Desarrollo de herramienta hidro-informática para estimar el caudal ecológico en cuencas no aforadas

Abstract

El caudal ecológico se define como la cantidad, calidad y variación del gasto reservado para preservar servicios ambientales, componentes, funciones, procesos y la resilencia de ecosistemas acuáticos y terrestres que dependen de procesos hidrológicos, geomorfológicos, ecológicos y sociales (DOF, 2012). Sus beneficios han sido cuantificados por los países que lo han implementado en las políticas de regulación de caudal. Hoy en día, las actividades del desarrollo económico, industrial y poblacional del ser humano han alterado los componentes de los regímenes de cauces. En México, la evaluación del estado de alteración hidrológica se llevó a cabo a través de la estimación de los Índices de Alteración Hidrológica en Ríos (IAHRIS). En dicho procedimiento se analizaron los caudales habituales o medios, eventos extremos máximos y eventos extremos mínimos. Los resultados revelan que 232 cuencas hidrológicas se encuentran en estado de no alteración, cuyas series se asumieron presuntamente naturales. Por otro lado, se obtuvieron 505 cuencas hidrológicas en estado alterado en su régimen hidrológico. Sin embargo, 106 cuencas se encuentran completamente alteradas. Por tanto, el paradigma natural de caudales no es aplicable en este grupo de cuencas. Adicionalmente, se correlacionaron variables socioeconómicas con el estado de alteración. Este análisis demostró que la densidad de población, el producto interno bruto, el índice de desarrollo humano, la población económicamente activa y la disponibilidad natural per cápita están correlacionadas con el estado de alteración. Por otro lado, se espacializó la información climática disponible en México de variables como: temperatura ambiente, temperatura máxima, temperatura mínima y precipitación para ser utilizadas en análisis de cambio climático y análisis ecológico. Esto se logró a través de métodos geoestadísticos de interpolación. Se verificó que las estaciones climáticas de México presentan una estructura que puede ser ajustada a variogramas teóricos. Fenómenos naturales como El Niño Oscilación Sur (ENOS) no modifica la estructura del variograma sino la varianza de éste. Para el caso de las temperaturas, su magnitud fue espacializada a través del método Kriging con factor de cambio externo (KED Kriging, por sus siglas en inglés). El caso de la precipitación fue diferente, ya que este fenómeno presenta intermitencia espacial y temporal. Por ello, se empleó el método geoestadístico de simulación condicional para crear campos convectivos de precipitación. Con las imágenes climáticas espacializadas, se analizaron los efectos del cambio climático en México a través de los Índices de Cambio Climático (ICC) propuestos por el Equipo de Expertos en Detección de Cambio Climático e Índices (ETCCDI, por sus siglas en inglés). Posteriormente, se analizó la serie cronológica con la pendiente Theil-Sen para la detección de tendencias. Su significancia fue analizada por el método Mann-Kendall. Los resultados mostraron que el cambio climático está presente en toda la república mexicana. En cuanto a la magnitud de la temperatura máxima, los estados del norte de México mostraron tendencias de incremento. Mientras tanto, el sur y sureste de México mostraron tendencias significativas de incremento en la temperatura mínima. En cuanto a la precipitación, se ha modificado su intensidad y distribución en el país. El trabajo buscó correlacionar la información climática con información ecológica de especies. Por ello, se retomaron las bases de datos de distribución potencial de especies de mamíferos, anfibios y reptiles para estimar su diversidad alfa (Dα) puestas a disposición por la Unión Mundial para la Conservación de la Naturaleza (IUCN, por sus siglas en inglés). La Dα fue correlacionada con la variación geográfica y climática de México. De esta forma, fue posible identificar diferentes familias de especies en función de la temperatura media anual y la precipitación media anual. Estos grupos de familias fueron correlacionados con los ICC y fue posible identificar familias de mamíferos, anfibios y reptiles vulnerables al cambio climático. Con la información de regulación de presas, estado de alteración hidrológica, variables climáticas espacializadas, estado de variación por cambio climático, y la Dα de los grupos analizados, se realizaron dos regionalizaciones de cuencas hidrográficas. Dichas regionalizaciones se realizaron a través del método jerárquico de clasificación K-medoids. La primera de ellas corresponde al grupo de cuencas no alteradas en su régimen hidrológico. Estas cuencas fueron clasificas en cuatro regiones con características homogéneas. La segunda regionalización se llevó a cabo en el grupo de cuencas alteradas en su régimen hidrológico. Estas cuencas fueron clasificadas en cinco regiones homogéneas. Con los grupos de cuencas regionalizados, se aplicó un método de clasificación regional de caudal para hacer posible la estimación de series de caudales, tanto no alterados como alterados en su régimen hidrológico, en sitios no aforados. Los resultados mostraron una buena eficiencia para ambos grupos de cuencas. De esta forma, se aceptó la hipótesis de la investigación: Es posible estimar el caudal ecológico en las cuencas hidrográficas no aforadas, o que no cuenten con un periodo de registro mínimo de 20 años, y sistematizar dicho proceso. Lo anterior, por medio de una regionalización de cuencas y estimación de caudales naturales a través de métodos de clasificación regional.