UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA PROYECTO DE INVESTIGACION I. TITULO DEL PROYECTO “BALANCE HIDRICO DE LA MICROCUENCA SAN JOSE CON LA APLICACIÓN DEL
SISTEMA DE INFORMACION GEOGRAFICA ”
II. EJECUTORES 2.1. RESPONSABLE RESPONSABLE
:
Bach. Edgar Reynaldo Mamani Aparicio.
2.2. DIRECTOR
:
Ing. Mg. Sc. Lorenzo Cieza Coronel.
2.3. ASESOR
:
Ing. Julio Cesar Vilca Velásquez.
III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETO DE ESTUDIO ESTUDIO Los recursos hídricos en la actualidad, se perfilan como uno de los factores de conflicto mas importantes en los últimos siglos para la sociedad en su conjunto, debido sobre todo a su disponibilidad, calidad y distribución.
las consecuencias negativas derivadas de la intervención del hombre y de la infl uencia climática en el régimen hidrológico. Actualmente aunque existen esfuerzos e in vestigaciones de diferentes entidades encaminadas a la protección y preservación del recurso hídrico, en e sta región, a consecuencia de la ausencia de datos hidrometeorológicos, no se puede obtener un dato de la disponibilidad hídrica actual y posteriormente su proyección a futuro, o al menos predecir el comportamiento hidrológico de la microcuenca. Finalmente, para conocer la importancia del recurso agua en la microcuenca San José, es necesario elaborar un modelo de balance b alance hídrico que permita sentar las bases de la evaluación hidrológica. PREGUNTA OBJETO DE ESTUDIO ¿Cual es la oferta hídrica anual de la microcuenca San José?
IV. ANTECEDENTES MINISTERIO DE AGRICULTURA (2004)
:
Realizo el diagnóstico de la Cuenca del Río
Rámis, incluyendo en este la microcuenca San José a escala de reconocimiento, siendo el nivel de detalle general, sin posibilidades para ser utilizado como insumo en el planteamiento de programas y proyectos priorizados para actividades específicas.
CHURATA S., JACINTO y MAMANI H., LUIS (9) : Realizaron el estudio de la Hidrología de la
agrícolas y geográficas, tales como los estudios realizados por CARE - Perú (mejoramiento ambiental del recurso pradera).
V. JUSTIFICACION
Los estudios hidrológicos en esta zona son escasos, es por ello que en una región como la microcuenca San José, donde la distribución de estaciones hidrométricas y meteorológicas es deficiente, los métodos indirectos de estimación de parámetros climáticos e hidrológicos, cobran relevancia al permitir conocer y MODELA R LA
DINÁMICA H IDROLÓGICA DE UN ÁREA.
Es imposible cuantificar el recurso hídrico en el cauce del mismo río, cuya causa principal es la ausencia de estaciones hidrométricas, a pesar de que es la ATDR - Ramis la Institución encargada de Administrar y controlar el uso y manejo del recurso hídrico, únicamente tiene estaciones de aforo en aquellos ríos de cuencas como el Azángaro y el Ramis, que si bien corresponden a la continuación río abajo de los ríos que nacen en la microcuenca San José, la lejanía de estos y el consiguiente aporte que reciben de otras subcuencas, no permiten su correlación del río San José mas que como referencia.
En función a lo anterior, esta investigación propone la elaboración de un estudio, que cuantifique y evalúe la importancia del recurso hídrico, en una zona donde no se cuenta con datos directos sobre la Dinámica Hidrológica, tomando como base el análisis geomorfológico de la microcuenca y el uso de un Sistema de Información Geográfica, para efectuar el modelamiento hidrológico.
El desarrollo del Balance Hídrico Integrado Dinámico actual, constituye un eje fundamental
VILLON (23) Es el área de terreno donde todas las aguas caídas por su precipitación, se unen para formar un solo curso de agua.
Cada curso de agua tiene una cuenca bien
definida, para cada punto de su recorrido. LINSLEY (13) Es el área tributaria hasta un punto determinado sobre una corriente, y esta separada de las cuencas adyacentes por una divisoria o parte aguas que pueda trazarse sobre mapas o planos topográficos. CHOW (7) Es el área de terreno que drena hacia una corriente en un lugar dado. O dicho de otra forma, es el área de captación de agua de un Río.
6.2. SUBCUENCA VASQUEZ (20) Es el área determinada en función del grado de ramificación de los cursos de agua, correspondiendo a la subcuenca los cursos de agua de 4° y 5° orden. En tanto al área referencial para las diferentes unidades hidrográficas, a la subcuenca se le da un área que oscila entre los 5000 a 50000 has.
6.3. MICROCUENCA VASQUEZ (20) Área determinada en función del grado de ramificación de los cursos de agua, correspondiendo a la microcuenca los cursos de agua de 1°, 2° y 3° orden. En tanto al área referencial para las diferentes unidades hidrográficas, a la subcuenca se le da un área que oscila entre los < 5000 has.
CHOW (7) Es el foco central de la hidrología. El ciclo no tiene principio ni fin y sus diversos procesos ocurren en forma continua. VELASCO (21) Es la sucesión de etapas que atraviesa el agua al pasar de la atmósfera a la tierra y volver a la atmósfera: evaporación desde el suelo, aguas continentales, condensadas en nubes, precipitación, acumulación en el suelo o masas de agua y reevaporación.
6.5. ANÁLISIS
DE
CONSISTENCIA
Y
HOMOGENEIDAD
DE
DATOS
HIDROMETEOROLÓGICOS MEJIA (15) Inconsistencia es un sinónimo de error sistemático y se presenta como saltos y tendencias, y no homogeneidad es definido como cambios de los datos vírgenes como el tiempo debido a la acción del hombre o causas naturales como movimiento de las estaciones en una distancia horizontal, movimiento en una distancia vertical y cambios en el medio ambiente de una estación. ALIAGA (1) La inconsistencia en secuencias hidrológicas se presenta como saltos y tendencias, y la no-homogeneidad es definida como en los datos vírgenes con el tiempo. Indica que el procedimiento de análisis para detectar cambios en datos Hidrometeorológicos es el siguiente:
6.5.1. ANÁLISIS DE SALTOS
Donde: X’(t)
=
Valor corregido de la información
Xt
=
Valor a ser corregido
X1, X2,
=
Medias de los periodos
S1(X), S2(X)
=
Desviación estándar de los periodos
6.5.2. ANÁLISIS DE TENDENCIAS: ALIAGA (1) Se define como un cambio sistemático y continuo sobre una muestra de información hidrometeorológica en cualquier parámetro de la misma. La tendencia por lo general puede ser aproximado por la ecuación de regresión lineal, y se analiza en la media y la desviación estándar.
6.6. PRECIPITACION EFECTIVA VASQUEZ (19) Es toda forma de agua cuyo origen esta en las nubes, y cae a la superficie terrestre en forma de lluvia, granizo, garúa o nieve. En hidrología el tipo de precipitación de mayor importancia es la lluvia, por lo cual es la variable de entrada más significativa en el sistema hidrológico. MEJIA (15) Es una variable hidrológica que manifiesta mas claramente su carácter aleatorio, variando mas drásticamente en el tiempo (variación temporal) y en el espacio (variación espacial). Es común que, en un determinado periodo de tiempo, mientras que en una zona ocurre una lluvia, en otra zona próxima no hay precipitación ninguna. La forma mas común
caso de que hubiera un adecuado abastecimiento de humedad de agua al suelo en todo momento.
Evapotranspiración Real Pérdida de agua observada en una superficie líquida o sólida saturada, en las condiciones reinantes atmosféricas y de humedad del suelo, por fenómenos de evaporación y de transpiración de las plantas.
6.9. ALMACENAMIENTO O CAPACIDAD DE RETENCION DEL AGUA APARICIO (2) Es la capacidad de almacenamiento de un vaso que sirve para regula los escurrimientos de un río, es decir, para almacenar el volumen de agua que escurre en exceso en las temporadas de lluvia para posteriormente usarlo en las épocas de sequía cuando los escurrimientos son escasos.
6.10. INFILTRACION CHAVEZ (6) Es la cantidad de lluvia absorbida que cae al suelo, en parte por este y la cantidad infiltrada dependerá de las características de suelo y subsuelos y su s condiciones durante el proceso de penetración del agua y su transmisión dentro de los estratos receptores.
Este proceso aunque teóricamente simple, depende de muchos fenómenos
variables en si mismos y en consecuencia ofrece aspectos de difícil evaluación. Las aguas infiltradas constituyen las subterráneas contenidas inmóviles unas o desplazándose otras en los estratos profundos.
largos dependiendo de la litología y de aspectos como la composición, textura y secuencia de las rocas así como sus discontinuidades.
6.12. DEMANDA DE AGUA VASQUEZ (19) La evapotranspiración es uno de los factores más importantes que intervienen en un balance hidrológico, ya sea que este se analice a nivel de cuenca, región o proyecto, siendo este último el que realmente interesa para los efectos del cálculo de la demanda de agua de los cultivos. Para determinar las necesidades de agua que requieren los cultivos dentro de la zona de estudio se deben de tener presente los cálculos de los siguientes parámetros: La evapotranspiración potencial, el factor de cultivo (Kc), evapotranspiración real, precipitación efectiva, eficiencia de riego. LINSLEY (13) El uso domestico del agua se utiliza en residencias privadas y su requerimiento puede estar entre 100 a 250 litros per capita por día, dependiendo del clima, características de la población, industria, comercio y tamaño de la población. Además dice que la estimación de la utilización del a gua es la primera etapa del diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable, la cual consiste en determinar el uso per cápita para el diseño, estimar el volumen necesario de acuerdo a una población futura para la ciudad que pueda hacerse por el método de la tasa uniforme de crecimiento
6.13. BALANCE HÍDRICO
E
:
Evaporación.
ET
:
Evapotranspiración.
Qao
:
Salida de agua superficial.
Quo
:
Salida de agua Subterránea.
s
:
Variación de almacenamiento de agua en la cuenca.
n
:
Término residual de discrepancia, error de medición.
M
:
Variación de almacenamiento de humedad en el suelo y la zona no
saturada. G
:
Variación de almacenamiento en acuífero.
Sgl
:
Variación de almacenamiento en lagos y embalses.
Sch
:
Variación de almacenamiento en canales de los ríos.
Sgl
:
Variación de almacenamiento en glaciales.
Sin embargo para cálculos de áreas extensas y largos pe riodos de tiempo se recomienda la siguiente ecuación: P Q ET n Q P ET
Donde: P
:
Precipitación media del periodo y área.
Q
:
Caudal media del periodo y área.
brinda una rápida evaluación de los fenómenos medio ambientales de gran radio de cobertura, desde problemas de contaminación marina hasta detección de yacimientos o inventarios de incendios forestales. BERRY J. (4), Con el ingreso de las computadoras y el desarrollo de los programas, el SIG, es definido como un sistema de hardware, software y procedimientos analíticos que integra modernas técnicas de mapeo computarizado con potentes operadores analíticos de base de datos geográficos o espaciales, capaces de efectuar consultas y transformaciones sobre el espacio constituyéndose en una herramienta versátil, eficiente y oportuna para el planeamiento regional urbano-rural y la toma de decisiones, cuyas principales funciones se resumen: entrada, manejo, análisis y salida de datos.
7. OBJETIVOS 7.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar el Balance Hídrico de la Microcuenca San José utilizando las herramientas informáticas de un SIG y demostrar su utilidad en este tipo de aplicaciones.
7.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Cuantificar el recurso hídrico de la Microcuenca San José, para posteriormente conocer la disponibilidad y planificar su uso racional dentro de la misma.
9. UTILIDAD DE LOS RESULTADOS
En función a los recursos hídricos disponibles, formular el Plan de Cultivo y Riego de la microcuenca San José el mismo que planificara y programara las campañas agrícolas de año a año, logrando realizar un buen uso del agua en épocas de estiaje principalmente y permitirá al mismo tiempo potenciar la capacidad productiva de los suelos.
Lo anteriormente señalado, permitirá la distribución equitativa del volumen de agua en toda la microcuenca de tal manera que haya una satisfacción adecuada de la demanda de todos los usuarios, trasladando el agua de donde haya exceso y no se requiera, adonde se necesite con mayor urgencia, especialmente en épocas de estiaje.
Concluido el estudio, permitirá establecer un antecedente metodológico que sirva de guía en la utilización de modelos hidrológicos procesados en ambiente de SIG, para sitios adonde la escasez de datos es evidente.
10. METODOLOGIA 10.1. ETAPA DE CAMPO 10.1.1. RECOPILACION DE INFORMACION BASICA DE LA ZONA Suponiendo que existe información, realizar visitas de validación verificando la realidad y confiabilidad de los mismos. En tanto que la información recopilada, deberá ser sistematizada, organizada y analizada.
UBICACIÓN ESTACION
PERIODO DE
Nº DE AÑOS DE
LONGITUD
LATITUD
ALTITUD
OESTE
SUR
m.s.n.m.
AZANGARO
70º 12' 00"
14º 55' 00"
3860.00
1964-2002
38
PROGRESO
70º 21' 56"
14º 41' 21"
3970.00
1964-2002
38
MU ANI
69° 57´ 06´´
14º 46´01´´
3948.00
1965-2002
37
ARAPA
70° 07´ 05´´
15° 08´10´´
3830.00
1964-2002
38
PUTINA
69° 52´ 04´´
14° 55´16´´
3878.00
1964-2002
38
CRUCERO
70° 01´ 25´´
14° 21´44´´
4130.00
1964-2002
38
AYAVIRI
70° 35´ 34´´
14° 52´ 22´´
3928.00
1964-2002
38
CHUQUIBAMBILLA
70° 42´ 57´´
14° 47´05´´
3971.00
1964-2002
38
NU OA
70° 38´ 00´´
14° 29´00´´
4135.00
1964-1991
28
ORURILLO
70° 31´ 00´´
14° 44´00´´
3920.00
1967-1991
25
PUCARA
70° 20´ 57´´
15° 02´29´´
3910.00
1964-2002
38
ANANEA
69° 32´ 03´´
14° 40´42´´
4660.00
1964-2002
38
ANTAUTA
70° 25´ 00´´
14° 20´00´´
4150.00
1964-1975
12
MACUSANI
70° 25´ 26´´
14° 04´06´´
4341.00
1964-2002
20
Estaciones de Temperatura
REGISTROS
REGISTRO
a. Requerimientos
Identificación de los usuarios de riego de la microcuenca San José en base al Padrón de Uso Agrícola.
Cartas Nacionales a escala 1:100000
Planos Catastrales a escala 1:25000
Plano del Sistema Hídrico Ramís a escala 1/300,000
Planos Macrozonificación Ecología y Económica del Sistema TDPS.
b. Evaluación de la Información y viabilidad del Proyecto Es determinar que se necesita y que esta disponible para procesar datos especialmente definidos.
c. Diseño del Proyecto En esta fase, deben interpretarse la lógica de los hechos según la realidad circundante, evaluar las relaciones y operaciones del SIG, con el objeto de conseguir aislar las verdaderas necesidades del sistema de los otros que son considerados incorrectamente necesarios por el usuario.
d. Recopilación de la Información Existente/Generación de Información Complementaria
La información complementaria generada debe estar adecuada a las
polígonos, mas voluminosa resulta la base de datos, así como mas sinuosos sean sus bordes (perímetro), mas sobrecarga resulta esta.
g. Digitación y Digitalización Con esta fase se inicia la automatización de la información. Con la digitalización de mapas temáticos individuales o i ntegrados, se logran localizar los datos espaciales o de coordenadas, representados como: puntos, áreas o polígonos. Con la digitalización de los datos temáticos se logran identificar los atributos de los datos espaciales.
h. Edición y Enlace de la Base de Datos La digitalización requiere de un proceso de edición que van desde el control de calidad, eliminado de errores cometidos, hasta el etiquetado o identificador de polígonos, para luego realiza e proceso de enlace de los atributos con los datos espaciales. Realizado el enlace, la base de datos se encuentra lista para el manejo y análisis mediante el proceso de modelamiento.
DATOS DE CAMPO Y MAPAS BASE DIGITALES
Datos Climáticos
Mapas de Pendiente
DTM
Análisis Estadístico
Mapas de Temperatura
Cobertura Vegetal
Porcentajes de Escurrimiento
Mapas de Precipitación
Mapa Geomorfológico
Precipitación Efectiva (Pef)
Evapotranspiración Potencial (ETP)
Almacenaje Real (Sa)
Registro de Campo
Geología
Uso del Suelo
Velocidad de Infiltración
Escurrimiento Superficial
Aplicación de Índices y Factores
Mapa de Suelos
Texturas
Pedregosidad
Mapas de Paisajes
Capacidad Potencial de Retención
Evapotranspiración Real (ETA)
CALCULO DEL DEFICIT Y EXCEDENTES DE AGUA
ETP Déficit de agua
Cruce de Tablas
Pef Sa ETA
Excedentes de Agua
Análisis Matricial
Evaluación por Cuencas por Paisajes
i.
Diseño de Modelos El proceso de modelamiento, no es más que orientar el manejo de la base de datos en función de definir las variables y categor ías de los atributos y rangos que intervienen para obtener un producto determinado. El modelamiento puede darse desde su forma más sencilla que es el modelamiento cartográfico o “situacional” o plantear modelos complejos que
incluyen procesos de simulación topológica (creación de escenarios futuros).
j.
Calificación y Ponderación de Modelos Esta fase generalmente subjetiva es utilizada para procesos de simulación o modelamiento topológico. Para evitar menos riesgos de subjetividad, esta fase debe tratarse por un equipo multi-disciplinario, en la que cada especialista vierte su calificación en función a su experiencia. Terminado el modelo debe quedar expresado en lenguaje lógico para la siguiente fase.
k. Ejecución Automatizada de los Modelos En esta fase, el sistema ARC/INFO demuestra su real potencialidad a través del INFO que es el manejador de la base de datos. Se puede realizar sobre posición de coberturas (overlay), relación de archivos, selección de registros, selección de coberturas, etc.
11.1. UBICACIÓN Tiene sus inicios en las cadenas de la cordillera oriental o de Carabaya, precisamente en los nevados de Surupana a 5162.0 msnm en la parte alta de la microcuenca d ando origen a los ríos Surupana y Antacaya, la unión de estos dan lugar a la formación del Río San José que a su vez recibe los aportes del río Lacrani y Jacrara, los que juntos se unen con el río Tintiri en la parte baja a 3889.0 msnm, desembocando al final con el río Azángaro. La microcuenca del río San José ocupa un área de 22893.0 has.
a. UBICACIÓN POLITICA Región
:
Puno.
Departamento
:
Puno.
Provincia
:
Melgar.
Distritos
:
Azángaro, y San José.
b. UBICACION HIDROGRAFICA Microcuenca
:
San José.
Sub Cuenca
:
Azángaro.
Cuenca
:
Ramis.
Vertiente
:
Titicaca.
Sistema H.
:
Titicaca, Desaguadero, Popoo y Salar de Coipasa.
UBICACIÓN
12.3. HUMANOS
Ejecutor, Director y Asesor.
Apoyo de profesionales de diversas áreas (Ing. Agrónomos, Geógrafos etc.).
12.4. MATERIALES
Papel Bond A - 4.
Tinta de impresora.
Papel A - 0 para plotear.
Útiles de escritorio.
Libretas de campo.
Carta Nacional esc. 1:100000.
Disquetes de 3.5” HD.
Planos Catastrales esc. 1:25000.
14. BIBLIOGRAFÍA 1. Aliaga, V. “Hidrología Tratamiento de Datos Hidrometeorológicos”, INAF, Lima - Perú,
1983. 2. Aparicio M. Francisco, “Fundamentos de Hidrología”, Editorial Limusa, México. 3. ATDR - RAMIS., “Inventario de Fuentes de Agua Superficiales en la Cuenca del Río Ramis”, Puno - Perú, 2002.
4. Berry J.K., “Learning Computer Assisted Map Analysis in Geographic Information Systems”, Vol. III. USA, 1986.
5. Cáceda D. Fernando y Pérez Q. Samuel., “ Procedimientos Metodológicos y Analíticos
para Desarrollar Investigación Científica, Puno - Perú, Editorial Universitaria - Ciudad Universitaria. 6. Chávez Díaz Rosendo, “Hidrología para Ingenieros”, Universidad Católica del Perú”, Lima
1994. 7. Chow Ven Te, “Hidrología Aplicada”, Mc. Graw Hill, Bogotá, 1994. 8. Churata S., Jacinto y Mamani H., Alberto, “Hidrología de la Cuenca del Río Ramís - Puno”,
Tesis para optar el titulo de Ingeniero Agrónomo. UNA. Puno – Perú, 1977. 9. Chuvieco E., “II Curso Avanzado sobre Sist emas de Información Geográfica - Sistema de
Información Geografica”, Santiago de Chile - Chile, 1992. 10. Fuentes J. “Balance Hidrológico de las Cuencas que Componen el Pico de Tancitaro”
Estado de Michoacán. Tesis de Maestría Profesional, CLASTIC-ITC. México, 2000. 11. Gurovich R. Luis A., “Riego Superficial Tecnificado”, Editorial ALFAOMEGA México.
15. PRESUPUESTO Nº
DESCRIPCION
UNIDAD
CANTIDAD
P. UNITARIO
P. TOTAL
Millar
10
26.0
260.0
I. MATERIALES
1
Papel Bond A-4
2
Libreta de Campo
Unidad
1
5.0
5.0
3
Portaminas
Unidad
3
1.5
4.5
4
Lapiceros
Unidad
10
1.0
10.0
5
Disquete 3.5" HD
Caja
2
12.0
24.0
6
Tinta para Impresora B/N
Cartucho
1
500.0
500.0
7
Tinta para Impresora Color
Cartucho
1
1900.0
1900.0
8
Útiles de escritorio
Glb
1
500.0
500.0
9
Papel A-0 para ploter
Unidad
10
4.0
40.0
10 Carta Nacional Digitalizado 2D
Unidad
1
1000.0
1000.0
11 Planos Catastrales
Unidad
5
300.0
1500.0
12 Información Hidrometeorológica
Glb
1
500.0
500.0
13 Fotocopias
Glb
1
500.0
500 .0
II. EQUIPOS
1
GPS
HM
100
3.0
300.0
2
PC Pentium IV
HM
2000
1.5
3000.0
3
Impresora HP 800
HM
100
0.5
50.0
4
Ploter
HM
8
25.0
125.0
ANEXOS
FASES Y ETAPAS DE UN PROYECTO DE APLICACIÓN SIG IMPLEMENTACION DE LA BASE DE DATOS AUTOMATIZACION
Recopilación de la Información y Levantamientos Complementarios
Definición de Requerimiento
Evaluación de la Información y Viabilidad del Proyecto
Diseño y especificacione s de la Base de Datos
Propuesta Técnico y Económica
Preparación de la Información para su Automatización
Digitación, Digitalización y Conversión de datos
Edición y enlace de la Base de Datos
BASE DE DATOS
FORMULACION DEL PROYECTO
Diseño de Modelos
Calificación y Ponderación de Modelos
Ejecución y Automatización de los Modelos
ANALISIS GEOGRAFICO Y MODELAMIENTO
Evaluación de los Modelos
Presentación de Resultados
PRODUCTOS DEL SIG
