ANÁLISIS DE LAS VARIABLES CLIMÁTICAS DE 1934-2004 EN LA MICROCUENCA SAN MARCOS, MUNICIPIO DE CHAPALA, JALISCO
Leticia
Loza Ramírez
Antonio
González Salazar
Martín
Vargas Inclán
Milton Omar Sánchez Reyes
Introducción
El presente trabajo tiene como objetivo conocer el sistema
climático, a partir de cada una de las variables que integran el clima de la Microcuenca
San Marcos, en Chapala, Jalisco, para explicar las funciones del medio natural y como
elemento susceptible de ser aprovechado en diversas actividades: agrícolas, forestales,
pecuarias, urbanas y recreativas de la población local.
Durante las últimas décadas se ha acelerado
considerablemente la problemática del sistema climático, afectando principalmente a los
recursos naturales. En este sentido, la intención de la investigación es crear bases de
diagnóstico que permitan definir lineamientos a futuras investigaciones, para que a
través del sistema climático, se establezcan soluciones que garanticen el equilibrio
ambiental.
La Microcuenca San Marcos, forma parte de la
cuenca del Lago de Chapala. Se localiza en la parte central del municipio de Chapala, y en
la porción sur del municipio de Ixtlahuacán de los Membrillos. Está comprendida entre
las coordenadas geográficas extremas 20º 16 17 y 20º 20 05 de
latitud norte; 103º 13 15 y 103º 10 45 de longitud oeste (Fg. 1).
Fig. 1 Ubicación geográfica de la Microcuenca San Marcos.
En el mapa 1 se observan las zonas de montaña entre los 1,770 2,210 msnm, después de los 1700-1770 msnm se localiza la
parte de terrazas que divide a la montaña del escalón el cual esta entre los 1600-1770
msnm y por ultimo la parte menos accidentadas
en la desembocadura del lago de Chapala (el bajío 1530-1600 msnm), lo que explica
diferentes fenómenos físicos, así como el comportamiento de la temperatura; encontrando
la media anual más fría en la parte más alta de 15.8°C, a una altura media de (1798
msnm) 18.4°C; y por último en la parte más baja, cerca del lago (1500 msnm), de
20.1°C; está domina en la mayor parte de la superficie de la microcuenca.
Climatología
Para
analizar las variables climáticas se utilizaron los datos de la Estación Climatológica
de Chapala a cargo de la Comisión Nacional de Agua (CNA) ubicada en las coordenadas 20°
17? de latitud norte, y 103° 12? de longitud oeste, a una altura de 1,527 msnm. Se
analizaron los datos (temperatura promedio, máxima y mínima; evaporación; lluvia,
número de días con lluvia y lluvia máxima en 24 horas) correspondientes al periodo 1934
-2004 (71 años). Peinado (1985), concluye que sólo para ciertos propósitos, un período
de 30 años es suficiente y se necesitarían de 50 a 80 años para la compilación de
mapas y estudios de cambios climáticos, por lo que la estación considerada para el
estudio de la Microcuenca San Marcos cumple ampliamente con este requisito.
El
grupo de clima al cual pertenece la región norte de Chapala en donde se ubica la
microcuenca, según Köppen modificado por Enriqueta García, pertenece al tipo de climas
semicálidos subhúmedas con lluvias en verano, dentro del subgrupo de climas semicálidos
(A)C del Grupo de climas Templados C es decir (A) C (W1) (w) (i)g. El
clima de la Microcuenca San Marcos presenta
temperatura media anual de 20.1º C, y una precipitación media anual de 888,9 mm, con un régimen de lluvias en los meses de
junio, julio y agosto.
La
temperatura desempeña un
papel importante para determinar las condiciones de supervivencia de los seres vivos.
Así, las aves y los mamíferos necesitan un rango muy limitado de temperatura
corporal para poder
sobrevivir, y tienen que estar protegidos de temperaturas extremas. Las especies
acuáticas sólo pueden existir dentro de un estrecho rango de temperaturas del agua
diferente, según las especies. La temperatura máxima media constituye el valor
normal o promedio histórico, registrada entre 14:00 y 16:00 hrs.
La
temperatura máxima media
anual es de 33.1 ºC en la zona de estudio; presentándose las máximas en los meses de
abril, mayo y junio (31.7, 32.6, y 31.8 ºC respectivamente). Durante el periodo de 1934-2003, se
registraron las tres temperaturas máximas medias mensuales más altas de: 39 ºC (Jun.,
1954), una segunda temperatura record con 37 ºC (Abr., 1998) y la tercera de 35 ºC (Jul.
,1953). Las tres más bajas se presentaron en enero 1965 (22.5 ºC), diciembre 1973 (22
ºC) y enero 1997 (21.5 ºC).
La temperatura mínima media constituye el valor normal o promedio
histórico, registrada entre 6:00 y 8:00 hrs. La
estación registró una mínima media anual 7.2 °C; estas temperaturas se presentan en
los meses de enero, febrero y diciembre (8.3, 9.0, y 9.7, °C, respectivamente). Por su
parte, los años con temperatura mínima media mas fríos fueron: 1959 (Ene., 3.5ºC),
1960 (Feb., 1.5ºC), 1992 (Nov. 0ºC) y 1997 (Dic., 2ºC), con temperaturas menores de
3.5°C, y los años que presentaron temperaturas mínimas igual o mayores de 17°C son:
1936 (Oct.,18.5°C), 1976 (Ago., 17ºC), 1977 (Sep., 17ºC), 1995 (jun. y Ago., 17ºC),
1997 (Sep., 17ºC) y 1998 (Jun.,17.5°C).
La temperatura media es el valor normal o promedio histórico de la
misma. En la estación, la media anual fue
de 20.0 °C, con la temperatura media mensual más
baja de 16.6°C en el mes de enero y la más
alta de 23.0°C en mayo. Los datos de temperatura promedio anual de
los años más significativos fueron: 1960 (Dic., 10.4°C), 2002 (Nov., 14.1°C) y 2003
(Mar., 14.2°C), considerados como los años más fríos.
La oscilación térmica anual es la diferencia entre los valores normales
de temperatura máxima y mínima media anual. Por lo que, en la
zona de estudio, la temperatura máxima
(33.1°C) menos la mínima (7.2°C) da un rango de 25.9°C.
La precipitación término con el cual se denominan
las formas de agua en estado líquido o sólido que caen directamente sobre la superficie
terrestre.
La precipitación media anual es de 888.9 mm, correspondiendo el 94.3% al periodo húmedo
(May-Oct.) y el 5.7% (nov.-abr.) al periodo seco. El año 1967, fue el más lluvioso de
los que se tienen registrados (71 años), con una precipitación de 1,385.2 mm, destacando el mes de agosto de dicho año con
404.9 mm, superando la media mensual de
agosto, ya que llovió 100%, en comparación con el promedio; todo lo contrario ocurrió
en el año mas seco, que fue 1954, con una precipitación
de 486.1 mm, registrando 6 meses sin
lluvia, los cuales coincidieron con las
temperaturas máximas más elevadas del mismo. Los meses que registraron mayor lluvia del
periodo de 1934-2004, fueron julio de 1960 (465 mm),
agosto de 1967 (404.9 mm) y junio de1970 (405.5 mm).
Se graficaron los datos de lluvia
para encontrar los años mas secos y húmedos respecto a la media, resultando 9 años
(1935, 1941, 1967, 1970, 1975, 1980, 1981, 1991 y 1992) con más de 250 mm anuales respecto a la normal, siendo los más
significativos 1941 y 1967 (aproximadamente 500 mm
de más con respecto a la media anual).
Durante el mismo periodo (1934-2004) se detectaron 8 años (1946, 1947, 1949, 1964, 1965,
1966, 1982, 2000) como los más secos,
lloviendo menos de 250 mm anuales en
comparación a la media anual; así mismo en la zona de estudio se puede apreciar que el
periodo de sequía más profundo que se ha
reconocido fue 1945 a 1958 (fig. 2) durante este periodo se presentó la sequía más severa que
se ha registrado para Chapala, afectando el clima en la zona de estudio, aportando como
consecuencia la escasez de agua para los cultivos y la perdida de vegetación nativa.
Además, esta sequía coincidió con una intensa actividad de construcción de obras
hidráulicas en Guadalajara, la cual se abastecía del lago.
Fig. 2 Los años más secos y
húmedos con respecto a la precipitación normal.
Elaborados a partir de los datos de CNA
(Comisión Nacional del Agua).
La
lluvia con características particulares (duración y volumen), es una de las causas
principales de las inundaciones, pero además existen otros factores a considerar,
topografía, tipo de suelo y cambio en el uso de suelo. En los temporales de lluvias se
generan las avenidas o crecimiento del nivel del agua que lleva un cauce, por lo que la
capacidad de carga de un escurrimiento determinado es rebasada, ocasionando serios
problemas de inundaciones. De acuerdo con la información de la CNA se presentan en
promedio 75 días con lluvia, de los cuales 69 corresponden al periodo lluvioso
(MayOct.) y solo 6 días al periodo seco (NovAbr). Los meses que registran, en
promedio, aproximadamente 15 días con lluvia son junio, julio, agosto y septiembre.
Durante el periodo 1934-2004, los años donde se registró el mayor número de días con
lluvia fueron 1967 (114 días, y dicho año acumuló la máxima precipitación del periodo
analizado), 1971, 1972, 1973 y 1992 (93, 96, 94, 107 respectivamente). Los cuatro meses
del año en los que se registró más días con lluvia fueron agosto (1934, 24 días),
julio (1983, 27 días), Junio (1990, 22 días) y septiembre
(1998, 23 días).
De
acuerdo al comportamiento de la precipitación promedio anual por décadas, la mayor precipitación fue en el
periodo de 1964-1973 (1008.8 mm), seguido de
1984-1993 (989.9 mm) y, por último, la década
1974-1983 (931.9 mm), esta década es muy
semejante a la de 1934-1943 (1920.5mm) (fig.3).
Fig.3 Comportamiento de la precipitación por
décadas en Chapala.
Elaborados a partir de los datos de CNA
(Comisión Nacional del Agua).
Normalmente la lluvia máxima
anual en 24 horas es de 64.1 mm, los valores
más altos de la lluvia máxima se
presentaron de la siguiente manera: agosto (121.7 mm
en 1967), julio (111.7 mm en 1992), septiembre
(108 mm en 1970) y junio (101.5 mm
en 1935), que corresponden a las décadas de mayor precipitación.
Curvas de
Intensidad-Duración-Período de Retorno.
Es importante
señalar que la lluvia está definida por tres variables: intensidad duración y frecuencia. Intensidad es la lámina o
profundidad total de lluvia ocurrida en la duración de una tormenta, es decir, la
intensidad de lluvia caída incorpora el tamaño de la lámina y la duración del evento.
La intensidad se refiere al intervalo de tiempo y al ritmo de la lluvia, la frecuencia es
expresada por su periodo de retorno o
intervalo de recurrencia, que es el número de años promedio en el cual el evento puede
ser igualado o excedido cuando menos una vez.
Las curvas de
intensidad-duración-período de retorno, son gráficas en las que se concentran las
características de las tormentas de una zona o región, en relación a sus variables:
magnitud, duración y frecuencia. Su utilidad podría verse reflejada como herramienta de
apoyo en la planeación de obras de infraestructura, en la prevención de riesgos por
inundaciones, en estudios de conservación de suelos, agrícolas, climáticos, etc. Para
desarrollar este apartado, se conformo una serie de excedentes anuales, es decir, por los n
valores más altos registrados durante el período que comprende la serie de tiempo. De
esta manera, la serie de lluvias máximas en 24 horas, contiene los 71 valores más altos
del período analizado. El procedimiento implicó en primer lugar el cálculo de las
lluvias máximas en 24 horas con períodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años, a
partir de la distribución de Gumbel (1934), la cual se expresa a partir de la siguiente
ecuación:
Donde:
= es el valor
de x con período de retorno t;
M
= es la media de los valores
extremos;
= es la desviación típica de los valores extremos;
K
= factor de frecuencia.
Posteriormente,
al aplicar la ecuación (Ibíd., 1992), se obtuvieron las
cantidades de lluvia que definen las curvas de intensidad-duración-período de retorno de
la estación climática de Chapala.
Donde:
= duración
de la precipitación
t = período de retorno
T =en años, en milímetros y Ln el
logaritmo neperiano de T.
Obteniendo
en una hora para un periodo de retorno de 100 años 93 mm, y para uno de 2 años cerca de
40 mm. (Tabla 1 y Fig. 4).
Tabla
I. Intensidad-duración-período de retorno
Calculados a partir de los datos de CNA
(Comisión Nacional del Agua).
Fig. 4. Curvas de duración y períodos de
retorno de la estación climática.
Elaborados a partir de los datos de CNA
(Comisión Nacional del Agua).
Evapotranspiración
La
evaporación es un factor que determina el contenido de humedad en el aire por lo cual se
convierte en una variable que condiciona la confortabilidad de los seres vivos. La
Evaporación de agua por la vegetación se debe a la necesidad que
tienen de incorporarla a su estructura celular, y para utilizarla como transporte de
alimentos y eliminación de residuos. La circulación del agua en la planta, no es un
circuito cerrado sino una circulación abierta.
La
transpiración es el fenómeno biológico por el cual las plantas pierden su agua a la
atmósfera, ayudándolas a mantenerse frescas, de la misma forma que la respiración
mantiene frescos a los seres humanos y animales. Como es difícil medir por separado la
transpiración y la evaporación de las plantas se combinan en un término científico
llamado "evapotranspiración" (ET). En la mayor parte de los casos lo que
interesa es la cantidad total de agua que se pierde a la atmósfera, indistintamente del
método. Para el geógrafo el interés de la ET se centra en la cuantificación de los
recursos hídricos de una zona: Lo que llueve, menos lo que se evapotranspira, será el volumen de agua disponible. La evapotranspiración (ET)
es una variable necesaria para el cálculo del balance de agua del suelo, en la detección
de estrés hídrico, y también para calcular los modelos
de rendimiento de cultivos.
Con
objeto de valorar la capacidad máxima de evaporación y transpiración de un suelo con
determinadas condiciones atmosféricas y de radiación, se define el concepto de
evapotranspiración potencial como: la cantidad de agua transpirada por unidad de
tiempo, teniendo el suelo un cultivo herbáceo uniforme de 30-50 cm. de altura (alfalfa) y siempre con suficiente
agua. En esas condiciones se produce el máximo de transpiración, que coincide con
las condiciones óptimas para el crecimiento
de las plantas.
El
Balance Hídrico tiene como objetivo identificar la variabilidad de las lluvias y el
comportamiento del agua que se precipita sobre la superficie del área de estudio, desde
una parcela a una cuenca; así como establecer los periodos de déficit o excedente de
agua de esas áreas. De la misma forma, se puede definir la vulnerabilidad o los riesgos
generados por esta magnitud climática. 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, etc. El balance
hídrico se calculó para un período de 71 años, (1934-2004), escogiendo el método
propuesto por Thornthwaite en 1957 y modificado por Fernández (1995).
La
evapotranspiración potencial (ETP) la definió Thornthwaite, como la cantidad de agua que será gastada por una
superficie completamente cubierta por vegetación, cuando existe suficiente agua en el
suelo (et al). Thornthwaite, correlacionó la temperatura media mensual, con la
evapotranspiración determinada por medio de balances hídricos en los valles del centro y
este de los Estados Unidos (Campos, 1992). La fórmula empírica de Thornthwaite, se basa
en la correlación de la temperatura del aire y el índice de transpiración de las
plantas. Expresándose de la siguiente manera:
Donde:
ETP' = evapotranspiración potencial no corregida
en milímetros
T =
temperatura media mensual del aire en ºC,
I = Índice de calor anual, igual a la suma de
los doce índices mensuales del año en análisis, esto es:
siendo igual a:
en donde a: es el exponente cuya expresión es:
,
Con el
desarrollo de las ecuaciones anteriores y obteniendo 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 con la siguiente ecuación:
,
Donde N, es la duración de la luminosidad del día (duración
astronómica del día) sin tomar en cuenta la intensidad de la radiación. La ecuación
para su cálculo es la siguiente:
Donde w,
es el valor en grados del arco descrito por el sol desde su salida hasta su puesta y
el cálculo para determinarla es el siguiente:
Donde f, es la latitud y d, es la declinación solar diaria y, declinación
media para cada mes del año, y ésta se determina a partir de la siguiente ecuación:
Donde n, es el día del año, tomando como 1, el
primero de enero y 365, el 31 de diciembre. De acuerdo con los cálculos, se
evapotranspiran 926.3mm, correspondiendo el 59.9% al período húmedo y el 40.1% a los
meses de estiaje se obtuvo la tabla II.
Tabla II Evapotranspiración potencial de la
estación Chapala Jalisco, 1934-2004
Elaborados a partir de los datos de CNA
(Comisión Nacional del Agua).
Cálculo del balance hídrico según el
método de Thornthwaite
La
determinación del balance Hídrico tiene su aplicación en estudios de disponibilidades
hídricas regionales, aprovechamiento del agua edáfica en los períodos más
convenientes, ubicación de cultivos según sus exigencias hídricas, momentos oportunos
de riego, etcétera. Las variables que se toman en cuenta para el balance hídrico son la
precipitación (P), y la
evapotranspiración potencial corregida (ETP)
para evaluar la evapotranspiración real (ETR)
y El gasto de la reserva útil (RU) se calcula con la siguiente ecuación:
Donde RU, es
el gasto de la reserva del suelo,, es la
capacidad máxima de agua que el suelo puede acumular para nuestro caso se consideró una
reserva de 75 mm, ya que los resultados del
laboratorio demuestran que los suelos que predominan en la Microcuenca San Marcos de
acuerdo a su textura son dos, textura franco arcilloso y arcillosos. , es el
antilogaritmo neperiano,, es el déficit acumulado o suma de los valores de P-ETP cuando éstos son negativos.
Análisis de la ficha hídrica
La
interpretación de los resultados de la ficha hídrica de la Estación Climatológica de
Chapala del periodo 1934-2004, señala, que durante el
mes de octubre y continuando con el estiaje, la reserva útil del suelo, presentó
una disminución continua y progresiva de agua, que culminó con el valor mínimo de 1 mm en abril y mayo. Fue durante el periodo húmedo
del año, el que de acuerdo con Ortiz (1987), es la época en que la precipitación supera
a la evapotranspiración potencial. Asimismo, los valores negativos de la variación de la
reserva útil de junio indican el principio de la recuperación de agua en el suelo.
El
régimen de lluvias, para la zona de estudio según García (1983), es el de lluvias de
verano, ya que el mes de máxima precipitación anual (julio), cae dentro del período
húmedo (mayo a octubre), siendo julio, el mes que recibió más de diez veces la cantidad
de lluvia (234,8 mm), que la del mes más seco
del año (4.8 mm), febrero y abril. Atendiendo
a los datos contenidos en la ficha hídrica, se puede observar que durante junio, la
precipitación prevalece sobre la evapotranspiración potencial; el exceso de agua de 178 mm, se suma a 1 mm, que corresponde a la reserva útil del mes de
mayo. De estos 179 mm; 75 se infiltraron y
dieron lugar a la reserva máxima que puede ser almacenada. Por ello en junio, los 0.1 mm restantes, componen el superávit.
Cabe
señalar, que la reserva máxima, de acuerdo con Ruiz (1983), es la cantidad de agua, que
un suelo puede retener contra el drenaje por gravedad.Cuando dicho suelo alcanza su
máxima capacidad de retención, el agua añadida, escurrirá superficialmente a razón de
un 50% mensual aproximadamente[1] OMPT(1992). Durante los meses de junio,
julio, agosto, septiembre y octubre continuó el periodo de lluvias y se mantuvo la
reserva máxima de 75 mm, excepto para octubre.
Por ello la variación de la reserva fue nula y, el superávit de estos meses (141.1,
104.7, y 76.3 mm), continuó siendo parte de la
escorrentía o infiltración. En octubre la precipitación es menor que la
evapotranspiración potencial, en consecuencia, la reserva empieza a disminuir. De tal
manera que, en octubre la variación de la reserva fue de 70.4 mm, esto es, los 75 mm, de reserva máxima de septiembre, menos los 4.6
mm, que quedaban al final de octubre ver tabla
III.
Tabla III: Ficha hídrica de la estación de
Chapala
Elaborados a partir de los datos de CNA
(Comisión Nacional del Agua).
Vale
la pena aclarar que los resultados de la tabla III obedecen a una zona poco alterada, por
que la estación climática de Chapala no esta dentro de los límites del parteaguas de la
Microcuenca San Marcos, donde las condiciones físicas son distintas (pobre vegetación,
problemas de erosión y cambios drásticos sobre el uso del suelo).
CONCLUSIONES
El tipo de clima de la zona de estudio es
semicálido subhúmedo con lluvias en verano, con temperatura media anual de 20.1º C, la
máxima de 33. 1º C y la mínima de 7. 2º C; y una precipitación media anual de 888,9
mm, con un régimen de lluvias en los meses de junio, julio y agosto.
El lago de Chapala funciona como regulador
térmico en la microcuenca; ya que las temperaturas máximas que se registran en abril,
mayo y junio son de 31.7º C, 32.6º C y 31.8º C respectivamente, y las mínimas en los
meses de enero febrero y diciembre de 8.3º C
9.0º C 9.7º C correspondientemente.
Durante el período de 1934-2004 las
temperaturas máximas más altas fueron en junio de 1954, 39º C; abril 1998, 37º C y
julio 1953, 35º C, considerados como los años más calientes y los años más fríos en
donde se presentaron las mínimas más bajas
fueron enero 1959, 3.5º C; febrero 1960, 1.5º C y
noviembre1992 0º C.
La precipitación promedio anual es de 888.9mm,
corresponde al período húmedo (mayo-octubre) el 94.3% y
el 5.7% al período seco (noviembre-abril), lloviendo en promedio 74 días al año. Sin
embargo en 1967 se precipitaron 1384.2 mm en 114 días y solo, en el mes de agosto del
mismo año llovió el 29.2% (404.9mm) durante 20 días considerado como el año mas
lluvioso. No así el año mas seco fue 1954 con apenas alcanzar 486.1 mm anuales en 46
días al año. El período de sequía más difícil que se ha presentado en la microcuenca
fue 1945-1958 en la microcuenca existe la probabilidad de que se precipiten 93mm en una
hora Para un período de retorno de 100 años y para uno de 2 años cerca de 40 mm.
Las fuertes precipitaciones año tras año
provocan inundaciones a las viviendas en la zona de del Arroyo San Marcos, debido a la
invasión de los cauces naturales. Hoy en día, no sólo la agricultura se ve afectada por
la variabilidad en el clima, sino también otras actividades económicas, como el turismo,
la ganadería etc., debido a condiciones extremas del clima (sequías vs. inundaciones).
La variabilidad climática en escalas
estaciónales e interanuales (fenómenos "El Niño -La Niña") tiene grandes
impactos en los patrones de variabilidad de la precipitación, las lluvias de invierno en
años "El Niño" se intensifican. En el caso de Chapala el promedio de lluvia en
el invierno es: dic 9mm, ene 14mm, feb 4mm y mar 4m. Sin embargo en los inviernos de
82-83, (nov 56.5, dic 38, ene 12), 86-87, (nov 13.2,dic 4.6 ene3.8, feb 23.4), 91-92 (nov
9.8, dic 8.6 ene 217), y 97-98 (nov 35.5,dic 0.7 ene 0) años niño se vieron afectadas
las lluvias invernales, pero no ocurrió lo mismo en los correspondientes veranos.
BIBLIOGRAFÍA
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[1] MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTES
(1992). Guía para la Elaboración de estudios del medio físico, Madrid,
España. p. 123