos de caracterización empleaban medidas directas de elementos
meteorológicos (temperatura del aire y precipitación) con el fin de establecer correspondencia entre
los valores de estas variables y el tipo de vegetación (Torres, 2012). Para Thornthwaite a pesar de que
las variables son fácilmente medibles, el empleo de estos valores puede generar error ya que al
definir fronteras entre tipos climáticos los valores del punto calculado no coinciden con valores en
puntos distantes; por esta razón consideró necesario el uso de variables más complejas que resumen
la acción recíproca entre la vegetación y la atmósfera, para lo cual consideró la evapotranspiración
como el proceso principal de intercambio de energía, humedad y momentum entre la superficie
terrestre y la atmósfera. (Thornthwaite y Hare, 1995)
En general el sistema Thornthwaite se basa en el concepto de evapotranspiración potencial y en el
balance de vapor de agua, y contiene cuatro criterios básicos:
Índice global de humedad.
Variación estacional de la humedad efectiva.
Índice de eficiencia térmica
Concentración calurosa de la eficacia térmica.
En función de la humedad
Tipo de Clima Índice de Humedad
A Perhúmedo > 100
B4 Húmedo 80 - 100
B3 Húmedo 60 - 80
B2 Húmedo 40 - 60
B1 Húmedo 20 - 40
C2 Subhúmedo húmedo 0 - 20
C1 Subhúmedo seco 33 a 0
D Semiárido 67 a 33
E Árido 100 a 67
Tabla 21. Determinación del clima en función de la humedad. (Torres, 2012)
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En función de la eficacia Térmica
Tipo de Clima ETP (cm)
A’ Perhúmedo > 114
B4’ Húmedo 99.7 - 114
B3’ Húmedo 88.5 -99.7
B2’ Húmedo 71.2 - 88.5
B1’ Húmedo 57 - 71.2
C2’ Subhúmedo húmedo 42.7 - 57
C1’ Subhúmedo seco 28.5 - 42.7
D’ Semiárido 14.2 - 28.5
E’ Árido < 14.2
Tabla 22. Determinación del clima en función de la eficacia térmica. (Torres, 2012)
6.4.1 Metodología La clasificación para la caracterización del clima según Thornthwaite está desarrollada para cuatro
índices que en su conjunto expresan las características del clima en un lugar. Los dos primeros índices
indican el régimen de humedad del lugar y los últimos dos el régimen térmico. Esta metodología se
tomó de la guía de laboratorio de climatología hecha del profesor Cesar Torres, facultad de
agronomía de la Universidad de San Carlos de Guatemala. (Torres, 2012)
Paso 1: Cálculo del régimen de humedad
Corresponde al primer índice de la clasificación de Thornthwaite. Se representa con una letra
mayúscula y expresa el grado de humedad de un lugar.
Donde
E= Exceso de humedad en el año.
D= Déficit de humedad en el año.
ETP= Evapotranspiración potencial anual.
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Una vez calculado el régimen de humedad, se puede escoger entre 9 categorías climáticas:
Climas Húmedos
Símbolo Tipo de clima Índice hídrico (lm)
A Perhúmedo >100
B4 Húmedo 80 - 100
B3 Húmedo 60 - 80
B2 Húmedo 40 - 60
B1 Húmedo 20 - 40
C2 Subhúmedo húmedo 0 - 20
Climas Secos
C1 Subhúmedo seco 0 a -20
D Semiárido 20 a -40
E Árido 40 a -60
Tabla 23. Determinación del clima en función del índice hídrico. (Torres, 2012)
Paso 2: Variación estacional de la humedad Ésta se representa por una letra minúscula la cual indica cómo es la variación estacional de la
humedad en el lugar que se está clasificando. En caso de que el lugar escogido represente un clima
húmedo se emplea la fórmula de índice de aridez (Ia) de lo contrario, si es clima seco se utiliza el
índice de humedad (Ih) para saber cómo está distribuida la posible humedad que exista en el lugar.
Índice de aridez:
Índice de humedad:
Donde
E= Exceso de humedad en el año.
D= Déficit de humedad en el año.
ETP= Evapotranspiración potencial anual.
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Símbolo Tipo de variación Índice hídrico
Climas húmedos (Índice de aridez (Ia))
r Nula o pequeña deficiencia de agua. 0 a 16.7
s Moderada deficiencia en verano. 16.7 a 33.3
w Moderada deficiencia en invierno. 16.7 a 33.3
s2 Gran deficiencia en verano. Más de 33.3
w2 Gran deficiencia en invierno. Más de 33.3
Climas secos (Índice de humedad (lh))
d Nulo o pequeño exceso de agua. 0 a 10
s Moderado exceso en verano. 10 a 20
w Moderado exceso en invierno. 10 a 20
s2 Gran exceso en verano. Más de 20
w2 Gran exceso en invierno. Más de 20
Tabla 24. Índices de la variación estacional de la humedad.
Paso 3: Tipos de clima según el índice de eficiencia térmica. Este índice esta expresado por una letra mayúscula y se determina entrando directamente con el
valor de la ETP anual en mm. Este índice se utiliza para determinar la eficiencia térmica, ya que
considera que la ETP es función de la temperatura y la duración del día. Para este índice los tipos de
clima son:
Símbolo Región Térmica ETP (mm)
A' Mega térmica o cálida 1140 y más
B'4 Meso térmica semi cálida 997 1 1140
B'3 Meso térmica templada cálida 855 a 997
B'2 Meso térmica templada fría 712 a 855
B'1 Meso térmica semi fría 570 a 712
C'2 Micro térmica fría moderada 427 a 570
C'1 Micro térmica fría acentuada 285 a 427
D' Tundra 142 a 285
E' Helado o glacial Menos de 142 Tabla 25. Determinación del clima en función del índice de eficiencia térmica. (Torres, 2012)
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68
Paso 4: Tipos de clima según la concentración de la eficiencia térmica en verano. Éste es el último índice de la clasificación de Thornthwaite, se expresa con una letra minúscula con
apóstrofe e indica cómo es el régimen térmico durante el verano en relación con el resto del año.
Éste se calcula sumando los valores de los tres meses de verano (Junio, Julio y Agosto),
relacionándolos luego con la ETP anual.
Se obtiene un valor en porcentaje y se busca en la siguiente tabla el valor correspondiente:
Tipo de clima % Verano/año
a' Menos del 48
b'4 48 a 51.9
b'3 51.9 a 56.3
b'2 56.3 a 61.6
b'1 61.6 a 68.0
c'2 68.0 a 76.3
c'1 76.3 a 88
d' Más de 88% Tabla 26. Determinación del clima en función del la eficiencia térmica en verano. (Torres, 2012)
6.4.2 Clasificación climática de la zona Luego de evaluar las variables pertinentes, para la región de Andalucía se tiene la siguiente
clasificación climática, teniendo en cuenta el exceso y déficit obtenido del balance hídrico de la zona,
el cual se muestra más adelante en este mismo documento.
Paso 1: Cálculo del régimen de humedad
Correspondiente a la siguiente clasificación:
C2 Subhúmedo húmedo 0 - 20
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69
Paso 2: Variación estacional de la humedad Dado que se presenta según la clasificación anterior un clima húmedo, se procede a calcular el índice
de aridez y así determinar cómo está distribuida la humedad del lugar y el impacto que ésta causa en
la zona.
Correspondiente a la siguiente clasificación:
r Nula o pequeña deficiencia de agua. 0 a 16.7
Paso 3: Tipos de clima según el índice de eficiencia térmica.
En éste se determina la clasificación con la ETP anual la cual equivale a 960.62 mm. La clasificación
corresponde a :
B'3 Meso térmica templada cálida 855 a 997
Paso 4: Tipos de clima según la concentración de la eficiencia térmica en verano.
Se toman los meses de verano desde mayo a septiembre de acuerdo con los resultados promedio
obtenidos del análisis medio multianual de la precipitación.
Correspondiente a la siguiente clasificación:
a' Menos del 48
Con los valores obtenidos anteriormente, a a f a ón át a a ona 2 B’3a’, a a
corresponde a un clima subhúmedo húmedo, con pequeña deficiencia de agua al año, meso térmica
templada cálida con 41.3% de verano al año.
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70
7 Escorrentía superficial La escorrentía corresponde a la fracción de la precipitación que circula sobre la superficie del suelo y
posteriormente aparece en las corrientes fluviales superficiales, estables o intermitentes y que no es
afectado por obras artificiales hechas por el hombre, tales como canales artificiales (Contreras, 2011).
De acuerdo con las características de la superficie terrestre, la escorrentía se puede dividir en:
Escurrimiento superficial: Es la fracción del agua precipitada que escurre sobre el suelo hacia
los cauces de los ríos.
Escurrimiento subsuperficial: Corresponde a la parte del agua que se desliza a través de los
horizontes superiores del suelo9. Parte de este flujo forma parte de las corrientes
superficiales rápidamente y otra parte, la que se encuentra en las capas más profundas, le
toma bastante tiempo para llegar a los cauces.
Escurrimiento subterráneo: Es el flujo de agua que debido a una percolación del agua muy
profunda (infiltración). Se lleva a cabo en los mantos subterráneos y que generalmente se
descarga a las corrientes fluviales eventualmente.
La fracción de la precipitación que se convierte en escorrentía superficial se denomina precipitación
en exceso. En este estudio se utiliza la escorrentía superficial ya que es necesario estimar la fracción
de lluvia convertida a escorrentía superficial con el fin de establecer si ésta es suficiente para crear un
almacenamiento que proporcione la cantidad de agua capaz de suplir las necesidades hídricas que se
encuentran en el predio.
La escorrentía superficial se genera cuando la capacidad de almacenamiento del suelo es saturada
por el agua infiltrada, entonces el exceso de agua comienza a drenar aguas abajo de la zona donde se
presenta la precipitación abriéndose camino hacia las trayectorias de flujo superficial. Con el fin de
obtener un volumen almacenado apropiado como ya se menciono antes, se espera explotar esta agua
de flujo superficial colocando una zona de almacenamiento en donde confluyan las trayectorias de
flujo superficial.
9 Se denominan horizontes del suelo a un grupo de niveles horizontales que se desarrollan en el interior del mismo y que presentan diferentes características de composición, textura, adherencia, entre otras.
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71
7.1 Método de la curva de escorrentía Este método fue desarrollado por la Soil Conservation Service (SCS) de los Estados Unidos, y se basa
principalmente en la hipótesis que afirma que la precipitación comienza a producir escorrentía
directa cuando la precipitación total caída hasta ese momento supera un umbral inicial, o abstracción
inicial. Se considera que ese umbral inicial es del 20% de la máxima abstracción posible.
Lo anterior significa que se establece la siguiente proporción:
Donde:
Precipitación neta hasta un momento dado (Precipitación neta producida)
Precipitación neta máxima.
Abstracción producida.
Abstracción máxima.
Con esto se busca establecer que si en un algún momento del transcurso de la precipitación, la
capacidad de abstracción del suelo está al 30% de su capacidad máxima, hasta ese momento se habrá
generado escorrentía directa con un valor del 30% de la precipitación caída (se debe descontar la
abstracción inicial)10.
Otras de las relaciones que se establecen es que la precipitación en un momento dado menos la
abstracción inicial debe ser igual a la precipitación neta en un tiempo dado más la abstracción
producida por la precipitación caída.
Donde:
Precipitación hasta un momento dado (Precipitación producida) Umbral inicial o abstracción inicial
Si se despeja la abstracción producida de la ecuación 29 se obtiene,
10 Tomado de Sánchez.
IAMB 201210 03
72
Además se establece que la máxima precipitación neta que podría generar escorrentía, sería toda la
precipitación caída menos la abstracción inicial,
Si se utilizan las ecuaciones (3) y (4) en la ecuación (1), y se obtiene,
Si se despeja se obtiene,
Haciendo un cambio de variable para
La abstracción inicial corresponde a pérdidas al inicio de la escorrentía, e incluye el agua retenida en
superficies deprimidas, interceptada por la vegetación, agua de infiltración y de evaporación.
El potencial máximo de retención después de la escorrentía inicial (S) está relacionado con el suelo y
las condiciones de cobertura de la cuenca por medio de CN de la siguiente manera:
Los factores que determinan el CN corresponden al tipo de cobertura, condiciones hidrológicas y
escorrentía pasada. Estos datos se encuentran disponibles en tablas que indican valores promedio de
CN para diferentes condiciones.
IAMB 201210 03
73
Con el fin de determinar el número de curva (CN) se debe determinar el grupo de suelo hidrológico, el
cual depende de las características físicas del suelo para establecer la tasa mínima de infiltración. Para
el predio Andalucía se tiene una textura en general de tipo arcilloso, la cual según la clasificación
establecida por el método del SCS corresponde al grupo D que presenta bajas tasas de infiltración y
un alto potencial de escorrentía.
Se definen diferentes zonas para el predio de acuerdo al uso del suelo y el área ocupada.
Uso Área (Ha)
Pradera 8
Cacao 1
Pasto de corte 1.5
Bosque 2
Zonas construidas 0.5
Tabla 27. Clasificación del uso del suelo predio Andalucía.
De acuerdo con la distribución anterior se toman valores ce CN para cada uno de los usos
establecidos anteriormente como se muestra a continuación.
IAMB 201210 03
74
Uso Clasificación SCS (Tipo de cobertura)
Condición hidrológica CN
Pradera Forraje continuo para pastoreo
Aceptable: 50 a 75% de la cobertura del suelo y no pastoreo intensivo
84
Cacao Cultivos en hileras, en línea recta.
Pobre: Factores deterioran la infiltración y tienden a incrementar escorrentía.
91
Pasto de corte
Cultivos en hileras en línea recta, con residuos de cultivo en la cobertura en el suelo.
Pobre: Factores deterioran la infiltración y tienden a incrementar escorrentía.
90
Bosque
Se asume como cultivo perfilado en hilera con residuos de cobertura vegetal en el suelo,
Pobre: Factores deterioran la infiltración y tienden a incrementar escorrentía.
87
Zonas construidas
Construcciones: Establo, pozos de beber, granja.
- 86
Tabla 28. Determinación del número de curva según condiciones de uso de suelo.
Luego de ponderar los diferentes CN según el uso de suelo se tiene un valor final de 85.8. Con el fin
de establecer una mejor aproximación a la escorrentía que se podría obtener según los registros
históricos, el CN se puede ajustar para condiciones de lluvia acumulada de 5 días según la magnitud
acumulada para ese periodo de tiempo, y presentar valores de CN para condición antecedente seca o
húmeda . Lo anterior con el fin de establecer si el día que se presenta la precipitación el suelo está a
su capacidad de campo o por el contrario, se encuentra en déficit y primero debe tratar de saturarse
para posteriormente generar la escorrentía.
A continuación se muestran los parámetros establecidos para la determinación del CN según la
precipitación de los 5 días anteriores
Grupo AMC Lluvia antecedente total de 5 días (pulg)
I Menor a 1.4
II 1.4 a 2.1
III Mayor a 2.1
Tabla 29. Clasificación de clases antecedentes de humedad (AMC). (Chow, 1994)
IAMB 201210 03
75
Los valores de curva, como ya se mencionó se aplican para condiciones antecedentes de humedad
(AMC) normales, correspondiente al grupo II; para condiciones secas, correspondiente al grupo I, y
para condiciones húmedas o clasificadas en el grupo III. Estas últimas se pueden calcular a partir de
las condiciones normales equivalente al CN calculado previamente según las características de
cobertura y textura del suelo.
Los resultados obtenidos para la escorrentía producida mensualmente desde el año 2000 al 2011 se
muestran a continuación.
Escorrentía mensual (mm)
Año Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
2000 121,5 162,2 118,1 54,1 65,8 39,0 30,0 32,5 40,6 53,0 87,6 194,4
2001 191,9 110,3 70,2 127,0 155,5 19,9 26,4 26,6 32,9 107,3 123,8 90,4
2002 91,0 79,8 90,2 68,6 57,2 48,1 38,9 54,6 30,8 51,3 65,5 92,4
2003 27,9 86,3 90,5 44,0 23,3 22,7 26,3 26,0 34,6 119,3 125,6 63,8
2004 93,3 83,0 48,5 142,9 62,5 24,2 31,7 25,5 24,5 82,5 99,8 240,5
2005 109,4 70,4 85,6 105,2 89,5 23,6 30,7 25,2 46,8 150,8 69,2 94,3
2006 127,3 143,1 106,0 73,4 25,1 67,1 52,3 27,3 25,4 142,0 138,9 99,6
2007 65,2 25,2 63,8 122,3 52,5 23,1 31,2 42,4 24,6 131,3 167,6 103,3
2008 89,0 72,7 96,8 36,2 115,5 25,8 21,7 26,1 37,1 199,8 103,3 172,8
2009 160,7 153,7 91,9 100,2 92,1 26,4 34,2 26,0 24,1 148,7 99,6 72,3
2010 48,5 50,9 41,1 84,9 96,4 29,6 128,1 32,4 81,4 170,8 136,5 106,2
2011 69,3 148,1 108,3 190,7 63,2 74,3 31,2 28,3 61,5 194,7 102,7 104,8
Tabla 30. Valores de escorrentía producida por mes..
IAMB 201210 03
76
Ilustración 41. Tendencia promedio de escorrentía anual.
Se puede observar en Ilustración 41 que la tendencia de la escorrentía es a disminuir para los meses
de Junio a Septiembre, esto debido a que éstos son los mismos meses donde se presenta disminución
de precipitación. También es importante tener en cuenta que el tipo de suelo presenta poca
infiltración debido a sus características físicas, por lo cual en los periodos lluviosos se presentan altas
tasas de escorrentía.
0
20
40
60
80
100
120
140 Es
corr
entí
a (m
m)
Tendencia promedio de escorrentía anual
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77
8 Balance Hídrico El balance hídrico consiste en la utilización de los datos de precipitación y de información
climatológica, para el cálculo de las necesidades de agua de los cultivos (HIMAT, 1987). Para el
balance hídrico en general se tiene la siguiente ecuación:
Donde:
P= Precipitación (más riego si se suministra)
ET= Evapotranspiración
Δ S = Cambios de la humedad del suelo
I= Infiltración
E= Escorrentía
De acuerdo con el objeto de este estudio, se debe realizar el balance hídrico mensual con el fin de
establecer y planificar el manejo de los recursos hídricos a largo plazo. Esto también permite
establecer si hay necesidades de riego permanente o suplementario, el cual es uno de los objetivos
específicos de este estudio; para evaluar cual sistema de riego es apropiado se debe establecer si
existe un déficit marcado durante varios meses.
De acuerdo con las características físicas del predio Andalucía, se pueden establecer la capacidad de
campo y la profundidad efectiva según el tipo de cultivo.
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Textura del suelo Capacidad de campo
(agua utilizable) (mm/m)
Profundidad radicular (m)
Capacidad de retención (Agua total utilizable)
(mm)
Cultivos de raíces someras
Arenoso fino 100 0,50 50
Franco arenoso fino 150 0,50 75
Franco limoso 200 0,62 125
Franco arcilloso 250 0,40 100
Arcilloso 300 0,25 75
Cultivo de raíces de profundidad moderada (cereales)
Arenoso fino 100 0,75 75
Franco arenoso fino 150 1,00 150
Franco limoso 200 1,00 200
Franco arcilloso 250 0,80 200
Arcilloso 300 0,50 150
Cultivos de raíces profundas (praderas, arbustos)
Arenoso fino 100 1,00 100
Franco arenoso fino 150 1,00 150
Franco limoso 200 1,25 250
Franco arcilloso 250 1,00 250
Arcilloso 300 0,67 200
Árboles frutales (arbolado, dehesa)
Arenoso fino 100 1,50 150
Franco arenoso fino 150 1,67 250
Franco limoso 200 1,50 300
Franco arcilloso 250 1,00 250
Arcilloso 300 0,67 200
Bosque cerrado
Arenoso fino 100 2,50 250
Franco arenoso fino 150 2,00 300
Franco limoso 200 2,00 400
Franco arcilloso 250 1,60 400
Arcilloso 300 1,17 350
Tabla 31. Capacidad de almacenamiento de agua según tipo de suelo y cultivo.
De la Tabla 31 se determinó la profundidad radicular de cada cultivo teniendo en cuenta que en el
predio Andalucía se tienen diversas zonas de cultivo como el pasto de corte y el cacao, y además se
tienen zonas de pradera y de bosque que cada una por separado presenta capacidades de campo
diferentes. Con el fin de estimar la capacidad de campo, se planteó establecer un promedio
ponderado de esta teniendo en cuenta el porcentaje en área de cada una de las zonas establecidas.
Según lo anterior, se determinó una capacidad de campo con un valor igual a 147 mm
correspondiente a un suelo arcilloso con porcentaje de 53% aproximadamente. Este valor se obtuvo
por medio de la fracción volumétrica de agua aprovechable según tipo de suelo. (HIMAT, 1987)
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Con el fin de establecer el déficit que presentan los cultivos a lo largo del año y también la cantidad
de agua disponible, se calculó el balance hídrico para los valores medios de precipitación y también
para los valores medios de evapotranspiración, estimada a partir de las temperaturas media, mínima
y máxima interpoladas para la elevación del predio Andalucía (1450 msnm).
Se calculó el balance en cada uno de las zonas de cultivo presentes en el predio, con el fin de
establecer las necesidades hídricas por cultivo, A continuación se muestran los valores obtenidos para
los valores de precipitación media:
Balance King Grass
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem Octubre Noviembre Diciembre
Precipitación neta (mm) 86,7 69,9 93,5 65,2 60,5 7,5 6,1 1,6 5,0 104,0 156,2 141,2
Evapotranspiración (mm) 14,5 12,9 19,9 19,2 29,6 28,7 29,2 22,5 22,3 23,1 22,1 14,4
P-etp 72,1 57,0 73,6 46,0 30,9 -21,1 -23,1 -20,9 -17,4 80,8 134,1 126,8
Alm suelo final mes 72,1 105 105,0 105,0 105,0 83,9 60,8 39,9 22,5 103,3 105,0 105,0
Esc + percolación 0 24 73,6 46 30,9 0 0 0 0 0 132,4 126,8
Utilización almacenamiento 0,0 0,0 0 0 0 21,1 23,1 20,9 17,4 0,0 0,0 0,0
Déficit 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
ET real sin riego 14,5 12,9 19,9 19,2 29,6 28,7 29,2 22,5 22,4 82,7 79,1 84,8
Tabla 32. Balance hídrico para King Grass.
Para el caso del pasto de corte de tipo King Grass, en un año promedio de precipitación no se
presentan déficit de agua. A continuación se muestra el balance para el cacao en su etapa inicial para
una profundidad radicular de 0,67 m equivalentes a una capacidad de campo de 141 mm.
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Balance cacao etapa inicial
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem Octubre Noviembre Diciembre
Precipitación neta (mm) 86,7 69,9 93,5 65,2 60,5 7,5 6,1 1,6 5,0 104,0 156,2 141,2
Evapotranspiración (mm) 85,3 75,7 79,6 76,7 80,0 77,5 79,0 80,4 79,8 82,7 79,1 84,8
P-etp 1,3 -5,8 13,9 -11,5 -19,5 -69,9 -72,9 -78,8 -74,8 21,3 77,2 56,3
Alm suelo final mes 1,3 0 13,9 2,4 0 0 0 0 0 21,3 98,5 141,0
Esc + percolación 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13,8 Utilización
almacenamiento 0,0 5,8 0,0 11,5 19,5 69,9 42,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Déficit 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 30,4 78,8 74,8 0,0 0,0 0,0
ET real sin riego 85,3 75,7 79,6 76,7 80,0 77,5 48,6 1,6 5,0 82,7 79,1 84,8
Tabla 33. Balance hídrico para el cacao en etapa inicial.
Para el área destinada al cacao, en las etapas iniciales del cultivo existe un déficit anual de 184 mm de
agua, que se presenta en los meses de Junio a Agosto. Éste déficit equivale (según el área destinada
a cacao de 1 ha) a un volumen de 1840 m3. Para la etapa de maduración de cacao se tiene una
capacidad de campo diferente, y por ende un balance hídrico diferente, el cual se muestra a
continuación.
Balance Cacao Etapa Madura
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem Octubre Noviembre Diciembre
Precipitación neta (mm) 86,7 69,9 93,5 65,2 60,5 7,5 6,1 1,6 5,0 104,0 156,2 141,2
Evapotranspiración (mm) 76,8 68,1 71,6 69,0 72,0 69,7 71,1 72,4 71,8 74,4 71,2 76,4
P-etp 9,8 1,7 21,9 -3,8 -11,5 -62,2 -65,0 -70,8 -66,9 29,6 85,1 64,8
Alm suelo final mes 9,8 11,5 33,4 29,6 18,1 0 0 0 0 29,6 114,6 179,4
Esc + percolación 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 Utilización
almacenamiento 0,0 0,0 0,0 3,8 11,5 62,2 65,0 70,3 0,0 0,0 0,0 0,0
Déficit 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 66,9 0,0 0,0 0,0
ET real sin riego 76,8 68,1 71,6 69,0 72,0 69,7 71,1 71,9 5,0 74,4 71,2 76,4
Tabla 34. Balance hídrico Cacao etapa madura.
Para la etapa de maduración del cacao presenta una capacidad de campo mayor con un valor de 294
mm, referente a una profundidad efectiva de 1,4 m. EL déficit para el balance presentado es de 67,4
mm equivalentes a 674 m3 para una hectárea de cultivo.
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Pastura
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem Octubre Noviembre Diciembre
Precipitación neta (mm) 86,7 69,9 93,5 65,2 60,5 7,5 6,1 1,6 5,0 104,0 156,2 141,2
Evapotranspiración (mm) 64,0 56,8 59,7 57,5 60,0 58,1 59,2 60,3 59,9 62,0 59,3 63,6
P-etp 22,6 13,1 33,8 7,7 0,5 -50,6 -53,1 -58,7 -54,9 42,0 96,9 77,5
Alm suelo final mes 22,6 35,7 63,0 63 63 12,4 0 0 0 42,0 63,0 63,0
Esc + percolación 0 0 6,5 7,7 0,5 0 0 0 0 0 138,9 77,5 Utilización
almacenamiento 0,0 5,8 0,0 11,5 19,5 34,4 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Déficit 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 40,7 58,7 54,9 0,0 0,0 0,0
ET real sin riego 64,0 56,8 59,7 57,5 60,0 41,9 6,1 1,6 5,0 62,0 59,3 63,6
Tabla 35. Balance hídrico Pasto de Pradera
Del balance para pasto de pradera se presenta un déficit de 154,3 mm, equivalente a 13887 m3 para
un área de 9 hectáreas de pradera.
Bosque
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiem Octubre Noviembre Diciembre
Precipitación neta (mm) 86,7 69,9 93,5 65,2 60,5 7,5 6,1 1,6 5,0 104,0 156,2 141,2
Evapotranspiración (mm) 58,9 52,2 54,9 52,9 55,2 53,5 54,5 55,5 55,1 57,0 54,6 58,5
P-etp 27,8 17,6 38,6 12,3 5,3 -45,9 -48,4 -53,9 -50,1 46,9 101,7 82,6
Alm suelo final mes 27,8 45,4 84,0 96,3 101,6 55,7 7,3 0 0 46,9 148,6 231,2
Esc + percolación 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 Utilización
almacenamiento 0,0 0,0 0,0 0 0,0 45,9 48,4 53,9 50,1 0,0 0,0 0,0
Déficit 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
ET real sin riego 58,9 52,2 54,9 52,9 55,2 77,5 54,5 55,5 55,1 57,0 54,6 58,5
Tabla 36. Balance hídrico Bosque.
Para estimar el valor total de las necesidades hídricas se debe tener en cuenta también el consumo
de agua del ganado vacuno y así estimar la cantidad de agua que se requiere almacenar anualmente.
El consumo de agua para vacas lecheras de alta producción usualmente oscila entre los 80 y los 110
litros por cabeza al día.
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En el predio de Andalucía se tienen aproximadamente 35 cabezas de ganado distribuidas de la
siguiente manera:
Tipo de especie Litros por cabeza día No de cabezas
Vaca lechera (Alta producción) 80 - 110 10
Vaca seca (Baja producción) 45 – 55 6
Novillas de hasta 2 años 38 4
Novillas de vientre 30 4
Novillos de hasta 2 años 38 6
Toros 45 1
Hembra de levante 45 1
Caballo 25 – 45 1
Tabla 37. Determinación del número de cabezas de ganado y su consumo diario en predio Andalucía.11
Asumiendo que cada especie consume el máximo estimado al día, y que el año tiene en promedio
365 días se tienen los siguientes valores:
Tipo de especie L/día L m3
Vaca lechera (Alta producción) 1100 401500 402
Vaca seca (Baja producción) 330 120450 120
Novillas de hasta 2 años 152 55480 55
Novillas de vientre 120 43800 44
Novillos de hasta 2 años 228 83220 83
Toros 45 16425 16
Hembra de levante 45 16425 16
Caballo 45 16425 16
Tabla 38. Consumo de agua por especie.
Según los cálculos realizados para estimar el consumo de agua para el predio Andalucía, sumando las
necesidades de los cultivos y las de los animales resulta un valor de 15315 m3 teniendo en cuenta el
cacao maduro.
11 Poner referencia de informaciones sanidad animal.
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9 Conclusiones y recomendaciones Según el análisis de la zona de estudio ubicada en el municipio de Paicol, más específicamente en la
vereda de Matanzas, existe una distribución de los recursos hídricos bien definida, presentando dos
picos de lluvias a lo largo del año y una temporada seca en la que se presentan problemas de estrés
hídrico por parte de los cultivos y el ganado. La estimación de la escorrentía total que se produce al
año es de 13281 m3 lo cual, en caso de llegar a ser almacenado, no alcanza a cubrir las necesidades
totales de agua del predio, ya que éstas son de 15315 m3. Sin embargo, esta escorrentía podría ser
una de las fuentes de abastecimiento de agua, ya que en el predio se presentan pendientes bastante
pronunciadas y se podría esperar recolectar gran parte del agua que se convierte en escorrentía.
Una de las recomendaciones que se da previas a la decisión de la construcción de un dique para
almacenar la escorrentía, es que se deben realizar mejores estudios topográficos del predio ya que la
información existente de modelos digitales de elevación (DEM) es de resolución 30 x 30 m y no
permite definir adecuadamente la topografía existente.
Otra recomendación respecto a los datos de precipitación y climatológicos utilizados es que estos
deben ser medidos a nivel local para tener una mejor aproximación de los modelos a la realidad y así
establecer el caudal de escorrentía de una manera más exacta. Durante el desarrollo de este análisis
se implementaron algunos instrumentos de medición de precipitaciones diarias, pero estas
mediciones no tuvieron éxito debido a la falta de datos completos para todos los días, por lo cual
también se recomienda una constante toma de datos para así tener datos a nivel local.
Dado que las necesidades hídricas no se suplen por completo en el periodo de un año para el caudal
producido por escorrentía, se plantea la posibilidad de establecer una bocatoma en una fuente
hídrica cercana con el fin de tener un abastecimiento extra que ayude a cubrir el déficit de agua a lo
largo del año. Pero esta determinación se debe tomar teniendo en cuenta una evaluación de costo
beneficio y una estimación de la afectación de la fuente hídrica a futuro.
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Bibliografía Alcaldía de Paicol . (2008). Acuerdo Plan de Desarrollo 2008 - 2011. Paicol, Huila . Alcaldía Paicol . (s.f.). Paicol "unidos ganamos todos". Recuperado el 2 de Abril de 2012, de http://www.paicol-huila.gov.co/ Contreras, M. (2011). Módulo dos: Control y calidad sanitaria del agua. Manta, Ecuador : Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí. Departamento del Huila. (2011). Paicol, Puerta del viento . Paicol, Huila, Colombia. Eslava, J. A. (1992). Variación de la humedad relativa del aire en Santa Fe de Bogotá. Revista académica colombiana: Vol XVIII, Número 70 , 335- 343. FAO. (2006). Evaporación del cultivo: Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. Roma: Food and Argiculture Organization. HIMAT. (1987). Conceptos básicos y métodos de cálculo del balance hídricoo . Bogotá. Ministerio de Agricultura Perú. (Abril de 2007). INAENA. Recuperado el Abril de 2012, de http://www.ana.gob.pe/media/296656/estudio_hidrologico_mala.pdf Torres, C. (s.f.). Universidad de San Carlos de Guatemala . Recuperado el 10 de Mayo de 2012, de Clasificación climática sistema Thornthwaite: http://es.scribd.com/doc/16567801/PRACTICA-5-CLASIFICACION-CLIMATICA-THORNTHWAITE Torres, C. (2012). Universidad de San Carlos de Guatemala. Recuperado el 10 de Mayo de 2012, de Clasificación climática sistema Thornthwaite: http://es.scribd.com/doc/16567801/PRACTICA-5-CLASIFICACION-CLIMATICA-THORNTHWAITE UM. (1999). Universidad de Murcia. Recuperado el 5 de Mayo de 2012, de Tema 1. Definición de Climatología. Elementos y factores climáticos. Problemas de método.: http://www.um.es/geograf/clima/tema01.html UNICAN. (2012). Universidad de Cantabria. Recuperado el Abril de 2012, de Estudio integral de la cuenca del rio Pas: http://www.emisarios.unican.es/dma/pas/Anejo%20II%20Estudios%20hidrologicos.pdf UNICEN. (2012). Recuperado el 20 de Abril de 2012, de Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires: http://users.exa.unicen.edu.ar/~jdiez/files/cstierra/apuntes/unidad3.pdf
