Palabras clave: Valle de Tesistán, Nextipac, lluvias intensas, balance hídrico.

Este trabajo tiene como finalidad principal calcular el balance hídrico del valle de Tesistán, municipio de Zapopan, Jalisco y, encontrar su posible relación con la aparición de grietas en la localidad de Nextipac. Para ello, se utilizó información de procedencia oficial y una metodología que incluye procedimientos indirectos de cálculo de las variables climatológicas involucradas en el estudio; tal es el caso, de los métodos propuestas por Thornthwaite para calcular la evapotranspiración potencial y el balance hídrico.

El estudio del balance hídrico es de suma importancia para la planificación de obras de riego en la agricultura, estudios hidrológicos, conservación de suelos, drenaje, repoblación forestal, y riesgos por precipitaciones intensas, etc. Según el Ministerio de Obras Públicas y Transportes (MOPT, 1992:122), a partir del balance hídrico se pueden calcular algunos índices significativos, tales como humedad y aridez, con los que se establecen criterios que definen los climas conforme a la clasificación de Thornthwaite.

El balance hídrico se elabora para un tiempo determinado, normalmente un año, su objetivo es establecer los periodos de déficit o excedente de agua en un punto en particular, en una parcela o en toda una cuenca; por lo que durante este periodo pueden presentarse las siguientes situaciones: si la evapotranspiración potencial (ETP) es inferior a las precipitaciones (P) se produce un excedente: una parte se infiltra y otra circula en la superficie formando escurrimientos y depósitos naturales. Si la ETP es igual a la P, no se producen infiltración ni corrientes superficiales. Por último, si la P es inferior a la ETP, se origina déficit hídrico que puede ser compensado por el agua almacenada en el suelo.

En este contexto, el análisis hídrico efectuado para la zona de interés reviste un doble propósito; en primer lugar, el de efectuar los balances hídricos existentes durante el periodo representativo de la serie climática de la estación Tesistán de 1980-2000, y 2004 para la estación Zapopan. El segundo propósito es comparar ambos comportamientos hídricos, abordando sus diferencias y semejanzas para de esta manera contribuir a una posible explicación de ciertos fenómenos que han ocurrido en esta zona. Cabe señalar, que el análisis comparativo de los resultados de la estación Tesistán, se confrontó con los resultados de la estación Zapopan del año 2004, debido a que en el momento de la elaboración del presente trabajo, no se contaba con la información oficial para la conformación de la serie climática de ese periodo para la estación Tesistán.

Conforme a la carta hidrológica de aguas superficiales F13-12, escala 1:250,000 de INEGI, el valle de Tesistán se localiza al noroeste de la Zona Metropolitana de Guadalajara, situado en el territorio ocupado por la subcuenca hidrológica Río Verde–Presa Santa Rosa (c) perteneciente a la cuenca hidrológica Río Santiago-Guadalajara (E), que a su vez queda integrada a la región hidrológica Lerma-Chapala-Santiago (RH12).

Una vez definida la zona de estudio se procedió a realizar la búsqueda y selección de estaciones climáticas ubicadas dentro de su área de influencia; en el caso del valle de Tesistán, solamente se pudo optar por la estación Tesistán. Sin embargo, como la base de datos de esta estación carecía de información, se tuvo que partir de métodos indirectos para su integración. En consecuencia, se seleccionaron aquellas estaciones climatológicas, cuya ubicación fuera cercana y su distribución uniforme sobre el entorno del área de estudio. De este modo, a partir de la correlación de su información, se pudo concluir las bases de datos de precipitación y temperatura de la estación Tesistán; variables climáticas que en primera instancia son indispensables para la definición indirecta de la evapotranspiración potencial y, que por otro lado, en su conjunto, son parámetros estructurales que se utilizan para el desarrollo del balance hídrico.

En este estudio, se emplearon los datos de temperatura y precipitación proporcionados por la Gerencia Regional Lerma Santiago Pacífico, de la Comisión Nacional del Agua. Para el análisis de la precipitación de la estación Tesistán y su zona de influencia, se integró una base de datos representativa, constituida a partir de la información de lluvia mensual de las estaciones climáticas de Zapopan, Ixtlahuacán del Río y Arenal de un periodo que abarca de 1980 a 2000 (21 años). Para tal efecto se hizo uso del método del U.S. National Weather Service; el que Según Guevara (1987:23) y Campos (1992:4-13,14), es aplicable para encontrar los datos faltantes mensuales o anuales de una estación sobre la base de los registros de las estaciones cercanas; la relación utilizada es:

(1)

Donde: = precipitación observada para la fecha de la faltante, en las estaciones auxiliares

= ,

En el caso de la temperatura, la base de datos fue elaborada por medio de los métodos del Gradiente Térmico y del U.S. National Weather Service. El Gradiente Térmico se utilizó para llenar los espacios vacíos de dos estaciones auxiliares circundantes (Arenal y Zapopan). El método del U.S. National Weather Service, se empleó para consolidar la serie representativa de temperatura de la estación Tesistán. El Gradiente Térmico se aplicó a partir de las ecuaciones siguientes:

(2)

Donde: GT= gradiente térmico de cada mes de las estaciones en cuestión.

= diferencia de temperatura en ºC entre dos estaciones para cada mes del año.

(3)

Donde: TLA = temperatura de la estación con emplazamiento de mayor altitud.

Los datos de lluvia y temperatura de la estación Zapopan, proceden de la misma fuente, y corresponden al año 2004.

Thornthwaite (1948), correlacionó la temperatura media mensual con la evapotranspiración determinada por medio de balances hídricos en los valles del centro y este de Estados Unidos. Este autor definió la evapotranspiración potencial como la cantidad de agua que sería consumida por una superficie completamente cubierta de vegetación, cuando existiera suficiente agua en el suelo (Campos, 1992:7-43).

La fórmula empírica de Thornthwaite se basa en la correlación entre la temperatura del aire y la tasa de transpiración de las plantas, y se expresa de la manera siguiente:

(4)

Donde: = evapotranpiración potencial mensual en milímetros para meses teóricos de 30 días con 12 horas diarias de insolación. También se conoce como evapotranpiración potencial no corregida.

= temperatura media mensual del aire en ºC.

= índice de calor anual, igual a la suma de los doce índices mensuales del año en estudio, o sea: ; siendo i, igual a: ;

Al tener en cuenta la duración real del mes (d) y el número máximo de horas de Sol (N), según la latitud del lugar, se obtiene la evapotranspiración potencial corregida (ETP), la cual se calcula con la ecuación siguiente:

(5)

Ésta se calcula con la ecuación:

N = (6)

Donde: = valor en grados del arco descrito por el Sol desde su nacimiento hasta su culminación. Se obtiene a partir de:

(7)

Donde: = latitud del lugar; y = declinación solar diaria. La cual se calcula a partir de:

(8)

Donde: n = día del año, tomando como 1 el primero de enero y 365 el 31 de diciembre.

Existen varios métodos que se utilizan para estimar el balance de agua en el suelo. En este caso se seguirá el método propuesto por el Dr. C. W. Thornthwaite en 1957. Según Fernández (1996:153), las variables que intervienen para determinar las disponibilidades de agua de una zona son las siguientes:

a) La evapotranspiración potencial que representa las salidas o consumos de agua.

b) La precipitación que constituye las entradas o aportaciones de agua.

c) La capacidad de almacenamiento de agua por el suelo, que se determina en función de las características físicas del mismo, especialmente de su textura.

Al respecto, el balance hídrico se elabora para diferentes capacidades de retención del suelo (CR) y para diversas profundidades radiculares de los cultivos (PR). Estas características se observan en el cuadro 1 (ibidem, 1996:158).

Cuadro 1. Capacidad de almacenamiento de agua según tipos de suelo y cultivos

El procedimiento indica que a partir de las precipitaciones y la ETP se calcula la evapotranspiración real (ETR). A este respecto se deben tomar en cuenta las situaciones siguientes:

1. Cuando la P es igual a la ETP: la ETR es igual a la ETP.

2. Cuando la P es superior a la ETP: la ETR es igual a la ETP y la diferencia P-ETP es el excedente de agua.

3. Cuando la P es inferior a la ETP: si no existe reserva, la ETR es equivalente a la precipitación. Si existe reserva útil el valor de la ETR será el equivalente a la precipitación más una cantidad procedente de la evaporación del agua existente en el suelo (ETR = P + VR).

El gasto de la reserva útil (VRU) puede ser calculado según la siguiente ecuación:

(9)

Donde: VRU = gasto de la reserva del suelo o variación de la reserva útil;

= capacidad máxima de agua que el suelo puede acumular (100 mm, 75 mm...),

= déficit acumulado o suma de los valores de P-ETP cuando éstos son negativos.

En función de lo anterior se pueden distinguir:

Con lo anteriormente descrito, se puede concluir que la ficha hídrica queda definida con los parámetros siguientes:

ETP: evapotranspiración potencial calculada por el método de Thornthwaite, P: precipitación media mensual registrada en la estación, P-ETP: es la diferencia entre la P y la ETP, : sumatoria del déficit, RU: reserva útil. Para este caso se ha supuesto una reserva útil de 75 mm, (ver cuadro 1) debido a que los resultados de laboratorio precisaron al suelo de la zona donde se emplaza la estación Tesistán con una textura franco arenosa, VRU: variación de la reserva útil, ETR: evapotranspiración real, D: déficit de agua, S: superávit.

Los cuadros y gráficos que se presentan a continuación son el resultado de la aplicación de la metodología propuesta en el apartado anterior. Por esta razón, cabe mencionar que no son una información de primer orden, sino un producto de la combinación de los datos de las estaciones más cercanas al valle de Tesistán. Por lo tanto, los valores de los cuadros 2 y 3 son una aproximación al comportamiento real de la precipitación pluvial y de la temperatura en la zona de estudio. También es necesario aclarar que esta serie consta de 21 años, debido a que en el proceso de conformación de las series representativas, la coincidencia temporal entre dichas estaciones comprende de 1980 a 2000. A este respecto, García de Miranda (1983:100,101) indicó, que es necesario tomar como datos de precipitación aquellos que abarquen más de 20 años, en algunos casos de 10 a 20 años y, en casos excepcionales menos de 10 años. Asimismo, el MOPT (1992:97), señala que la Organización Meteorológica Mundial, contempla un periodo mínimo de 15 años, para la serie de tiempo que conforma la temperatura de lugares como en el que se sitúa la estación Tesistán.

Cuadro 2. Estimación de la lluvia mensual y anual de la estación climatológica de Tesistán, Jal. Latitud 20º 47´, Longitud 103º 29´

Cuadro 3. Estimación de la temperatura media mensual y anual de la estación climatológica de Tesistán, Jal. Latitud 20º 47´, Longitud 103º 29´

Los cuadros 4 y 5 están compuestos por los valores medios mensuales de temperatura; asimismo, por los parámetros requeridos para efectuar el cálculo de la ETP, tales como los índices anuales de calor (I), la duración real de cada mes del año (d) y, la duración astronómica del día (N) en promedio para cada mes del año, expresada en horas.

Cuadro 4. Datos tomados en cuenta para calcular la evapotranspiración potencial por el método de Thornthwaite de la estación Tesistán (1980-2000)

Cuadro 5. Datos considerados para calcular la evapotranspiración potencial por el método de Thornthwaite de la estación Zapopan (2004)

El cuadro 6 contiene los datos climáticos necesarios para el desarrollo y análisis de la ficha hídrica de la estación Tesistán. En este aspecto, una ficha hídrica es la representación numérica del balance de agua en el suelo en las diferentes épocas del año.

Cuadro 6. Ficha hídrica de la estación Tesistán (1980-2000), según el método de Thornthwaite

Algunos autores como el MOPT (1992:123) y Almorox (2004), abordan el análisis del balance hídrico de un año en particular al principio del periodo de lluvias. No obstante, en este caso, se efectuará a partir de enero, porque el análisis de las variables climáticas tomadas en cuenta en este trabajo, obedece a los valores medios de un periodo de 21 años.

Conforme a lo anterior, el comportamiento promedio del balance hídrico de la estación climática de Tesistán (cuadro 6), señala que, durante los tres primeros meses del año (enero a marzo) la reserva útil presenta una continua reducción de agua; por consiguiente, en el transcurso de abril y mayo, se acentúa el déficit y las reservas de agua en el suelo se reducen al valor mínimo de 1 mm.

Durante el mes de junio principia el periodo húmedo del año, el cual se extiende hasta septiembre. Dicho periodo, según Ortiz (1987:240), es la época en que la P supera a la ETP. Continuando con el análisis de la ficha hídrica, se puede observar que durante junio la P prevalece sobre la ETP; el exceso de agua de 65.2 mm se suma a 1 mm, que corresponde a la reserva útil del mes de mayo. Estos 66.2 mm se infiltran y dan comienzo al periodo de reconstrucción de la reserva.

Por su parte julio, según datos del cuadro 2, es el mes más lluvioso en la zona de estudio. De los 155 mm de exceso de precipitación presentados en la fila 3; 8.8 se infiltran, agua que unida a los 66.2 mm de reserva existente, constituyen la reserva máxima que puede ser almacenada (75 mm). Por ello en julio, los 146.2 mm restantes, componen el superávit reunido en la fila 9. Cabe señalar, que la reserva máxima, de acuerdo con Torres Ruiz (1983:114), es la cantidad de agua que un suelo puede retener contra el drenaje por gravedad. De acuerdo con el MOPT (1992:123), cuando dicho suelo alcanza su máxima capacidad de retención, el agua añadida, escurrirá en superficie, aproximadamente a razón de un 50% mensual; el resto, conforme a Campos (1992:8-67), se infiltrará hasta alcanzar el manto freático, o se depositará en las depresiones superficiales.

Durante los meses de agosto y septiembre continua el periodo de lluvias y se mantiene la reserva máxima de 75 mm. Por ello la variación de la reserva es nula y, el superávit de estos meses (120.5 y 65.7 mm) continua siendo parte de la escorrentía o infiltración. En octubre la P es menor que la ETP, en consecuencia la reserva útil empieza a disminuir, marcando el inicio del déficit de agua o subsequía. De tal manera que en este mes la variación de la reserva es de 11.6 mm, esto es, los 75 mm de reserva máxima de septiembre, menos los 63.4 mm que quedan al final de octubre.

En noviembre la variación de la reserva es de 26.6 mm; los 63.4 de reserva útil de octubre, menos los 36.8 mm de noviembre. Para diciembre, continua el descenso de la reserva útil incrementando de esta manera el déficit de humedad en el suelo. Por último, desde la perspectiva de régimen de lluvias, según Tamayo (1982:106) y García de Miranda (1983:108,129), el régimen que corresponde a la zona donde se encuentra emplazada la estación climática de Tesistán, es el de lluvias de verano, ya que el mes de máxima precipitación (julio), cae dentro del periodo de mayo a octubre, siendo julio, el mes que recibe más de diez veces la cantidad de lluvia que la del mes más seco del año.

El análisis del balance hídrico, por medio de la interpretación de la gráfica correspondiente, permite comparar la P, la ETP y la ETR. Esta operación admite puntualizar, a lo largo del año, el déficit y el exceso de agua, el periodo de utilización de la reserva útil y, el de la reconstrucción de la misma. El intervalo que comprenden los meses de enero a mayo, marcan para la zona de interés, un periodo donde la P es menor que la ETP; por lo tanto, se pone de manifiesto el gasto de la reserva útil, que conlleva a la escasez o contenido mínimo de agua en el suelo.

Por otro lado, se puede observar que el mes de junio marca el comienzo del ciclo húmedo del año; que durante este tiempo y hasta septiembre, la P supera a la ETP y a la ETR. La recuperación de la reserva útil por infiltración ocurre durante junio y julio; en junio inicia el almacenamiento de agua en el suelo, hasta casi completar su reserva máxima; para julio ya está completa y existe un excedente de 146.2 mm. El superávit de julio, aunado al de los meses de agosto y septiembre, originan saturación y escorrentía. A partir de octubre se presenta descenso de la reserva útil, la P es menor que la ETP y la ETR. Esta disminución de lluvia y de agua en el suelo continúa durante noviembre y diciembre.

Los resultados de la ficha hídrica de la estación climática de Zapopan (cuadro 7), para el año 2004, indican lo siguiente: en el mes de enero la P superó a la ETP, por tanto, la reserva útil que usualmente para ese mes está en declive, mostró cierta recuperación, que trajo como consecuencia un pequeño superávit.

Cuadro 7. Ficha hídrica de la estación Zapopan según el método de Thornthwaite, año 2004

Durante el periodo de febrero a mayo, continuó la temporada seca del año; de tal manera que en mayo, aunque la lluvia fue de 64 mm, la reserva útil disminuyó hasta el valor mínimo de 1 mm. Posteriormente, durante el mes de junio dio inicio el periodo húmedo del año. Dicha etapa, se extiende hasta septiembre; y es la época en que la P supera a la ETP. A este respecto, se puede observar que en el transcurso de junio, la P superó con creces a la ETP; de los 353.2 mm de exceso de agua, 74 mm se sumaron a 1 mm de reserva útil que quedaba de mayo, conformando desde el mes inicial del periodo húmedo, la totalidad de su reserva útil (75 mm). Al mismo tiempo, los 279.2 mm de exceso de lluvia, originan el superávit plasmado en la fila 9 del cuadro 7.

En los meses de julio y agosto llovió con menor intensidad, no obstante, se mantuvo la reserva máxima de 75 mm. Debido a esto, no ocurrió variación de la reserva útil y, el superávit de estos meses (74.3 y 176.7 mm respectivamente) continuó siendo parte de la infiltración, escorrentía y depositación superficial. Por su parte, de acuerdo a lo registrado, septiembre de 2004 fue el mes en el que llovió más en la estación Zapopan. De tal modo que continuó constante la reserva útil, y se generó el mayor exceso de agua del año (381 mm).

En octubre la P fue menor que la ETP, en consecuencia la reserva comenzó a disminuir. Por consiguiente, en octubre la variación de la reserva fue de 41.7 mm, esto es, los 75 mm de reserva máxima de septiembre, menos los 33.3 mm que quedaban al final de octubre. También, en este mes terminó el periodo húmedo del año y el superávit fue nulo. En noviembre se tuvo una reserva útil de15.2 mm y, en diciembre de 8.9, lo que indica una continuación del déficit de agua en el suelo para esta época del año.

El año de 2004 dio comienzo con lluvias durante el mes de enero, precipitaciones que por un lado superaron a la ETP y a la ETR y, que por otro, generaron un ligero aumento de la reserva útil. El intervalo que comprendió los meses de febrero a mayo, marcó para la zona de influencia de la estación Zapopan, un periodo donde la P fue menor que la ETP; por lo tanto, hubo consumo de la reserva útil, lo que conllevó a la escasez de agua en el suelo. Se puede observar que el mes de junio, señaló el comienzo del ciclo húmedo del año y que dicho período se prolongó hasta septiembre; etapa en la cual la P superó a la ETP y a la ETR.

La recuperación total de la reserva útil por infiltración ocurrió durante junio, asimismo, en este mes se conformó un superávit máximo de 279.2 mm. En este contexto, es necesario señalar, que cada milímetro de lluvia caído por metro cuadrado, equivale a un litro de agua. El exceso de agua de junio, aunado al de los meses de julio, agosto y septiembre, originó saturación y escorrentía. A partir de octubre y hasta diciembre la P fue menor que la ETP y la ETR, por tanto, se generó gasto de la reserva útil; lo que trajo como consecuencia déficit hídrico en el suelo, durante los últimos meses de 2004.

El análisis comparativo que debió de haberse realizado entre el balance hídrico representativo de la estación Tesistán y el cálculo hídrico de la misma estación pero del año 2004 no se efectúo por no contar con la información pertinente al momento de realizar este trabajo. No obstante, dicho análisis se llevó a cabo comparando los resultados de la serie representativa de Tesistán con los de la estación Zapopan del año 2004.

Ambos balances puntualizan que el periodo húmedo del año, inicia en junio y termina en septiembre. La serie representativa de la estación Tesistán, muestra un régimen de lluvias ascendente en cantidad a partir de junio; siendo julio, el mes en el que llueve más. Posteriormente desciende paulatinamente en agosto y septiembre. Sin embargo, la estación Zapopan en el año 2004, registró dos puntos máximos de lluvia en los meses de junio y septiembre y, uno mínimo en julio, alterando drásticamente, la distribución temporal de la precipitación en el área de influencia de esta estación, y es de suponerse, que también en la zona en la que se sitúa la estación Tesistán; ya que ambas, según las coordenadas geográficas proporcionadas por la Comisión Nacional del Agua, distan aproximadamente 10 kilómetros.

La época seca del año 2004 en la zona de Zapopan, fue menguada por las lluvias que se registraron en el mes de enero; lo que quiere decir que la P superó a la ETP, y ese año comenzó con algo de humedad en el suelo. Posteriormente, las precipitaciones de mayo originaron que el ciclo de lluvias de verano, diera comienzo con un déficit bajo de humedad en el suelo y preparara las condiciones para que el excedente de junio se presentara con gran magnitud.

Las lluvias masivas de junio, fueron suficientes para llenar la reserva útil y, originar según los registros y cálculos efectuados, un superávit de 279.2 litros de agua por metro cuadrado, para infiltración o escorrentía. El comportamiento normal de la serie climática de Tesistán, indica que es hasta julio, cuando se reúne la reserva útil y se genera superávit de humedad en el suelo. Sin embargo, la ficha hídrica de la estación Zapopan señala que el balance hídrico en la zona de Tesistán, en el año 2004, sufrió una seria variabilidad. Esto quiere decir, que se adelantó a junio la acumulación de agua en el subsuelo, asimismo, las corrientes y la acumulación superficial fueron superiores a lo habitual.

La variabilidad señalada en el párrafo anterior, originó que el tiempo promedio, en el que existe exceso de agua en el suelo, se extendiera en un mes, esto es de junio a septiembre de 2004. Vale la pena enfatizar, que la gran cantidad de lluvia caída en septiembre, provocó un superávit, que según los resultados del balance hídrico fue de más de 380 litros por metro cuadrado. El exceso de agua llovida en junio y septiembre de 2004 (279.2 y 381 mm respectivamente), coincide con el surgimiento de las grietas en la localidad de Nextipac, Municipio de Zapopan; hechos que según consta en el Diario Público (1 de julio y 29 de septiembre de 2004) fueron ocurridos precisamente a finales de cada uno de estos meses.

Lo atípico del periodo de lluvias de 2004, caracterizado por las precipitaciones intensas de junio y septiembre, que dieron como resultado alteraciones en el balance hídrico normal en el valle de Tesistán y en la zona de Nextipac y, que según Juárez (2005), la textura franco arenosa de su suelo, cuya naturaleza porosa, con alta capacidad de infiltración y conductividad hidráulica, pudieron haber provocado erosión en el subsuelo, originando desplomes y formación de grietas en esta área.

CAMPOS ARANDA, D. F. (1992). Procesos del ciclo hidrológico. S.L.P., México, Editorial Universitaria Potosina. Segunda reimpresión.

FERNÁNDEZ GARCÍA, Felipe (1996). Manual de Climatología Aplicada. Madrid, Editorial Síntesis, S.A.

GARCÍA DE MIRANDA, Enriqueta (1983). Apuntes de Climatología. México, D.F., UNAM.

GUEVARA DÍAZ, José Manuel (1987). Métodos de Estimación y Ajuste de datos. Caracas: Universidad Central de Venezuela.

JUÁREZ, Armando (2005). Granulometría de los suelos de Nextipac. Inédito.

MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTES. (1992). Guía para la elaboración de estudios del medio físico. Madrid.

ORTIZ SOLORIO, Carlos A. (1987). Elementos de Agrometeorología Cuantitativa. Universidad Autónoma de Chapingo.

RESÉNDIZ MORA, Dolores. Se abre otra grieta de 50 metros en Nextipac. Público, diario, 29 de septiembre de 2004, p. 10.

TAMAYO, Jorge L. (1982). Geografía Moderna de México. México, D.F., Editorial Trillas.

TORRES RUIZ, Edmundo (1983). Agrometeorología. México, D.F. Editorial Diana.

ZAMORA, Jorge, et al. La Tierra se abrió en Zapopan. Público, diario, 1 de julio de 2004, p. 6.

ZIMMERMANN, Erik. (2000). Aproximación Bayesiana para la estimación de ocurrencias de eventos lluviosos aplicada a balances hídricos mensuales seriados. Cuadernos del CURIHAM, Vol. 6.

INEGI. Carta Hidrológica de Aguas Superficiales, F13-12, escala 1:250,000

COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA. (2004). Gerencia Regional Lerma Santiago Pacífico.