Modelación de la dinámica de escurrimientos y sedimentos en la cuenca del río Chapingo.

Abstract

En esta investigación se seleccionó la cuenca del río Chapingo para evaluar el impacto hidrológico de las obras de conservación de suelo y agua (CSA) (117 presas de control de azolves y 325.27 ha de reforestaciones) construidas a principios de los 70’s por el Plan Lago de Texcoco y determinar en qué momento fue evidente el impacto de las mismas, así como para identificar en qué medida han impactado el balance hidrológico general de la cuenca. Primero se realizó un análisis estadístico sobre valores anuales de volúmenes escurridos (Qa), escurrimientos máximos (Qp) y producción de sedimentos (Ps) del periodo 1950 a 2000, utilizando análisis de tendencia de Mann-Kendall (MK) y detección de puntos de cambio de Pettitt, Buishand, NHST y von Neumann. Los resultados indican que no existe una tendencia de cambio en la precipitación (PP) y el Qa, pero que Qp y Ps sí mostraron una tendencia decreciente a partir del punto de cambio detectado en 1974. Al comparar las variables hidrológicas en dos periodos: i) antes de obras (1950 a 1974) y ii) después de obras (1975 a 2000) con ANOVA (P<0.05) al 95 % de confianza, se encontró que no existen diferencias estadísticamente significativas en la PP en ambos periodos y en contraste, sí existen diferencias estadísticamente significativas entre las varianzas de Qa, Qp y Ps, lo que explica las bondades de las acciones de conservación para reducir el escurrimiento superficial y la producción de sedimentos. Posteriormente se calibró y validó el modelo SWAT de 1960 a 1968 para determinar si era posible la modelación de los escurrimientos antes de obras con esta herramienta. Para el funcionamiento del modelo se utilizó información climática, parámetros fisiotécnicos de las coberturas vegetales y las propiedades físicas y químicas de los tipos de suelos presentes en la cuenca. Para la calibración (c) y validación (v) se estimó el coeficiente de determinación (R2) y el índice de eficiencia Nash-Sutcliffe (NSE) entre valores observados y simulados para caudales mensuales (R2 = 0.57 c, NSE = 0.516 c, R2 = 0.39 v, y NSE = 0.487 v). Los índices de eficiencia obtenidos son satisfactorios y buenos conforme la bibliografía, por lo que la calibración y validación del modelo SWAT se considera adecuada. Se recomienda su uso para modelar los escurrimientos en la época posterior a las obras de conservación de suelo y agua y así enriquecer la toma de decisiones sobre posibles estrategias de conservación de suelo y agua en la cuenca del río Chapingo. ______________ MODELING RUNOFF AND SEDIMENT DYNAMICS IN THE CHAPINGO RIVER BASIN. ABSTRACT: In this research, the Chapingo River Basin was selected to assess the hydrologic impact of soil and water conservation works (117 dams of sediment control and 325.27 ha of reforestation) built in the early 70's by the Texcoco Lake Plan and to determine at what moment the impact of those was evident, as well as to identify how they have impacted the general hydrologic balance of the basin. First, a statistical analysis was performed on annual values of runoff volumes (Qa), peak runoff (Qp) and sediment yield (Ps) from 1950 to 2000, using Mann-Kendall trend analysis (MK) and change points detection of Pettitt, Buishand, NHST and von Neumann. The results indicate that there is no tendency of change in precipitation (PP) and Qa, but that Qp and Ps did show a decreasing trend from the change point detected in 1974. When comparing hydrological variables as two periods: i ) before conservation (1950 to 1974) and ii) after conservation (1975 to 2000) with ANOVA (P <0.05) at 95% confidence, it was found that there are no statistically significant differences in the PP in both periods, but in contrast, there are statistically significant differences between the means of Qa, Qp and Ps, which explains the benefits of conservation works to reduce surface runoff and sediment yield. Subsequently, the SWAT model was calibrated and validated from 1960 to 1990 to determine if runoff modeling before soil and water conservation works was possible with this tool. For model operation it was necessary climatic information, physiotechnical parameters of land use/land cover and the physical and chemical properties of the soil types present in the basin. For calibration (c) and validation (v), the coefficient of determination (R2) and the Nash-Sutcliffe efficiency index (NSE) between observed and simulated values were estimated for monthly flow (R2 = 0.57 c, NSE = 0.516 c, R2 = 0.39 v, and NSE = 0.487 v). The efficiency indexes obtained are satisfactory and good according to the literature, so it is considered that the calibration and validation of the SWAT model is adequate. Its use is recommended to model runoff in the period after soil and water conservation works and thus enrich decision-making on possible soil and water conservation strategies in the Chapingo river basin.