Anteproyecto Mapa Aridez

101 Pages·2009·7.69 MB·Spanish

by  Martha Liliana García

RÉGIMEN E INDICE DE ARIDEZ DE COLOMBIA
Participación de Colombia en el Proyecto Regional del Mapa de Zonas Áridas.
Grupo de Investigación en Ingeniería de Recursos Hídricos
y Desarrollo de Suelos y Aguas
Tesis de Maestría Presentada por
Martha Liliana García González
Ingeniera Agrícola
Director
Yesid Carvajal Escobar, Ph.D
Grupo IREHISA - EIDENAR – Universidad del Valle
Universidad del Valle
Facultad de Ingeniería
Postgrado en Ingeniería Sanitaria y Ambiental
Octubre de 2007
RÉGIMEN E INDICE DE ARIDEZ DE COLOMBIA
Participación de Colombia en el Proyecto Regional del Mapa de Zonas Áridas.
Grupo de Investigación en Ingeniería de Recursos Hídricos
y Desarrollo de Suelos y Aguas
Tesis presentada a la Escuela de Ingeniería
de Recursos Naturales y del Ambiente
como requisito parcial para obtener el título de
Magíster en Ingeniería con énfasis en
Ingeniería Sanitaria y Ambiental
por
Martha Liliana García González
Ingeniera Agrícola
Director
Yesid Carvajal Escobar, Ph.D
Grupo IREHISA - EIDENAR – Universidad del Valle
Universidad del Valle
Facultad de Ingeniería
Postgrado en Ingeniería Sanitaria y Ambiental
Octubre de 2007
A Patrick B. Hill
i
Agradecimientos
Mi más sincera gratitud a Yesid Carvajal Escobar, mi director, profesor, colega y amigo por la oportunidad de
realizar este trabajo y de acompañarlo en la conformación de nuestro grupo de investigación.
Al IDEAM por su participación como cofianciador y fuente a traves del convenio específico para intercambio
de información suscrito con la Universidad del Valle. Al PHI UNESCO por la oportunidad de participar en su
proyecto regional y por el apoyo económico brindado.
Al Ing. Koen Verbist de CAZALAC, a Andy Jarvis del CIAT y a Freddy Hernando Neira, becario del programa
ALBAN en la Universidad de Ghent, Bélgica, por sus oportunos consejos y recomendaciones.
A la profesora Patricia Guerrero, directora de la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación
OTRI y al profesor Enrique Peña Salamanca de la Facultad de Ciencias, por la confianza brindada.
Finalmente agradezco también a mis compañeros del PISA y a mis compañeros del Grupo IREHISA, muy
especialmente a Andrés Fabián Barrios, Claudia Lucia Grisales, Olga Lucia Puertas y Mauricio Quintero
Angel.
ii
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN 1
ABSTRACT 1
1 INTRODUCCION 3
1.2 OBJETIVOS DEL TRABAJO 5
1.2.1 OBJETIVO GENERAL 5
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 5
1.3 ORGANIZACIÓN DEL DOCUMENTO 5
2 MARCO CONTEXTUAL Y ESTADO ACTUAL DEL TEMA 7
2.1 MARCO CONTEXTUAL 7
2.1.1 AGUA: VISIÓN MUNDIAL Y SITUACIÓN 7
2.1.2 ESTADO DE LOS RECURSOS HÍDRICOS EN LA REGIÓN 8
2.1.3 SUELO: VISIÓN MUNDIAL Y SITUACIÓN 9
2.1.4 ARIDEZ 9
2.1.5 DESERTIFICACIÓN 11
2.1.6 ZONAS ÁRIDAS, SEMIÁRIDAS Y SUBHÚMEDAS SECAS EN LA REGIÓN 12
2.1.7 VARIABILIDAD Y CAMBIO CLIMÁTICO 13
2.2 ESTADO ACTUAL DEL TEMA 14
2.2.1 INICIATIVAS A NIVEL MUNDIAL EN RELACIÓN CON EL TEMA 14
2.2.2 INICIATIVAS EN COLOMBIA EN RELACIÓN CON EL TEMA 15
3 MARCO CONCEPTUAL 19
3.1 DISPONIBILIDAD DE AGUA 19
3.1.1 EVAPOTRANSPIRACIÓN 22
3.1.2 ÍNDICES COMPLEMENTARIOS PARA DESCRIBIR LOS REGÍMENES DE 24
HUMEDAD
3.1.3 ÍNDICES DE AGRESIVIDAD CLIMÁTICA 25
3.1.4 ÍNDICES COMPLEMENTARIOS DE AGRESIVIDAD CLIMÁTICA 26
4 METODOLOGIA 29
4.1 SERIES DE DATOS DISPONIBLES 29
4.2 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN CLIMATOLÓGICA 34
4.3 CÁLCULO DE ÍNDICES DE RÉGIMEN HÍDRICO - LA HERRAMIENTA CIRH 39
4.4 ANÁLISIS ESPACIAL DE LOS DATOS 43
5 ÁREA DE ESTUDIO: COLOMBIA 46
iii
6 RESULTADOS 51
6.1 ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE LA INFORMACIÓN DISPONIBLE PARA LA 51
REALIZACIÓN DEL MAPA
6.1.1 ANÁLISIS EXPLORATORIO DE DATOS - AED 51
6.1.2 ANÁLISIS DE CLUSTER COMPLEMENTARIO AL AED 53
6.1.3 ANÁLISIS CONFIRMATORIO 56
6.2 CALCULO DE ÍNDICES PARA LA DELIMITACIÓN DE ZONAS ÁRIDAS, SEMIÁRIDAS 57
Y SUBHÚMEDAS SECAS
6.3 MAPAS DE VARIABLES CLIMÁTICAS, ÍNDICE DE ARIDEZ, RÉGIMEN DE ARIDEZ E 61
INDICES COMPLEMENTARIOS.
6.4 ANÁLISIS DE COMPONENTES PRINCIPALES PARA EL INDICE DE ARIDEZ 77
CALCULADO A PARTIR DEL CIRH
6.4.1 SELECCIÓN DEL NÚMERO ÓPTIMO DE COMPONENTES 77
PRINCIPALES (CP)
6.4.2 ROTACIÓN DE FOES 78
6.5 ANÁLISIS CLUSTER JERÁRQUICOS 79
6.6 ANÁLISIS DISCRIMINANTE DE LAS COMPONENTES PRINCIPALES 81
6.7 COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS EMPLEADOS 83
7 CONCLUSIONES 85
8 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN 87
9 REFERENCIAS 89
10 ANEXOS 93
10.1 ANEXO A. MAPA REGIONAL PRELIMINAR DE ZONAS ARIDAS Y REGIEM HIDRICO 93
DEL AMERICA LATINA Y EL CARIBE.
10.2 ANEXO B. BASE DE DATOS DE PRECIPITACIÓN FUENTE IDEAM 95
10.3 ANEXO C. BASE DE DATOS DE PRECIPITACIÓN FUENTE KNMI 95
10.4 ANEXO D. BASE DE DATOS DE PRECIPITACIÓN FUENTE FAO 95
10.5 ANEXO E. RESULTADOS CIRH 95
iv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3 1. Fórmulas utilizadas para la obtención de índices climáticos 21
Tabla 3 2. Clasificación del Índice de Aridez. 22
Tabla 3 3. Clasificación del régimen de aridez 25
Tabla 3 4 Clasificación de los valores del IFM. 26
Tabla 3 5. Clasificación del Índice de Concentración de las Precipitaciones 27
Tabla 4 1. Detalle de las estaciones utilizadas para la realización del mapa de zonas áridas, 31
semiáridas y Subhúmedas secas de Colombia que cumplieron los criterios acordados
en el 2do Taller de Quito.
Tabla 6 1. Estadísticos descriptivos para algunas estaciones de la base de datos IDEAM 52
Tabla 6 2. Pruebas de significancia para comprobación de normalidad base datos KNMI 53
Tabla 6 3. Resultados del análisis cluster. 54
Tabla 6 4. Resultados del CIRH para la estaciones de precipitación. Estacion Normal Sta Teresa, 58
municipio Frontino, departamento de Antioquia.
Tabla 6 5. Resultados del CIRH para la estaciones climatologicas. Estacion Normal Sta Teresa, 59
municipio Frontino, departamento de Vichada
Tabla 6 6. Autovalores del ACP 82
Tabla 6 7. Valores de Lambda de Wilks 82
v
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2 1. Mapa mundial de aridez (déficit pluviométrico en mm) 10
Figura 2 2. Mapa severidad de la degradación del suelo. 11
Figura 2 3. Distribución de las zonas áridas en América Latina y el Caribe 13
Figura 2 4. Mapa de del Indice de aridez 1974 – 1998 (izq), Mapa de del Indice de aridez (sin 16
periodo) (der).
Figura 3 1. Marco conceptual concertada 19
Figura 3 2. Características del cultivo de referencia hipotético (FAO, 1998) 22
Figura 4 1. Marco metodológico general para el análisis de la información para la realización del 29
mapa de zonas áridas, semiáridas y Subhúmedas secas de Colombia, e índices
complementarios.
Figura 4 2. Aspecto del CIRH para la introducción de datos de localidades o estaciones 40
climatológicas
Figura 4 3. Aspecto del archivo para importar múltiples localidades o estaciones climatológicas 40
Figura 4 4. Superficie del régimen de aridez multianual (1970-2000) usando el método de 44
interpolación IDW
Figura 4 5. Superficie del régimen de aridez multianual (1970-2000) usando el método de 45
interpolación Kriging.
Figura 6 1. Boxplot para la series de precipitación de cuatro estaciones en Colombia. 51
Figura 6 2. Prueba Q-Q para la series de precipitación de la estacion Salazar, Norte de Santander. 52
Figura 6 3. Coeficiente de correlación de Pearson para cada grupo formado para la base de datos 55
FAO
Figura 6 4. Coeficiente de correlación de Pearson para cada grupo formado para la base de datos 55
KNMI
Figura 6 5. Coeficiente de correlación de Pearson para cada grupo formado para la base de datos 56
IDEAM
Figura 6 6. Numero de series de precipitación y climatologicas utlizadas para el estudio. 57
Figura 6 7. Métodos usados para el cálculo de la ETo – distribución porcentual 60
Figura 6 8. Comparación del Índice de Aridez de UNEP (1997) y el Régimen de Aridez calculado 62
sobre la base de extensión del periodo seco.
Figura 6 9. Déficit (-) o excedente (+) hídrico promedio y la temperatura mínima de la estación 63
Belencito, municipio de Nobsa, departamento de Boyacá.
Figura 6 10. Evapotranspiración y precipitación promedio en la estación Belencito, municipio de 63
Nobsa, departamento de Boyacá.
Figura 6 11. Comparación espacial de los dos sistemas de evolución de la aridez (Índice de Aridez 64
de UNEP (1997) y el Régimen de Aridez calculado sobre la base de extensión del
periodo seco)
Figura 6 12. Porcentaje de la superficie de cada clase del Régimen Hídrico en Colombia 64
Figura 6 13. Autovalores por Componente Principal 77
Figura 6 14. Varianza acumulada por Componente Principal 77
vi
Figura 6 15. Regionalización para 3 CP del Índice de Aridez. 78
Figura 6 16. Regionalización para 3 CP rotadas del Índice de Aridez. 79
Figura 6 17. Coeficiente de correlación de Pearson entre número de grupos del análisis de Cluster 80
del Índice de Aridez.
Figura 6 18 Regionalización para 3 cluster del Índice de Aridez 81
Figura 6 19. Regionalización aplicando un análisis discriminante de las CP del Índice de Aridez. 82
vii
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 3 1. Datos requeridos para el cálculo de la ETo mediante la ecuación de Penman- Monteith 24
–FAO
Cuadro 4 1. Gráficos realizados para el análisis exploratorio de homogeneidad de las series 35
mensuales
Cuadro 4 2. Pruebas Paramétricas 36
Cuadro 4 3 Pruebas No Paramétricas 36
Cuadro 5 1. Observaciones de la Temperatura media del aire en diferentes regiones de Colombia. 47
Cuadro 5 2. Observaciones sobre el patrón general de lluvias en diferentes regiones de Colombia 48
viii