AMH XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L DE H I D R Á U LI C A PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 AMH DISPONIBILIDAD HÍDRICA DE LA FRANJA AGUACATERA, REGIÓN DEL ACUÍFERO NUEVA ITALIA Martínez Cortés Miguel Ángel, Sánchez Quispe Sonia Tatiana, Pardo González Alejandro y Alejandro Tzintzun Hugo Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Avenida Francisco J. Mujica S/N, Ciudad Universitaria, Col. Felicitas del Río, Morelia, Michoacán, C.P. 58030 [email protected], [email protected], [email protected] Introducción Materiales Con el 34% de la producción mundial el estado de Michoacán es el más importante productor de aguacate (INIFAP). El sistema producto aguacate (Persea americana) es el principal cultivo de Michoacán ya que reúne a más de 20,000 productores y abarca más de 86,000 hectáreas en el Estado (Barcenas y Aguirre, 2005). El sistema de producción del aguacate contribuye de manera importante al desarrollo económico del sector agrícola en México; sin embargo el crecimiento de la franja aguacatera dentro del estado de Michoacán, está limitado por la disponibilidad hídrica y por las condiciones agroclimáticas de la región, además de los impactos ambientales generados por la transformación de los ecosistemas, principalmente de las zonas forestales. De aquí la importancia de establecer un máximo crecimiento de la franja aguacatera donde se engloben los factores antes mencionados. Para el desarrollo de este estudio fue necesario obtener información meteorológica de la zona de estudio y cartas vectoriales con diversa información, con el objetivo de detallar las características físicas, geográficas y climáticas en el acuífero Nueva Italia y la región aguacatera. Además se utilizó el software Arcview 3.2 para la manipulación de la información. La franja aguacatera del estado de Michoacán ocupa un área de 9,404.53km2 comprendida entre 22 municipios. Por otra parte la franja aguacatera se encuentra sobre 10 acuíferos siendo una de las principales fuentes de suministro del recurso hídrico; los acuíferos de Cotija (26.47%), Apatzingán (25.11%) y Nueva Italia (19.62%) son los que tienen mayor superficie dentro de la zona. En nuestro estudio analizamos el posible crecimiento de la franja aguacatera en la región del acuífero Nueva Italia ubicado entre los municipios de Salvador Escalante y Ario de Rosales principalmente (ilustración 1). La información meteorológica fue obtenida de la base de datos CLICOM (Climate Computing Project), que es un software de manejo de datos climatológicos, manejado por la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) de México. La información vectorial fue adquirida en el Instituto Nacional de Estadística y Geografía de México (INEGI), la cual se puede dividir en tres grupos: uso de suelo, edafología y Modelos Digitales de Elevación (MDE’s). La información del uso de suelo corresponde a la serie IV del conjunto de datos vectoriales de uso del suelo y vegetación, serie desarrollada en el periodo 2007-2010 por el INEGI. El conjunto de datos edafológicos corresponde a la serie II elaborada entre el 2002 – 2007. Las cartas utilizadas para este estudio fueron las E1303, E1306, y E1401 ubicadas todas dentro del estado de Michoacán con escala 1:250,000. En el caso de los MDE´s se necesitaron un total de 10 modelos a escala 1:50,000 con datum ITRF92 para cubrir toda el área del acuífero: E13B29, E13B39, E13B49, E13B59, E14A21, E14A22, E14A31, E14A32, E14A41 y E14A42. Metodología Para determinar el máximo crecimiento de la franja aguacatera en el acuífero Nueva Italia, se analizaron dos condiciones; en la primera se consideraron las condiciones agroclimáticas necesarias para el desarrollo del aguacate a lo largo del todo el año y en la segunda está en función de la disponibilidad hídrica de la región. Finalmente se hará una comparación entre ambos casos para así concluir con la superficie de crecimiento óptima para la franja aguacatera y se calculara el impacto ambiental ocasionado por el crecimiento de la franja. Crecimiento “Disponibilidad Hídrica” La disponibilidad hídrica en la franja se determinó de acuerdo a la diferencia entre el volumen demandado por la evapotranspiración, contra las aportaciones generadas por aprovechamientos subterráneos y superficiales. Ilustración 1. Franja aguacatera dentro del acuífero Nueva Italia. Para el caso de la aportación generada por el escurrimiento directo generado por las cuencas que rodean la franja aguacatera, se basó en la metodología descrita en la Norma AMH XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L DE H I D R Á U LI C A PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 AMH Oficial Mexicana NOM-011-CNA-2000 que requiere como información la precipitación media anual de la cuenca y el coeficiente de escurrimiento (Ce) de la misma. Para determinar el coeficiente de escurrimiento es necesario obtener el parámetro “k” de la cuenca el cual depende del uso y tipo del suelo de la cuenca. De acuerdo a la metodología planteada fue necesario obtener las cuencas que rodean la franja aguacatera, así como obtener los mapas de precipitación media anual, uso y tipo de suelo, parámetro k y por último el mapa del coeficiente de escurrimiento, para determinar el volumen de escurrimiento aportado hacia la franja aguacatera. Ilustración 4. Mapa de edafología o tipo de suelo de las cuencas que rodean la franja aguacatera. Ilustración 2. Cuencas con aportación hacia la franja aguacatera. En la ilustración 2 se muestran las cuencas que rodean la franja aguacatera dentro del acuífero Nueva Italia, las cuencas del Rio Cupatitzio y las Juntas no se consideraron para el cálculo de la disponibilidad hídrica dado que el volumen que aportaban era mínimo. En la las ilustraciones 3 y 4 se muestran los mapas de tipo y uso de suelo información requerida para la determinación del parámetro k. Con los mapas obtenidos se procede a intersectar ambos mapas para identificar zonas homogéneas y asignar el valor de k para cada combinación posible de acuerdo a tipo y uso de suelo presente en las cuencas (ilustración 5). Ilustración 3. Mapa de uso de suelo de las cuencas que rodean la franja aguacatera. Ilustración 5. Mapa del parámetro “k” de las cuencas que rodean la franja aguacatera. Para obtener el escurrimiento superficial fue necesario obtener la precipitación media anual de las cuencas, y para ello se utilizó el método de las isoyetas, método descrito más adelante. Ilustración 6. Mapa de la precipitación media anual de las cuencas que rodean la franja aguacatera. XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L AMH Tabla 1. Calculo de los volúmenes de escurrimiento anual por cuenca. Ario de Rosales PMA (mm) 1,013 El Guayabo 1,065 San Cayetano Santa Rosa Cuenca DE H I D R Á U LI C A PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 0.26 Ce (%) 17 Área (km2) 85.43 Volumen (hm3) 22.38 0.23 15 498.89 121.07 978 0.26 16 115.51 28.85 1,037 0.26 18 182.02 49.14 K Tamendan 1,069 0.25 17 110.63 29.20 Tzinzongo 999 0.25 16 134.54 33.59 Zirahuén 1,090 0.23 15 296.85 72.83 AMH Altitud.- Para determinar la altitud se trabajó con los Modelos Digitales de Elevación (MDE), seleccionando la superficie con altitudes ente los 1551 y 2399 msnm dentro del área del acuífero, aceptando que las altitudes entre ese intervalo son ideales para la producción de aguacate tipo hass. En la ilustración 5 se muestra la superficie con las elevaciones ideales para la producción de aguacate. En la tabla 1 se muestra el resumen de cálculo para el escurrimiento de cada una de las cuencas donde se observa que la cuenca del guayabo es la de mayor aportación para el aprovechamiento del recurso hídrico. Las aportaciones obtenidas de cuerpos de agua subterráneos y de manantiales fueron obtenidos del Registro Público de Derechos de Agua de México (REPDA) organismo gestionado por la Comisión Nacional del Agua (CNA). El cálculo del volumen requerido por el proceso de evapotranspiración se determinó por el método de Blaney Criddle descrito más adelante Crecimiento “Condición Agroclimática” En esta condición fue necesario determinar los límites del máximo crecimiento posible de la franja aguacatera, en función de sus condiciones agroclimáticas la cual es condicionada por la temperatura y la altitud. Temperatura.- De acuerdo con las características agroclimáticas del aguacate se estableció el rango de 17° a 24° C como la temperatura ideal para su desarrollo a lo largo de todo el año; en base a esto se calculó la temperatura media anual del acuífero usando la información de las estaciones climatológicas circundantes al área de estudio observándose variaciones entre los 17° y 29° C. En la figura siguiente se muestran las temperaturas medias anuales del acuífero Nueva Italia. Ilustración 8. Mapa de elevaciones ideales para el cultivo de aguacate. En consideración de los mapas anteriores se intersecaron ambos criterios y se creó un mapa con el probable crecimiento de la franja aguacatera. Las limitantes a considerar fueron que los cuerpos de agua no pueden ser alterados en este proceso, que las zonas urbanas no serían modificadas y que los únicos municipios con crecimiento serían los que tienen presentes huertas de aguacate en la actualidad. Ilustración 9. Comparación de la franja aguacatera actual con la del máximo crecimiento condiciones agroclimáticas. Impacto ambiental Ilustración 7. Mapa de las temperaturas medias anuales del acuífero Nueva Italia. Para determinar el impacto ambiental ocasionado por el crecimiento optimo franja aguacatera, se comparó la condición presente en la actualidad, donde se analizan todos los usos de suelo existentes dentro del acuífero, pero poniendo mayor énfasis en la zona de cultivo y para estimar las afectaciones que ha dejado el crecimiento de la franja se consideró el máximo crecimiento, con el fin de conocer la variaciones en el XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L AMH DE H I D R Á U LI C A AMH PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 ciclo hidrológico que se puede presentar entre ambas condiciones. Recarga (Ri).- El proceso de la recarga hacia el acuífero se determinó con el método del balance hídrico, el cual nos permitirá definir las zonas de infiltración y de posible recarga. Para el balance hídrico se utiliza la información de la lluvia media total mensual y de la temperatura media mensual, así como la información de mapas de uso de suelo, edafología y de elevaciones. Con los que se obtienen los mapas de lluvia mensual, evapotranspiración media mensual y escurrimiento medio mensual; con la finalidad de reproducir el ciclo hidrológico, y obtener el volumen de recarga natural hacia el acuífero. En función al modelo del “balance hídrico” la recarga queda definida con las siguientes expresiones: [1] [2] Dónde: Ri es la recarga media del mes “i”, It i es la infiltración media del mes “i”, Etpi es la evapotranspiración real del mes “i”, Qi es el escurrimiento medio del mes “i” y P i es la precipitación media del mes “i”. Precipitación (Pi). Para el cálculo de la distribución espacial de la precipitación en el acuífero, se utilizó el método de las isoyetas que consiste en trazar con la información de las estaciones, líneas que unen puntos de igual altura de lluvia llamadas isoyetas. La precipitación media de la zona de estudio se calcula con la siguiente expresión: ∑ [3] Dónde: Ppi es la altura de precipitación promedio entre isoyetas, AT es el área total de la zona de estudio, Ai es el área entre isoyetas y n es número de áreas Ai consideradas necesidades ya que no solo considera los factores climáticos si no que tiene en cuenta las características del cultivo (que son diversos en la zona de estudio) y está en función de las siguientes expresiones: [4] ∑ [5] ( ) [6] Dónde: F es el factor de temperatura y luminosidad, Kci es el coeficiente de cultivo, n es el número de meses que dura el ciclo vegetativo, Pi es el porcentaje de horas de sol del mes i y Ti es la temperatura media del mes i en °C. Para determinar la evapotranspiración de los distintos uso de suelo fue necesario proponer plantas representativas para cada uso y así poder asignar un coeficiente de cultivo (kc i) a cada bloque vegetal. En el caso de pastizales se usó el coeficiente de pastos como planta representativa, para la zona agrícola y la selva baja caducifolia se utilizaron los coeficientes de mango y árboles de hoja caduca respectivamente. Para las condiciones de bosque y de aguacate no fue necesario hacer uso de algún espécimen representativo ya que para estos casos existen coeficientes de cultivo que sirven para calcular la evapotranspiración. En la tabla 2 se muestra se muestran los coeficientes de cultivo (kci) para cada uso de suelo. Tabla 2. Tabla de Coeficientes de cultivo. Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Bosque 0.2 0.3 0.4 0.5 0.68 0.85 0.73 0.61 0.5 0.425 0.35 0.2 Aguacate 0.6 0.75 0.85 1.1 1.1 1.2 1.2 1.05 1.0 0.85 0.75 0.6 Kci Pastizal 0.375 0.35 0.5 0.75 0.87 0.9 0.885 0.87 0.71 0.55 0.48 0.4 Selva 0.2 0.25 0.37 0.65 0.8 1.0 0.95 0.85 0.5 0.35 0.23 0.2 Agrícola 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.8 0.8 0.8 0.8 0.75 0.75 0.75 Ilustración 10. Calculo de la precipitación media mensual de septiembre. Evapotranspiración (Etpi). La evapotranspiración consiste en la combinación de dos procesos separados por los que el agua se pierde a través de la superficie del suelo; por evaporación y otra parte por la transpiración de las plantas. Los principales parámetros climáticos que afectan la evapotranspiración son la radiación, la temperatura, la humedad atmosférica y la velocidad del viento; en lo referente a las características del cultivo nos encontramos con el tipo de cultivo, la etapa de desarrollo, la profundidad radicular, la altura de cultivo entre otras. Se consideró que el método de Blaney Criddle es el que mejor se adecua para nuestras Ilustración 11. Calculo de la evapotranspiración media mensual de septiembre. Para generar la distribución espacial de la evapotranspiración y obtener el valor medio por mes en el acuífero se utilizó el AMH XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L DE H I D R Á U LI C A AMH PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 método de las isoyetas. En la ilustración 8 se muestra el mapa de la evapotranspiración del mes de septiembre. Escurrimiento (Qi). El cálculo del escurrimiento superficial es un tanto complejo de estimar debido al gran número de factores que intervienen en este proceso, entre ellos se encuentran la cantidad e intensidad de la lluvia, la cobertura vegetal del área, la textura del suelo, la pendiente y el manejo que se le da a este. En este trabajo se aplicó el método del Servicio de Conservación de Suelos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de América (USDA–SCS), ya que toma en cuenta la mayoría de los parámetros que inciden en el escurrimiento. El escurrimiento está en función de unas curvas numéricas que se utilizan en lugar del coeficiente de escurrimiento, estas curvas dependen del tipo de suelo, condición hidrológica, uso y manejo del suelo, así como de su antecedente condición de humedad. El cálculo del escurrimiento medio es obtenido con las siguientes relaciones: [7] [8] Dónde: S es el potencial máximo de retención de humedad (mm) y CN es número de curva obtenida de tablas. Este método solo es válido si 0.2*S < P, es decir, si la precipitación es mayor que la retención máxima de humedad, ya que si no se cumple esto la lluvia es retenida por el suelo y por lo tanto no escurre. Ilustración 13. Calculo del escurrimiento medio mensual de septiembre. Resultados De acuerdo a las condiciones agroclimáticas el posible crecimiento de la franja aguacatera en el acuífero alcanzaría un 447 %. La superficie cultivada pasaría de 18´079 a 80´800 ha; es decir ocuparía la tercera parte del total del acuífero. En un análisis más detallado los municipios de Taretan y Uruapan son los que pueden tener mayor crecimiento. En la tabla tres se muestran el crecimiento de la franja por municipio para el acuífero Nueva Italia. Tabla 3. Resumen del máximo crecimiento de la franja aguacatera “Condiciones Agroclimáticas”. Salvador Escalante Futura (ha) 29,588.32 Actual (ha) 5,809.25 Crecimiento (%) 509 Ario de Rosales 24,223.94 6,154.36 394 Ziracuetiro 9,668.05 2,252.54 429 Tingambato 8,888.91 2,714.16 328 Uruapan 5,318.12 377.18 1410 Taretan 1,653.60 123.47 1339 Tacámbaro 735.22 383.15 192 Turicato 724.15 264.99 273 80,800.30 18,079.09 447 Municipio Ilustración 12. Calculo del Número de Curva NC para el acuífero Nueva Italia. Con la ayuda de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) se manipularon los mapas vectoriales con la información de la precipitación mensual y el mapa del número de curva (NC), se combinaron los mapas; creando un solo mapa donde se mostraban las áreas combinadas de la precipitación mensual con un NC característico del zona. En relación con este mapa se determinó el escurrimiento para cada mes del año. Total Para hacer un manejo más general de la información obtenida, el balance hídrico se analizara, pero dividido por municipios que tienen alta presencia de aguacate como son: Ario de Rosales y Salvador Escalante y luego se manejan los municipios restantes que tienen presencia en el acuífero como un bloque único. En la ilustración 11 se muestran los volúmenes demandados por la franja aguacatera y las aportaciones generadas por el escurrimiento superficial y el volumen de agua obtenido por manantiales y cuerpos de agua subterráneos para cada municipio. Analizando los resultados obtenidos se determina que existe disponibilidad hídrica para todos los municipios; 33.84 hm3 para Ario de Rosales, 24.09 hm3 en Salvador Escalante y en el caso del bloque se tiene una disponibilidad de 60.2 hm3. XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L AMH DE H I D R Á U LI C A AMH PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 con el que se recargara con el máximo crecimiento de la franja se perderían 1.22 hm3 al año en el municipio. - 89.33 85.64 85.36 100 76.06 80 60.2 55.45 80.92 58.23 60 55.58 12.73 40 24.09 1.06 2.06 0.95 20 0 33.84 Ario de Rosales Salvador Escalante Bloque Mpio Ilustración 14. Disponibilidad hídrica en el acuífero Nueva Italia. En función de la disponibilidad hídrica la superficie de máximo crecimiento de la zona aguacatera en la zona del acuífero, se puede concluir que con un aprovechamiento eficiente del recurso hídrico, la franja aguacatera pasaría de 18´079.06 ha. a 26´791.38 ha. significando un incremento del 148 % en la zona del acuífero. En la tabla 4 se resume el crecimiento posible por municipios. Tabla 4. Resumen del máximo crecimiento de la franja aguacatera “Disponibilidad Hídrica”. Municipios Ario de Rosales Salvador Escalante Bloque Mpios Total Superficie Actual (ha) Incremento Superficie Futura (ha) (ha) (%) 6,154.36 2,573.54 142 8,727.90 5,809.25 1,840.01 132 7,649.26 6,115.45 18079.09 4,298.77 8712.32 170 148 10,414.22 26,791.38 Se deduce que el máximo crecimiento de franja dentro del acuífero Nueva Italia queda condicionado por la condición hídrica con un incremento del 148% aunque por las condiciones agroclimáticas se puede tener una zona de cultivo mucho mayor. Por último el impacto ambiental en el acuífero Nueva Italia consecuente por el crecimiento de la franja Aguacatera en los procesos hidrológicos se espera un incremento en los volumen de evapotranspiración y escurrimiento teniendo como consecuencia un menor volumen de recarga hacia el acuífero. Para detallar este impacto se mostraran los resultados por municipios: - Ario de Rosales El municipio de Ario de Rosales en el acuífero ocupa una superficie de 356.19 km2, y el 17.28% está ocupado por áreas aguacateras, y con el posible crecimiento de acuerdo a la disponibilidad hídrica se tendría un crecimiento del 42%, estos cambios provocarían que el volumen de recarga disminuya pues, en las condiciones normales el municipio aporta 12.51 hm3/año de recarga natural hacia el acuífero Nueva Italia, es decir que aporta el 13% del total. Comparando este volumen Salvador Escalante Este municipio cuenta con 432.01 km2 dentro del acuífero y con 58.09 km2 destinados al cultivo de aguacate, más aparte se estima un probable crecimiento del 32%, dado crecimiento al alteraría el proceso de recarga de la siguiente manera, con la cobertura actual del suelo el municipio de Salvador Escalante recarga 26.75 hm3, significando el 27% de la recarga total hacia el acuífero, comparando este valor con la recarga con cambio de uso, esta se reduce a 25.62 hm3 al año es decir 1.13 hm3 menos a las condiciones actuales. Bloque de Municipios Para el caso de los 6 municipios restantes con sembradíos de aguacate, en conjunto suman un área de 626.31 Km2, que es más de una cuarta parte del territorio del acuífero, sin embargo en lo referente al área sembrada con este cultivo solo ocupan 61.15 km2, lo que significa que solo es una tercera parte de la franja aguacatera dentro del acuífero. Sin embargo en la cuestión del crecimiento de la franja, aquí existe la posibilidad de un crecimiento muy considerable dado que se tiene una disponibilidad hídrica de 60.2 hm3 permitiendo un crecimiento de la franja aguacatera del 170 % y asando de 6,151.45 ha a más de 10.414 ha. Por otro lado debido a la gran extensión ocupada por este grupo de municipios, aquí se produce el 41% del volumen de recarga al acuífero (40.5 hm3), sin embargo con el gran crecimiento que se puede dar en la zona se perderían 3.86 hm3/año. Recarga (hm³/año) 45.00 40.50 36.64 40.00 35.00 26.75 30.00 25.62 25.00 20.00 15.00 12.51 11.29 10.00 5.00 - Ario de Roslaes Actual Salvador Escalante Bloque Mpios Max. Crecimiento Ilustración 15. Volúmenes de recarga anual para condición actual y de máximo crecimiento. En la Ilustración 12 se pueden observar los volúmenes de recarga para cada municipio y para cada una de las condiciones analizadas. Conclusiones De acuerdo al estudio realizado, se puede decir que existe disponibilidad para lograr un crecimiento de la franja aguacatera y por ende el desarrollo del sector agrícola y económico de la región aguacatera dentro del acuífero Nueva Italia aprovechando de una manera eficiente los recurso AMH XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L DE H I D R Á U LI C A PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 hídricos de la región dado que aquí se presentan las condiciones agroclimáticas ideales para la producción del fruto a lo largo de todo el año. En el caso del impacto ambiental probable por el máximo crecimiento de la franja es espera que se recarguen aproximadamente 5 hm3 menos que en las condiciones actuales, esto generalmente por la continua transformación de los ecosistemas forestales a áreas de cultivo, pero aquí se podría aprovechar las zonas agrícolas existentes donde se produzcan frutos menos rentables en el proceso de producción para así poder mejorar las condiciones de marginación que presenta la zona y la vez mitigar aunque sea un poco el impacto ambiental ocasionado por la transformación de ecosistemas. Por último en este trabajo realiza una metodología para determinar la recarga hacia las unidades hidrogeológicas y obtener la disponibilidad hídrica de una región determinada, metodología que puede ser aplicada a cualquier zona del país con el que se cuente con la información vectorial del suelo y registro climatológicos. También sirve como base para estudios futuros con respecto al impacto ambiental de la franja aguacatera pero con un análisis llevado un nivel más local; por ejemplo en las afectaciones que provocan los químicos y fertilizantes agregados en la producción del aguacate en la calidad del agua del acuífero entre muchos otros. REFERENCIAS Aparicio M. F. J. Fundamentos de hidrología de superficie. México: Limusa, Primera Edición, 1992, 57-63, 140-143 pp. Barcenas O. A. y Aguirre P. S. Pasado presente y futuro del aguacate en Michoacan, Mexico. Morelia, Michoacan: Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo, 2005. CONAFOR (Comisión Nacional Forestal). Protección, restauración y conservación de suelos forestales. Zapopan Jalisco, Segunda Edición. 2006, 61-65 pp. Domingo G. O. Evaluación del impacto ambiental. Madrid España, Mundiprensa, Segunda Edición, 2002, 155-157, 195 pp. INIFAP (Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias). 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