https://doi.org/10.37815/rte.v33n1.783

Artículos originales

Análisis
Hidrológico de la Cuenca Rocafuerte para Estimar el Potencial Hídrico de la Zona

Hydrological Analysis of the Rocafuerte Basin to Estimate the Hydraulic Potential
of the Area

Jorge Mendoza Cedeño1 https://orcid.org/0000-0002-1668-9194

Antonio Campos Cedeño2 https://orcid.org/0000-0003-4266-5169

1 Instituto de Posgrado, Universidad Técnica de
Manabí, Portoviejo, Ecuador

[email-masked]

2 Facultad
de Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas-UTM, Portoviejo, Ecuador

[email-masked]

Enviado:          2020/11/04

Aceptado:        2021/01/04

Publicado:        2021/06/30

Resumen

El cantón Rocafuerte, fundado en el año1852, es una
localidad ubicada en la zona central oeste de la provincia de Manabí. Su
principal actividad económica se desarrolla en los ámbitos de la agricultura,
ganadería y producción artesanal de dulces, que tienen mucha acogida a nivel
nacional e internacional. Uno de los principales problemas de la zona que
inciden en su normalidad es el déficit de agua durante los periodos de estiaje,
que se presenta, por lo general, entre los meses de junio y noviembre de cada
año. Este artículo realiza una valoración del recurso hídrico que se genera en
la cuenca donde está asentado el cantón Rocafuerte; esta valoración constituye
una información básica para el control, optimización de obras y proyectos
tendentes al manejo y uso de dicho recurso. Para el análisis se utilizaron
métodos estadísticos y probabilísticos sobre los registros de precipitaciones
mensuales que genera el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología del
Ecuador (INAMHI). Entre estos métodos se destacan el registro de datos mediante
el método de correlación ortogonal; el análisis de consistencia y de
variabilidad; la estimación de la precipitación media multianual; la aplicación
del método del Servicio de Conservación de Suelos de los E.E.U.U. (SCS) para el
cálculo de la escorrentía y la distribución media mensual multianual de la
precipitación. Las estaciones meteorológicas que se consideraron dentro del área
de estudio fueron 4: Estación Rocafuerte (M165), Portoviejo (M005), Río Chico
(M454) y Junín (M462).

Palabras clave: hidrología,
precipitaciones mensuales, valoración de la escorrentía, método SCS.

Sumario: 1 Introducción,
2 Materiales y Métodos, 3 Resultados y Discusión, 4 Conclusiones.

Como citar: Mendoza, J.,
& Campos, A. (2021). Análisis Hidrológico de la Cuenca Rocafuerte para
Estimar el Potencial Hídrico de la Zona. Revista Tecnológica - Espol, 33(1),
10-17.
http://www.rte.espol.edu.ec/index.php/tecnologica/article/view/783

Abstract

The
Rocafuerte canton, founded in 1852, is a town in the province of Manabí in the
central west territory. Its main economic activity is carried out in the fields
of agriculture, livestock, and artisanal production of sweets, which are well
received national and internationally. One of the main problems in the area
that affects normality, is the water deficit during the low water periods,
usually between the months of June to November. This work contains an
assessment of the water resource that is generated in the basin where the
Rocafuerte canton is located and that constitutes basic information for the
control, optimization of works and projects aimed at the management and use of
that resource. For the analysis, statistical and probabilistic methods were
used in the management of the monthly rainfall records provided by the National
Institute of Meteorology and Hydrology of Ecuador (INAMHI, acronyms in
Spanish), among which the following stand out: data filling using the
orthogonal correlation method, analysis of consistency and variability,
estimation of multi-year average precipitation, application of the US Soil
Conservation Service (SCS) method to calculate runoff and the multi-year
monthly average distribution of precipitation. The meteorological stations in
this study were 4, namely: Rocafuerte station (M165), Portoviejo (M005), Rio
Chico (M454), and Junín (M462).

Keywords: Hydrology, monthly precipitation, runoff
assessment, SCS method.

1.    Introducción

Los estudios más
recientes relacionados con la determinación del potencial hídrico de la
Demarcación Hidrográfica de Manabí, que incluye a la zona de Rocafuerte, fueron
realizados en 1990 por instituciones de desarrollo, como el Centro de
Rehabilitación de Manabí (CRM), la Organización de Estados Americanos (OEA) y
la Corporación Ultramar de Japón (JICA). El resultado de estos estudios se publicó
en el Plan Integral de Desarrollo de los Recursos Hídricos de Manabí (PHIMA) (Centro
de Rehabilitación de Manabí et al., 1989), que se ha constituido en la
principal guía para quienes se dedican a realizar investigaciones y estudios sobre
la optimización y el aprovechamiento de los recursos hídricos de Manabí.

Han transcurrido 30
años desde esa fecha sin que se haya actualizado dicha información. Esta
investigación no solo constituye una actualización, sino que profundiza en
aspectos relevantes encaminados a determinar el potencial hídrico de la zona,
información preponderante dentro del marco de la planificación y el uso del
recurso hídrico.

Territorialmente,
la República del Ecuador se encuentra dividida en 24 provincias, de las cuales
7 pertenecen a la región Costa y, entre ellas, se cuenta la denominada provincia
de Manabí, que tiene una extensión aproximada de 19 mil km2, lo cual
representa un 6.64 % de todo el territorio nacional. A su vez, la provincia de
Manabí está formada por 22 cantones.

De todas las
provincias del país, la más deficitaria en lo que a recursos hídricos se
refiere es la provincia de Manabí, debido a que la divisoria de la cuenca
interviene como una barrera que evita el acceso a la provincia de aguas
superficiales, provenientes del deshielo de la Cordillera de los Andes. Esta
situación ha conllevado a la identificación e implementación de proyectos
tendentes al almacenamiento del agua producida en la estación de lluvias, para
su posterior uso en épocas de sequias. Uno de los proyectos (Horton, 1945) que
se encuentra en ejecución desde los años 70 es el Proyecto Integrado
Chone-Portoviejo, que atiende a las necesidades hídricas, tanto para riego como
para consumo humano, de la zona central de la provincia de Manabí.

Esta investigación,
que tiene por objeto central valorar la precipitación y escorrentía de la
cuenca en la que se encuentra asentada la parroquia Rocafuerte, constituye un
aporte a la solución del problema del déficit de agua existente en la zona. Los
afluentes tributarios a esta cuenca, a la que la Secretaría del Agua ha
codificado como la unidad hidrológica “15142”, tiene como afluentes a los
esteros El Guanábano, La Papaya y Ojo de Agua, que tienen su desembocadura en
el río Bachillero, el que, a su vez, confluye en el río Portoviejo, próximo al océano
Pacífico.

Este trabajo se ofrece
como insumo a las instituciones encargadas del desarrollo nacional encargadas
del desarrollo nacional, el control y la optimización de los recursos hídricos
existentes.

2.    Materiales
y Métodos

Los aspectos metodológicos más relevantes en el presente
trabajo contemplan: 1) Selección de las estaciones meteorológicas del Ecuador
(INAMHI, 2015; Secretaría de Gestión de Riesgos, 2014); 2) Recolección de
registros de precipitaciones mensuales; 3) Análisis de consistencia de datos (Rusticucci y Barrucand, 2001); 4)
Registro de datos faltantes en las series (Romero y Casimiro, 2015), 5)
Análisis de variabilidad (Valinova, 2016); 6)
Estimación de la precipitación media multianual (Campos et al., 2015); 7)
Valoración del volumen de agua por precipitación; 8) Estimación de la
precipitación de la cuenca (Chow, 1988; Verdú et al.,
2006); 9) Estimación de la escorrentía en la cuenca (ARES et al., 2012) y 10)
Distribución mensual de la precipitación media.

La información básica recabada para el análisis y desarrollo
de la investigación está compuesta de los registros pluviométricos de
precipitaciones mensuales tomados de las estaciones meteorológicas Rocafuerte
(M165), Portoviejo (M005), Río Chico (M454), Junín (M462). Dicha información
fue proporcionada por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología
(INAMHI). El total de registros por estación correspondiente a la precipitación
mensual para el periodo de análisis 1963-2017 fue de 660 lo que sumó un total
de 2640 registros entre las 4 estaciones.

Las estaciones meteorológicas del estudio se encuentran
localizadas en los límites de la Unidad Hidrológica de la Demarcación
Hidrográfica de Manabí, identificada con el código Pfafstetter
“15142”.

En la Figura 1 se presenta la ubicación geográfica de las mencionadas
estaciones, ubicadas entre las coordenadas UTM WGS84 y el cuadrante 17S.

Figura 1

Localización
de las estaciones meteorológicas del estudio

Previo al desarrollo de la investigación, se procedió a
escoger los registros y a analizar su consistencia y variabilidad. Para la
selección de las estaciones se utilizaron los polígonos de Thiessen (Campos
A.F. y Sinichenko E.K., 2017). Para el análisis de
consistencia se elaboraron las curvas de masa. El análisis de variabilidad se
sustentó con el cálculo de coeficiente de variación a partir de la fórmula:

Donde:

·

-      Coeficiente de variación,

·
σ
-     Desviación estándar,

·
x -       Media
aritmética.

Se ha establecido que, si el coeficiente de variación es
inferior a 0.30, se considera a la serie uniforme (Valinova,
2016).

La precipitación media multianual de la cuenca se la
determina con la siguiente expresión:

Donde:

·
P_mma - Precipitación
media multianual de la cuenca, [mm]

·
Pi -      Precipitación media multianual de cada
microcuenca, [mm]

·
Ai -      Área de cada microcuenca, [km2]

·
n -        Cantidad
de microcuencas

El volumen de agua, resultado de la precipitación total, se
lo obtiene de la precipitación media multianual de la cuenca por su respectiva
área.

La escorrentía se la estimó mediante el modelo hidrológico
precipitación-escorrentía propuesto por el Servicio de Conservación de Suelo de
los EE. UU. (SCS) (Department of
Agriculture United States, 2015), llamado hoy Servicio de Conservación de
Recursos Naturales (Natural Resources Conservation Service –NRCS). Este
método requiere la aplicación de las siguientes formulas:

Donde:

·
Qe -     Escorrentía efectiva, [mm]

·
P -       Precipitación
total, [mm

·
S -       Diferencia
potencial máxima entre P y Q, [mm]

(4)

Donde:

·
CN -    Numero
de curva, en función del tipo de suelo, usos y cobertura vegetal (Cedeno et al., 2019).

Por el hecho de que la zona de estudio se encuentra ubicada
en la zona ecuatorial, el clima con el que se cuenta es de carácter tropical, lo
que determina que fundamentalmente existan en el año dos periodos climáticos,
denominados comúnmente como lluvioso y seco. El periodo lluvioso, por lo
general, se inicia en diciembre y termina en junio, mientras que el seco
predomina en los meses restantes (julio-noviembre). Esta situación contribuye a
la existencia de una irregular y desproporcionada distribución de las
precipitaciones a lo largo del año. Para poder tener un panorama del
comportamiento medio de las precipitaciones mensuales multianuales se
determinaron las medias aritméticas de cada mes para la serie de datos
ponderada.

3.    Resultados
y Discusión

Las estaciones
meteorológicas escogidas para el análisis hidrológico son aquellas que
corresponden a los polígonos de Thiessen, en los que se encuentra enmarcada el
área de estudio. Dichas estaciones son Rocafuerte (M165), Portoviejo (M005),
Río Chico en Alajuela (M454) y Junín (M462). El total del área de la cuenca
estudiada asciende a 146.74 km2. Dicha área está constituida por 4 sectores,
de los cuales la mayoría pertenece a la estación Rocafuerte, con una superficie
de 119.12 km2.

Para las
estaciones seleccionadas se obtuvieron del INAMHI los registros mensuales de
precipitación para el periodo 1963-2017. Para cada estación se contó con,
aproximadamente, 600 registros.

Previo a registro
de datos faltantes, que se lo hizo mediante el método de correlación ortogonal,
se llevó a cabo el respectivo análisis de consistencia, mediante el cual se
llegó a determinar la existencia de la correlación de los registros escogidos.
Esta tarea se la ejecutó mediante la elaboración de las curvas de masa.

Para el análisis
de variabilidad, los registros de cada estación fueron sometidos al cálculo del
coeficiente de variación, obteniéndose los valores de: 0.62, 0.65, 0.49 y 0.54
para las estaciones de Portoviejo, Rocafuerte, Río Chico y Junín,
respectivamente. El hecho de haber obtenido valores de coeficiente de variación
superiores a 0.30 indica una distribución no uniforme de los registros.

Considerando que
el área total de la cuenca es igual a 146.74 km2 y que la
precipitación media multianual ha sido estimada en 556,55 mm, el volumen medio
multianual producido por las precipitaciones ha sido valorado en 81.67 hm3.
La precipitación media multianual de
la cuenca alcanzó 556.55 mm. En la Tabla 1 se
presentan los resultados parciales por microcuencas.

Tabla 1

Precipitación media multianual de la cuenca

Estación

Código

Área

[km2]

Precipitación

[mm]

P*A

Portoviejo-UTM

M005

0.13

527.79

70.14

Rocafuerte

M165

119.12

454.58

54149.14

Rio Chico

M454

7.72

862.76

6660.48

Junín

M462

19.77

1051.59

20789.88

∑

146.74

81669.64

Pmma =

556.55

mm

Fuente: Elaboración propia

Sobre la base de los mapas de suelo y cobertura vegetal del
Ecuador, desarrollados por el Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG), el
Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA) y el Centro
de Levantamientos Integrados de Recursos Naturales por Sensores Remotos
(CLIRSEN), se obtuvo el mapa de los números de curvas para el territorio
ecuatoriano, insumo fundamental para la estimación de la escorrentía, de
conformidad con la metodología de U.S. Soil Conservation Service (Campos A.F.
& Sinichenko E.K., 2017). La capa por escorrentía
anual determinada por el método SCS se la ha estimado en 2631.09 mm. Por otro lado, el valor del número de curva medio, de
conformidad con el mapa elaborado para la zona, resultó ser igual a 81, con lo
cual se obtuvo que la escorrentía anual de la cuenca está por el orden de 72.11
hm3, lo cual constituye 87.8 % del total de precipitaciones.

En la Tabla
2
se condensan los resultados parciales y totales de la escorrentía de la cuenca
del rio Rocafuerte.

Para cada una de las estaciones se determinó el porcentaje
multianual respecto al total medio, y, luego, con la ayuda de las respectivas
áreas, se llegó a establecer valores ponderados para la cuenca en general. La Tabla
3
contiene los porcentajes parciales calculados.

De la Tabla
3,
en función de los valores ponderados, se desprende que la mayor concentración
de precipitación se da en el mes de febrero, con un porcentaje equivalente al
28.18 %, mientras que el valor más deficitario del recurso hídrico se dio en el
mes de octubre, con un valor de 0.53 %.

Tabla 2

Escorrentía de la cuenca

Estación

Código

Prep.

[mm]

Área

[km2]

CN

S

Qe

[mm]

Vesc

[hm2]

Portoviejo

M005

527.79

0.13

81.00

59.58

462.46

0.06

Rocafuerte

M165

454.58

119.12

81.00

59.58

390.15

46.47

Rio Chico

M454

862.76

7.72

81.00

59.58

795.16

6.14

Junín

M462

1051.59

19.77

81.00

59.58

983.32

19.44

∑

2631.09

72.11

Fuente: Elaboración propia

Del análisis se desprende también que existe una gran
desproporción en la distribución de la precipitación por periodos climáticos,
ya que en la estación lluviosa (diciembre a junio) se concentra el 93.52 % del total
anual, mientras que en la estación seca (julio a noviembre) su porcentaje llega
al 6.48 %.

Tabla 3

Distribución porcentual mensual de la precipitación por microcuencas

CÓDIGO

AREA

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

[km2]

[Porcentaje
respecto al total]

M005

0.13

17.95

25.31

25.07

13.68

6.04

3.25

1.39

0.52

0.68

0.58

1.17

4.36

M165

119.1

17.79

28.69

23.59

13.38

6.15

2.29

1.26

0.74

0.61

0.48

1.05

3.98

M454

7.72

16.65

25.14

22.50

16.32

7.11

3.16

1.25

0.82

0.85

1.01

1.17

4.03

M462

19.77

17.65

26.32

23.79

15.98

5.93

2.00

1.43

0.69

0.38

0.65

1.01

4.16

Valores
Ponderados

17.71

28.18

23.57

13.89

6.17

2.29

1.28

0.74

0.59

0.53

1.05

4.00

Fuente: Elaboración propia

En la Tabla
4 se indican los
valores generales obtenidos en el análisis de la distribución media multianual
mensual de las precipitaciones.

Tabla 4

Distribución mensual de la precipitación media multianual

Mes

Precipitación

Estación

Precipitación total

[%]

[mm]

[mm]

[%]

Diciembre

4.00

22.28

lluviosa

520.46

93.52

Enero

17.71

98.58

Febrero

28.18

156.82

Marzo

23.57

131.15

Abril

13.89

77.30

Mayo

6.17

34.32

Junio

2.29

12.77

seca

36.09

6.48

Julio

1.28

7.12

Agosto

0.74

4.11

Septiembre

0.59

3.30

Octubre

0.53

2.95

Noviembre

1.05

5.84

∑

100.00

556.55

556.55

100.00

Fuente: Elaboración propia

4.    Conclusiones

La escorrentía superficial que se produce en la cuenca de la
unidad hidrológica “15142” se ha estimado que asciende a los 72.11 hm3
anuales; este cálculo se obtuvo restándole a la precipitación total el valor
correspondiente a la filtración de conformidad con el tipo de suelo, cobertura
vegetal y uso del territorio de la zona.

La precipitación total media multianual, obtenida del
análisis de los registros pluviométricos mensuales para el periodo 1963-2017,
fue estimada en 81.67hm3.

Se llegó a establecer en términos generales que existe una
gran variabilidad en la distribución mensual de las precipitaciones. En el mes
de febrero alcanza su valor máximo, 28 %, y, en octubre, su valor mínimo, 0.53 %.

Tanto para los periodos lluvioso y seco se determinó la tasa
de acumulación de la precipitación, llegando a la conclusión de que el 93.52 %
se acumula en la temporada lluviosa (diciembre-junio), mientras que, para el
periodo de estiaje que se presenta entre los meses de julio a noviembre, el
aporte baja considerable a niveles estimados en 6.48 %.

La población del cantón Rocafuerte, estimada en el último
censo poblacional del año 2010, llevado a cabo por el Instituto Nacional de
Estadística y Censos del Ecuador (INEC, 2020), alcanzó la suma de 33736
habitantes, con una tasa de crecimiento equivalente al 1.1 %. Con la ayuda de
estos datos se estimó una población futura de 52256 habitantes en el año 2050. Por otro lado,
teniendo en consideración la incorporación al riego de 1500 ha, según las
proyecciones que se ha realizado a partir de los datos oficiales, y estableciendo
una norma media de riego equivalente al 1.77 l/s/ha,
de manera general, se llegó a identificar los volúmenes anuales de agua que se
requerirían para cubrir estas necesidades vitales de consumo humano y riego. La
cifra estimada necesarias para esta última actividad asciende a la cantidad de
27.53 hm3.

Comparando la oferta hídrica obtenida (72.11 hm3)
con la demanda (27.53 hm3) se concluye que los recursos hídricos
anuales que se producen en la cuenca “15142” resultan ser suficientes para el
desarrollo productivo de la zona, para lo cual, por supuesto, se requiere proyectar
y construir las obras requeridas de regulación y almacenamiento del agua
durante el periodo lluvioso para, luego, emplearlas durante la estación de
estiaje.

Referencias

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