Integración y análisis de información biofísica con...

Universidad Rafael Landívar Dirección de Investigación

Instituto de Agricultura, Recursos Naturales y Ambiente

Integración y análisis de información biofísica con énfasis en la relacionada con los recursos hídricos, erosión e impacto del proyecto PESH en la cuenca

Teculután.

Proyecto PESH WWF/CARE

Guatemala, mayo 2011 Preparado por Juan Carlos Rosito

Para WWF-México/SAM

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Tabla de contenido 1 Introducción .......................................................................................................................4 2 Objetivos .. . .. .6

2.1 Objetivo general ...................................................................................................................6 2.2 Objetivos específicos ...........................................................................................................6

3 Consideraciones técnicas de la presentación y análisis de resultados. ......................7 4 Metodología general ..........................................................................................................8

4.1 Aspectos ecohidrológicos relevantes de la Sierra de las Minas como contextualización de la cuenca del río Teculután. .......................................................................................8

4.2 Estudio de los recursos hídricos y recursos naturales asociados de la cuenca Teculután. 8 4.3 Uso y calibración del modelo SWAT. .................................................................................14

5 Resultados y discusión ...................................................................................................15 5.1 Síntesis de aspectos ecohidrologicos evidenciados en el año hidrológico mayo 2009 �–

abril 2010, un año seco, en el río Teculután. ................................................................15 5.2 Año hidrológico mayo 2010 - abril 2011, un año húmedo, y su relación con el año

hidrológico anterior y datos históricos. ..........................................................................17 5.3 Descripción detallada de los principales indicadores hidroclimáticos de los años

hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011 y su relación con la erosión. ...............................20 5.3.1 Precipitación. .................................................................................................................20 5.3.2 Caudal ...........................................................................................................................21 5.3.3 Sedimentación y erosión hídrica laminar. ......................................................................27 5.3.4 Impacto de acciones del proyecto PESH en la regulación del ciclo hidrológico de

cuenca Teculután, con énfasis en escorrentía y erosión. .............................................31 6 Consideraciones finales ..................................................................................................35 7 Conclusiones y recomendaciones .................................................................................40 8 Lecciones aprendidas .....................................................................................................42 9 Bibliografía. 43 10 Anexos .........................................................................................................46

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Lista de Figuras Figura 1. Monitoreo de calidad del agua (arriba izquierda), variables climáticas

(arriba derecha) y caudales (abajo) de la cuenca del río Teculután y área de influencia 10

Figura 2. Monitoreo de eventos extremos de precpitación, 4 de agosto 2011 (arriba) y 30 de mayo 2011 (abajo). 11

Figura 3. Infraestructura y equipamiento para medición de escorrentía y sedimentación (río Teculután (arriba) y microcuenca La ciénaga (abajo) 12

Figura 4. Participación de actores locales en el monitoreo hídrico en la cuenca Teculután. 13

Figura 5. Estratificación ecosistémica como indicadora de las condiciones climáticas, hidrológicas y edáficas de la cuenca Teculután. 16

Figura 6. Precipitación histórica de estaciones climáticas con influencia en la cuenca Teculután. 18

Figura 7. Precipitación de las estaciones de bosque seco, bosque de pino encino y bosque nuboso comparadas en los últimos años hidrológicos y el promedio anual histórico. 18

Figura 8. Caudal promedio anual durante el período 1996-2011. 19 Figura 9. Apreciación de la diferencia de condiciones generales y caudales entre los

años 2009-2010 (arriba) y 2010-2011 (abajo). 22 Figura 10. Caudal medio mensual histórico de la cuenca Teculután. 23 Figura 11. Precipitación acumulada estaciones El Timbo (Bosque nuboso), San

Lorenzo (Bosque pino-encino) y El Melón (Bosque seco/Teculután). Análisis comparativo años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011. 24

Figura 12. Precipitación acumulada estaciones El Timbo (Bosque nuboso), San Lorenzo (Bosque pino-encino) y El Melón (Bosque seco/Teculután) y su relación con los caudales promedio diarios. Análisis comparativo años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011. 25

Figura 13. Análisis comparativos de caudales acumulados y caudales diarios en los años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011. 26

Figura 14. Puntos de muestreo de concentración de sedimentos y caudales promedio diarios en la estación de aforo �“Las Minas�” de la Cuenca Teculután. 28

Figura 15. Modelación de la concentración de sedimentos en función del caudal en la cuenca Teculután. 29

Figura 16. Precipitación, caudales y erosión modelada horarios acumulados para la estación lluviosa del año hidrológico 2010-2011. 30

Figura 17. Mapa de ubicación de puntos de muestreo de suelos y reclasificación de suelos de la cuenca Teculután. 32

Figura 18. Mapa de ubicación de área de usufructo municipal de Teculután. 33

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Lista de Cuadros CUADRO 1. ANOMALÍAS DE PRECIPITACIÓN E INTENSIDAD MÁXIMA DIARIA DE LAS ESTACIONES CLIMÁTICAS DE

BOSQUE SECO, DE PINO ENCINO Y BOSQUE NUBOSO DURANTE LOS ÚLTIMOS DOS AÑOS HIDROLÓGICOS....................................................................................................................................................................... 19

CUADRO 2. RESULTADOS DE EROSIÓN HÍDRICA LAMINAR Y SEDIMENTACIÓN EN EL PUNTO DE AFORO PARA ELAÑO HIDROLÓGICO 2010 2011 Y SALIDAS DE MODELACIÓN SWAT............................................................ 31

CUADRO 3. DESCRIPCIÓN DE LOS SERVICIOS DE REGULACIÓN HIDROLÓGICA DEFINIDOS PARA LA CUENCATECULUTÁN. ................................................................................................................................................. 35

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1 Introducción

El Instituto de Agricultura, Recursos Naturales y Ambiente de la Universidad Rafael Landivar ha elaborado el presente informe de integración y análisis de resultados de mediciones hidrológicas y erosión y corresponde a los años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011. Este informe ha sido realizado en el marco del proyecto �“Pago Equitativo por Servicios Hidrológicos (PESH)�”; desarrollado por el consorcio WWF/CARE, en conjunto con otras organizaciones nacionales e internacionales. Este esfuerzo se constituye en un instrumento fundamental de gestión técnica que describe e integra los resultados del componente hidrológico del proyecto PESH. En tal sentido el principal objetivo del documento es Integrar y analizar información biofísica detallada de respaldo para el PESH, Teculután, Zacapa. Para ello se monitoreó durante más de dos años hidrológicos, siendo estos: a) año hidrológico 2009-2010, el cual es considerado como un año muy seco, por lo que se hizo énfasis en el análisis de caudales mínimos durante la estación seca y presupuesto hídrico total; y b) año hidrológico 2010-2011, el cual fue un año muy húmedo, por lo que se realizó mayor énfasis en el análisis del régimen de respuesta hidrológica del caudal, erosión hídrica resultante e impactos del proyecto PESH en la cuenca Teculután. El hecho que ambos años hidrológicos sean contrastantes en cuanto a su régimen hídrico puede considerarse oportuno para emanar recomendaciones para la sostenibilidad del esquema de pago equitativo por servicios hidrológico propuesto por WWF y Care.

Los métodos de generación de información se basaron principalmente en la recopilación de información de campo, llevándose a cabo los siguientes pasos: a) se recopiló información ecohidrológica de la cuenca del río Teculután, la cual consistió en medición continua de los caudales del río, el clima (precipitación, temperatura, humedad relativa presión barométirca, viento) y variables edáficas; b) basados en la anterior información se calibró el modelo hidrológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT) para la cuenca Teculután; c) se definieron y modelaron escenarios hidrológicos en la cuenca Teculután; d) finalmente, se definieron directrices de apoyo al ordenamiento hidrológico en la cuenca Teculután e implementación de un pago por servicios hidrológicos. Cabe destacar que la recopilación de información hidroclimática se desarrolló utilizando como base el protocolo de mediciones hidrológico correspondiente, en el cual se desarrollan los procesos metodológicos y requerimientos técnicos y materiales necesarios para cumplir los objetivos del componente hidrológico en mención. Es importante destacar que los aspectos metodológicos fueron apoyados por de un comité científico asesor, el cual está conformado por destacados profesionales y científicos relacionados con la hidrología y ecohidrología. Entre los principales se puede destacar la participación y apoyo de Prof. Sampurno Bruijnzeel (Universidad libre de Amsterdam), y PhD Bart Wickel (WWF Estados unidos). En tal sentido este trabajo cuenta con un sólido y amplio respaldo conceptual y metodológico, lo cual puede ser revisado en documentos presentados a WWF, Care y actores locales como parte del componente hidrológico del PESH.

Asimismo el presente informe se constituye en un instrumento de integración y análisis de información detallada, la cual es considerada como fundamental para desarrollar procesos de apoyo a programas del pago por servicios hidrológicos y fomento de ordenamiento territorial en la cuenca Teculután, así como en otros sitios de la región, Guatemala o a

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nivel internacional. En tal sentido se constituye en un trabajo pionero que es necesario y adecuado para continuar y replicar.

Este trabajo presenta en su primera parte una breve introducción y definición de objetivos, luego aborda, de manera general, los resultados obtenidos durante el muestreo hidroclimático del año 2009-2010, de acuerdo a informes correspondientes, en donde se encuentra mayor detalle de esta descripción. Posteriormente se analizan a profundidad los resultados del año hidrológico 2010-2011 haciendo énfasis en el estudio de los caudales, la erosión y sedimentación en respuesta al régimen hídrico extremo que se observó durante este período, y de esta manera definir el impacto del proyecto PESH en aspectos eco-hidrológicos en la cuenca del río Teculután. Finalmente se abordan aspectos de consideraciones finales, conclusiones y recomendaciones, así como lecciones aprendidas.

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2 Objetivos

2.1 Objetivo general

Integrar y analizar información biofísica detallada asociada a recursos hídricos de respaldo al proyecto compensación equitativa por servicios hidrológicos (PESH), en la cuenca Teculután, Zacapa.

2.2 Objetivos Específicos

Recopilar información ecohidrológica de la cuenca del río Teculután y contextualizarla en la región Sierra de las Minas

Definir el impacto de la reforestación y regeneración natural promovida por el PESH en la reducción de la erosión laminar y escorrentía superficial de la cuenca Teculután.

Definir directrices de apoyo al ordenamiento hidrológico en la cuenca Teculután e implementación de un pago por servicios hidrológicos, con énfasis en la erosión hídrica laminar.

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3 Consideraciones técnicas de la presentación y análisis de resultados.

Este trabajo se basa en la recopilación y análisis de información hidrológica y climática detallada. En tal sentido se emplea información primaria y secundaria de alta confiabilidad y validación en campo mediante diversidad de métodos. La descripción y análisis de resultados específicos del monitoreo hidrológico y climático se basan en el esquema metodológico propuesto por el protocolo de mediciones climáticas e hidrológicas del río Teculután, el cual fue elaborado en la fase I de este proyecto. En tal sentido se presenta la información de tal forma que contribuya desde el enfoque de presentación de un balance hídrico. Es decir en primer lugar se realiza una estratificación inicial basada en los ecosistemas de la cuenca. Esto es necesario para tomar en cuenta las diferentes condiciones hidrológicas en un gradiente altitudinal y con ello disminuir fuentes de error en la estimación del balance hídrico de la cuenca y las relaciones entre el sistema terrestre y el ciclo hidrológico.

En segundo lugar se presentan las entradas del balance, las cuales la constituyen la precipitación. Para ello se presentan los resultados de dos estaciones telemétricas All Weather Station (AWS), es decir que miden cinco variables climáticas (precipitación, temperatura, radiación solar, humedad relativa y viento). Estas estaciones están ubicadas en Finca Las Marías en Teculután con una ubicación de 350 msnm y Finca San Lorenzo o la marmolera ubicadas a 1700 msnm. Además se presenta la información pluviómetros portátiles equipados con data logger o almacenadores de información. Así como la recopilación de información de la estadia de monitoreo histórico denominada las Minas. Cabe destacar que el mantenimiento y vigilancia de estas estaciones, así como la recopilación de información de campo ha requerido un amplio esfuerzo de personal, recursos financieros y logística. En este punto también es necesario mencionar que se ha perdido valioso equipo de monitoreo hidroclimático, tal como, medidores de intensidad de lluvia y sensor del flujo continuo del río Teculután. Esto se ha debido a las inundaciones sufridas en la zona, así como a actividades de caza y pesca ilegal.

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4 Metodología general

A continuación se describe muy brevemente la metodología empleada.

4.1 Aspectos ecohidrológicos relevantes de la Sierra de las Minas como contextualización de la cuenca del río Teculután.

Para el análisis de la información de los ecosistemas, como un factor fundamental para contar con capacidad predictiva del la interacción entre el ciclo hidrológico y aspectos biofísicos de la cuenca Teculután, se tomó como referente el estudio realizado por Rosito (2010), el cual reúne los estudios con respaldo científico respecto a la vegetación, utilizándolos como la base fundamental para hacer un análisis de clasificación ecosistemática de la región. El análisis ecológico obedeció también al análisis de reportes científicos, basados en la Flora de Guatemala (Standley & Steyermark, 1964).

Los registros climáticos se obtuvieron de dos fuentes principales: a) bases de datos de monitoreo de información climática, hidrológica y de suelos (Figura 1) de la cuenca Teculután (Rosito, 2010), b) datos emanados por el Instituto Nacional de Sismología, Vulcanología, Meteorología e Hidrología (INSIVUMEH), las cuales fueron integrados analizados para establecer su consistencia. Cabe mencionar que estos registros climáticos son bastante limitados, sin embargo los datos con mayor consistencia duración de muestreo se encuentran en la parte sur de la zona en estudio, aquí se pueden mencionar las estaciones de Morazán, San Lorenzo, Pasabién y Los Albores; además se encuentra la estación de La Fragua, que no obstante de encontrase distante del área de estudio y no es representativa de la misma, es una buena referencia para corroborar información. Finalmente la información climática se sometió a un análisis de datos para obtener la clasificación climática por el método Thornwhite.

4.2 Estudio de los recursos hídricos y recursos naturales asociados de la cuenca Teculután.

Las variables hídricas se determinaron basados en el protocolo de monitoreo hídrico y climático de la cuenca Teculután, (Rosito J. C., 2009), ver en Cuadro 1 un resumen de dicha propuesta. En tal sentido se realizaron balances hídricos de suelos para la cuenca Teculután y estudio de la calidad del agua. Se hizo énfasis en la recopilación y validación de información de uso y demanda de agua. La metodología empleada para la realización de un balance hídrico de suelos publicada por Schosinsky y ampliamente divulgada por INAB y es de amplio uso en el ambiente de hidrología de Guatemala. Para mayor información se encontrará la metodología detallada en la Evaluación hidrológica de las subcuencas pueblo Viejo y Pasabién (Rosito, 2006). Análisis integrado de activos y flujos de los recursos hídricos

Para la contextualización de la cuenca de Teculután se realizó una comparación de los principales indicadores de disponibilidad y uso de los recursos hídricos en cuencas representativas de las diferentes condiciones hidrológicas, biofísicas y socioeconómicas de la Sierra de las Minas. Así mismo se integraron indicadores hidrológicos y del estado de los sistemas de cuencas. Esta información fue fundamental para la definición de los servicios hidrológicos de la cuenca Teculután.

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Para medir las diferentes intensidades de la precipitación, así como la su variabilidad espacial y temporal se utilizaron al menos tres estaciones AWS (Figura 1). Además se obtuvo información correspondiente al colocar medidores de intensidad de lluvia y/o totalizadores de precipitación en los sitios más convenientes de acuerdo al gradiente altitudinal, ecosistemas y representatividad de las diferentes condiciones biofísicas de la cuenca.

Se realizó un mapeo de suelos mediante el muestreo estratificado, estudiándose las propiedades físicas, hidráulicas y humedad del suelo, las cuales fueron útiles para describir el ciclo hidrológico a nivel de la cuenca Teculután. Se hizo énfasis en el estudio del impacto hidrológico de actividades de reforestación y restauración ecológica de la cobertura vegetal que realizará el Proyecto PESH, esto a nivel de la microcuenca Ciénaga. En este sentido se generó información en dos diferentes escalas, a nivel de cuenca y un estudio intensivo de estas variables edáficas a escala de microcuenca la Ciénaga. A escala de la cuenca Teculután se definieron unidades de mapeo de suelos (unidades homogéneas de suelo) y se caracterizarán las propiedades físicas e hidráulicas que se describen a continuación por medio de la elaboración de calicatas y otros métodos específicos.

Para la medición de caudales, a nivel de la cuenca Teculután, se colocó una estación de aforo, cuyo principal instrumento de medición fue una estadia ubicado en la parte baja de la cuenca, cerca del poblado de Teculután, específicamente en la comunidad Las Minas (Figuras 1, 2, 3). Esta información fue útil para la determinación del régimen hídrico de la cuenca, especialmente durante eventos extremos de precipitación, así como para determinar la �“producción hídrica�”, el flujo básico, etc. Es importante mencionar que el Instituto Nacional de Electrificación (INDE) cuenta con datos altura de flujo superficial (y caudal correspondiente) generados en este sitio. Presenta las ventajas de tener información durante más de diez años y está muy cercano (y accesible) a la población principal. En este sentido para el presente ejercicio se obtendrán al menos tres lecturas diarias durante el período de monitoreo y esta información se utilizó de referencia para describir el régimen hidrológico de la cuenca. Además se colocaron vertederos compuestos (triangular rectangular) en la microcuenca de la Ciénaga (Figura 4)

Para la medición de la erosión se realizó un esfuerzo importante para cuantificarla de acuerdo a su naturaleza y su fuente. El muestreo de sedimentos en suspensión consistió en sumergir un recipiente en diferentes puntos de profundidad de la corriente del río (estación Las Minas), ver Figura 1 y 2. Las muestras, con un volumen conocido, se hicieron pasar por un tamiz o filtro, donde el sedimento se filtra, luego la muestra se seca y se pesa. Para corroborar esta información también se utilizaron muestras utilizando conos Imhoff. Esta medida de la concentración de los sedimentos se relacionó con el caudal medido, obteniéndose la descarga de sedimentos en ese punto a la hora del muestreo y realizándose correlaciones matemáticas. Durante algunos eventos de precipitación fue necesario tomar una serie de muestras a medida que aumenta el caudal de tormenta (caudal rápido), lo cual pudo concretarse mediante la instalación de botellas con sifón en un tubo con recolectores colocados a cada 10 cm de altura (Figuras 1 y 4). Durante los periodos de estiaje, las mediciones podrán ser semanalmente, a una hora determinada del día. El principal punto de toma de sedimentos se ubicó en la estación de aforo de Las Minas.

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4.3 Uso y calibración del modelo SWAT.

En tal sentido en primer término se utilizó la información siguiente:

DEM. El modelo digital de elevación para Guatemala está elaborado con curvas a nivel cada veinte metros de altitud a una escala 1:50,000.

Suelos. Para alimentar las variables fundamentales que el modelo requiere: textura de las capas superiores del suelo (deseable horizontes A y B), así como constantes de humedad a capacidad de campo y punto de marchitez permanente, densidad aparente, para esto se utilizó como información básica mapas y bases de datos a escalas de semidetalle existentes para cada una de estas subcuencas.

Vegetación y uso de la tierra. Para la alimentación del modelo SWAT de la cobertura y uso de la tierra se utilizó de base el mapa a escala 1:50,000 de cobertura y uso del suelo del 2003, publicado por el Ministerio de Agricultura y Ganadería en el año 2006.

Información climática e hidrológica. Se obtuvo mediante mapas y bases de datos publicados por el Ministerio de Agricultura. Además se utilizó información climática específica y generada en las subcuencas.

Esta información se obtuvo mediante mapas y bases de datos publicados por el Ministerio de Agricultura. Además se utilizó información climática específica y generada en las subcuencas en esta investigación.

A partir de la información anterior se procedió a calibrar y validar el modelo.

Calibración del modelo hidrológico SWAT y modelación de escenarios. Luego de generar y desarrollar la información anterior se calibró el modelo SWAT para el período 2009-2010 y 2010-2011. Basados en esta información se definió y desarrollo una serie de escenarios hidrológicos. Cabe destacar que las variables cuantitativas evaluadas en la salida del modelo SWAT fueron satisfactorias.

Esta información se obtuvo mediante mapas y bases de datos publicados por el Ministerio de Agricultura. Además se utilizó información climática específica y generada en las subcuencas en esta investigación.

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5 Resultados y discusión

5.1 Síntesis de aspectos ecohidrologicos evidenciados en el año hidrológico mayo 2009 – abril 2010, un año seco, en el río Teculután.

La importancia del estudio de la vegetación radica en que este es el componente del ecosistema más fácilmente reconocible y que se emplea con frecuencia para delimitar unidades o entidades ecológicas homogéneas. Los estudios de la vegetación se centran en la clasificación de los tipos de vegetación y su cartografía, es decir se usa la vegetación para identificar y definir los límites de los sistemas ecológicos y zonas uniformes de una región. Las comunidades vegetales y los grupos ecológicos son el resultado de la acción conjunta e integrada de los factores del ambiente y, en tal sentido, son convenientes para su utilización como indicadores del los diferentes regímenes hidrológicos a lo largo del gradiente altitudinal en la cuenca Teculután. Para el análisis de la información hidrológica de la cuenca Teculután fue importante contar con su estratificación biofísica. En tal sentido se utilizó, principalmente la información ecológica, de tal manera que se pueda tener unidades de mapeo y análisis que sean homogéneas y heterogéneas entre sí. Estos estratos ecosistémicos y altitudinales se definen ordenándolos desde la parte inferior a la superior a saber y se describen a continuación (Figura 5): a) Bosque nuboso desde una altura aproximada de 2400 msnm hasta casi 3,000; b) Bosque de pino y encino entre 700 y 2400 msnm; y, c) Bosque seco, entre 250 y 700 msnm. En esta misma figura se puede apreciar una fotografía descriptiva de estos ecosistemas, los cuales actúan como un indicador de las condiciones climáticas, hidrológicas y edáficas de los sitios.

En la coyuntura actual de la cuenca Teculután la gestión de servicios hidrológicos y la gestión de un pago equitativo debe basarse en el análisis y negociación de los factores biofísicos y sociales que afectan su comportamiento hidrológico, su regulación y tendencias, de una manera integrada. En el presente estudio el componente biofísico evidenció que los factores ecológicos e hidrológicos que ejercen influencia crítica en el sistema de cuenca, actuando de combinadamente.

De acuerdo a la información actualizada a partir de los dos años de monitoreo hidrológico, climático y ecológico destacan los siguientes factores biofísicos: a) variabilidad climática interanual, b) cambio climático como un factor crítico en la intensificación del ciclo hidrológico, c) la dinámica de la cobertura vegetal y uso del suelo (como un factor crítico para la regulación del ciclo hidrológico) y, d) características de la demanda hídrica, como un factor en la definición de la problemática y presión sobre los recursos hídricos). La cuantificación y valoración de los servicios hidrológicos que los ecosistemas de la parte alta, media y baja brindan a los sistemas económicos y sociales, principalmente de la parte baja, están relacionados directamente con la capacidad de estos ecosistemas de regular el ciclo hidrológico. Esto consiste principalmente en la capacidad de los ecosistemas de disminuir el impacto socioeconómico de los caudales máximos y caudales mínimos. Los caudales máximos se derivan de eventos de precipitación extremos y conllevan altas tasas de erosión, inundaciones, daños a infraestructura (especialmente de abastecimiento de agua); entre otros; los caudales mínimos se derivan de sequías climáticas, las cuales se han observado cada vez con mayor frecuencia e impacto social, principalmente porque conllevan desabastecimiento hídrico, especialmente afectando a los sectores como: a) agricultura excedentaria y de exportación (con un uso del 43% del caudal superficial), agricultura de subsistencia y abastecimiento de hogares. Los cuales

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Se logró diferenciar ecosistemas de acuerdo a su papel como proveedor de servicios hidrológicos. De acuerdo a las características biofísicas (precipitación, cobertura vegetal y suelos), para la regulación de los caudales mínimos es especialmente importante el ecosistema de bosque nuboso (parte alta de la cuenca), debido a una mayor cantidad de lluvia (900 mm), mayor número de días de lluvia con menores intensidades máximas (20mm/hora). Para las condiciones hidrológicas de este año hidrológico (2009-2010) se determinó que para la regulación de los caudales máximos es crítico el ecosistema de pino encino (parte media de la cuenca), debido a mayores intensidades máximas de lluvia (50 mm/hora). Contrastantemente se evidenció que este es el sitio principal para de avance de la frontera agrícola y suelo, y es la zona con mayores pendientes (promedio mayor a 50%).

Es previsible para un plazo de 15 años que existan una agudización de los eventos de sequía así como aumento de su frecuencia y duración. De acuerdo a los antecedentes puede esperarse que para un período de tres años uno o dos sean años de sequía y al menos un año de eventos extremos de precipitación, originado por la niña o por efecto rebote del niño o eventos de sequía. De acuerdo a las tendencias de los últimos años es previsible que se observen incrementos de la temperatura promedio mensual de hasta 1 ºC durante los próximos 20 años. Aumento significativo de la demanda de los recursos hídricos retrocesos o disminución del cinturón de bosque nuboso y consecuente avance de ecosistema de pino encino. Por lo tanto es previsible la intensificación y expansión del área de la cuenca donde ocurren eventos de precipitación con altas intensidades y disminución significativa del cinturón de bosque nuboso que regula el caudal mínimo en estación seca.

De acuerdo a las modelaciones preliminares, es previsible en un plazo de 10 a 15 años llegar a caudales muy cercanos a cero, precisamente en la estación seca cuando mayor demanda existe de estos recursos. Lo cual puede considerarse alarmante. Los sectores más afectados son, el sector agrícola (43% de consumo de agua superficial anual e importante demandante de mano de obra local) y sector de hogares (más de 20,000 beneficiarios). Es importante recalcar que la demanda de agua está aumentando y los caudales del manto freático están disminuyendo, en tal sentido la capacidad actual de ser el paliativo ante las crisis de abastecimiento de agua se verá considerablemente degradado. Aunque este es un tema que requiere ser profundizado.

5.2 Año hidrológico mayo 2010 - abril 2011, un año húmedo, y su relación con el año hidrológico anterior y datos históricos.

El año hidrológico mayo 2010 �– abril 2011 puede ser considerado como un año muy húmedo y de acuerdo a lo previsto en la primera fase de esta investigación puede considerarse como un efecto rebote de un año hidrológico muy seco (año anterior). Esto se evidencia, por ejemplo, considerando como representativa de la cuenca Teculután, la estación ubicada en el bosque de pino encino (San Lorenzo) y al analizar la precipitación promedio histórica de esta estación climática, la cual es de 1486 mm (Figuras 6 y 7, y

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ños dio ño

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20

Todo lo anterior tiene directas y severas implicaciones en la erosión de la cuenca Teculután, ya que en el año hidrológico 2009-2010 no se observó ningún evento de erosión significativa, sin embargo para el año hidrológico 2010-2011 se observó probablemente la mayor erosión de los últimos 20 años (Figura 9). Esto es considerando que la precipitación tiene una relación directamente proporcional con el caudal observado, es decir que a mayor caudal, mayor será la erosión observada. También es destacable la relación que se observó entre la erosión y los datos de intensidad máxima diaria de los diferentes años hidrológicos evaluados. Como se puede apreciar en el Cuadro 1, la intensidad máxima diaria para el año seco evaluado es, para la estaciones de bosque de pino encino y bosque nuboso la mitad de la intensidad máxima medida en el año húmedo.

Es necesario considerar la variabilidad interanual para incorporar la erosión, especialmente vinculada a años húmedos, y la escasez hídrica, vinculada a años secos, en los procesos, justificación y gestión de sistemas de pago por servicios ambientales, con énfasis en los hidrológicos.

Otro aspecto destacable es que en el período de retorno de los denominados años húmedos. Ante la escasez de información de largo plazo para la cuenca Teculután, se ha empleado el criterio de expertos de considerar como un año húmedo aquel que sobrepasa la media de precipitación anual y además sobrepase el caudal medio mensual en uno o más meses de 15 m3/s de caudal promedio. En tal sentido se tiene que para un total de 15 años estos indicadores se han alcanzado en cinco años hidrológicos, 1995-1996, 1996-1997, 1999-2000, 2004-2005 y 2010-2011. Es decir una vez cada tres años se han observado años húmedos con altas probabilidades de contar con eventos de erosión elevada, lo cual se confirma con el análisis del último año hidrológico (Figura 10). Por lo tanto es necesario analizar con más detalle la precipitación, el comportamiento del caudal y su relación con la erosión en la cuenca. Cabe recalcar que en los años hidrológicos evaluados son el más seco desde hace alrededor de 20 años y el más húmedo de los años evaluados. Teniendo períodos de retorno ambos extremos, muy seco y húmedo, comparados con datos históricos de 1 alrededor cada 3 años. Esperando, entonces 1 año como promedio.

5.3 Descripción detallada de los principales indicadores hidroclimáticos de los años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011 y su relación con la erosión.

De acuerdo a los acápites anteriores es fundamental analizar con cierto detalle la precipitación de los años hidrológicos evaluados. A continuación se hace una descripción y análisis de las principales variables hidroclimáticas haciendo énfasis en aquellas relacionadas con la escorrentía superficial y erosión, así como el impacto del proyecto PESH.

5.3.1 Precipitación.

Como se puede apreciar en la Figura 11 y Cuadro 1, las lluvias de los años hidrológicos evaluados son contrastantes y representan años muy secos y años muy húmedos. Entre las principales características que muestran las estaciones climáticas está las altas intensidades que muestran al inicio de las lluvias, para el caso de 2009 a finales del mes de mayo y para el caso del año 2010 desde el mes de abril, las cuales se intensificaron durante mayo y junio. Las máximas intensidades de lluvia fueron alcanzadas en la estación San Lorenzo, tal como máximas intensidades máximas intensidades horarias

21

72.2 mm, diarias cerca de 150 mm, máximas lluvia acumulada en dos días, mensual (más de 750 mm, en el mes de junio) y a lo largo de la estación lluviosa mayo octubre, también presenta el mayor volumen de precipitación, registrándose 2500 mm en cinco meses de lluvia. Este dato es similar al de bosque nuboso, sin embargo en este ecosistema con intensidades, horarias, diarias y de duración de la estación de lluvias (más de 10 meses).

En este sentido se hace evidente el papel crítico del ecosistema de bosque pino encino en la regulación de los eventos que mayor erosividad presentan en la cuenca. Por lo tanto es el ecosistema que se estudiará con mayor exhaustividad en cuanto a su respuesta en caudales y la correspondiente erosión, aunque con mayor énfasis en el año húmedo, aunque presente un patrón relativo similar (intensidades de lluvia) en el año seco, obviamente con menores precipitaciones totales. Cabe destacar que las mayores intensidades horarias y diarias de precipitación coinciden con el inicio de la estación lluviosa (mayo y junio), justo cuando se presenta el fenómeno denominado lluvias convectivas.

5.3.2 Caudal

Como se muestra en la Figura 12 se logró evidenciar las grandes diferencias entre el año hidrológico seco (2009-20010) y el año húmedo (2010-2011), lo cual es consecuencia obvia y directa de las precipitaciones. Haciendo énfasis en el análisis del año húmedo, constatamos que el tiempo de respuesta hídrica del río es muy alto, es decir, un día después de la acumulación de lluvias mayores a 100 mm el caudal del río se eleva de 2 m3/s a valores cercanos a 10 m3/s. Este es un indicador de los valores de concentración hídrica que presenta el río Teculután. El período de recesión hídrica del río es bastante alto, tal como se evidencia que alrededor de 30 días después de las últimas precipitaciones en la parte baja y media, el caudal del río descendió de más de 20 m3/s a menos de 5 m3/s. Además se evidencia una fuerte correlación entre la parte media de la cuenca y su respuesta hídrica, especialmente al inicio de la estación lluviosa, mayo y junio y al final de las lluvias, para este caso, a finales de septiembre.

Las pequeñas crecidas de la estación seca, obedecen directamente a eventos de precipitación en la parte alta, sitio en el que se evidenció más de diez meses de lluvias. Sin embargo estas crecidas no sobrepasan los 10 m3/s de caudal promedio diario. Esta relación evidencia la dependencia de los caudales de estiaje con el bosque nuboso.

Respecto a la el caudal anual (Figura 13) se mantienen las relaciones entre año seco y año húmedo. Para el año 2009-2010 se observa una escorrentía anual 76 millones de m3/año (4,100 m3/ha/año, o 410 mm) y para el año 2010-2011 es de 250 millones de m3/año (13,456 m3/ha/año, o 1,348 mm). Cabe destacar que estos valores son más bajos que los modelados por WWF/Care al inicio del PESH, es decir 16,639 m3/ha/año.

Ya que por definición la erosión tiene una relación directamente proporcional con la escorrentía superficial, es decir, en este caso el caudal del río se debe analizar con mayor profundidad la época influenciada por la estación de lluvias. Para el caso del año húmedo 2010-2011 se manifiesta de mayo a octubre. En el siguiente acápite se establecerá dicha relación.

Figura2009-2

a 9. Apreciac2010 (arriba)

ción de la diy 2010-2011

iferencia de (abajo).

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22

ños

23

Figura 10. Caudal medio mensual histórico de la cuenca Teculután.

0

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95Septiembre

Enero

may

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Enero

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10Septiembre

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24

Figura 11. Precipitación acumulada estaciones El Timbo (Bosque nuboso), San Lorenzo (Bosque pino-encino) y El Melón (Bosque seco/Teculután). Análisis comparativo años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011.

0

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El Melon 2010 2011

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El Timbo 2010 2011

25

Figura 12. Precipitación acumulada estaciones El Timbo (Bosque nuboso), San Lorenzo (Bosque pino-encino) y El Melón (Bosque seco/Teculután) y su relación con los caudales promedio diarios. Análisis comparativo años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011.

0

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23sep

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El Timbo 2010 2011

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26

Figura 13. Análisis comparativos de caudales acumulados y caudales diarios en los años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011.

0

1,000,000

2,000,000

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CuadalesAcumulados(m3/dia) 20102011

Caudales (m3/dia)2009 2010

Caudales (m3/dia)2010 2011

27

5.3.3 Sedimentación y erosión hídrica laminar.

En la Figura 14 se evidencia el muestreo sistemático y exhaustivo que se realizó de la concentración de sedimentos, el cual se llevó a cabo durante la estación lluviosa, es decir, durante el período con caudales altos en la cuenca Teculután. Es destacable que la mayor relación entre erosión y caudales se presenta en el período desde el 8 de agosto a finales de septiembre. Ello obedece a que durante las primeras lluvias de la estación lluviosa en mayo, específicamente el 29 de mayo, debido a las altas precipitaciones y consecuentes altos caudales se formó un sitio de concentración y captura de sedimentos, el cual fue denominado localmente como �“la presita de Piedra de zapato�”. Este punto de concentración de sedimentos aguas arriba del punto de aforo de Las Minas, duró hasta que otros eventos de precipitación intensa hiciera ceder el obstáculo de piedras y sedimentos liberándose el 4 de agosto. Tal como se aprecia en la misma figura este aumento de precipitaciones y caudal explica los valores relativamente altos de concentración de sedimentos muestreados en esa fecha. Por tal motivo se definió que para el establecimiento de la relación matemática entre el caudal y concentración de sedimentos se seleccionaran los eventos de aumento de caudal y muestreo de concentración de sedimentos existentes entre el 4 de agosto y 30 de septiembre.

En la Figura 15 se muestra la regresión matemática realizada para definir la sedimentación proveniente de la erosión hídrica laminar en la cuenca Teculután. La función matemática resultante es: y = 0.000049x2 + 0.001861x - 0.015500. Es destacable que muestra una correlación de 0.94, lo cual se considera altamente satisfactorio para explicar y cuantificar la sedimentación en la cuenca. Otro aspecto relevante es que solamente a partir de 12 m3/s se evidencia una sedimentación significativa. Esto explica la poca significancia de la sedimentación muestreada en el año hidrológico seco, ya que los caudales en un 99% del tiempo no sobrepasaron este nivel de caudal (Figura 12). Con esto se confirma la poca significancia de la sedimentación para un año hidrológico catalogado como muy seco.

Utilizando esta función matemática se definió la sedimentación de acuerdo al conocimiento de los caudales del río Teculután (Figura 15). Se determinó que el total de sedimentación de la estación lluviosa, el cual es de 29.64 millones de kg de sedimentos de suelo para un caudal acumulado de 193.5 millones de m3.

Cabe destacar que, de acuerdo al modelo realizado, la mayor parte de la sedimentación ocurre en muy pocos eventos (Figura 16). Para el evento de precipitación extrema denominado Ágata (29 de mayo 2010, inicio de la estación lluviosa) se presentó el 65% de la erosión es decir 19.5 millones de kg suelo, esto para un período de menos de 3 días. El otro período de alta erosión se presentó justo al final de la �“estación lluviosa�”, es decir el del 25 al 29 de septiembre con 3.34 millones de kg, lo cual significa el 11% de la sedimentación total de la estación lluviosa. Es decir el 75% de la erosión sucede en el 3.8% del tiempo (7 días) durante la estación lluviosa y alrededor del 2% del año hidrológico (365 días).

28

Figura 14. Puntos de muestreo de concentración de sedimentos y caudales promedio diarios en la estación de aforo “Las Minas” de la Cuenca Teculután.

0

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28/5/10

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30/6/10

3/7/10

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15/7/10

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28/9/10

CAUDAL(kg/m3)

FECHA

CAUDAL (m3/seg)

SEDIMENTOS ENFUNCION DE LAALTURA (kg/m3)

SOLIDOSSEDIMENTADOSMEDIDOS (kg/m3)

29

Figura 15. Modelación de la concentración de sedimentos en función del caudal en la cuenca Teculután.

y = 0.000049x2 + 0.001861x 0.015500R² = 0.937323

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

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0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0

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osSedimen

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Caudal (m3/seg)

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Polinómica (Solidos Medidos (kg/m3))

30

Figura 16. Precipitación, caudales y erosión modelada horarios acumulados para la estación lluviosa del año hidrológico 2010-2011.

0

50

100

150

200

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0

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29/6/10

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5/9/10

9/9/10

13/9/10

17/9/10

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25/9/10

29/9/10

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/10

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11/10/10

15/10/10

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23/10/10

27/10/10

31/10/10

Precipitaciónho

raria(m

m)

Fecha

Estación El Timboacumulado (mm)Estación San Lorenzoacumulado (mm)Estación El Melonacumulado (mm)Caudal acumulado(millones m3/hora)Erosion acumulada(millones de kg/hora)

31

5.3.4 Impacto de acciones del proyecto PESH en la regulación del ciclo hidrológico de cuenca Teculután, con énfasis en escorrentía y erosión.

La evaluación del impacto de las acciones del proyecto PESH en la regulación del ciclo hidrológico del río Teculután se basó en mediciones de campo hechas con base en el protocolo de monitoreo hidrológico, las cuales, a su vez, sirvieron para la modelación hidrológica, a través del uso de SWAT. Este modelo hidrológico bajo el procedimiento de auto calibración automática de interfaces, a partir de las bases de datos de clima, caudal y erosión recopilados en campo (ver archivos anexos), así como el mapa de cobertura del suelo y de suelos generado especialmente para este fin (Figura 17). Posterior a la calibración se realizaron nuevas corridas del modelo con cambios en el mapa de cobertura de tal manera que se considerara deforestada y degradada el área de usufructo municipal (Figura 18), la cual es administrada por ADICOMTEC y bajo conservación y condiciones de regular adecuadamente eventos de precipitación. Lo anterior se realizó de tal manera que se pudiera evaluar el efecto que las actividades de conservación, restauración y protección del proyecto PESH.

De acuerdo a las características biofísicas de la cuenca Teculután (por ser una cuenca cerrada y principalmente impermeable) y la evaluación hidrológica por medio de modelación con SWAT, se definió que la escorrentía total anual no cambiaría significativamente al contar con el área de usufructo bajo condiciones de protección o no. Lo que si cambiaría significativamente, para el caso de un año húmedo como el de 2010-2011, es la escorrentía instantánea, es decir, aquella escorrentía que se da en eventos de altas precipitaciones y saturación de suelos, la cual está directamente asociada a eventos de erosión y crecidas. Esta cambiaría de 85 mm (15.7 millones de m3/año) a 154 mm (28.3 millones de m3/año). Esto significa que de un 6% de caudales de crecidas cambiaría a un 11% del caudal total anual. Esto implicaría disminución grave de la calidad del agua, disminución de la capacidad de almacenamiento de los suelos y daño potencial a la infraestructura de captación, almacenamiento y distribución de agua.

En cuanto a erosión, a escala de la cuenca Teculután, se estimó que el área de usufructo municipal, con una superficie cercana al 10% de la cuenca (aproximadamente 2200 Ha); sería la responsable de aumentar la sedimentación en 2.8 veces (ver salidas SWAT en Anexos. Estas proporciones indican que los niveles de sedimentación se incrementarían de aproximadamente 1.6 TM/Ha/año a 4.5 TM/ha/año, lo cual es equivalente en términos de erosión hídrica laminar de 16 TM/Ha/año a 44.8 TM/Ha/año y de 296,472 TM/año de suelo a 830,121 TM/año de suelo. En tal sentido se pude afirmar que el área de protección, restauración y reforestación es responsable de retener cerca de 518,000 TM, 235 TM/ha/año y 52,000 TM de sedimentos en el punto de aforo (ver Cuadro 2).

Cuadro 2. Resultados de erosión hídrica laminar y sedimentación en el punto de aforo para el año hidrológico 2010-2011 y salidas de modelación SWAT

Área de control

Superficie Sedimentación Año hidrológico 2010-2011

Erosión hídrica laminar (año hidrológico 2010-

2011)

Erosión hídrica laminar modelada con área de usufructo municipal

degradada

Sedimentación modelada para punto de aforo

Nombre Ha kg/año TM/año TM/ha/año TM/año TM/ha/año TM/año TM/ha/año TM/Año Cuenca

Teculután 18,542.0

29,647,204.4

29,647.2

1.6

296,472.0

16.0

830,121.7

44.8

83,012.2 Área de

usufructo 2,200.0

1,540,000.0

1,540.0

0.7

15,400.0

7.0

518,249.7

235.6

51,825.0

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Figura 17. Mapa de ubicación de puntos de muestreo de suelos y reclasificación de suelos de la cuenca Teculután.

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Figura 18. Mapa de ubicación de área de usufructo municipal de Teculután.

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En tal sentido se puede destacar que el área de usufructo municipal puede considerarse como estratégica a nivel de la cuenca Teculután, para disminuir el efecto de eventos extremos de precipitación y consecuentes crecidas y erosión así como para frenar el avance de la frontera agrícola. Esto se explica por su ubicación, la cual abarca principalmente la parte media de la cuenca, es decir el ecosistema de bosque de pino-encino y algunos sitios de transición hacia bosque nuboso.

Es importante recalcar que el ecosistema de pino encino muestra que es crítico para la regulación hidrológica y la erosión, por la altas intensidades de precipitación durante la estación lluviosa mayores a 70 mm/h, 140 mm/día y 500 mm/mes. Asimismo se observaron precipitaciones de 2500 mm en alrededor de 180 días, es decir la duración de la estación lluviosa en este ecosistema. Estas características hidrológicas aunadas a las altas pendientes, promedio mayor a 50%, poca profundidad de suelos, alrededor de 30 cm; texturas francas o arenosas, capa impermeable del suelo a poca profundidad; le confieren a este ecosistema en su conjunto una relación directa entre la ocurrencia de precipitaciones con crecidas y eventos de erosión más severos. Todo lo anterior se evidencia al analizar la respuesta hidrológica del área de usufructo municipal a su deforestación o degradación de la cobertura natural que pasaría de su sedimentación estimada actual, de cerca de 1 TM/Ha/año a 23 TM/Ha/año.

Por otro lado es destacable que este ecosistema es muy vulnerable a incendios forestales debido por un lado a sus condiciones biofísicas imperantes, especialmente, régimen de lluvias (seis meses sin lluvia), alta inflamabilidad de la materia orgánica, pendiente, velocidades de los vientos en estación seca. Por otro lado también es vulnerable, entre otros, al avance de la frontera agrícola y actividades de tumba y quema para la preparación de tierras para su cultivo y ganadería. En tal sentido es un ecosistema que debe ser protegido.

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6 Consideraciones finales

Los métodos de medición exhaustiva propuestos en el protocolo de medición hidrológica y climática para la cuenca Teculután son adecuados y necesarios para conocer la erosión hídrica y sedimentación en la cuenca. Asimismo, son fundamentales para contar con capacidad predictiva del impacto del cambio de uso del suelo, acciones del proyecto PESH y escenarios de regímenes climáticos futuros en la erosión hídrica, sedimentación y distribución del régimen hídrico a nivel de cuenca.

Entre los principales resultados y hallazgos de la investigación hidrológica de la cuenca Teculután se encuentra la definición y cuantificación de servicios hidrológicos haciendo énfasis en la medición directa de la erosión y escorrentía, así como su vinculación directa con: a) las características específicas del ciclo hidrológico, principalmente precipitación y, b) a las características de la cobertura vegetal y suelos en las diferentes regiones ecológicas de ubicadas en gradiente altitudinal en la cuenca. Es importante recalcar que las regiones ecológicas definidas, las cuales son: a) bosque seco o parte baja de cuenca (200-800 msnm), b) bosque de pino encino o parte media de cuenca (800-2100 msnm) y, c) bosque nuboso (2100 �– 3000 msnm); son una forma adecuada para abordar el estudio hidro-climático en una cuenca (ver cuadro 3).

Cuadro 3. Descripción de los servicios de regulación hidrológica definidos para la cuenca Teculután.

Servicio de regulación hidrológica

Descripción Área crítica de regulación

Tiempos críticos

Demandante crítico jerarquizado

Período de retorno más probable

Estabilización de caudales mínimos

Caudales diarios menores a 0.5 m3/s y caudal promedio mensual inferior a 1.25 m3/s.

Parte altea de la cuenca, especialmente Bosque nuboso (2000 a 2800 msnm)

Durante los meses de febrero, marzo, abril y mayo posterior a una estación lluviosa (mayo - noviembre) seca o muy seca.

- Sector de consumo domiciliar.

- Sector de Agricultura de subsistencia de secano.

- Sector agropecuario, especialmente producción agrícola de exportación.

Año seco, el cual se define como aquel año hidrológico con un déficit hídrico mayor al 30% y tiene un período de retorno 3. Estas estimaciones están realizadas bajo criterios empíricos.

Estabilización de caudales máximos instantáneos

Caudales instantáneos superiores a 20 m3/s, ya que estos son causantes de erosión hídrica laminar significativa (> 0.05 kg/m3). Caudales instantáneos mayores a 100 m3/s, los cuales causantes potenciales de daños a infraestructura de abastecimiento hídrico y productiva.

Parte media de la cuenca, Bosque de pino encino, (800-2000 msnm).

Durante los meses de mayo, junio, julio, septiembre u octubre.

- Sector de consumo domiciliar proveído por la municipalidad.

- Sector agropecuario, especialmente producción agrícola de exportación.

- Sector de agricultura de secano por la pérdida de capacidad productiva del suelo sobre todo en laderas.

Entre 2 y 3 años. Los eventos extremos de precipitación se dan con mayor probabilidad en años húmedos, así como por efecto de rebote posterior a un año hidrológico seco. Estas estimaciones están realizadas bajo criterios empíricos.

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Cabe destacar que los años de muestreo hidrológico, climático, edáfico y ecológico 2009-2010 y 2010-2011 fueron extremos desde el punto de vista hidroclimático. En tal sentido se evidenció que en el ecosistema de bosque seco cuenta con una precipitación histórica promedio anual de cerca de 700 mm, durante el año hidrológico mayo 2009 a abril de 2010, llovió 500 mm (una de las precipitaciones más bajas en los últimos 50 años), lo cual acaeció, bajo influencia del fenómeno del Niño fase cálida. Para el año hidrológico 2010-2011 se evidenció una precipitación pluvial de un poco más de 1,500 mm (una de las más altas en las últimas décadas) durante El Niño fase fría, es decir La niña. Estas mismas proporciones se documentaron para la parte media o bosque de pino encino. Sin embargo para el bosque nuboso se presentaron básicamente la misma precipitación que el bosque de pino encino, cerca de 1800 mm para la fase cálida del fenómeno El Niño, y 3000 mm para la fase fría, la diferencia radica en que el bosque nuboso la duración de las lluvias es de más de 10 meses y en el bosque de pino-encino es alrededor de 6 meses. Todo lo anterior explica la alta variabilidad del régimen hídrico y la erosión hídrica y sedimentación resultantes para los años de muestreo. Para el año hidrológico 2009-2010 (año muy seco), se evidenció una erosión poco significativa, para el año hidrológico 2010-2011 (año muy húmedo) se apreció una erosión relativamente alta, la cual ascendió a 296,000 TM de sedimentos en el punto de aforo ubicado en la comunidad Las Minas, lo cual equivales a 16 TM/ha/año.

El año hidrológico (de mayo 2009 abril 2010), se definió como un año muy seco. En tal sentido se documentó la hidrología del río Teculután, evidenciándose los caudales más bajos en estación seca de los últimos 25 años. Estos caudales mínimos demarcaron un severo déficit al considerarse que el caudal promedio mensual para uso consuntivo (agricultura y hogares) es de 2m3/s y el promedio mensual para el mes de abril (uno de los meses de mayor demanda) el caudal del río Teculután (estación las Minas) fue de alrededor de 1 m3/s, llegando en algunos días a menos 0.4 m3/s, las lecturas más bajas que se han registrado. Es importante recalcar que en el período de análisis no se observaron eventos significativos de erosión.

Se determinó que durante el año hidrológico 2010-2011, un año muy húmedo, que la sedimentación en el punto de aforo responde al modelo cuadrático y = 0.000049x2 + 0.001861x - 0.015500, en donde x es igual al caudal. Esta función cuenta con una correlación muy alta (r2 = 0.93). Además se determinó que los eventos de erosión significativa se presentan a partir de caudales de 20m3/s. Cabe destacar que la erosión en el año hidrológico 2009-2010 no tuvo presencia de caudales promedio diarios superiores a este nivel, por lo tanto se logró explicar la ausencia de eventos de erosión significativa ese año.

Para definir las áreas críticas en el aporte de sedimentos se compararon las máximas intensidades diarias de precipitación por años hidrológicos, las cuales se describen a continuación: Bosque Nuboso: 46 mm (agosto 2009) y 108 mm (julio 2010); Bosque Pino-Encino: 72.60 mm (abril 2010) y 148.20 mm (junio 2010); Bosque seco: 59 mm (julio 2009) y 84.40 mm (septiembre 2010). En tal sentido el bosque de pino encino se define como el ecosistema de la cuenca (parte media) en donde ocurre el incremento significativo de los caudales y consecuentemente en altos niveles de erosión hídrica laminar y sedimentación. Además, cabe destacar que el bosque de pino encino presenta un índice de área foliar de 1 mientras el bosque nuboso es de alrededor de 4. Este ecosistema presenta las pendientes promedio más altas en la cuenca (arriba del 50%). En el año hidrológico 2010-2011 se presentó la precipitación similar al bosque nuboso (más de 2800 mm), sin embargo esta precipitación ocurrió en cinco meses de lluvia y en el

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bosque nuboso durante 10 meses. Por lo tanto se puede definir claramente que la parte media de la cuenca es la que se considera como crítica para su manejo con fines de disminuir las crecidas y la erosión y transporte de sedimentos en la cuenca. Además es posible diferenciar otro ecosistema, el bosque nuboso o parte alta de la cuenca, como regulador de recursos hídricos durante la estación seca. Esto se define a partir que se evidenció una mayor cantidad de lluvia (900 mm), mayor número de días de lluvia (durante más de diez meses) y menores intensidades máximas (20mm/hora).

A partir de lo anterior se deduce que el entendimiento de la distribución temporal y espacial de los recursos hidrológicos en la cuenca, tanto intra-anual como inter-anual, es fundamental para el establecimiento de un mecanismo de pago como el que el proyecto PESH desarrolla en Teculután. A partir de esto es posible definir y cuantificar los servicios hidrológicos, la oferta, demanda y flujos cíclicos de los recursos hídricos. Es importante considerar la variabilidad de hidroclimática para saber que el servicio hidrológico varía a escalas temporales y espaciales, así como los vínculos entre proveedores y demandantes.

Paralelamente, es previsible para un plazo de 15 años que existan una agudización de la variabilidad hidroclimática con el aumento en frecuencia y duración así como su alternancia de eventos de sequía y crecidas. Se espera para cada diez años alrededor de tres años de sequía y al menos tres años con presencia de eventos extremos de precipitación. De acuerdo a las tendencias de los últimos años también es previsible que se observen el avance de la frontera agrícola afectando definitivamente a la vulnerabilidad a eventos extremos de precipitación sobre todo en la parte media de la cuenca. Aunado lo anterior el significativo incremento de la demanda de los recursos hídricos, retrocesos o disminución del cinturón de bosque nuboso y consecuente avance de ecosistema de pino encino, por lo tanto es previsible la intensificación y expansión del área de la cuenca donde ocurren eventos de precipitación con altas intensidades y la disminución de la capacidad reguladora del caudal mínimo en estación seca.

De acuerdo a modelaciones hidrológicas, es evidente que en un plazo de 10 a 15 años se podrán observar caudales muy cercanos a cero, precisamente en la estación seca (febrero, marzo, abril y parcialmente mayo) cuando mayor demanda existe de estos recursos. Lo cual puede considerarse alarmante para los ecosistemas y los sistemas productivos. Los sectores más afectados podrán ser, el sector agrícola (43% de consumo de agua superficial anual e importante demandante de mano de obra local) y sector de hogares (más de 20,000 beneficiarios). Es importante recalcar que la demanda de agua está aumentando y es evidente que los caudales del manto freático están disminuyendo, en tal sentido la capacidad actual de que este último de ser el paliativo ante las crisis de abastecimiento de agua superficial también se verá considerablemente degradado. Este es un tema, aunque obvio, requiere profundizar la generación de información específica.

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El papel crítico del área de usufructo municipal (administrada por ADICOMTEC), la cual es objeto de conservación y restauración parte del proyecto PESH; se determinó a partir de la evaluación de su rol en la disminución del aporte de erosión hídrica y la regulación hidrológica en general. Es importante considerar que el área de usufructo municipal es de 11% de la superficie de la cuenca. Asimismo se ubica, en más del 90% de su extensión, en el ecosistema de pino-encino (parte media de la cuenca), entre 700 y 1800 msnm. Con base en las mediciones de campo se modeló en SWAT el comportamiento de esta área, y se estimó que es la responsable de aumentar la erosión hídrica y sedimentación en un 280% a nivel de la cuenca Teculután en un año hidrológico como el de 2010-2011, esto implica que de un erosión natural (aceptable) de 7 TM/Ha/año pasaría a una erosión clasificada como muy severa de 236 TM/Ha/año, es decir que actualmente es responsable de la retención de 518,000 TM. Estas proporciones indican que los niveles de erosión se incrementarían de aproximadamente 1 TM/Ha/año a 3 Tm/ha/año en cuanto a sedimentación en el punto de aforo, de 10 TM/Ha/año a 30 TM/Ha/año de erosión hídrica laminar de suelos y de 37,084 TM/año de suelo a 109,027 TM/año de suelo. En tal sentido se pude afirmar que el área de protección, restauración y reforestación es responsable de retener cerca de 70,000 TM/ha/año en un período finito de años. En este punto hay que destacar que la mencionada área de usufructo municipal es estratégica a nivel de la cuenca Teculután, para disminuir el efecto de eventos extremos de precipitación y consecuentes crecidas y erosión así como para frenar el avance de la frontera agrícola.

Por otro lado la escorrentía superficial instantánea, es decir, aquella escorrentía que se da en eventos de altas precipitaciones aumentaría de 85 mm (15.7 millones de m3/año) a 154 mm (28.3 millones de m3/año). Esto significa que de un 6% de caudales de crecidas cambiaría a un 11% del caudal total anual. Esto implicaría disminución grave de la calidad del agua, disminución de la capacidad de almacenamiento de los suelos y daño potencial a la infraestructura de captación, almacenamiento y distribución de agua.

Bajo el marco de la propuesta del PESH en la cuenca Teculután, y de acuerdo al análisis de toda información presentada anteriormente, es posible proponer algunas directrices para fundamentar, implementar y evaluar un pago por servicios hidrológicos en la región oriental de Guatemala. Es importante definir el vínculo entre la oferta y demanda de recursos hídricos considerando los siguientes aspectos: a) la capacidad predictiva de los recursos hídricos presenta mucha incertidumbre, es decir estos recursos son muy dinámicos a escalas temporales y espaciales, de tal manera que las necesidades (y consecuentemente la disponibilidad de pago) de los demandantes se modifican de acuerdo a la estación (seca o lluviosa), si el año es seco o húmedo, disponibilidad hídrica de los suelos, necesidad agropecuarias, entre otros; b) para el caso de la escorrentía superficial los eventos de caudales extremos, para el caso de Teculután, en un año húmedo los caudales diarios catalogados como altos, mayores a 20 m3/s, se dan en el 4.66% del total de días y los caudales instantáneos mayores a 100 m3/s (capaces de dañar la infraestructura de comunicación o de abastecimiento hídrico) ocurren únicamente en alrededor de 3 días, c) para el caso específico de la erosión, ésta es poco significativa en años secos y, en un año húmedo, más del 95% se da en el 4.5% del tiempo; d) el sitio geográfico o ecosistema de regulación de las altas precipitaciones relacionadas con las crecidas es diferente al sitio donde se regulan los caudales bajos propios de la estación seca; d) los demandantes y otros actores legítimos relacionados con la planificación, administración y uso de los recursos hídricos pertenecen a múltiples sectores, por lo tanto un mecanismo de pago debería también buscar la armonización de las interacciones entre los subsistemas institucional, económico, social y ambiental. Además es importante considerar que el agua es uno de los recursos naturales que más conflictos de uso

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genera, asimismo los recursos hídricos superficiales actúan como un indicador del estado de conservación o de salud del ecosistema en general.

Para restar incertidumbre a la capacidad predictiva sobre la disponibilidad de recursos hídricos es importante considerar y monitorear el cambio climático. El primer paso es definirlo. Existe una amplia y sólida base científica para afirmar que la teleconexión atmosférica e interrelación de los factores controladores del clima, hacen del norte de Mesoamérica una de las regiones que mayores cambios enfrentará a nivel global. Entre las principales consecuencias para el presente siglo están el aumento de temperatura entre 3 y 7.5 C, alta variabilidad climática y modificación del ciclo hidrológico. Esto se explica, especialmente, por la migración recurrente, hacia el sur, de la zona de convergencia intertropical (ITCZ) durante el verano en el hemisferio norte, y los consecuentes efectos de �“rebote�”. Asimismo se prevé el aumento de frecuencia e intensidad de eventos ENSO, especialmente fases cálidas (El Niño), y de la NAO. Los impactos del cambio climático ya se han empezado a evidenciar, y tendrán consecuencias drásticas en el corto y mediano plazo (2020, 2050 y 2080) en los ecosistemas y biodiversidad de Guatemala. Los principales efectos negativos del clima en los ecosistemas estarán relacionados con el aumento de la temperatura, lo cual implica mayores demandas de agua de la vegetación (por evapotranspiración), y una drástica disminución de la disponibilidad hídrica, debido a sequías y patrones irregulares de precipitación. Es altamente probable que dichos cambios en las condiciones bioclimáticas, sean más rápidos que la capacidad de los ecosistemas de adaptarse. Las regiones con niveles críticos de cambio en Guatemala, en el corto y mediano plazo (2020 y 2050) serán los cinturones este-oeste en el centro de Petén (Arco de la Libertad), franja transversal del norte y valles de las cuencas Motagua y Cuilco y Selegua, así como los sistemas montañosos.

Respecto a los objetivos de armonizar el sistema socioeconómico, ambiental e institucional que el PESH debe lograr para su sostenibilidad, idealmente, debe contemplar el fomento de los siguientes fines: a) que el subsistema institucional, obviamente a nivel local (municipal), internalice las responsabilidades legales emanadas por el sistema legal guatemalteco y con énfasis en aquellas relacionadas con el ordenamiento territorial, generación de instrumentos técnicos, financieros y políticos del manejo sostenible de los recursos naturales renovables, suelo, agua y cobertura vegetal. El subsistema económico al mismo tiempo que pretenda asegurar su abastecimiento hídrico en los tiempos críticos, debe dejar claro su papel y mecanismos para mejorar las interacciones, flujos y retroalimentación entre el subsistema productivo económico y el desarrollo social, institucional y ambiental de su área de influencia. Es decir los productores agrícolas y otros grandes usuarios del agua deben definir su aporte desde el punto de vista financiero, laboral y cualitativo a la sociedad, instituciones y ambiente. Los actores institucionales es crítico que enfoquen sus esfuerzos en la elaboración de políticas públicas, normas de uso del agua y ordenamiento territorial. Además es crítico fomentar la formación de capacidades de actores locales así como la generación de instrumentos financieros, por ejemplo generados a partir del pago del impuesto único sobre inmuebles (IUSI) para fortalecer el PESH en incentivar el ordenamiento territorial, fomento a la productividad, uso eficiente de recursos naturales renovables especialmente los recursos hídricos, manejo de desechos y otras actividades de de prevención y adaptación local al cambio climático abrupto.

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7 Conclusiones y recomendaciones

La integración y análisis de información biofísica detallada asociada a recursos hídricos generada a partir de un protocolo de monitoreo de información hidrológico y climático fue fundamental para respaldar y evaluar impacto del proyecto compensación equitativa por servicios hidrológicos (PESH), en la cuenca Teculután, Zacapa. Entre los principales aspectos que aportó el monitoreo ecohidrológico de los años hidrológicos 2009-2010 y 2010-2011 se encuentran los siguientes:

Se definió la oferta y demanda de recursos hídricos, así como para la definición de sitios críticos y su función hidrológica. La parte media de la cuenca, el bosque de pino encino es crítica para la regulación de crecidas y caudales máximos durante la estación lluviosa y la parte alto o bosque nuboso es crítica para la regulación del caudal en estación seca. Esto es crítico, sobre todo en años muy secos. Mediante la determinación de características biofísicas, hidrológicas y climáticas detalladas, a través de un muestreo exhaustivo en la cuenca Teculután, y con el apoyo de modelación hidrológica se logró determinar el papel de las acciones del PESH. Entre las acciones específicas que realiza el proyecto PESH se encuentran la conservación, Y restauración de 2,150 ha, de un área denominada usufructo municipal y administrada por ADIMCOMTEC. Con la conservación, regeneración natural y reforestación de esta superficie que equivale aproximadamente a un 10 % del total de la cuenca se logra retener actualmente 518,000 TM/año. Se estimó que actualmente la erosión natural es de 7 TM/Ha/año, la cual, de no ser adecuadamente conservada el área de usufructo municipal podría pasar a una erosión clasificada como muy severa, de 236 TM/Ha/año, es decir 70,000 TM/ha/año. Además se puede destacar que esta área de conservación es estratégica a nivel de la cuenca Teculután en cuanto a escorrentía, ya que disminuye el efecto de eventos extremos de precipitación y consecuentes crecidas y erosión disminuyendo significativamente la escorrentía superficial instantánea, es decir, aquella escorrentía que se da en eventos de altas precipitaciones. Actualmente esta escorrentía superficial instantánea equivale a 85 mm, o sea 15.7 millones de m3/año, y si no se contara con la cobertura actual del área de conservación fomentada por el proyecto PESH presentaría una escorrentía instantánea de 154 mm, es decir 28.3 millones de m3/año. Esto significa que de un 6% de caudales de crecidas cambiaría a un 11% del caudal total anual.

A partir del trabajo anterior y de un inventario y análisis de la demanda de recursos hídricos de la cuenca se determinaron, haciendo énfasis en las directrices técnicas, los siguientes lineamientos de negociación y seguimiento del PESH:

a) además de los evidentes actores institucionales y sociales, es necesario incluir en el funcionamiento del PESH a actores clave, tales como productores agrícolas de exportación (organizados o no), ya que esta actividad demanda cerca del 45% del caudal anual del río Teculután, en un año seco; además son un sector muy interesado en asegurar sus recursos hídricos en estación seca. b) planificar y evaluar la implementación y efectos del PESH mediante la integración con enfoque sistémico de los actores de diversos sectores, institucionales económico, social y ambiental. Asimismo es necesario el trabajo conjunto para la

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generación de planes de acción e elaboración indicadores clave para la evaluación de la sostenibilidad y desarrollo de los sectores en la cuenca. La manera más efectiva de fortalecer este campo es la formación de capacidades técnicos y la consolidación de un comité de manejo de cuenca. Esto debe ser conducido por un plazo no menor a 5 años por actores institucionales y de apoyo técnico. c) El PESH debe incluir adaptabilidad a la multiplicidad de servicios hidrológicos ofrecidos por el ecosistema y pobladores y propietarios de la parte media y alta de la cuenca, así como a la diversidad de demandantes, diferenciados entre usuarios de alta y baja consumo y alta y baja capacidad de pago ubicados generalmente en la parte baja de la cuenca. En tal sentido el servicio hidrológico que destaca y logra vincular oferta y demandantes es el de �“regulación hidrológica�”. Para el caso de Teculután, el fin principal del PESH debería ser disminuir los efectos negativos de los años secos (con escasa precipitación, sobre todo en la estación seca), definidos como aquellos con caudales medios anuales menores a 2m3/s y caudales mínimos en estación seca menores a 0.5 m3/s; y los años húmedos o con eventos de altas precipitaciones y eventos extremos, definiendo este como un caudal medio diario mayor a 20m3/s e intensidades de lluvia diaria mayores a 80 mm en el bosque de pino encino. d) Es necesario continuar con el sistema de monitoreo hidroclimático y de retroalimentación al PESH y actores clave. Este deberá estudiar y analizar la dinámica y la incertidumbre de las interacciones entre demanda y oferta a escala temporal inter e intra anual, de acuerdo a la variabilidad climática, cambio climático abrupto global y al crecimiento de la población y características de demanda hídrica del sector económico. Es deseable contar con un sistema de alerta temprana de años húmedo y años secos y de emergencias hidroclimáticas y de incendios forestales. Por lo tanto es necesaria la participación activa de entidades técnicas, la formación de actores clave y la incorporación de estas variables en el esquema del PESH. e) Además de la implementación de las acciones de protección de bosques desarrolladas por el PESH, otras actividades necesarias para la regulación hidrológica deben enfocarse en: i) mantener o restaurar la cobertura natural de la ribera de los ríos, 100 m alrededor del cauce principal y 50 m en cauces secundarios, sobre todo en el ecosistema de pino encino o parte media de la cuenca. ii) la implementación de infraestructura de regulación hidrológica y sistemas de almacenamiento de agua en la parte baja de la cuenca, con la previa realización de análisis de factibilidad técnica y social. iii) en concordancia con el plan maestro de la Reserva de Biosfera Sierra de las Minas, se deben coordinar esfuerzos para mantener la cobertura del bosque nuboso, la restauración y manejo adecuado de los remanentes degradados de bosque de pino encino y prevención de incendios forestales, prácticas agropecuarias inadecuadas y avances de la frontera agrícola. iv) Es muy importante el desarrollo de una estrategia de educación ambiental formal e informal, es además, una necesidad muy sentida por la población.

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8 Lecciones aprendidas

El método de balance hídrico de suelo propuesto por el servicio forestal de Guatemala para la realización de presupuestos hídricos a nivel de cuenca y priorización de áreas de regulación hidrológica, el cual fue llevado a cabo y validado en la primera fase de investigación, no necesita muchos recursos, es muy efectivo y útil para ser utilizado como referencia.

Para fines de hacer más efectivo el análisis de información hidrológica es muy efectivo e importante contar con mediciones climáticas e hidrológicas de respaldo, ya sea de la cuenca de estudio o de lugares relacionados. En este sentido la información histórica del río Teculután, río Pasabien, Sierra de las Minas fue muy útil para el análisis de información detallada que se trabajó en las fases 1 y 2 de investigación hidrológica y climática. En este sentido, y de continuarse los esfuerzos de generación de información en la cuenca Teculután, será muy útil para ser tomada de referencia en otros sitios con similares condiciones biofísicas.

La variabilidad interanual se ha estado incrementando. Este tema es de sumo interés y el aporte obtenido en esta investigación se considera fundamental para montar estrategias de investigación y adaptación local al cambio climático, así como de temas transversales de seguridad alimentaria, gestión de recursos hídricos, gestión de riesgo ambiental y de desarrollo y sostenibilidad en general. Esto es considerando que esta información es básica y actualmente no se cuenta con la misma.

El monitoreo hidroclimático y el perfeccionamiento y retroalimentación del PESH, debe ser llevado a cabo durante al menos 5 años. De otra manera se obtiene información útil pero fragmentada por la propia naturaleza de los aspectos climáticos, por ejemplo el comportamiento de la precipitación y dinámica del avance de la frontera agrícola.

El análisis sistémico, es decir que considera las interacciones y flujos entre los subsistemas institucional, social, económico y ambiental es muy útil y adecuado para el análisis y presentación de información de la cuenca; así como para el planteamiento del PESH. Asimismo El enfoque de cuentas ambientales a escala de cuenca y con énfasis en los recursos hídricos es oportuno para hacer énfasis entre las relaciones economía, sociedad (sistemas de vida) y ambiente. Además es deseable complementar lo anterior con una planificación de uso del suelo para maximizar el uso y beneficio de los recursos naturales sin agotarlos. Estos enfoques metodológicos novedosos pueden constituirse en un marco de referencia para otros casos a desarrollar en sitios vulnerables a la variabilidad e incertidumbre climática e hidrológica.

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10 Anexos

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