Análisis hidrológico de la cuenca del río Zaña, CajamarcaLambayeque, 2022 Hydrological analysis of the Zaña river basin, Cajamarca-Lambayeque, 2022 Gilmer Adan Irigoín Cruzado, Yan Ferrari Mejía Rubio, Jean Carlo Denilson Rivera Díaz, Tenorio Ruiz Carmen Deyli RESUMEN En este artículo vamos a presentar los aspectos básicos que deben abordarse cuando se realiza la caracterización de una cuenca hidrográfica. Una correcta descripción de una cuenca hidrográfica debe incluir, al menos, datos relativos a su situación, tamaño, perímetro, ancho y desnivel longitudinal como aspectos generales, longitud, jerarquización y densidad en cuanto a la red de drenaje y, finalmente, otros parámetros de relieve y parámetros de forma como la curva hipsométrica o el coeficiente de Gravelius. Una vez obtenido los resultados de dichos parámetros se procedió a examinar los resultados e interpretarlos según la información que se tiene de la cuenca y la región en la que está ubicada. Los estudios hidrológicos de las cuencas requieren el uso de una serie de datos hidrometeorológicos que proveen las estaciones meteorológicas que se encuentran en su interior o sus alrededores. En el Perú, el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) es la institución que brinda información oficial meteorológica e hidrológica tanto en tiempo real como almacenada, así como de pronóstico del tiempo. En el presente trabajo se realizará el análisis de consistencia de las estaciones meteorológicas: CAYALTI, UDIMA, LIVES y UDIMA, realizará la corrección de la serie si alguna estación que no presenta homogeneidad. El trabajo que a continuación se expone corresponde a una metodología para analizar la consistencia y homogeneidad de datos de eventos hidrometeorológicos. Este método permite identificar, estimar y eliminar los saltos y tendencias tanto en la media como en la desviación standart de la serie. El análisis de saltos se realiza según tres consideraciones; análisis visual de los gráficos originales, análisis de doble masa y análisis estadístico en la media y desviación standart según las pruebas “T" y “F" respectivamente. Combinando estos criterios se llega a tener una idea de la confiabilidad de la muestra para corregirla si fuese necesario aumentando su bondad estadística o ajuste. Las tendencias se analizan tanto en la media como en la desviación standart utilizando las pruebas T y F. ABSTRACT . In this article we are going to present the basic aspects that must be addressed when characterizing a hydrographic basin. A correct description of a hydrographic basin must include, at least, data related to its location, size, perimeter, width and longitudinal unevenness as general aspects, length, hierarchy and density in terms of the drainage network and, finally, other parameters of relief and shape parameters such as the hypsometric curve or the Gravelius coefficient. Once the results of these parameters were obtained, the results were examined and interpreted according to the information available on the basin and the region in which it is located. The hydrological studies of the basins require the use of a series of hydrometeorological data provided by the meteorological stations that are inside or around them. In Peru, the National Service of Meteorology and Hydrology (SENAMHI) is the institution that provides official meteorological and hydrological information, both in real time and stored, as well as weather forecasts. In the present work, the consistency analysis of the meteorological stations will be carried out: CAYALTI, UDIMA, LIVES y UDIMA and the series will be corrected if any station that does not present homogeneity. The work presented below corresponds to a methodology to analyze the consistency and homogeneity of data from hydrometeorological events. This method makes it possible to identify, estimate and eliminate jumps and trends both in the means and in the standard deviation of the series. Jump analysis is performed based on three considerations; visual analysis of the original graphs, double mass analysis and statistical analysis on the means and standard deviation according to the "T" and "F" tests, respectively. Combining these criteria, we get an idea of the reliability of the sample to correct it if it is necessary to increase its statistical goodness or adjustment. Trends are analyzed in both means and standard deviation using the T and F tests. INTRODUCCIÓN El concepto de cuenca hidrográfica se expresa como un área delimitada por la dirección de sus cursos de agua y su superficie se define por el parteaguas a partir del cual la precipitación drena por esa sección (Cotler, 2010). El sistema de interconexión y de transferencia entre las partes altas de las cuencas y las zonas bajas son los sistemas de barrancos y de cauces fluviales. Por este motivo, el principal elemento integrador en una cuenca hidrográfica es el agua; todo lo que ocurre en su territorio repercutirá en la cantidad, calidad y temporalidad de los recursos hídricos (Brooks, 2007). Su función hidrológica se asemeja al de un colector que recibe la precipitación pluvial y la convierte en escurrimiento. Esta transformación se produce en función de las condiciones climatológicas y físicas, aunada a la naturaleza del suelo y cobertura vegetal (Gaspari, 2002). El objeto de este trabajo es realizar un análisis del volumen anual promedio de recursos hídricos que se generan en la cuenca del río zaña se deben tomar en cuenta aspectos como el relieve de la superficie, las características del suelo, la vegetación y su composición geológica, que tienen una influencia en la capacidad de generación y almacenamiento de flujos de agua y su posterior traslado a las vías de drenaje, el análisis permite planificar la utilización de este recurso hídricos en épocas específicas y tener la disponibilidad hídrica en las zonas donde servirá para la producción de productos agrícolas y ganaderos. El objetivo es identificar los parámetros morfométricos para analizar cómo influye la forma y los coeficientes orográfico y de confluencia ende la escorrentía de la cuenca. y analizar el volumen de precipitaciones mensuales promedio de recursos hídricos generados en la superficie de la cuenca del río zaña. MATERIALES Y MÉTODOS Área de estudio La cuenca del río zaña se encuentra ubicada entre los departamentos de Lambayeque y Cajamarca. Presenta regiones altitudinales que van desde la costa a 170 m.s.n.m. hasta los 3700 m.s.n.m. en el área andina. Comprende una superficie de 746 km2. El cause principal estudiado inicia en las coordenadas geográficas de latitud sur 6°55'01.97" y Longitud 78°53'46.86" y termina en una latitud sur de 6°52'49.6" y longitud 79°19'42.9. el relieve del terreno es accidentado, típico de la cordillera andina. El estudio se realizado con fines educativos; teniendo como el uso de software como google Heard y AutoCAD Civil 3D, para delimitar la cuenca, asi como también Excel para cálculos respectivos. Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota. Figura 1 Vista Satelital de la cuenca “río Zaña” Ecología Desierto desecado-Premontano Tropical (dd-PT) Se encuentra ubicada en la parte baja de la cuenca con nivel altitudinal que varía entre los 170 600m como promedio anual. Carrasco, J. et al. (2010) páramo pluvial – Subalpino Tropical (pp-SaT). Se extiende entre los 3 900 y los 4 500 msnm. Se caracteriza por un clima de tipo superhúmedo, es decir, con precipitaciones pluviales altas, de 1 800 mm y temperatura 4,5° C como promedio anual. Carrasco, J. et al. (2010) bosque húmedo – Montano Bajo Tropical (bh-MBT), Se extiende entre los 1 800 y los 3 000 msnm. Se caracteriza por un clima de tipo húmedo, es decir, con precipitaciones pluviales altas, de 1 200 mm y temperatura 15.4 ° C como promedio anual. Carrasco, J. et al. (2010) bosque seco – Montano Bajo Tropical (bs-MBT), Se extiende entre los 2 500 y los 3 200 msnm. Se caracteriza por un clima de tipo sub húmedo, con precipitaciones pluviales altas, de 600 mm y temperatura 14.4° C como promedio anual. Carrasco, J. et al. (2010) matorral desértico – Premontano Tropical (md-PT). Se extiende entre nivel del mar y los 1 900 msnm. Se caracteriza por un clima de tipo árido y semi-cálido, con precipitaciones pluviales altas, variando desde los 5,4 mm en el nivel altitudinal inferior hasta los 245 mm mm y temperatura 25° C cretáceo inferior. está compuesta de Figura2 Perímetro de la cuenca “río Zaña” matorral desértico – Premontano Tropical (md-PT). Se extiende entre nivel del mar y los 1 900 msnm. Se caracteriza por un clima de tipo árido y semi-cálido, con precipitaciones pluviales altas, variando desde los 5,4 mm en el nivel altitudinal inferior hasta los 245 mm mm y temperatura 25° C como promedio anual. Estepa espinosa – Montano Bajo Tropical (ee-MBT) Se extiende entre 2 000 y los 3 100 msnm. Se caracteriza por un clima de tipo semiárido, con precipitaciones pluviales de 300 mm y temperatura 15° C como promedio anual. monte espinoso – Premontano Tropical (me-PT) Se extiende entre 500 y los 2 300 msnm. Se caracteriza por un clima de tipo semiárido, con precipitaciones pluviales altas de 200 mm y temperatura 22° C como promedio anual. Carrasco, J. et al. (2010) matorral desértico –Tropical (md-T). Posee un clima per árido - cálido, con precipitaciones pluviales total media anual entre 125 y 225 mm y temperatura 23.5° C. desierto superárido – Premontano Tropical (ds-PT) Se extiende entre nivel del mar y los 1 000 m msnm. Se caracteriza por un clima de tipo árido y semi-cálido, con precipitaciones pluviales bajas, desde los 5,4 mm en el nivel altitudinal inferior hasta los 59,6 mm. y temperatura 20° C como promedio anual. Carrasco, J. et al. (2010) Geología Grupo Goyllarisquizga(Ki-g) A esta formación, por su posición estratigráfica que ocupa se le asigna una edad correspondiente al Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota. sectorizadas. Formación Pariatambo (Ki-pa) Consiste de 200-300 m. de tobas bien estratificadas con algunos horizontes de caliza, pertenece al albiano medio. Granodioritas (KTi-gd). formada por cuerpos intrusivos de composición granodioritica que se distribuyen ampliamente en todo el departamento conformando cuerpos irregulares de diferente dimensión. La roca fresca es de color gris claro a blanco grisáceo, de textura granular gruesa, holocristalina. Está compuesto principalmente de plagioclasas, cuarzo y moscovita (mica blanca) Carrasco, J. et al. (2010) Volcánico Huambos (Ts-vh). Es una unidad de tobas y brechas ácidas intercalada con algunas capas de tobas andesíticas, tiene un espesor variable de 50 a 100m y un máximo de 400 m. Generalmente se encuentra encima de los 3500m., su edad posiblemente sea mioceno tardío a plioceno. Carrasco, J. et al. (2010) Volcánico Llama (Tm-vll). Contiene conglomerados rojizos intercalados con tobas en su base, sobre esta secuencia ocurren una secuencia de derrames y rocas piroclásticas. esta formación sobre yace a la formación Chota por lo que su edad debe ser del Terciario inferior. Carrasco, J. et al. (2010) Análisis de datos Se seleccionó dos estaciones de muestreo siguiendo como referencia los datos estadísticos de la página oficial de SENAMHI (Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú) es un organismo técnico especializado del Estado Peruano que brinda información sobre el pronóstico del tiempo, así como asesoría y estudios científicos en las áreas de hidrología, meteorología, agrometeorología y asuntos ambientales. RESULTADOS Y DISCUSIÓN A. Características de la cuenca Zaña Parámetros morfológicos de la Cuenca “río Zaña” Tabla 1 Parámetros de la cuenca “río Zaña” RESULTADOS DE LA CUENCA "RÍO ZAÑA" PARÁMETROS RIO ZAÑA UNIDAD Área 746 Km2 Perímetro 155 Km Longitud de cuenca 48.8 Km Longitud de cauce principal 66.8 Km Ancho medio 15.29 Km Factor de forma 0.16 índice compacidad o Gravelius 1.6 Número de cauces 128 Orden de la cuenca 5 Curva hipsométrica Joven Altitud media msnm -De la curva hipsométrica 1800 -Altitud media aritmética 1875 -Altitud media ponderada 1871.74 Polígono de frecuencias - Altitud más frecuente 250 msnm - Incidencia 19.64% % Rectángulo equivalente 66.94 x 11.14 Km Coeficiente de orografía 0.0047 Coeficiente de confluencia 1.62 Densidad de drenaje 0.586 Densidad de corriente 0.172 Extensión media del Escurrimiento Superficial 0.431 Tiempo de concentración 5.25 horas índice de pendiente 6.99 Pendiente de la cuenca - Criterio del rectángulo equivalente 5.60% % - Criterio de Alvord 22.93% % Pendiente media de cauce principal 5.30% % - Pendiente uniforme 5.26% % - Compensación de áreas 3.74% % - Criterio de Taylor y Achwarz 2.55% % Rectángulo equivalente 66.94 x 11.14 Km Pendiente media de la cuenca (Método) 5.00% % • La cuenca analizada tiene un área de 746 km2 y según la clasificación propuestas por Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota. Campos (1998) pertenece a una cuenca intermedia-grande, el perímetro es de 155 km y una una longitud de cause principal de 66.8 km. datos obtenidos por el software Google heart. • La longitud de la cuenca es de 48.4 km y su ancho medio de la cuenca de 15.29 km. • Realizando la representación gráfica de la curva hipsométrica y analizándolo con graficas estándar, la cuenca está en la fase de ríos jóvenes. que la altitud más frecuente se encuentra por debajo de los 250 msnm. • Se obtuvo el índice de Gravelius (K), el valor es de 1.6 y según campos (1998) la cuenca es de clase III es decir tenemos una cuenca con tendencia oblonga alrgada. Fuente: Tomado de campos 1998. • Posee un ancho de 15.29 km y una longitud de cause 66.94 km, con estos datos se obtiene el factor de forma de Horton(Kf) con un valorde 0.16, y según Pérez 1979, indica que es una cuenca muy alargada. • Con la longitud de total y el área obtenemos la densidad de drenaje de 0.58 y según IBAL, 2009, significa que tieneun drenaje bajo. • La altura media ponderada calculada es de 1871.74, lo que nos da a entender que en la cuenca hay una variación altitudinal alta con la existencia de microclimas y hábitats de diferentes características. • El tiempo de concentración con el método california calculado es de 315 min, de lo que podemos afirmar que las gotas de agua tinen un traslado rápido, lo que depende también de la pendiente de la cuenca. • Con las leyes de Horton calculamos el coeficiente de confluencias que es de 1.62 y se puede afirmar que tiene una capacidad de erosión y de escurrimiento superficial medio. • La cuenca “El Zaña”, por el método de del rectángulo equivalente tiene una pendiente de 5.6%. • El polígono de frecuencias se puede ver • La pendiente de cause principal por el método de compensación de áreas es de 3.4% y por el Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota. método de Taylor y Schwarz es de 2.55%. Estación Espinal Análisis de consistencia: visual y doble masa. Se debe tener en cuenta que la información de SENAMHI, disponible para el público en la página de su institución, no es totalmente confiable, porque es una información bruta o no está procesada, por lo cual se deben aplicar métodos de procesamiento par que la información se a confiable. Para este estudio se ha descargado información de cuatro estaciones meteorológicas que se ubican dentro de la cuenca de río Zaña y otras cercana, las cuales son: UDIMA, ESPINAL, LIEVES, CAYALTI: esto con la finalidad de analizar las precipitaciones y predecir fenómenos que nos ayuden a prevenir desastres. Estación Lives Estación Cayalti Análisis visual gráfico. Con la ayuda del programa Excel vamos a graficar La información disponible de precipitaciones o caudales de un determinado período de tiempo, para que asi se pueda observar el comportamiento meteorológico para posteriormente evaluar los “picos” con valores muy altos o bajos, “saltos” y/o “tendencias” que deben ser verificables si ocurrieron o no. Análisis de la curva doble masa Estación Udima Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota. 𝑆1(𝑥𝑖) ; 𝑆2(𝑥𝑗) = desviación estándar de los períodos 1 y 2 𝑛= tamaño de la muestra 𝑛1 ; 𝑛2 = tamaño de las submuestras 𝑛= 𝑛1 + 𝑛2 b) Cálculo del t calculado (𝑡𝑐), según: Los gráficos ayudan a entender el comportamiento de las precipitaciones en las diferentes estaciones y observar la presencia de “quiebres” en ciertos periodos cuyo comportamiento probablemente se deba a fenómenos naturales, los cuales habría que identificar o a problemas de orden sistemático, especialmente por fallas en los equipos de medición en las Estaciones meteorológicas o también malos registros de los responsables del manejo de las estaciones. Análisis de consistencia: consistencias en la media y la desviación estándar, pruebas de “t” y “F”. Consistencia de la media Consiste en probar mediante la prueba “t” que las Medias (X) son estadísticamente iguales, para este caso se ha hecho con una probabilidad de 95%. a) Cálculo de la media y de la desviación estándar para las submuestras, según: 𝑆𝑑=desviación estándar de las diferencias de los promedios 𝑆𝑝 = desviación estándar ponderada c) Cálculo del tabular t tabular 𝑡𝑡 El valor crítico de t se obtiene de la tabla t de student; con una probabilidad al 95%, o con un nivel de significancia del 5%, es decir con ∝=0.05 y con grados de libertad: 𝑣=𝑛1+𝑛2̅̅̅−2̅̅̅ d) Comparación del 𝑡𝑐 con el 𝑡𝑡 • Si |𝑡𝑐| ≤ 𝑡𝑡 (95%); 𝑥1̅̅̅ = 𝑥2̅̅̅ (estadísticamente) En este caso, no se realiza proceso de corrección. • Si |𝑡𝑐| > 𝑡𝑡 (95%) 𝑥1̅̅̅ ≠ 𝑥2̅̅̅; En este caso, que se presenta diferencia estadística, se debe corregir la información. Por ejemplo; en la estación Espinal y Cayalti, en el mes de enero tenemos lo siguiente. -Espinal Donde: 𝑥𝑖 = valores de la serie del período 1 𝑥𝑗 = valores de la serie del período 2 𝑥1̅̅̅ , 𝑥2̅̅̅ = media de los períodos 1 y 2, respectivamente Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota. Consistencia de la Desviación Estándar Consiste en probar y realizar un análisis si es que las consistencias d elas medias salen diferentes. se realiza mediante la prueba “F”, si los valores de las desviaciones estándar de las submuestras son estadísticamente iguales o diferentes, con una probabilidad del 95% o con 5% de nivel de significación. a) Cálculo de las variancias de ambos períodos: -Cayalti b) Cálculo de F calculado Fc según: c) Cálculo del F tabular (valor crítico de F o Ft), se obtiene de las tablas F (tabla A.4), para una probabilidad del 95%, es decir, con un nivel de significación ∝ =0.05 grados de libertad. Donde: G.L.N. = grados de libertad del numerador G.L.D. = grados de libertad del denominador d) Comparación del Fc con el Ft • Si: Fc ≤ Ft (95%) 𝑆1(𝑥) = 𝑆2(𝑥) (estadísticamente) • Si: Fc > Ft (95%) 𝑆1(𝑥) ≠ 𝑆2(𝑥) (estadísticamente), por lo que se debe corregir. Por ejemplo; en la estación Espinal ,en el mes de abril tenemos lo siguiente. En estos casos notamos que las medias (X) son estadísticamente iguales, por tanto, ya no se analiza la desviación estándar. Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota. Para averiguar si la tendencia es significativa, se analiza el coeficiente de regresión 𝐵𝑚 o también el coeficiente de correlación R. El análisis de R según el estadístico t, es como sigue: 1.- Cálculo del estadístico 𝒕𝒄, según: Donde: 𝑡𝑐= valor del estadístico t calculado n = número total de datos R = coeficiente de correlación. Corrección de datos En los casos en que los parámetros de la media y desviación estándar de las submuestras de la serie de tiempo resultan estadísticamente iguales, la información original no se corrige, por ser consistente con 95% de probabilidad, aun cuando en la doble masa se observe pequeños quiebres. Pero si los resultados son contrarios se tiene que realizar corrección con las siguientes formulas. 2.- Cálculo de 𝒕𝒕. El valor crítico de t, se obtiene de la tabla t de Student (Tabla A-5, del Anexo), con 95% de probabilidad o con nivel de significación del 5%: G.L. = 𝑛−2̅̅̅ 3.- Comparación del 𝒕𝒄 con el 𝒕𝒕: • Si |𝑡𝑐| ≤ 𝑡𝑡 (95%) R es no significativo y por lo tanto la Tendencia NO SE CORRIGE. Si |𝑡𝑐| > 𝑡𝑡 (95%) R es significativo y por lo tanto la Tendencia SI SE CORRIGE. Por ejemplo, para el mes de enero de la estación San Benito, tenemos el siguiente análisis de tendencia: Análisis de tendencias. Se analiza las tendencias de los datos corregidos. Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota. CONCLUSIONES - Se determinó la morfología, y el comportamiento hidrológico de la cuenca “El Zaña” en la región de Cajamarca. - Se realizo el análisis de consistencia de la media y consistencia de la desviación estándar donde se corrigió los datos y posteriormente se realizó el análisis de tendencia. - Se realizo el análisis visual y el análisis de doble masa donde se pude observar que existen pequeños periodos de quiebre. - Se ha determinado los parámetros de la cuenca hidrográfica y como los más resaltantes están que el número de orden de la cuenca es de 5 y es de clase III es decir tenemos una cuenca con tendencia oblonga alargada. - Villón, Máximo. (2002). Hidrología. Ingeniería Agrícola. 1ª ed. - Villón, Máximo. (2002). Hidrología Estadística. Ingeniería Agrícola. - Carrasco, J. et al. (2010). Evaluación de Recurso Hídricos Cuenca del Río Zaña. Autoridad ocal del Agua Zaña. https://www.ana.gob.pe/sites/default/file s/publication/files/evaluacion_rh_superfi ciales_rio_zana_0.pdf REFERENCIAS - Gaspari, F. J. (2002). Ordenamiento territorial en cuencas serranas degradadas utilizando Sistemas de Información Geográfica (S.I.G.). [Tesis de maestría, Universidad Internacional de Andalucía, España]. - COTLER, H. (2010) Las cuencas hidrográficas de México. Diagnóstico y priorización. México: Instituto Nacional de Ecología-SEMARNAT-Mexico - Campos, D. (1998). Procesos del Ciclo Hidrológico. Universidad Autónoma de Potosí. - Ortiz-Vera, Oswaldo (2015). Similitud hidráulica de sistemas hidrológicos altoandinos y transferencia de información hidrometeorológica. Tecnología y Ciencias del Agua, VI (4),25-44. ISSN: https://www.redalyc.org/articul o.oa?id=353543299002 Universidad Nacional Autónoma de Chota. Jr. José Osores No 418, Chota.
