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Balance hídrico y clasificación climática para el departamento

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CENTRO DE INVESTIGACIONES Y DESARROLLO – FACULTAD DE INGENIERÍA<br />

BALANCE HÍDRICO Y CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA PARA EL<br />

DEPARTAMENTO DE CALDAS - MODELO DESARROLLADO EN<br />

EL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN AVENUE DE ARCVIEW 1<br />

Recibido: junio 30 de 2003 – Revisado: septiembre 17 de 2003 – Aceptado: Noviembre 25 de 2003<br />

JORGE HENRY CARMONA ALZATE 2<br />

1. Presentación<br />

Para las entidades rectoras de los recursos naturales y d<strong>el</strong> medio ambiente y<br />

especialmente en proyectos de ordenamiento y planificación <strong>para</strong> <strong>el</strong> uso y manejo<br />

adecuado d<strong>el</strong> su<strong>el</strong>o, enmarcados en un concepto de sostenibilidad, actividades<br />

tales como zonificación de unidades homogéneas d<strong>el</strong> terreno, identificación de uso<br />

adecuado d<strong>el</strong> terreno, planificación y manejo de cultivos y plantaciones forestales,<br />

diagnósticos de microcuencas abastecedoras de acueductos, identificación y<br />

estrategias de manejo de zonas vulnerables a degradación, propuestas de diseño<br />

de sistemas de riego, etc., son tareas obligadas a desarrollar dentro de los<br />

procesos conducentes, en últimas, a proponer <strong>el</strong> uso recomendable de un territorio<br />

dado.<br />

Todas estas actividades requieren de información adecuada en cuanto a<br />

precipitación, temperatura, evapotranspiración, excesos de agua, caudales<br />

promedio, entre otros. Sin embargo, esta información, siendo a veces solo una<br />

variable a tener en cuenta dentro de alguno de los procesos, se convierte en un<br />

dato fundamental e indispensable que a la hora de involucrarlo en cada actividad<br />

mencionada no se encuentra o no está disponible. Todo esto debido a que nos<br />

encontramos en un país que por tradición dispone de muy pocas estaciones<br />

<strong>climática</strong>s y por ende de muy pocos registros de esta índole. Aunado a esto, nos<br />

encontramos en una situación de orden público que no permite a profesionales de<br />

las ciencias de la tierra obtener datos de campo por temor a cualquier<br />

desagradable suceso de los cuales no quiero hacer referencia.<br />

Pensando en esto y en que de todos modos, la información debe ser obtenida, <strong>el</strong><br />

autor pensó en un sistema integrado <strong>para</strong> <strong>el</strong> cómputo d<strong>el</strong> balance <strong>hídrico</strong> climático<br />

superficial como un instrumento que facilite la generación de información a partir<br />

de una poca cantidad de datos base y que de alguna manera evite en gran medida<br />

la necesidad de exponer profesionales en <strong>el</strong> campo en la toma de datos puntuales.<br />

Esta herramienta también facilitaría la consulta expedita a personas no expertas<br />

en <strong>el</strong> uso de mod<strong>el</strong>os de simulación o de sistemas de información geográfica,<br />

1 Artículo basado en <strong>el</strong> trabajo de grado <strong>para</strong> optar <strong>el</strong> título de especialista en Informática y Computación,<br />

Facultad de Ingeniería, Universidad de Manizales, 2003.<br />

2 Geólogo, Especialista en Informática y Computación. E-mail: johca88@hotmail.com<br />

VENTANA INFORMÁTICA No. 11 – Universidad de Manizales, enero – junio / 2004 – pp 51-68


Universidad de Manizales, enero – junio / 2004<br />

permitiéndoles la visualización, com<strong>para</strong>ción, análisis y manipulación espacial de<br />

información ambiental.<br />

Se propuso entonces <strong>el</strong> desarrollo de un sistema experto programado en <strong>el</strong><br />

lenguaje de programación Avenue propio d<strong>el</strong> software de sistemas de información<br />

geográfica (SIG) ArcView, con <strong>el</strong> cual se pueda mod<strong>el</strong>ar un <strong>Balance</strong> Hídrico<br />

Climático Superficial a partir de datos base de una r<strong>el</strong>ativa fácil obtención. Se<br />

pretende que este desarrollo se convierta en herramienta importante con la cual se<br />

pueda mod<strong>el</strong>ar cuantas veces se requiera y en diferentes zonas de donde se<br />

cuente con la información base necesaria. También, a medida que se cuente con<br />

datos base actualizados, se podrá mod<strong>el</strong>ar nuevamente d<strong>el</strong> <strong>Balance</strong> Hídrico y así<br />

obtener información ambiental actualizada.<br />

El mod<strong>el</strong>o se realizó tomando como zona de estudio <strong>el</strong> <strong>departamento</strong> de Caldas y<br />

su desarrollo se basó en dos metodologías:<br />

La primera, la cual se llamó Mod<strong>el</strong>o 1 3 , fue realizada con la asesoría d<strong>el</strong> ingeniero<br />

Fernando González. Para este mod<strong>el</strong>o se requieren de los siguientes datos base:<br />

• Temperatura<br />

• Zonas de temperatura<br />

• Precipitación<br />

• Brillo solar<br />

• Evapotranspiración<br />

• Capacidad de campo d<strong>el</strong> su<strong>el</strong>o<br />

• Curvas de niv<strong>el</strong><br />

La metodología se basó en fórmulas empíricas desarrolladas por Flórez (1985)<br />

<strong>para</strong> la obtención d<strong>el</strong> mapa de temperatura y partir de un mapa de<br />

comportamiento térmico definido por González. La precipitación fue<br />

determinada por González a partir de datos pluviométricos obtenidos por él mismo<br />

de las entidades administradoras de estaciones de precipitación <strong>para</strong> la región y a<br />

partir de operaciones estadísticas <strong>para</strong> obtener los datos según su mediana o en<br />

condiciones de fenómeno de “El Niño” o “La Niña”. Para <strong>el</strong> mapa de brillo solar<br />

se hizo a partir de la base de datos construida con información h<strong>el</strong>iográfica de 29<br />

estaciones existentes en Caldas o sus alrededores, datos obtenidos d<strong>el</strong> Manual de<br />

radiación solar en Colombia (Rodríguez y González, 1992), la altitud y la<br />

precipitación en <strong>el</strong> año medio de los puestos h<strong>el</strong>iográficos; González ensayó varios<br />

mod<strong>el</strong>os que calculan <strong>el</strong> brillo solar en función de la altitud, la latitud y la<br />

precipitación obteniéndo una fórmula que más ad<strong>el</strong>ante se mencionará. Para <strong>el</strong><br />

cálculo de la evapotranspiración se acogió a fórmulas propuestas por González<br />

(1995) <strong>para</strong> la región d<strong>el</strong> eje cafetero, así mismo las ecuaciones <strong>para</strong> <strong>el</strong> balance<br />

<strong>hídrico</strong> como tal.<br />

3 Todos los datos y fórmulas <strong>para</strong> <strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o 1 fueron obtenidos y suministrados por <strong>el</strong> ingeniero Fernando<br />

González, excepto capacidad de campo y curvas de niv<strong>el</strong>.<br />

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CENTRO DE INVESTIGACIONES Y DESARROLLO – FACULTAD DE INGENIERÍA<br />

La capacidad de campo se determinó a partir de datos de textura (porcentajes de<br />

arena limo y arcilla) y profundidad efectiva d<strong>el</strong> su<strong>el</strong>o, tomados d<strong>el</strong> mapa de su<strong>el</strong>os<br />

d<strong>el</strong> IGAC (1988) suministrados por CORPOCALDAS. Las curvas de niv<strong>el</strong> fueron<br />

también suministradas por CORPOCALDAS.<br />

El segundo mod<strong>el</strong>o se llamó Mod<strong>el</strong>o 2. Para este mod<strong>el</strong>o se requieren de los<br />

siguientes datos base:<br />

• Temperatura<br />

• Precipitación<br />

• Evapotranspiración<br />

• Capacidad de campo d<strong>el</strong> su<strong>el</strong>o<br />

• Curvas de niv<strong>el</strong><br />

Este se basó en la metodología empleada en <strong>el</strong> proyecto de SIG-PAFG (Sistemas<br />

de Información Geográfica - Plan de Acción Forestal Para Colombia, revista<br />

número 12 de 1996). De esta se modifica <strong>el</strong> método <strong>para</strong> hallar la<br />

evapotranspiración, donde se cambia la metodología empírica presentada por<br />

Pennan a la de Thornthwaite, ya que esta última funciona bien con los datos<br />

climáticos disponibles en Colombia de precipitación. También se añade <strong>el</strong> factor<br />

de corrección de Thornthwaite <strong>para</strong> determinar la evapotranspiración media<br />

mensual. La temperatura se determina a partir de un mod<strong>el</strong>o digital d<strong>el</strong> terreno<br />

(mapa de alturas) con la fórmula de Isab<strong>el</strong>lina (Castañeda, 1986). La capacidad<br />

de campo se determina igual que <strong>para</strong> <strong>el</strong> Mod<strong>el</strong>o 1. La precipitación es tomada de<br />

los datos suministrados por Fernando González en <strong>el</strong> Mod<strong>el</strong>o 1.<br />

Con <strong>el</strong> Mod<strong>el</strong>o 2 también se desarrolló la aplicación <strong>para</strong> la <strong>clasificación</strong> <strong>climática</strong>,<br />

la cual se basó en la metodología de Thornthwaite, expuesta en la revista número<br />

de 12 de 1996 d<strong>el</strong> SIG-PAFC<br />

2. Conceptualización<br />

De todos es ya conocida la importancia que han tomado los Sistemas de<br />

Información Geográfica (SIG), como herramienta de planificación en procesos que<br />

involucren información cartográfica, por su r<strong>el</strong>ación interactiva entre los datos<br />

alfanuméricos y sus mapas temáticos. Pero su mayor fortaleza no consiste en<br />

estos mapas parlantes que proporcionan información de manera rápida y eficaz<br />

como ayuda <strong>para</strong> la toma de decisiones, su mayor fortaleza radica en su<br />

capacidad <strong>para</strong> generar nueva información a partir de datos base y a través de los<br />

procesos de análisis espacial y mod<strong>el</strong>aciones. Uno de los paquetes o software<br />

que ha tomado mayor fuerza en nuestro medio es <strong>el</strong> ArcView, además se ha<br />

generalizado en entidades administradoras de los recursos naturales como lo son<br />

las Corporaciones Autónomas Regionales; por esta razón a además porque es un<br />

paquete que con su módulo Spatial Analyst y lenguaje de programación Avenue<br />

ofrece un fuerte recurso <strong>para</strong> <strong>el</strong> desarrollo de aplicativos poderosos en la<br />

mod<strong>el</strong>ación o simulación.<br />

<strong>Balance</strong> <strong>hídrico</strong> y <strong>clasificación</strong> <strong>climática</strong> … - Carmona Alzate Jorge H. (2003) – pp 51-68 3


Universidad de Manizales, enero – junio / 2004<br />

2.1 Mapa Grid o Raster<br />

El “GRID” o GRILLA es un tipo de formato, que soporta datos enteros o flotantes .<br />

Esta grilla es una matriz en la cual se almacenan datos organizados por filas y<br />

columnas, los cuales son denominados datos raster (o mapa raster). Cada una de<br />

las c<strong>el</strong>das de la matriz contiene un número que puede representar una<br />

característica, atributo o fenómeno natural d<strong>el</strong> mundo real, tal como tipo de su<strong>el</strong>o,<br />

<strong>el</strong>evación sobre <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> d<strong>el</strong> mar, pendientes d<strong>el</strong> terreno, precipitación,<br />

temperatura, etc.<br />

0 1 0 0 0 0 1<br />

0 0 1 0 0 1 0<br />

0 0 1 0 1 0 0<br />

0 0 1 0 1 0 0<br />

0 0 0 1 0 0 0<br />

0 1 1 0 0 0 0<br />

1 0 0 0 0 0 0<br />

Es así como la utilización de este formato <strong>para</strong> representar fenómenos naturales,<br />

permite la mod<strong>el</strong>ación de una variación continua sobre una superficie, a través de<br />

la aplicación de fórmulas y cálculos sobre los datos raster.<br />

2.2 Parámetros de Análisis<br />

En un Sistema de Información Geográfica, cuando <strong>el</strong> análisis o mod<strong>el</strong>ación<br />

requiere la superposición de mapas, a través de fórmulas y cálculos, se debe<br />

garantizar <strong>el</strong> perfecto acoplamiento de las estructuras matriciales (o c<strong>el</strong>ulares)<br />

entre los mapas, es decir, deben coincidir sus c<strong>el</strong>das en tamaño, y posición. Por<br />

esta razón se debe establecer un marco de referencia que contenga la extensión,<br />

tamaño de c<strong>el</strong>da y máscara (o molde), que se conservará durante toda la<br />

mod<strong>el</strong>ación.<br />

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CENTRO DE INVESTIGACIONES Y DESARROLLO – FACULTAD DE INGENIERÍA<br />

En ArcView, se pueden seguir los siguientes pasos <strong>para</strong> establecer <strong>el</strong> marco<br />

referencia <strong>para</strong> la mod<strong>el</strong>ación:<br />

Para este procedimiento, se puede generar un mapa raster, compuesto<br />

simplemente por un cuadro que cubra toda la zona de análisis y cuyo tamaño de<br />

c<strong>el</strong>da sea <strong>el</strong> que permanecerá durante toda la mod<strong>el</strong>ación. También se pueden<br />

determinar las coordenadas inferior izquierda y superior derecha y llenar <strong>el</strong><br />

siguiente cuadro de diálogo:<br />

Si crea <strong>el</strong> mapa raster de referencia, simplemente s<strong>el</strong>ección<strong>el</strong>o desde <strong>el</strong> recuadro<br />

de s<strong>el</strong>ección Analysis Extent, Analysis C<strong>el</strong>l Size y Analysis Mask.<br />

Si tiene las coordenadas y <strong>el</strong> tamaño de c<strong>el</strong>da requerido, entonces se deben llenar<br />

los cuadros de texto Left, Bottom, Top y Right, <strong>para</strong> entrar las coordenadas y C<strong>el</strong>l<br />

Size, <strong>para</strong> <strong>el</strong> tamaño de c<strong>el</strong>da.<br />

El comando <strong>para</strong> acceder a este cuadro de diálogo lo puede encontrar en <strong>el</strong><br />

siguiente menú:<br />

• Analysis / Properties...<br />

• Clima / Ambiente de Análisis (en <strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o)<br />

2.3 Mod<strong>el</strong>o Digital d<strong>el</strong> Terreno<br />

Un mod<strong>el</strong>o digital d<strong>el</strong> terreno (MDT) es un mapa raster que representa la<br />

superficie de la tierra. Está geográficamente referenciado y cada una de las c<strong>el</strong>das<br />

que lo componen contiene <strong>el</strong> valor de la altura sobre <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> d<strong>el</strong> mar de ese punto.<br />

Su construcción se basa en un mapa de curvas niv<strong>el</strong>, que debe ser convertido a<br />

tipo grid o mapa raster y posteriormente realizar interpolación de las distancias<br />

entre las curvas de niv<strong>el</strong>.<br />

El método utilizado <strong>para</strong> la interpolación es <strong>el</strong> siguiente:<br />

<strong>Balance</strong> <strong>hídrico</strong> y <strong>clasificación</strong> <strong>climática</strong> … - Carmona Alzate Jorge H. (2003) – pp 51-68 5


2.3.1 Mod<strong>el</strong>ación de la Distancia Euclidiana<br />

Universidad de Manizales, enero – junio / 2004<br />

La distancia euclidiana en un “grid”, identifica la distancia desde cada una de las<br />

c<strong>el</strong>das hasta la c<strong>el</strong>da más cercana; la dirección euclidiana en un “grid”, da la<br />

dirección desde cada una de las c<strong>el</strong>das fuente hasta la c<strong>el</strong>da más cercana y la<br />

ubicación euclidiana identifica cuales c<strong>el</strong>das están r<strong>el</strong>acionadas con otras de<br />

acuerdo a sus proximidades más cercanas.<br />

La distancia euclidiana es calculada desde <strong>el</strong> centro de una c<strong>el</strong>da, llamada c<strong>el</strong>da<br />

fuente, hasta cada una de las c<strong>el</strong>das que la rodean. Conceptualmente <strong>el</strong> algoritmo<br />

euclidiano trabaja así: por cada una de las c<strong>el</strong>das, la distancia a cada una de las<br />

c<strong>el</strong>das fuente es determinada por <strong>el</strong> cálculo de la hipotenusa con la x_max y<br />

y_max (triángulo de Pitágoras). De este cálculo, se deriva <strong>el</strong> “Euclidiano<br />

verdadero”, en vez de la distancia de la c<strong>el</strong>da. La distancia más corta a una c<strong>el</strong>da<br />

fuente es determinada, y si esta es menor que una distancia máxima especificada,<br />

<strong>el</strong> valor es asignado a la c<strong>el</strong>da.<br />

Los valores <strong>para</strong> <strong>el</strong> grid, de la distancia euclidiana son d<strong>el</strong> tipo punto flotante. Si<br />

una c<strong>el</strong>da está a una distancia igual a dos o más c<strong>el</strong>das, esta es asignada a la que<br />

primero encontró en <strong>el</strong> proceso de búsqueda (la búsqueda empieza desde la parte<br />

superior izquierda y se mueve de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo).<br />

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CENTRO DE INVESTIGACIONES Y DESARROLLO – FACULTAD DE INGENIERÍA<br />

La dirección euclidiana es asignada en grados <strong>para</strong> cada una de las c<strong>el</strong>das más<br />

cercanas a la fuente. El proceso se realiza en un compás de 360º en dirección de<br />

las manecillas d<strong>el</strong> r<strong>el</strong>oj, dando <strong>el</strong> valor de 1 y 360 a las c<strong>el</strong>das al sur y <strong>el</strong> valor de<br />

cero a las c<strong>el</strong>das fuente.<br />

La localización euclidiana, identifica cada una de las c<strong>el</strong>das que están más<br />

cercanas a una c<strong>el</strong>da fuente. Cada una de estas c<strong>el</strong>das recibe <strong>el</strong> valor de la c<strong>el</strong>da<br />

fuente por la cual es ubicada (Tomado de la Ayuda d<strong>el</strong> software ArcView 3.1).<br />

(ESRI, Environmental Systems Research Institute, Inc., 1992 - 1999)<br />

Después de la interpolación se pasa un filtro con un procesamiento de análisis<br />

estadístico focal a través de una r<strong>el</strong>ación de vecindades en círculo u otra figura<br />

geométrica, calculando la mediana aritmética entre los valores de las c<strong>el</strong>das<br />

encontradas en <strong>el</strong> recorrido.<br />

La gráfica muestra <strong>el</strong> proceso que se lleva a cabo en una r<strong>el</strong>ación de vecindades<br />

en cuadrado de 5 x 5. Al igual que con una figura circular, este recorrido se lleva a<br />

cabo desde la parte superior izquierda hasta la inferior derecha.<br />

2.4 Precipitación<br />

Para la <strong>el</strong>aboración de los mapas de precipitación se partió de los datos de<br />

precipitación, almacenados en una tabla.dbf, donde cada uno de los registros<br />

contiene campos adicionales con las coordenadas planas (X,Y) <strong>para</strong> cada estación<br />

correspondiente a cada uno de los datos.<br />

Se añade esta tabla en la aplicación de la manera como se explica en <strong>el</strong> manual<br />

d<strong>el</strong> usuario, de tal forma que quede como un mapa de puntos, posteriormente se<br />

realiza una interpolación con base en los datos de precipitación mensual y así se<br />

obtienen los mapas de precipitación mensual.<br />

2.4.1 Discusión acerca de la interpolación<br />

La interpolación empleada es la IDW (Inverse distance weighted). Determina los<br />

valores de las c<strong>el</strong>das, a partir de los valores de cada punto (mapa de puntos con<br />

datos de precipitación), usando una combinación lineal de pesos (power) dados a<br />

<strong>Balance</strong> <strong>hídrico</strong> y <strong>clasificación</strong> <strong>climática</strong> … - Carmona Alzate Jorge H. (2003) – pp 51-68 7


Universidad de Manizales, enero – junio / 2004<br />

un grupo de puntos. El peso es una función que da mayor importancia a cada<br />

valor de acuerdo a una r<strong>el</strong>ación inversa a su distancia.<br />

La interpolación puede ser conmutada desde un punto de vista local a global<br />

cambiando su peso. Un valor alto de peso, resultará en una menor influencia<br />

desde los puntos circundantes. El IDW asume que cada punto (en este caso, cada<br />

dato de estación pluviométrica), tiene una influencia local que disminuye con la<br />

distancia y la interpolación se realiza sobre todos o algunos de los puntos que se<br />

encuentren dentro de un radio de influencia dado.<br />

2.5 Brillo Solar<br />

Se partió de la siguiente fórmula <strong>para</strong> <strong>el</strong>aborar <strong>el</strong> mapa de brillo solar:<br />

BS = 716 - 0.258*ALT - 0.121*P + 5.49 LAT + CorrEsp.<br />

Donde;<br />

BS: brillo solar año medio (horas/año)<br />

ALT: altitud (m)<br />

P: precipitación año medio (mm/año)<br />

LAT: latitud en minutos<br />

CorrEsp.: corrección espacial (residuo)<br />

En primera instancia, <strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o crea una tabla.dbf con dos campos (de nombre X<br />

y Y respectivamente), donde genera coordenadas geográficas de la zona actual<br />

d<strong>el</strong> proyecto, con distancias entre pares x,y dadas por <strong>el</strong> usuario. Posteriormente<br />

son añadidas al proyecto a manera de tema o mapa de puntos y es interpolado<br />

con base en <strong>el</strong> campo X. Luego, se aplica la fórmula 4<br />

grdLatMin = ((mapInt - 1000000)/1852)+276<br />

sobre este mapa resultante, <strong>para</strong> obtener <strong>el</strong> mapa de latitud en minutos, necesario<br />

<strong>para</strong> aplicar la fórmula de Brillo Solar.<br />

Hasta este punto hemos resumido la construcción de los mapas de precipitación y<br />

mod<strong>el</strong>o digital d<strong>el</strong> terreno, comunes <strong>para</strong> los dos mod<strong>el</strong>os, además <strong>el</strong> mapa de<br />

brillo solar, mapa único <strong>para</strong> <strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o 2. Ahora veamos los mapas restantes que<br />

aunque son comunes <strong>para</strong> los dos mod<strong>el</strong>os, sus metodologías de construcción<br />

son diferentes.<br />

2.6.1 Temperatura<br />

2.6 Mapas Mod<strong>el</strong>o 1<br />

Flórez (1985) ha planteado las siguientes r<strong>el</strong>aciones altitudinales de la temperatura<br />

media d<strong>el</strong> aire con la altitud (ALT), las que se acogen en este estudio:<br />

4 Fórmula suministrada por <strong>el</strong> Ing. Fernando González<br />

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CENTRO DE INVESTIGACIONES Y DESARROLLO – FACULTAD DE INGENIERÍA<br />

Cordillera Occidental Vertiente Este<br />

T(°C)=29.4 - 0.0064 *ALT<br />

Cordillera Central Vertiente Oeste<br />

T(°C)=30.63 - 0.0067 *ALT<br />

Cordillera Central Vertiente Este<br />

T(°C)=29.24 - 0.0065 *ALT<br />

Estas fórmulas se aplican en formato raster a un mapa de zonas de temperatura<br />

definidas por González <strong>para</strong> este estudio en tres zonas dependiendo de la<br />

cordillera y de su flanco o vertiente así:<br />

Z 1: Vertiente este Cord. Central<br />

Z 2: Vertiente este Cord. Occidental<br />

Z 3: Vertiente oeste Cord. Central<br />

2.6.2 Evapotranspiración Anual<br />

Para <strong>el</strong> cálculo de esta variable se acogió la fórmula propuesta por González<br />

(1995) <strong>para</strong> la Región d<strong>el</strong> Eje Cafetero.<br />

ETP=400+1500*EXP(-0.000538*ALT)<br />

Para altitudes superiores a 4000 m, se tomo <strong>el</strong> valor de 575 mm puesto que a<br />

esas altitudes no se tienen datos<br />

A la fórmula anterior se le hizo una corrección <strong>para</strong> introducir <strong>el</strong> efecto positivo d<strong>el</strong><br />

brillo solar<br />

ETP = (400 + 1500*EXP(-0.000538*ALT)) (BS/1600) 0.2<br />

2.6.3 Evapotranspìración Mensual<br />

Los mapas mensuales de evapotraspiración se calculan mediante la siguiente<br />

fórmula:<br />

ETPmes = (ETP/12) * FactETPmes<br />

Donde FactETPmes es un factor de corrección de esvapotranspiración definido<br />

por González (1997).<br />

2.6.4 <strong>Balance</strong> Hídrico<br />

El mod<strong>el</strong>o calcula las existencias y deficiencias de agua en <strong>el</strong> su<strong>el</strong>o mes a mes,<br />

siendo sus variables de entrada las precipitaciones de los meses, la ETP y como<br />

parámetro la capacidad de campo de los su<strong>el</strong>os. El almacenamiento máximo<br />

proviene d<strong>el</strong> mapa de retención de agua por los su<strong>el</strong>os. Las salidas d<strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o<br />

<strong>Balance</strong> <strong>hídrico</strong> y <strong>clasificación</strong> <strong>climática</strong> … - Carmona Alzate Jorge H. (2003) – pp 51-68 9


Universidad de Manizales, enero – junio / 2004<br />

son mapas mes por mes de: evapotranspiración real (ETR), la suficiencia de agua<br />

(ETR/ETP) y <strong>el</strong> escurrimiento o escorrentía "in situ" (Q).<br />

Ecuaciones d<strong>el</strong> Mod<strong>el</strong>o<br />

Escurrimiento Inmediato, Qimes:<br />

Sí Pmes> 150 => Qimes = 0.6 *(Pmes -150) +28<br />

Si no QImes = Exp (Pmes/45)<br />

Diferencia entre aporte y gasto (variable ficticia o temporal), DIFmes<br />

DIFmes = Pmes - QImes - ETPmes<br />

ALMmes = ALMmes-1 + DIFmes<br />

Sí ALMmes > AMAX entonces ALMmes = AMAX<br />

Nmes = AMAX * Ln (ALMmes / AMAX)<br />

ETRmes = ETPmes<br />

SUFmes = 100<br />

Qmes = Pmes - ETPmes - (ALMmes - ALMmes-1) + QImes<br />

Condición de Secamiento DIFmes < 0<br />

Nmes = Nmes-1 + DIFmes<br />

ALMmes = AMAX * Exp ( Nmes / AMAX )<br />

ETRmes = Pmes - QImes + (ALMmes-1 - ALMmes)<br />

SUFmes = 100 * (ETRmes / ETPmes)<br />

Qmes = Qimes<br />

Donde;<br />

AMAX: almacenamiento máximo d<strong>el</strong> su<strong>el</strong>o<br />

ALMmes: almacenaje en <strong>el</strong> mes<br />

ALMmes-1: almacenaje en <strong>el</strong> mes anterior<br />

ETPmes: evapotranspiración potencial mensual<br />

ETRmes: evapotranspiración real mensual<br />

Nmes: negativo acumulado<br />

Pmes: precipitación mensual<br />

Qmes: escurrimiento mensual<br />

Qimes: escurrimiento inmediato mensual<br />

SUFmes: suficiencia de agua (ETRmes / ETPmes en %)<br />

2.7.1 Temperatura<br />

2.7 Mapas Mod<strong>el</strong>o 2<br />

Castañeda? (1986), emplea un factor de corrección tomado de la Fórmula de<br />

Isab<strong>el</strong>lina, que se basa en una serie de constantes mensuales aplicadas en una<br />

fórmula que las r<strong>el</strong>aciona con la altitud sobre <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> d<strong>el</strong> mar, dando como<br />

resultado la temperatura media mensual.<br />

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FÓRMULA DE ISABELLINA<br />

Temperatura = Altitud (m.s.n.m.) * ( a ) / 100 + ( b )<br />

Enero =Altitud * (-0,71) / 100 + (30,9)<br />

Febrero = Altitud * (-0,7) / 100 + (31,1)<br />

Marzo = Altitud * (-0,68) / 100 + (30,6)<br />

Abril = Altitud * (-0,66) / 100 + (29,8)<br />

Mayo = Altitud * (-0,65) / 100 + (29,8)<br />

Junio = Altitud * (-0,68) / 100 + (30,4)<br />

Julio = Altitud * (-0,74) / 100 + (32,1)<br />

Agosto = Altitud * (-0,74) / 100 + (31,6)<br />

Septiembre = Altitud * (-0,76) / 100 + (31,3)<br />

Octubre = Altitud * (-0,66) / 100 + (29,3)<br />

Noviembre = Altitud * (-0,65) / 100 + (29,4)<br />

Diciembre = Altitud * (-0,68) / 100 + (30,1)<br />

Anual = Altitud * (-0,69) / 100 + (30,6)<br />

Esta fórmula, al igual que todas las demás, se aplicará al mod<strong>el</strong>o a través de la<br />

programación en Avenue en formato raster.<br />

2.7.2 Evapotranspiración<br />

Se utilizó <strong>el</strong> método empírico de Thornthwaite, "...<strong>el</strong> cual consiste en calcular<br />

primero <strong>para</strong> cada mes una evapotranspiración potencial que puede asimilarse al<br />

poder evaporante de la atmósfera en la cuenca considerada, en función de la<br />

temperatura media mensual ( tº C ) por intermedio de índices térmicos mensuales i<br />

(REMENIERAS G. Tratado de Hidrología Aplicada, 1991) y <strong>el</strong> factor de corrección<br />

de Thornthwaite (f) (CASTAÑEDA O., Alonso. Hidrología, 1986).<br />

i = (t/5)^1.514<br />

I = ∑i<br />

a = (1.6/100)I+0.5<br />

Ep = (1.6[10(t/I)] a )10 f<br />

f =<br />

enero 1 julio 1,06<br />

febrero 0,93 agosto 1,05<br />

marzo 1,03 septiembre 1,01<br />

abril 1,02 octubre 1,03<br />

mayo 1,06 noviembre 0,99<br />

junio 1,03 diciembre 1,02<br />

<strong>Balance</strong> <strong>hídrico</strong> y <strong>clasificación</strong> <strong>climática</strong> … - Carmona Alzate Jorge H. (2003) – pp 51-68 11


2.7.3 <strong>Balance</strong> Hídrico<br />

Universidad de Manizales, enero – junio / 2004<br />

Este balance <strong>hídrico</strong> determina las condiciones hídricas superficiales promedio de<br />

escurrimiento o exceso de agua en la zona de estudio.<br />

El mod<strong>el</strong>o solo considera los aportes de la lluvia, las aguas subterráneas y las<br />

pérdidas por percolación profunda no se tienen en cuenta (Andrade Pérez, 1996)<br />

Pérdida por almacenamiento:<br />

Pérd Almac = (ETP-P) * (Almac Ant / Amac Total)<br />

Almacenamiento<br />

Almac = Almac Ant - Pérd Almac<br />

Evapotranspiración real<br />

(ET) )= Precipitación + Pérd Almac<br />

Déficit = ETP - ET<br />

Excesos = Almac Ant + P - ETP - Almac Total<br />

(Cuando P > ETP y Almac Ant + P > ETP + Almac Total)<br />

2.7.4 Clasificación Climática<br />

La <strong>clasificación</strong> <strong>climática</strong> fue tomada según la metodología de Thornthwaite,<br />

expuesta en Andrade Pérez, (1996)<br />

Índice de humedad (Ih): Está dado por la r<strong>el</strong>ación entre <strong>el</strong> exceso de agua anual<br />

(E) y la evapotranspiración potencial anual (Etp), en porcentaje.<br />

Ih = (E/Etp)*100.<br />

Índice de aridez (Ia): Está dado por la r<strong>el</strong>ación entre la deficiencia anual de agua<br />

(D) y la evapotranspiración potencial anual (Etp) en porcentaje.<br />

Ia = (D/Etp)*100<br />

La primera letra de la <strong>clasificación</strong> <strong>climática</strong> la da <strong>el</strong> Factor de humedad (Im),<br />

según la fórmula Im = Ih – 0.6(Ia)<br />

100,1 y más<br />

80,1 a 100,0<br />

60,1 a 80,0<br />

40,1 a 60,0<br />

20,1 a 40,0<br />

0,1 a 20,0<br />

Im Símb Tipo Climático<br />

A (9)<br />

B4 (8)<br />

B3 (7)<br />

B2 (6)<br />

B1 (5)<br />

C2 (4)<br />

Super húmedo<br />

Muy húmedo<br />

Húmedo<br />

Moderad. húmedo<br />

Ligeramente húmed<br />

Semihúmedo<br />

12


-20,0 a 0,0<br />

-40,0 a -20,1<br />

-60,0 a -40,1<br />

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C1 (3)<br />

D (2)<br />

E (1)<br />

Semiseco<br />

Semiárido<br />

Arido<br />

La segunda letra de la <strong>clasificación</strong> se otorga considerando la variación estacional<br />

de la humedad efectiva, y son los índices de humedad o aridez los utilizados <strong>para</strong><br />

tal efecto. Para los climas A y B, en todos sus rangos, así como <strong>para</strong> C2 , la<br />

variación estacional de la humedad la determina <strong>el</strong> Ia, mientras que <strong>para</strong> los<br />

climas C1, D y E se emplea <strong>el</strong> Ih.<br />

Índice en<br />

porcentaje (Ia)<br />

Símbolo Déficit de agua<br />

0,0 a 16,7 r (1) Poco o ninguna<br />

16,7 a 33,3 a (2) Moderado<br />

Mayor que 33,3 a2 (3) Grande<br />

Índice en<br />

porcentaje (Ih)2<br />

Símbolo Déficit de agua<br />

0,0 a 10,0 d (1) Poco o ninguno<br />

10,0 a 20,0 s' (2) Moderado<br />

Mayor que 20,0 s'2 (3) Grande<br />

La tercera letra está dada por <strong>el</strong> carácter térmico, expresado en la<br />

evapotranspiración potencial, y se calcula en función de la temperatura media<br />

mensual por lo cual se constituye en un índice de eficiencia termal.<br />

ETP (mm) Símbolo Clima<br />

< 142<br />

142 - 285<br />

285 - 427<br />

427 - 570<br />

570 – 712<br />

712 – 855<br />

8855 – 997<br />

997 – 1140<br />

> 1140<br />

E' (1)<br />

D' (2)<br />

C'1 (3)<br />

C'2 (4)<br />

B'1 (5)<br />

B'2 (6)<br />

B'3 (7)<br />

B'4 (8)<br />

A' (9)<br />

Hi<strong>el</strong>os<br />

Tundra<br />

Microtermal<br />

Microtermal<br />

Mesotermal<br />

Mesotermal<br />

Mesotermal<br />

Mesotermal<br />

Megatermal<br />

3. Validación d<strong>el</strong> Mod<strong>el</strong>o<br />

Para hablar de la validación d<strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o, debe antes mencionarse que este trabajo<br />

no es la propuesta de un mod<strong>el</strong>o nuevo <strong>para</strong> balance <strong>hídrico</strong> climático, sino que es<br />

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la sistematización en un SIG de mod<strong>el</strong>os y fórmulas empíricas validadas tanto<br />

nacional como internacionalmente, tal es <strong>el</strong> caso de González (1995), Flórez<br />

(1985) y Thornthwaite.<br />

Se entiende que la validación de un mod<strong>el</strong>o debe realzarse a través de<br />

procedimientos estadísticos adecuados. Sin embargo, esto es posible cuando<br />

existen suficientes datos de com<strong>para</strong>ción o comprobación. Otra forma de<br />

validación es <strong>el</strong> método D<strong>el</strong>phi, <strong>el</strong> cual consiste en la aprobación, asesoría o<br />

contrastación d<strong>el</strong> funcionamiento d<strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o con opiniones de grupos de expertos<br />

en <strong>el</strong> tema en cuestión.<br />

Considerando lo anterior y <strong>el</strong> hecho de que <strong>para</strong> este mod<strong>el</strong>o (o si se quiere<br />

aplicación sistematizada de los mod<strong>el</strong>os) no se tienen muchos datos o registros de<br />

com<strong>para</strong>ción y validación con procedimientos estadísticos, se recurrió a los<br />

siguientes pasos de validación:<br />

Se implementó una nueva aplicación al mod<strong>el</strong>o que calculara la acumulación d<strong>el</strong><br />

flujo de agua a partir de los datos finales de escurrimiento y que alimenta los<br />

colectores naturales (drenajes) y se comparó con datos tomados en campo<br />

durante varios años en determinados sitios de la cuenca d<strong>el</strong> río Chinchiná, por<br />

parte de la empresa Aguas de Manizales.<br />

Se contó también con la asesoría y participación d<strong>el</strong> Ing. Fernando González<br />

Lozano, experto en climatología.<br />

El mod<strong>el</strong>o se empleó en <strong>el</strong> proyecto “Conservación de los Ecosistemas de Alta<br />

Montaña en la Cordillera Central, Departamentos de Caldas, Quindío, Valle d<strong>el</strong><br />

Cauca y Tolima, un Aporte a las Ecorregiones Estratégicas” arrojando resultados<br />

contrastados y aprobados por ing. Oscar Sáenz, quien coordinaba <strong>el</strong> componente<br />

de hidroclimatología d<strong>el</strong> proyecto.<br />

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4. Los Mapas<br />

A continuación se exponen algunos de los mapas resultado de las mod<strong>el</strong>aciones.<br />

Estos se encuentran ya editados.<br />

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Universidad de Manizales, enero – junio / 2004<br />

Bibliografía<br />

ANDRADE PÉREZ, Ang<strong>el</strong>a, et al. Zonificación Ecológica y Caracterización de las<br />

Unidades Ecológicas d<strong>el</strong> Paisaje en la Cueca Hidrográfica d<strong>el</strong> Río Sinú Parte<br />

Media y Baja, sig En: La Revista Informativa D<strong>el</strong> Proyecto Sig-Pafc (Sistema de<br />

Información Geográfica – Plan de Acción Forestal Para Colombia), Santafé de<br />

Bogotá. Año 3, No. 12; (diciembre de 1996); p.24-27. ISSN 0121-9278<br />

CASTAÑEDA O., Alonso. Hidrología de Superficie. Universidad d<strong>el</strong> Tolima.<br />

Facultad de Ingeniería Forestal. Ibagué, 1986<br />

ESRI, Environmental Systems Research Institute, Inc., 1992 – 1999<br />

ESRI, Environmental Systems Research Institute, Inc. Using Avenue,<br />

Customization and Application for ArcView. United States of America, 1996.<br />

___________. Using ArcView GIS, The Geographic Information System for<br />

Everyone. United States of America, 1996.<br />

___________. Programing with Avenue. ESRI Educational Services, 1998<br />

___________. Working with ArcView Spatial Analyst. ESRI Educational Services,<br />

1998<br />

GONZÁLEZ, F. Mod<strong>el</strong>o Hidrológico Computarizado <strong>para</strong> <strong>el</strong> Manejo Integrado de<br />

Cuencas Hidrográficas en la Región d<strong>el</strong> Eje Cafetero. Federación Nacional de<br />

Cafeteros - Centro Regional de Estudios Cafeteros y Empresariales. Manizales,<br />

octubre de 1995.<br />

___________ Caracterización Climática de Caldas. Corporación Autónoma<br />

Regional de Caldas. Manizales, julio de 1997.<br />

HIMAT, Instituto Colombiano de Hidrología, Meteorología y Adecuación de Tierras.<br />

Estudio sobre <strong>el</strong> fenómeno “El Niño”,. Santafé de Bogotá, D.C., 1994<br />

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CENTRO DE INVESTIGACIONES Y DESARROLLO – FACULTAD DE INGENIERÍA<br />

DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO BÁSICO. Plaza & Janes, Ltda., 1979<br />

PÉREZ, A.; et. al. Caracterización Climática de la Cuenca Hidrográfica d<strong>el</strong> Río<br />

Sinú, Parte Media y Baja. Sistemas de Información Geográfica - Plan de Acción<br />

Forestal <strong>para</strong> Colombia -. En revista: Sig - Pafc, año 3, número 9, marzo de 1996,<br />

Santa Fé de Bogotá D. C..<br />

____________ Zonificación Ecológica y Caracterización de las Unidades<br />

Ecológicas d<strong>el</strong> Paisaje en la Cuenca Hidrográfica d<strong>el</strong> Río Sinú (Parte Media y<br />

Baja). Sistema de Información Geográfica - Plan de Acción Forestal <strong>para</strong> Colombia<br />

-. En revista: Sig - Pafc, año 3, número 12, diciembre de 1996, Santa Fé de<br />

Bogotá D. C.<br />

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