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Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=56904907 Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Sistema de Información Científica Manuel E. Mendoza, Gerardo Bocco, Ema Martha López Granados, Miguel Bravo Implicaciones hidrológicas del cambio de la cobertura vegetal y uso del suelo: una propuesta de análisis espacial a nivel regional en la cuenca cerrada del lago de Cuitzeo, Michoacán Investigaciones Geográficas (Mx), núm. 49, diciembre, 2002, pp. 92-117, Instituto de Geografía México ¿Cómo citar? Fascículo completo Más información del artículo Página de la revista Investigaciones Geográficas (Mx), ISSN (Versión impresa): 0188-4611 [email protected] Instituto de Geografía México www.redalyc.org Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

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Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=56904907

Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal

Sistema de Información Científica

Manuel E. Mendoza, Gerardo Bocco, Ema Martha López Granados, Miguel Bravo

Implicaciones hidrológicas del cambio de la cobertura vegetal y uso del suelo: una propuesta de análisis

espacial a nivel regional en la cuenca cerrada del lago de Cuitzeo, Michoacán

Investigaciones Geográficas (Mx), núm. 49, diciembre, 2002, pp. 92-117,

Instituto de Geografía

México

¿Cómo citar? Fascículo completo Más información del artículo Página de la revista

Investigaciones Geográficas (Mx),

ISSN (Versión impresa): 0188-4611

[email protected]

Instituto de Geografía

México

www.redalyc.orgProyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

Investigaciones Geográficas, Boletín del Instituto de Geografía, UNAMNúm. 49. 2002, pp. 92-117

Implicaciones hidrológicas del cambio de la coberturavegetal y uso del suelo: una propuesta de análisis es-pacial a nivel regional en la cuenca cerrada del lago deCuitzeo, MichoacánManuel Mendoza* Recibido: 22 de agosto de 2001Gerardo Bocco** Aceptado en versión final: 4 octubre de 2002

Erna López Granados*Miguel Bravo***

Resumen. Este estudio intenta contribuir en la comprensión de las implicaciones del cambio de la cobertura vegetal yuso del suelo (CCVUS) a nivel regional en el balance hídrico espacialmente distribuido (BHED) en una cuenca pocoaforada para 1975 y 2000. Los resultados de esta investigación son producto de la integración de herramientas depercepción remota y sistemas de información geográfica con un modelo de balance de agua; además, se utilizarontécnicas de análisis de dinámica de cambio. El análisis del cambio de los componentes del BHED a nivel de formasde relieve y por matrices de transición determinó que durante el periodo de estudio las condiciones hidrológicas regio-nales de la cuenca no se modificaron sustancialmente. Sin embargo, las planicies y los piedemontes mostraron unincremento en los valores de escorrentía, como resultado de un incremento de la superficie ocupada por asentamien-tos humanos. En ambos años, las formas de relieve de las zonas bajas de la cuenca mostraron fuerte presión sobreel recurso hídrico, lo cual repercute en el deterioro del lago de Cuitzeo, principalmente por contaminación y reduccióndel suministro de agua superficial al vaso. El enfoque integral utilizado puede representar una alternativa viable paraentender el cambio en la distribución y cantidad del agua disponible en cuencas poco aforadas como resultado de unCCVUS.

Palabras clave: Sistemas de información geográfica, percepción remota, matrices de transición, análisis regional,cambio de cobertura vegetal y del suelo, balance hídrico, cuencas poco aforadas.

Hydrological implications of land-cover and land-usechange: a proposal for spatial analysis at a regionalleve I in the closed Cuitzeo-lake basin, MichoacánAbstract. This study was undertaken to understand the implícations of regional land-cover and land-use change(LCLUC) in a spatially distributed water balance (SDWB) within a poorly gauged basin in 1975 and 2000. Results fromthis work were derived by integrating remote sensing and geographic information system tools with a water-balancemodel, along with the application of a transitional matrix analysis. The analysis of changes in water-balance compo-nents, based on landforms and transitional matrices, indicated a small tendeney towards improvement in the basin'shydrological conditions at a regional level. However, as a consequence of the increase in urban land-use, the basin'splains piedmonts showed a rise in runoff. In addition, the basins' lower áreas exhibited a high demand for water re-sources due to an increased urban land-use in both years, along with the Cuitzeo lake degradation, particularly interms of pollution and reduction of surface water inflow. The integrated approach used herein constitutes a viable al-ternative for understanding changes in the amount and spatial distribution of water available in poorly gauged waterbasins as a consequence of LCLUC.

Key words: Geographic information systems, remote sensing, transitional matrix, regional analysis, land-cover andland-use change, water balance, poorly gauged basins.

*Instituto de Ecología-UNAM, Campus Morelia, 58089, Morelia, Michoacán. E-mail: mmendoza@oikos. unam.mx** Instituto de Ecología-Morelia. Dirección actual: Dirección General de Ordenamiento Ecológico y Conservación delos Ecosistemas, Periférico 5000, 2°. Piso, Col. Insurgentes Cuicuilco, 04530, Coyoacán, México, D. F. E-mail:gbocco@oikos. unam.mx*** CENAPROS-INIFAP, Km. 18.5 Carretera Morelia-Aeropuerto, Álvaro Obregón, Michoacán, México. E-mail:[email protected]

Implicaciones hidrológicas del cambio de la cobertura vegetal y uso del suelo: una propuesta de análisis espacial...

INTRODUCCIÓN

El ciclo del agua y sus componentes precipi-tación, intercepción, escurrimiento, evapora-ción, transpiración y otros procesos subsu-perficiales, incluyendo la recarga del aguasubterránea, son temas centrales de la Hi-drología. Cada uno de los componentes pre-senta una gran variación espacial y tem-poral, y juega un papel crítico en diversosprocesos físicos, químicos y biológicos queregulan el sistema terrestre, donde la acti-vidad humana es inseparable de los eventosnaturales (Dunne y Leopold, 1978; Elkaduway Sakthivadivel, 1998). Actualmente se reco-noce que el hombre altera el ciclo hidrológicoa escala local y global. El cambio de lacobertura vegetal asociado con la expansiónde la agricultura, la urbanización y la conta-minación tienen una profunda influencia enlos procesos hidrológicos, que es necesarioinvestigar tanto en cuencas pequeñas comoa nivel regional (Sahagian, 2000; Sharma etal., 2000). El modelamiento a nivel regionaldel balance hídrico requiere de modeloshidrológicos capaces de ser aplicados sincalibración a nivel de cuenca, sobre grandesdominios geográficos (Arnell, 1999).

El modelamiento hidrológico en pequeñascuencas o a nivel regional es ampliamenteutilizado y ha demostrado su utilidad en laevaluación del impacto del cambio de usodel suelo (Henderson et al., 1993; Kite, 1993;Harbor, 1994; Badhuri et al., 1997; Sharmaet al., 2000), cambio climático a largo plazo(Gleick, 1987; Vorósmarty y Moore, 1991;Rind, 1992; Nikolaidis et al., 1993; McGuffieet al. 1998; Xu, 2000) y si el modelamientoincluye la dinámica del carbón, nutrientesy sedimentos pueden servir como una herra-mienta semi-mecánica para cuantificar eltransporte de materiales y contaminación nopuntual (Vörösmarty et al., 1989; Olivera,1996).

El manejo de cuencas hidrológicas propor-ciona el marco conceptual y espacial que

permite elaborar e implementar normas yprácticas de conservación basadas en elentendimiento de procesos e interaccionesecológicas y sociales necesarias para ase-gurar la integridad ecológica de la cuenca yel suministro de productos para una pobla-ción en aumento; así como evaluar el impac-to de las actividades del hombre en losprocesos hidrológicos; (EPA, 1995; Ersten,1999; Jain et al., 2000). Sin embargo, sedebe admitir que no se pueden realizar diag-nósticos veraces o manejos apropiados, silos datos hidrológicos son insuficientes paraun análisis regional (véase Bergström yGraham, 1998). El problema se ha resueltocuantificando los procesos hidrológicos enperíodos del orden de varios años, o bien,simulando los procesos hidrológicos de lacuenca (Bastiaanssen, 2000a).

En Hidrología, al igual que en otras ciencias,el desarrollo de nuevos métodos de mediciónha permitido avances significativos en el co-nocimiento de relaciones funcionales. Sinembargo, existen insuficiencias de tipo meto-dológico para el análisis de cuencas conausencia de datos hidrométricos (Mendozaet al., 2002a). En muchas regiones las redeshidro-meteorológicas son muy poco densase incluso inexistentes, debido, entre otrasrazones, a que su establecimiento y manteni-miento es oneroso, particularmente, por elcosto del equipo, su operación y el desarrollode bases de datos. Lo anterior motiva lanecesidad de desarrollar métodos indirectos(Meijerink et al., 1994; Beek, 1996; Osman,1996; Olsson y Pilesjo, 1999; Bastiaanssen,2000a; Bastiaanssen, 2000b). Bajo una pers-pectiva no convencional, los métodos indi-rectos requieren reconocer las característi-cas y distribución espacial de escurrimientosy los componentes bióticos y abióticos de lascuencas, así como las relaciones espacialesy temporales entre éstos (Schaumm, 1964).

El objetivo de este trabajo fue analizar elcambio en el balance hídrico medio anualespacialmente distribuido, para dos tiempos

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(1975 y 2000). en la cuenca del lago deCuitzeo, Michoacán. La meta fue entenderlas implicaciones del cambio de coberturavegetal a nivel regional en una cuenca pocoaforada. La estimación del balance hídricomedio anual se basa en la construcción demodelos mensuales de balance hídrico, loscuales son herramientas para el manejo derecursos hídricos (Xu y Vandewiele, 1994;Mendoza et al., 2002b). En consecuencia, lacomprensión del cambio hidrológico regionalproporciona bases para la planeación ymanejo de recursos terrestres e hídricos degrandes cuencas.

ÁREA EN ESTUDIO

La cuenca del lago de Cuitzeo se localiza enel Sistema Volcánico Transmexicano, entrelos 19° 30' y 20° 05' latitud norte y 100° 35'y 101° 30' longitud oeste y ocupa una su-perficie de aproximadamente 4 000 km2

(Figura 1). La cuenca está conformada porcolinas, lomeríos altos y planicies, es decir,es una cuenca relativamente plana y conpoca amplitud de relieve, la cual se de-sarrolla sobre materiales volcánicos de com-posición intermedia a básica del Mioceno

al Cuaternario (Mendoza et al., en prensa;Pasquaré et al., 1991). La cobertura vegetalpredominante corresponde a las clases ma-torrales, bosque y cultivos (López et al.,2001).

MATERIALES Y MÉTODOS

Balance hídrico

El balance hídrico desarrollado por Thornth-waite y Matter (1957) puede estimarse paraun pequeño volumen de suelo o para unacuenca. En esencia, el método permite ela-borar una contabilidad mensual de la hume-dad del suelo, la evapotranspiración real, eldrenaje y la escorrentía, a partir de registrosde precipitación y evapotranspiración poten-cial y observaciones de la vegetación y lossuelos (Dunne y Leopold, 1978). Al utilizarun sistema de información geográfica (SIG),el balance de agua se modela tomando encuenta la distribución espacial de la preci-pitación, evapotranspiración potencial y lascaracterísticas del suelo, en donde cadapíxel es tratado como un balance hídricoindividual.

Figura 1. Localización de la cuenca del lago de Cuitzeo.

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Considerando el caso mas simple, esto es

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metros de entrada en el balance de agua ysu representación adecuada en un modelohidrológico es importante, pero difícil. La in-terpolación de isoyetas e isotermas escompleja cuando la cobertura de estacionesmeteorológicas es baja, como es el caso dela cuenca en estudio. En este trabajo, la pre-cipitación media mensual (Pmm) y la tempe-ratura media mensual (Tmm) se calcularon apartir de los registros históricos de 42 esta-ciones meteorológicas localizadas tanto alinterior de la cuenca como en sus alre-dedores. El cálculo y los mapas de Pmmy Tmm se realizaron mediante técnicas deinterpolación lineal, utilizando el inverso de ladistancia.

Evapotranspiración potencial

El cálculo de la evapotranspiración potencial(Etp) se realizó con el modelo de Serruto(1993); se usó este método porque con-sidera dos variables que Thornthwaite yMatter (1957) incluyeron en sus modelos: laTmm y la radiación solar (esta última cal-culada por la FAO, 1976) para diferenteslatitudes. Siguiendo este procedimiento seconstruyó la distribución mensual de la Etp.El modelo propuesto por Serruto (1993) es elsiguiente:

Etp = (0.003*(RS)2.5+0.16*(T)°88)*31 (2)

donde:

T = temperatura media mensual en °C(mapas corregidos)RS = radiación solar en equivalente deevaporación en mm/día

Escurrimiento superficial

El escurrimiento superficial es la porción dela precipitación que no se infiltra ni seacumula en la superficie del suelo, pero quefluye aguas abajo como flujo laminar o con-centrado (Chow et al., 1988). Existen diver-sos métodos para medir y estimar el es-

currimiento (Esc). El método utilizado en elpresente trabajo es simple, considera queel Esc se produce a partir del exceso deagua que se genera en toda la cuenca. Eneste método el Esc es una función de laprecipitación, textura del suelo, velocidad deinfiltración, CVUS, y pendiente del terreno(USDA, 1964 citado por Beek, 1996).

Con fines prácticos se relacionó la permea-bilidad y la velocidad de infiltración (SARH-CP, 1991). La permeabilidad es una carac-terística física del medio poroso; por lo tanto,está relacionada con la distribución y tamañode poros y su continuidad (Hillel, 1998). Esmuy probable, aunque no necesario, que unsuelo con alta porosidad exhiba una altavelocidad de infiltración. A su vez, la infiltr-ción puede ser estimada a partir de clasestexturales (SARH-CP, 1991).

Para representar la distribución de las clasestexturales de suelos en la cuenca se utilizó lacartografía de INEGI (1971; 1973; 1979;1982; 1983); en ésta se identifican tres cate-gorías: fina, media y gruesa. Éstas catego-rías texturales se traducen en velocidad deinfiltración baja (0.2 a 2 cm/h), media (2.0 a12.5 cm/h) y alta (> 12.5 cm/h), respecti-vamente (SARH-CP, 1991).

La información de los mapas de CVUScorrespondientes a 1975 y 2000 se cruzócon la del mapa de velocidad de infiltraciónpara obtener una tabla de dos dimensionespara cada año. La tabla anterior de vegeta-ción y velocidad de infiltración, se cruzónuevamente con la del mapa de pendientes,obteniéndose una matriz de dos dimen-siones, con la cual se clasificó el porcentajede escurrimiento, de acuerdo con el US SoilConservation Sen/ice (1964, en Beek, 1996).El mapa de pendientes en porcentaje seconstruyó a partir de la aplicación de filtrosdireccionales sobre el Modelo Digital deTerreno (MDT).

Finalmente, los mapas de porcentaje de

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escurrimiento mensual se multiplicaron porcada mapa de Pmm, con objeto de generarla distribución mensual del Esc medio. Porsustracción en cada uno de los mapas deEsc medio mensual, y de los correspondien-tes mapas de precipitación, se crearon docemapas de precipitación efectiva (Pef); esdecir, la cantidad de agua que se infiltra enel suelo.

Almacenamiento potencial de la humedaddel suelo

La cantidad de agua almacenada en el sue-lo, útil para las plantas, es factor importanteen el balance hídrico. Es importante calcularla máxima cantidad de agua que puedealmacenar el suelo, la cual puede definirsepor una relación entre la textura y la pe-dregosidad de la matriz del suelo (Landon,1984).

La pedregosidad fue estimada para toda lacuenca en función de las fases físicas y delas asociaciones de los mosaicos de suelodel mapa sin generalizar de INEGI. Del mapade fases físicas se extrajo la categoría"pedregoso" y, posteriormente, se cruzó conlas asociaciones de suelos. Para cada aso-ciación con pedregosidad se estimó el por-centaje potencial de pedregosidad.

La distribución de la profundidad de suelos yla textura se obtuvo de la reclasificación delas unidades de relieve, en función de laclase de profundidad más representativa. Seutilizaron los datos de 156 pozos de suelo ysus análisis de laboratorio, los cuales fueronelaborados por INEGI (1971; 1973; 1979;1982; 1983). Con objeto de incluir en el mo-delamiento el carácter volcánico reciente enla cuenca y su capacidad de retención deagua, se extrajeron del mapa de relieve lasclases "conos volcánicos" y "coladas de la-va". Este tipo de unidades posee una altapermeabilidad por sus características físicas.El mapa de texturas fue el resultado de laintegración del mapa de texturas preliminar

con el mapa de conos y coladas. Finalmente,las bases de datos de textura y pedregosi-dad se combinaron por medio de una reclasi-ficación con un cuadro de doble entrada.

Cálculo del almacenamiento real dehumedad

El almacenamiento real varía con el tiempodebido a la Pef que aporta el agua y a laevapotranspiración que la sustrae. De acuer-do al modelo de Thornthwaite y Matter(1957), es necesario reflejar las variacionesmensuales tomando en cuenta que el mesanterior puede almacenar agua, siempre quela precipitación sea mayor a la evapotrans-piración, con lo cual se tendría incrementoen el almacenamiento en el suelo. El aguase almacenará hasta la capacidad de alma-cenamiento potencial, la cual es determinadapor la porosidad y profundidad del suelo(S(a) = S(P)). En la estructura del balance seconsidera que cualquier exceso que rebasela capacidad de campo se transformará enexcedente de agua, el cual se percolará, co-mo se mencionó anteriormente. La siguienteexpresión muestra esta relación:

S(a)mes-1-Etp (3)

donde: 0 < S(a) > S(p)

S{a) = almacenamiento real en mm,P(ef) = precipitación efectiva en mm,S(a)mes-1 = almacenamiento real del mesanterior,Etp = evapotranspiración potencial.

Evapotranspiración real

La Etp es la cantidad que teóricamente pue-de evaporarse si existiera suficiente agua,considerando tanto la precipitada en el mescomo la almacenada en el suelo. La evapo-transpiración real (Etr), por su parte, es lacantidad de agua que realmente transpiranlas plantas, más la que se evapora del suelodesnudo. En el caso de que exista suficiente

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agua y energía (o en situaciones de exceso)la Etp es igual a la Etr. Si no hay suficienteagua la Etr < Etp.

Con base en el modelo utilizado, la Etrdepende de la Pef de la Etp y del almace-namiento del agua en el suelo en el mesanterior. Cuando la Pef y el almacenamientodel mes anterior es igual o mayor que laevapotranspiración potencial, la Etr es iguala la Etp. Si la Pef y el almacenamiento delmes anterior es menor que la Etp, la Etr esigual a la Pef y al almacenamiento del mesanterior, es decir,

P(ef) + S(a) mes -1 > Etp entonces Etr = Etp (5)i

sino Etr= P(ef) + S(a) mes-1.

Los cálculos se inician a partir de junio, mesen que se presenta la retención de hume-dad, ya que mayo es el primer mes de lluvia.Para junio se utilizó el mapa de capacidad deretención de humedad real, como valor dealmacenamiento del mes de mayo. En losmeses siguientes el almacenamiento fuecalculado con el valor del mes anterior paracada mes, considerando como inicio junio.Cuando los valores de almacenamiento realcalculados fueron negativos, se reclasifi-caron como cero.

Déficit de agua medio mensual en el suelo

La cantidad de agua en el suelo descenderácuando la Pef sea menor que la Etp, pro-duciéndose un almacenamiento igual a cero;sin embargo, las plantas siguen requiriendoagua para transpirar, entonces ocurre undéficit (Def). El déficit en este caso no serefiere a la situación de estrés de las plantasconocido como punto de marchitez perma-nente. En este caso, los cálculos comenza-ron a partir del mes de junio, y se obtuvo unmapa de déficit para cada mes. El déficit seestima mediante la siguiente ecuación:

Def = Etp-P(ef) + S{a) mes - 1 (6)

Excedente de agua medio mensual en elsuelo

Cuando la Pef es mayor que la evapo-transpiración potencial, la cantidad de aguaalmacenada en el suelo aumenta hasta elnivel máximo que permite la capacidad dealmacenamiento potencial (S(a) = S(p)). Simás agua entra al suelo, el modelo laconsidera como excedente de agua (Exc),que se percolará. Se calculó un mapa deexcedente de agua en el suelo para cadames. La siguiente ecuación expresa estarelación:

EXC = P(ef) -Etr - S(a) +S(a) mes -1 (7)

Balance hídrico anual

Los mapas de los componentes del balancehídrico medio mensuales de cada año fueronagregados, a fin de generar mapas de com-ponentes medios anuales de 1975 y 2000.Estos mapas fueron reclasificados con baseen criterios estadísticos para cada com-ponente y para cada par de años (1975 y2000), toda vez que estos mapas secomparan entre sí. Los intervalos de recla-sificación se denominaron Muy Alto, Alto,Moderado, Bajo y Muy Bajo, donde general-mente, el valor medio se ubica en el intervaloModerado.

Por último, se analizó el cambio de los com-ponentes del balance hídrico para toda lacuenca. Para ello se cuantificó, en primerlugar, el cambio general de la categoría porcomponente y la dinámica del cambio através de matrices de transición. En cadamatriz, la diagonal representa la probabilidadde cada categoría de permanecer o mante-nerse de un tiempo a otro (Luenberger,1979). En este trabajo se construyeron matri-ces de transición con base en las superficiesobtenidas de cada uno de los mapas, querepresentan los componentes del balancehídrico en 1975 y 2000. A partir de ellas seelaboraron matrices de probabilidad de transi-

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ción para cada una de las clases de cadacomponente. Se supuso que la probabilidad detransición (Pij) de cada clase de la matriz esproporcional a la superficie remanente de lamisma clase entre 1975 y 2000. Su expresiónmatemática es:

PijA=Sij(1975)/Sj(2000) (8)

Donde Sij es la superficie del elemento "ij" de lamatriz de transición de cada componente delbalance hídrico en 1975 y "Sj" la superficie dela clase de cada componente del balancehídrico "j" en 2000. De esta manera, para cadacategoría de cada componente "j", SPi j = 1.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cambio de cobertura y uso del suelo

Las clases de CVUS predominantes en lacuenca en 1975 y en 2000 correspondierona cultivos (44% y 32%, respectivamente),seguidas por la categoría de bosques yvegetación densa (17 y 20%, respectiva-

mente). En el periodo de estudio, los bos-ques y vegetación densa, pastos y bosquesabiertos, y arbustos, se incrementaron en 18,28 y 20%, respectivamente (Figuras 3, 4 y5).

Análisis del cambio de los componentesdel balance hídrico anual

Escurrimiento medio anual

Se realizó un análisis de la magnitud delerror de los valores estimados de la es-correntía mensual con relación a los datosmensuales registrados para tres subcuencasde la cuenca de Cuitzeo. Los resultadosindican que la sobrestimación anual fue 2.9,2.2 y 1.6 veces respectivamente. La sobre-estimación promedio fue de 2.3 veces; sinembargo, los resultados obtenidos en estetrabajo se encuentran entre los rangos desobrestimación y subestimación previamenteobtenidos en la estimación de escurrimientoscon modelos espacialmente distribuidos engrandes cuencas (Arnell, 1999; Wood yBlackbum, 1984).

Figura 3. Cambio de la cobertura vegetal y uso del suelo en la cuenca del lago de Cuitzeo.

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Figura 4. Cobertura vegetal utilizada para el cálculo del balance hídrico de 1975de la cuenca del lago de Cuitzeo.

En consecuencia, el análisis de las impli-caciones del CCVUS se realizó en mapas devalores reclasificados. De los mapas clasifi-cados se calcularon las superficies ocupadaspor cada clase en cada año, así como lasuperficie de cambio (Figura 6). Se apreciaque la categoría predominante en ambosaños fue la Moderado (49 y 35 %, respecti-vamente), seguida por la clase Alto (56 y31%). Los mayores cambios ocurrieron enlas categorías Muy Bajo, Bajo, Moderado yAlto; sin embargo, en esta última clase elcambio fue negativo (Figuras 7 y 8). Estosresultados nos sugieren que, con respecto a1975, en el 2000 la capacidad de la cuencapara producir escurrimientos superficiales seredujo, porque el escurrimiento anual fuemenor en aproximadamente 300 mm.

Las categorías más representativas de escu-rrimiento por unidades de relieve correspon-den a las clase Moderado y Alto en ambosaños, seguidas por la clase Bajo. La dinámi-ca entre años y categorías de relieve indicacierta mejoría en las condiciones hidroló-gicas; trece formas de relieve disminuyeronsu superficie en clase Alto, las mismasformas de relieve aumentaron su superficieen la clase Moderado; diez formas de relieveaumentaron su superficie en la clase Bajo.Las formas de relieve más afectadas por unincremento en la superficie de escurrimientoen la categoría Alto son planicie, valle amplioy piedemonte bajo. Las formas de relieveque aumentaron superficie en la clase Mode-rado son planicie fluvial, planicie con vegeta-ción, planicies inundables, piedemontes bajoy no diferenciado.

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Figura 5. Cobertura vegetal utilizada para el cálculo del balance htdrico de 2000de la cuenca del lago de Cuitzeo.

Figura 6. Distribución de las superficies por clase de escurrimiento para 1975 y 2000de la cuenca del lago de Cuitzeo.

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Figura 7. Mapa de escurrimiento medio anual de 1975 en la cuenca del lago de Cuitzeo.

Figura 8. Mapa de escurrimiento medio anual de 2000 en la cuenca del lago de Cuitzeo.

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Precipitación efectiva media anual poraño

De los mapas de Pef, la mayor superficiepara 1975 y 2000 corresponde a la categoríaBajo (45 %) y Moderado (41 y 48%,respectivamente). El análisis del cambio delas categorías de Pef para cada año porclase indica que hubo un incremento dealrededor de 14 000 ha en la claseModerado, como resultado de unadisminución de la misma magnitud en laclase Bajo (Figura 9). Los resultadossugieren que, con respecto a 1975, en el2000 hubo una mayor acumulación de aguaen el suelo, particularmente en más de2 600 ha, las cuales retuvieron cuando me-nos 600 mm anuales de agua en el suelo.

Las categorías de Pef más representativaspor unidades de relieve corresponden a Bajoy Moderado, y cubren aproximadamente el90% de las clases de relieve en ambos años.También se presentan condiciones derelativa mejoría en la cuenca. Trece formasde relieve aumentaron su superficie de Pefde clase Bajo a clase Moderado; cinco

formas de relieve pasaron de clase Bajo aclase Moderado. Las formas de relieve quemás aumentaron su superficie en la claseModerado son planicie con vegetación, zonade inundación, piedemonte medio y elevacio-nes aisladas.

Evapotranspiración real media anual

Las categorías predominantes de Etr para1975 y 2000 son la Muy Bajo (70 y 68%,respectivamente) y Bajo (20 y 22%). Elcambio de la Etr por categorías indica unareducción de casi 5 400 ha en la clase MuyBajo; mientras que las clases Bajo yModerado tuvieron un incremento de 8 000ha, reflejo del aumento de la coberturavegetal (bosques y arbustos; Figura 10).

En relación con la Etr por formas de relieve,en ambos años las clases más repre-sentativas corresponden a Muy Bajo y Bajo.Los incrementos en porcentajes de superficiepor clase de Etr en formas relieve se danprincipalmente hacia las clases Muy Bajo(14) y Moderado (10); la superficie de 13formas de relieve en la clase Muy Bajo se

Figura 9. Distribución de las superficies por clase de precipitación efectiva media anual para 1975 y 2000de la cuenca del lago de Cuitzeo.

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redujeron, estos resultados eran de esperar-se, toda vez que existe un aumento en lacobertura vegetal con mayor capacidad paratranspirar. Las formas de relieve que aumen-taron más su superficie de Etr en la claseModerado son las planicies inundables. Lasformas de relieve que aumentaron su super-ficie en la clase Bajo son la planicie fluvial ypiedemonte superior.

Déficit medio anual de agua

Las categorías predominantes de Def para1975 y 2000 son Alto (37 y 35%, respecti-vamente), y Muy Alto (40 y 32 %; Figuras 11y 12). Sin embargo, la clase Muy Alto redujosu superficie en más de 10 000 ha, y la claseAlto aumentó su superficie en más de 9 000(Figura 13).

Las formas de relieve se caracterizan porpresentar déficit de agua medio anual Alto,Muy Alto y Moderado, respectivamente. Sinembargo, las condiciones hidrológicas regio-nales por unidad de relieve también presen-tan cierta mejoría; doce formas de relievepasaron de déficit Muy Alto a déficit Alto,cinco formas de relieve pasaron de Alto aModerado, cinco pasaron de Moderadoa Bajo; sin embargo, trece formas de relieve

pasaron de déficit Moderado a Alto. Lasformas de relieve que sufrieron los cambiosmás importantes son planicie con vegetacióny elevaciones aisladas, que cambiaron deAlto a Muy Alto; y planicie de inundaciónsalina y zonas de inundación que pasaron deMuy Alto a Alto.

Excedente medio anual de agua

El excedente medio anual de agua fue tanbajo en 1975 y 2000, que la mayor parte dela cuenca quedó clasificada en la clase Ceroo nula (65 y 63%, respectivamente; Figuras14 y 15); en 1975 el 11% quedó clasificadacomo Muy Bajo, y el 14% como Bajo; mien-tras que para el 2000, las clases Muy Bajo yBajo sólo se incrementaron en un puntoporcentual (Figura 16). Las categorías másrepresentativas fueron Cero, Muy Bajo yBajo; además, es notorio que la mayor partede las formas de relieve tienen excedente deCero en una superficie considerable en am-bos años. Sin embargo, existe una tendenciaa que las formas de relieve incrementen suexcedente a lo largo del tiempo, es decir,que cambien de clase Cero a Muy Bajo (6),Muy Bajo a Bajo (7) y de Bajo a Moderado(7); esta dinámica permite inferir que lascondiciones hidrológicas en la cuenca dellago de Cuitzeo mejoraron ligeramente.

Figura 10. Distribución de las superficies por clase de evapotranspiración real media anualpara 1975 y 2000 de la cuenca del lago de Cuitzeo.

105Investigaciones Geográficas, Boletín 49, 2002

Manuel Mendoza, Gerardo Bocco, Erna López Granados y Miguel Bravo

Figura 11. Mapa de déficit medio anual de agua de 1975 en la cuenca del lago de Cuitzeo.

Figura 12. Mapa de déficit medio anual de agua de 2000 en la cuenca del lago de Cuitzeo.

Investigaciones Geográficas, Boletín 49, 2002106

Implicaciones hidrológicas del cambio de la cobertura vegetal y uso del suelo: una propuesta de análisis espacial...

Figura 13. Distribución de las superficies por clase de déficit medio anual para 1975 y 2000de la cuenca del lago de Cuitzeo.

Figura 14. Mapa de excedente medio anual de agua de 1975 en la cuenca del lago de Cuitzeo.

Investigaciones Geográficas, Boletín 49, 2002 107

Manuel Mendoza, Gerardo Bocco, Erna López Granados y Miguel Bravo

Figura 15. Mapa de excedente medio anual de agua de 2000 en la cuenca del lago de Cuitzeo.

Figura 16. Distribución de las superficies por clase de excedente medio anual para 1975 y 2000de la cuenca del lago de Cuitzeo.

108 Investigaciones Geográficas, Boletín 49, 2002

Implicaciones hidrológicas del cambio de la cobertura vegetal y uso del suelo una propuesta de análisis espacial

Las formas de relieve con incremento impor-tante en superficie en la clase Moderadocorresponden a la planicies fluviales, mien-tras que las formas de relieve que más in-crementaron su superficie en la clase deexcedente Bajo son las planicies con depósi-tos de sal e inundables.

Análisis del cambio de los componentesdel balance hídrico con matrices detransición

Escurrimiento medio anual de agua

Los valores de las superficies de coinciden-cia entre las categorías de escurrimiento decada año se normalizaron en función del añobase, con lo cual se construyó la matriz deprobabilidades de transición de las distintascategorías de escurrimiento (Cuadro 1). Esteprocedimiento se aplicó para la evaluaciónde todos los componentes del balance hí-drico. De la matriz de transición se puededestacar que las clases Alto y Muy Alto

tienen probabilidades relativamente bajas depermanencia (menores a 70%), además deprobabilidades de cambio de las clases MuyAlto y Alto hacia la clase Moderado (11 y31%), aunada a la probabilidad de cambiode Muy Alto a Alto de 26%, estos porcen-tajes indican una relativa mejoría en lascondiciones de escurrimiento en la cuenca.Sin embargo, la clase Bajo tiende a pasar aModerado en 21% y la clase Moderado tien-de a transformarse en Alto en 14%.

Precipitación efectiva media anual

Las probabilidades de transición (Cuadro 2)rpuestran que la Pef tiene bajas probabili-dades de permanecer en la clase Muy Bajo(52%); en consecuencia, esta clase tiende acambiar a Bajo (43%) y Moderado (5%).Además, es notoria la alta probabilidad depermanencia de la clase Muy Alto (95%). Lamatriz indica, en términos generales, mejo-res condiciones hidrológicas a nivel regional.

Cuadro 1 Probabilidades de transición de las clases de escurrimiento entre 1975 y 2000

1975

Muy bajo

Bajo

Moderado

Alto

Muy alto

2000

Muy bajo

0.97

0.03

0.00

0.00

0.00

Bajo

0.03

0.76

0.03

0.00

0.00

Moderado

0.00

0.21

0.83

0.31

0.11

Alto

0.00

0.00

0.14

0.68

0.26

Muy alto

0.00

0.00

0.00

0.01

0.63

Cuadro 2 Probabilidades de transición de las clases de precipitación efectiva entre 1975 y 2000

1975

Muy bajo

Bajo

Moderado

Alto

Muy alto

2000

Muy bajo

0.52

0.00

0.00

0.00

0.00

Bajo

0.43

0.77

0.15

0.00

0.00

Moderado

0.05

0.23

0.84

0.25

0.00

Alto

0.00

0.00

0.01

0.75

0.04

Muy alto

0.00

0.00

0.00

0.00

0.95

Investigaciones Geográficas, Boletín 49, 2002 109

Manuel Mendoza, Gerardo Bocco, Erna López Granados y Miguel Bravo

Evapotranspiración real media anual deagua

La matriz de transición (Cuadro 3) indicó quela mayor probabilidad de permanencia estáen la clase Muy Bajo (92%); el 8% restantetiende a pasar a la clase Bajo. Las cate-gorías con menor probabilidad de permanen-cia son Alto (69%) y Muy Alto (44%); la claseAlto tiene probabilidades de cambiar a Bajo(11%) y Moderado (15%); mientras que laclase Muy Alto puede cambiar a Moderadoen 44%. Estos resultados indican menorespérdidas de agua por este proceso.

Déficit medio anual de agua

La matriz de probabilidades de transición(Cuadro 4) permitió observar cambios ligera-mente negativos en este componente delbalance hídrico regional. Las clases Bajo,Moderado, Alto y Muy Alto tienen las ma-yores probabilidades de permanecer comotales (81 y 82 %). Mientras que la clase MuyBajo tiene sólo 44% de probabilidad de per-manecer como tal, y puede cambiar a Bajo(52%) y Alto (3%). La clase Bajo puede cam-biar a Moderado (18 %) y Alto (1%). La claseMuy Alto tiene 19 % de probabilidad decambiar a Alto y la clase Alto puede cambiara Moderado (9%).

Excedente medio anual de agua

Con relación al excedente medio anual, sepuede indicar que existe un cambio ligera-mente negativo en este componente delbalance hídrico regional. Las clase Muy Bajo,Bajo y Moderado pueden pasar a la clase sinexcedente (11, 14 y 3%, respectivamente);de igual forma, la clase Muy Alto puedecambiar a las categorías de Muy Bajo y Bajo(2%); la clase Moderado tiene un 22% deprobabilidad de cambiar a la clase Bajo. Sinembargo, la clase de excedente Cero tiene el3 y 5% de probabilidad de cambiar a las cla-ses Muy Bajo y Bajo, respectivamente; laclase Moderado tiene el 2% de permanecer

como tal. Sin embargo, las clases Alto y MuyAlto tienen las probabilidades de permanen-cia más altas (97 y 96%; Cuadro 5).

Análisis del cambio de bordos y presas

El número de bordos, al igual que su super-ficie, se incrementaron en forma notoria enlos últimos 25 años. En 1975 se cartogra-fiaron 75 cuerpos de agua en esta clase, loscuales cubrían una superficie de 1 205 ha.Para el 2000 se identificaron 146 bordos conuna superficie de 1 630 ha (Figura 17); esdecir, en 25 años se incrementó la superficiede evaporación directa de cuerpos de aguaen 26% y se duplicó el número de estruc-turas de retención de agua, aunque ensu mayoría la extensión de éstas fue menora 3 ha.

Los bordos se presentaron principalmentesobre planicies, mesas, laderas suaves ymuy suaves convexas, laderas suaves rec-tilíneas y piedemontes no diferenciados. Lascoberturas vecinas más frecuentes a la ubi-cación de bordos en 1975 correspondieron,en orden decreciente, a cultivos temporales yde riego, en el 2000 corresponden a cultivosde temporal, pastizales, arbustos, cultivos deriego, plantaciones de árboles y bosque. Seobservó una diversificación de categoríasvecinas para el 2000 y un cambio en el or-den de prioridad de las unidades vecinas;este orden es coherente con la disminuciónde áreas de cultivo y permite interpretar queel incremento en el número de bordos noresponde a una intensificación de las activi-dades agrícolas, sino más bien de las acti-vidades pecuarias en la cuenca.

Cabe mencionar que la superficie del lagocalculada para 1975 fue de 377 km2, y en2000 se registró una superficie de 306 km2,lo cual indica que el cuerpo de agua del lagose redujo en alrededor del 19%; el antiguocuerpo de agua se ha transformado envegetación acuática (15%) y matorrales (1%)y ha sido utilizado para agricultura de riego y

110 Investigaciones Geográficas, Boletín 49, 2002

Implicaciones hidrológicas del cambio de la cobertura vegetal y uso del suelo una propuesta de análisis espacial

temporal (3%) La vegetación acuática se haincrementado como consecuencia del aportede materia orgánica y fertilizantes transpor-

tados por los drenes, que alcanzan el lagoen su porción central

Cuadro 3 Probabilidades de transición entre la evapotranspiracion real de 1975 y 2000

1975

Muy bajo

Bajo

Moderado

Alto

Muy alto

2000

Muy bajo

0.92

0.18

0.04

0.00

0.00

Bajo

0.08

0.80

0.17

0.11

0.00

Moderado

0.00

0.01

0.79

0.15

0.33

Alto

0.00

0.00

0.00

0.74

0.00

Muy alto

0.00

0.00

0.00

0.00

0.67

Cuadro 4 Probabilidades de transición entre el déficit medio anual de agua entre 1975 y 2000

1975

Muy bajo

Bajo

Moderado

Alto

Muy alto

2000

Muy bajo

0.45

0.00

0.00

0.00

0.00

Bajo

0.52

0.81

0.03

0.00

0.00

Moderado

0.03

0.18

0.82

0.09

0.00

Alto

0.00

0.01

0.15

0.81

0.19

Muy alto

0.00

0.00

0.00

0.10

0.81

Cuadro 5 Probabilidades de transición entre el excedente de agua medio anual entre 1975 y 2000

1975

Cero

Muy bajo

Bajo

Moderado

Alto

Muy alto

2000

Cero

0.92

0.11

0.14

0.03

0.00

0.00

Muy bajo

0.03

0.86

0.02

0.01

0.01

0.02

Bajo

0.05

0.03

0.82

0.220.00

0.02

Moderado

0.00

0.00

0.02

0.73

0.02

0.00

Alto

0.00

0.00

0.00

0.00

0.97

0.00

Muy alto

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.96

Investigaciones Geográficas Boletín 49 2002 111

Manuel Mendoza, Gerardo Bocco, Erna López Granados y Miguel Bravo

Figura 17. Frecuencia de bordos en la cuenca de Cuitzeo por clases de superficie en hectáreas.

CONCLUSIONES

Cambio del balance hídrico

Los cambios en los componentes del balan-ce hídrico regional fueron relativamente pe-queños. El análisis del cambio de los com-ponentes del balance hídrico a nivel deformas de relieve confirmó que las con-diciones hidrológicas regionales de la cuencamejoraron levemente. Sin embargo, lasplanicies y las formas transicionales (pie-demontes), presentaron un incremento enlos valores de escorrentía, lo cual se explicapor el incremento de la superficie ocupadapor asentamientos humanos (incluidas en laclase áreas sin vegetación) y agricultura, quese asocian principalmente a esas formas derelieve.

Para ambos años existe una fuerte presiónsobre el recurso hídrico en las zonas bajasde la cuenca. Aunque sus condiciones hidro-lógicas regionales se encuentran al menosigual que hace 25 años, es indiscutible queel lago de Cuitzeo presenta altos grados de

deterioro por contaminación y falta de agua,la cual no drena directamente al vaso dellago, por el uso inadecuado del agua en laszonas de riego y como consecuencia de unmayor uso en las ciudades, debido al in-cremento poblacional (Soto et al., 1999;Acosta, 2002); especialmente el área urbanade la ciudad de Morelia, capital del estado,sextuplicó su superficie en 37 años (López etal., 2001). La superficie ocupada por asenta-mientos humanos en la cuenca creció 284%en los últimos 25 años (López-Granados,2002) y la población se incrementó de380 870 habitantes en 1975 a 837 775 en1995 (INEGI, 1970; 1995).

El análisis de la variación y distribución su-perficial de bordos indica que el número deéstos, al igual que su superficie, se incre-mentó en 26% y se duplicó el número deestructuras de retención de agua, aunque ensu mayoría éstas fueron menores a 3 ha. Elincremento de bordos, en este caso, no res-ponde a una intensificación de las activida-des agrícolas sino, más bien, de las activi-dades pecuarias en la cuenca.

112 Investigaciones Geográficas, Boletín 49, 2002

Implicaciones hidrológicas del cambio de la cobertura vegetal y uso del suelo: una propuesta de análisis espacial...

En consecuencia, la disminución de la su-perficie del vaso del lago de Cuitzeo no estáligada a la degradación de laderas, productode la deforestación, más bien es resultadode una disminución del agua en los caucespor el incremento poblacional que conllevaun incremento en el consumo de agua, asícomo por un uso inadecuado del agua parariego agrícola; un incremento de la coberturaacuática y subacuática que cubría 59 km2

en 1975 aumentó a 96 km2 en el 2000, locual ha casi cerrado la comunicación entre elvaso este y central del lago de Cuitzeo.

Fortalezas y limitaciones del modelo

En general la estimación de los componen-tes del balance hídrico a partir de informa-ción hidrometeorológica, conocimiento geo-morfológico y el uso de técnicas de PRy SIG tiene limitaciones, las cuales han sidodiscutidas recientemente por Mendoza et al.(2002). Sin embargo, la integración de estastécnicas con un modelo de balance hídricoespacialmente distribuido, sobreposición car-tográfica automatizada y de técnicas deanálisis de dinámica de cambio, como es elcaso de las matrices de transición, repre-senta una alternativa viable para entender elefecto hidrológico del CCVUS en grandessuperficies sin suficientes aforos y estacio-nes meteorológicas. El modelamiento parados años permitió reconocer, de manerageneral, el cambio temporal de la distribucióny cantidad de agua en laderas; cabe reco-nocer que el modelo espacialmente distribui-do utilizado no evalúa directamente el balan-ce hídrico en el cuerpo de agua del lago deCuitzeo.

La comparación de los valores estimados enel balance hídrico para ambos tiempos esposible, ya que las estimaciones realizadasen los dos tiempos presentan un error con elmismo orden de magnitud; especialmenteporque no existen evidencias de cambiossignificativos en la precipitación y tempera-tura en los últimos 75 años. Sin embargo, es

importante men-cionar que las estimacionesrealizadas con el modelo hidrológico ofrecenvalores que se acercan a la realidad y deacuerdo a valores sobrestimados ysubestimados por modelos presentes en laliteratura (Arnell, 1999; Wood y Blackburn,1984).

En este estudio, al igual que en el Himalaya(Sharma et al., 2000), los resultados estánbasados en escenarios con alto grado de in-certidumbre e información inadecuada parala validación de modelos. La falta de datosde campo para la modelación hidrológica esun problema común en la mayoría de lospaíses subdesarrollados. El tipo de enfoqueutilizado en este trabajo es útil cuando no secuenta con datos de aforos que permitanvalidar los resultados obtenidos con el mode-lamiento espacialmente distribuido.

Lo anterior sugiere que, cuando se evalúa elefecto del CCVUS en grandes áreas pobre-mente aforadas, con la aplicación de mode-los espacialmente distribuidos, sólo es posi-ble obtener, en el mejor de los casos, unaestimación de las tendencias entre la con-dición hidrológica de antes y después delCCVUS. La magnitud per se de los valoresde magnitud pierde relevancia.

AGRADECIMIENTOS

Esta investigación fue financiada por el Pro-grama SIMORELOS (CONACyT), dentro delproyecto de investigación Regionalizaciónecológica, conservación de recursos y orde-namiento territorial de la cuenca de Cuitzeo.Se agradece la colaboración en la cons-trucción y edición de bases de datos aVicente Salinas, Alejandra Acosta y ErgüinCuevas. Agradecemos las sugerenciasproporcionadas por dos referís anónimos.El primer autor agradece el apoyo económi-co proporcionado por el CONACyT y laUNAM a través de las becas de doctoradorecibidas.

Investigaciones Geográficas, Boletín 49, 2002 113

Manuel Mendoza, Gerardo Bocco, Erna López Granados y Miguel Bravo

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