4 modelo hidrologico

Modelo Hidrológico

de la Hoya de Quito

Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito

La designación de entidades geográficas y la presentación del material en este libro no implican la expresión de ninguna opinión por parte de la UICN respecto a la condición jurídica de ningún país, territorio o área, o de sus autoridades, o referente a la delimitación de sus fronteras y límites.

Los puntos de vista que se expresan en esa publicación no reflejan necesariamente los de la UICN

Por favor citar este documento como se indica a continuación:

DE BIEVRE Bert, COELLO Xavier, DE KEIZER Otto y MALJAARS Piet, 2008. Modelo Hidrológico de la Hoya de Quito, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur, Ecuador.

UICN-SUR

BID

FONAG

Modelo Hidrológico de la Hoya de Quito

Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito

Bert de Bievre, PhD

Xavier Coello, MSc

Otto de Keizer, MSc

Ing. Piet Maljaars

Director del Proyecto: Felipe Cisneros, PhD

Coordinador Técnico: Otto de Keizer, MSc

Fotografía portada © Taco Anema – UICN

Actividad 2.1.3

29 de octubre del 2008

Contenido

1 Introducción 7

1.1 Terminología 7 1.2 Objetivo 8 1.3 Descripción del modelo 9 1.3.1 Tipo de modelo 9 1.3.2 Escalas 9 1.3.3 Base conceptual 10 1.3.4 Identificación de Zonas de Respuesta Hidrológica 12

2 Implementación del modelo hidrológico de generación de caudales en ArcGIS 17

3 Calibración del modelo 19

3.1 Calibración para los caudales medios mensuales 19 3.2 Calibración de los caudales Q80 24

4 Corridas de prueba 29

5 Producción de agua por zonas de respuesta hidrológica 33

6 Balance Hídrico en la Hoya de Quito 35

7 Conclusiones 37

8 Bibliografía 39

Anexo A – Mapas

Anexo B – Flujogramas del modelo hidrológico

Anexo C – Datos utilizados en el proceso de calibración


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1 Introducción El presente informe describe el modelo hidrológico desarrollado como parte del proyecto “Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito”. En este modelo se basará el modelo de balance entre la oferta y demanda hídrica en la cual a su vez (en la siguiente fase del proyecto) se elaborará un análisis de algunas alternativas de desarrollo.

El modelo fue desarrollado tomando en cuenta la información secundaria disponible, tales como registros mensuales de precipitación, caudales, uso del suelo y un modelo digital de elevación que es hidrológicamente correcto.

Antes de describir la implementación del modelo se presentará en las siguientes secciones la terminología usada, el objetivo del modelo y la descripción teórica del mismo.

1.1 Terminología

No es única la terminología usada en la hidrología y modelación hidrológica. Por lo tanto es importante definir los términos que se emplean en el presente informe, para lo cual este capítulo pretende dejar clara la definición de las palabras que tienen un significado específico dentro de la implementación de un modelo hidrológico.

Modelo Hidrológico

Es una representación simplificada de un sistema hidrológico complejo. Es decir un modelo hidrológico se basa en simplificaciones de los procesos naturales existentes en la hidrología. En la actualidad se han desarrollado varios tipos de modelos hidrológicos y se los clasifica de acuerdo a dos criterios de simplificación (Merz y Bárdossy, 1998). El primero de acuerdo a la descripción de sus procesos físicos como: empíricos, conceptuales y basados en procesos y el segundo según la descripción espacial de los procesos de la cuenca como agregados y distribuidos.

Parámetro

Es una expresión matemática de una constante la cual no varía en el tiempo (Refsgaard, 1996). Muchos modelos se basan en representaciones conceptuales de procesos físicos; por ejemplo el movimiento del agua en el suelo se basa en ecuaciones que describen el complicado proceso natural. Los modelos tienen dos tipos de parámetros: físicos y de procesos (Sorooshian y Gupta, 1995).

- Parámetros físicos: representan propiedades físicas de la cuenca que pueden ser medidas. Por ejemplo: el área de una cuenca, el área de los lagos o cuerpo de agua, la longitud de los cauces, la pendiente y otros (Sorooshian y Gupta, 1995) los mismos que no varían en el tiempo.

- Parámetros de procesos: representan las propiedades de las cuencas que no pueden ser directamente medidos. Por ejemplo: la conductividad hidráulica saturada, la cantidad de percolación y otros (Sorooshian y Gupta, 1995).

Variable

Es una cantidad que varía en tiempo y espacio. Esta puede ser una serie de tiempo de entrada (precipitación, evapotranspiración) o de salida (caudales, sedimentos) de un modelo (Refsgaard, 1996).

Simulación

La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias - dentro de los límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos - para el funcionamiento del sistema.

Modelos de simulación tratan cuestiones de „qué pasa si…´: ¿Qué es probable que pasa en el tiempo y uno o más lugares específicos cuando se implementa un diseño específico y/o política de operación? A diferencia modelos de optimización están basados en funciones objetivos de


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variables de decisión no conocidos que serán maximizados o minimizados (Loucks y Van Beek, 2005).

Determinístico

En un modelo determinístico se obtiene siempre el mismo resultado bajo las mismas condiciones iníciales, en otras palabras: una entrada dada produce siempre una misma salida (pronóstico) (Ven te Chow 1994). La relación causa-efecto se conoce en su totalidad, a diferencia de modelos estocásticos.

Estocástico

Un modelo estocástico tiene salidas que son por lo menos parcialmente aleatorias (predicción). Modelos estocásticos tratan de modelar los procesos aleatorios que pasan en el tiempo, y proveen series de tiempo alternativas de salida a lo largo de sus probabilidades (Loucks y Van Beek, 2005).

Distribuido

Describe la variabilidad espacial en todas las variables y parámetros. En general, el área de la cuenca hidrográfica se divide en un número de elementos o volúmenes de escurrimiento se calculan de manera separada para cada elemento.

Caja negra o modelo empírico

Es un modelo desarrollado sin ninguna concepción de los procesos físicos que podrían ocurrir en el área de estudio. Estos modelos son basados simplemente en el análisis de las observaciones de las series de tiempo de entrada y salida.

Modelo conceptual

Es aquel que está construido sobre una base de procesos físicos que pueden ser observadas de las observaciones cualitativas realizadas en la cuenca. En un modelo conceptual, adecuadas estructuras y ecuaciones físicas son usadas semi-empíricamente. El significado físico de estos modelos no es muy claro ya que los parámetros usados dentro del mismo no pueden ser medidos directamente, es decir necesariamente necesitan ser estimados mediante el ajuste o la calibración, utilizando para ello las series de tiempo de entrada y salida como punto de evaluación. Un modelo conceptual es usualmente de tipo agregado y es comúnmente llamado de caja gris.

Modelo basado físicamente

Describe un sistema natural usando representaciones matemáticas básicas de flujos de masa, momentos y varias formas de energía. La mayoría de estos modelos en práctica también son distribuidos. Este tipo de modelo son comúnmente llamados de caja blanca.

Unidad de Respuesta Hidrológica

Una unidad de respuesta hidrológica (HRU por sus siglas en inglés) es un área considerada homogénea para propósitos de modelamiento. Se supone que las áreas dentro de cierta unidad muestran relaciones similares entre los ingresos y salidas de un modelo, por ejemplo entre precipitación y escorrentía, y que se pueden modelar con los mismos parámetros. Así, a una cuenca se considera como una colección de unidades de respuesta hidrológica que en este caso difieren en su relación precipitación-escorrentía (Irvine et. Al., 2002).

1.2 Objetivo

El objetivo de esta actividad es desarrollar una herramienta basada en la información disponible actual sobre la hidrología de la hoya de Quito, y aplicándolo mediante Sistemas de Información Geográfica SIG (en este caso ArcGIS) que permita la estimación de los caudales naturales medios y con un 80 % de excedencia en el tiempo, con el objeto de cuantificar la oferta natural (producción natural de agua) en cualquier punto de la red hidrográfica de la Hoya de Quito, basada en la información secundaria disponible.


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1.3 Descripción del modelo

1.3.1 Tipo de modelo

El modelo propuesto es un modelo de simulación, conceptual, semi-distribuido y determinístico.

Conceptual

El modelo es conceptual, ya que se toma en cuenta el conocimiento sobre características de los procesos hidrológicos a través de ciertos parámetros que no pueden ser medidos directamente. Estos son principalmente los coeficientes de escorrentía y del almacenamiento de agua en la cuenca. Estos parámetros tienen un significado físico y por lo tanto se conoce un rango de valores posibles, dentro del cual el valor del parámetro es determinado durante el proceso de calibración del modelo.

Semi-distribuido

El modelo considera la variabilidad espacial de manera limitada por zonas de respuesta hidrológica. Además, es importante señalar que el modelo considera de la forma más idónea la variación espacial de la precipitación.

Determinístico

Se obtiene siempre el mismo resultado bajo las mismas condiciones iníciales, es decir no es estocástico.

1.3.2 Escalas

Es muy importante identificar las escalas de un modelo hidrológico. Estas se refieren a la resolución temporal y espacial con las que el modelo trabaja.

Escala temporal

La escala temporal del modelo empleado es el promedio mensual. Este modelo está diseñado para generar caudales mensuales de dos tipos:

- el promedio multianual del caudal medio mensual, que corresponde para la cuenca en estudio a una probabilidad de entre el 35 al 40% de excedencia;

- el promedio multianual del caudal mensual con una probabilidad de 80% de excedencia.

En consecuencia, el resultado de este modelo para un punto específico de la red hidrográfica, es un conjunto de 24 valores de caudal: 12 valores de caudal medio mensual y 12 valores de caudal mensual de 80% de probabilidad de excedencia en el tiempo.

Por lo tanto este modelo no está diseñado para calcular caudales con mayor a menor probabilidad de excedencia, por ejemplo no podrá proporcionar información sobre caudales de crecida o de extrema sequía, ni podrá proporcionar información sobre el comportamiento del hidrograma en eventos específicos. No es un modelo que simula series de tiempo.

Escala espacial

La unidad de análisis espacial del modelo propuesto es la zona de respuesta hidrológica. El resultado del modelo es una agregación de las respuestas de las distintas zonas de respuesta hidrológica involucradas en la cuenca del análisis.

La escala con la que fueron determinadas las zonas de respuesta hidrológica uniforme es 1:50.000 y corresponde a la del mapa de cobertura vegetal elaborado en el contexto de este estudio por Verduga et al (2008), con actualización a mayo de 2007.

Es probablemente una de las mayores fortalezas del modelo el poder alimentarlo con otro mapa de cobertura vegetal, proveniente de otra fuente de información o resultado de alguna proyección o escenario de cambios de cobertura en la cuenca. De esta manera el modelo podrá evaluar los efectos que tengan estos cambios sobre el régimen hidrológico, siempre en términos de caudales medios mensuales y de 80% de probabilidad de excedencia.


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1.3.3 Base conceptual

El modelo está basado en el concepto de que el caudal en un punto de la red hidrográfica es una porción (fracción) de la precipitación caída en la cuenca de aporte a este punto. Otra porción no llega a salir de la cuenca como caudal, sino es evaporada desde el suelo y vegetación de la cuenca. También es posible que una parte de la infiltración profunda no vuelva a la misma cuenca. El escurrimiento no ocurre en forma inmediata. La velocidad con la que la precipitación se transforma en caudal tiene que ver con la capacidad de regulación de la cuenca a través de almacenamiento de agua en diferentes formas (por ejemplo intercepción por la vegetación y agua subterránea).

En el caso de este modelo, que tiene una escala temporal de un mes, significa que el caudal mensual es producto de una parte de la precipitación del mes para el cual se está determinando el caudal, más una parte de la precipitación de los meses anteriores. En la calibración del modelo se determinó que para las zonas de respuesta hidrológica con mayor regulación tales como páramo es necesario incluir hasta la precipitación ocurrida en los tres meses anteriores al mes en cuestión.

Consideraciones específicas en cuanto a aguas subterráneas. Las aguas “subterráneas” se pueden dividir, para el efecto de este estudio, en dos tipos. Las aguas subterráneas profundas son aguas que se encuentran en acuíferos hacia donde han llegado a través de infiltración profunda en las llamadas zonas de recarga. Por otro lado hay aguas subterráneas poco profundas que se encuentran dentro de la capa de suelo, en turberas y humedales. En todos los casos las aguas subterráneas provienen de la precipitación. Los dos tipos son importantes para la regulación dentro de la cuenca, pero debido al desconocimiento que tenemos sobre las aguas subterráneas profundas solo el segundo tipo es tomado en cuenta explícitamente en este modelo a través del mecanismo del modelo desarrollado que considera la regulación.

El funcionamiento del mecanismo de regulación de las aguas subterráneas poco profundas está descrito por el modelo en la medida que estas vuelven a la superficie (a un cauce) en distancias relativamente pequeñas (orden de magnitud menor a 10 km). En cuanto a las aguas subterráneas profundas la información disponible es sumamente escasa, de tal manera que no permite modelarlas específicamente. Solamente se dispone de descripciones generales de la geología y de alguna información en lugares específicos sobre el comportamiento del nivel del acuífero al someterle a un caudal de extracción, así como de estratigrafía que permita caracterizar la conformación de los acuíferos que para el caso de la Hoya de Quito existe para el denominado acuífero de Quito, localizado en la ciudad y para los valles aledaños en bastante menor proporción, por lo que se considera que para el futuro se deberá estudiar la potencialidad del recurso aguas subterráneas en la Hoya de Quito, mediante un plan de investigaciones a mediano plazo. Sin embargo se debe aclarar que el modelo considera la regulación del agua almacenada naturalmente en las hidrozonas, sea esta en forma de aguas subterráneas o de otra manera.

En conclusión los consultores consideran que la imposibilidad por ahora de incluir modelamiento de aguas subterráneas en una forma explícita, es un limitante para poder responder a ciertas preguntas, pero no es un impedimento para realizar ciertos análisis en base a este modelo sobre el balance entre oferta y demanda de acuerdo a los escenarios planteados por los actores en la cuenca. La falta de monitoreo e información sobre los acuíferos subterráneas y su dinámica pueden causar un error en los resultados de los cálculos del modelo.

El modelo calcula entonces la escorrentía media mensual en un cierto punto de la cuenca hidrográfica como se muestra en la ecuación 1 en la cual el coeficiente de escorrentía C y los coeficientes de ponderación x dependen de la hidrozona en la que se encuentra el punto.

)( 3322110 iiiii PxPxPxPxCE (1)


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En donde:

Ei = Escorrentía medio mensual del mes i (mm)

Pi = Precipitación promedia en el mes i (mm)

C = Coeficiente de escorrentía

x0 = Coeficiente de ponderación de la precipitación del mes i

x1 = Coeficiente de ponderación de la precipitación del mes i-1



Cabe señalar que la suma de los coeficientes de ponderación x referentes a la precipitación de un determinado mes, es por definición igual a 1. Para las zonas de respuestas hidrológicas menos reguladas x3 y x2 son igual a 0; incluso x1 podría ser igual a 0.

Para cada hidrozona, se asumió el coeficiente de escorrentía C constante, ya que la regulación de la cuenca es tomada en cuenta a través de los coeficientes x. La excepción es la hidrozona que concierne los glaciares. Es importante aclarar que los coeficientes de escorrentía por definición consideran la fracción de agua de precipitación que escurre, produciendo el flujo superficial y subsuperficial, por lo que implícitamente se encuentra considerada la Evapotranspiración que se produce sobre la superficie de la cuenca.

La regulación que ofrecen los glaciares además de multianual (lo que sobrepasa las limitaciones del modelo) es anual porque está muy relacionado con la radiación solar con una variación anual y es un factor importante en el proceso de sublimación y deshielo; por lo tanto no puede ser representada adecuadamente con la ecuación 1. Se estima la escorrentía de glaciar en un mes i en un cierto punto de la cuenca hidrográfica cubierto por glaciar como una fracción de la precipitación anual de la siguiente forma:

anualii PyE (2)

En donde:

Ei = Escorrentía media mensual del mes i (mm)

yi = Coeficiente de deshielo en el mes i

Panual = Precipitación media anual (mm)

El caudal en cualquier punto de la red hidrográfica se calcula posteriormente como la integración de las escorrentías calculadas en toda el área A de la cuenca de aporte a este punto (ver ecuación 3).

dAEQA

(3)

Cálculo de la escorrentía con 80% de probabilidad de excedencia

La escorrentía con 80% de probabilidad de excedencia en cualquier punto de la cuenca hidrográfica se obtiene como una fracción de la escorrentía media:

iii EkE %80, (4)


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En donde:

ki = Coeficiente en el mes i

Ei,80% = Escorrentía con 80% de probabilidad de excedencia del mes i

Ei = Escorrentía media del mes i (Anexo C)

Un mayor valor de ki significa que los caudales tienen poca variación con respecto al caudal medio durante el mes en cuestión y que estos caudales se reproducen cada año. Bajos valores de ki significa que existe mucha variación en caudales durante un mes específico y entre años. La figura 1 ejemplifica esto en términos de la curva de duración general.

Los coeficientes ki constituyen un parámetro del modelo a ser calibrado durante el proceso de calibración.

Figura 1 Ejemplo de una curva de duración que corresponde a una k alta y una k baja

1.3.4 Identificación de Zonas de Respuesta Hidrológica

Las zonas de respuesta hidrológica (hidrozonas) que se definieron son las que se describen a continuación:

Glaciares

Los glaciares son zonas de excelente “producción” de agua, no tanto porque tienen mayor precipitación, sino por la ausencia de consumo de agua de parte de vegetación. Al mismo tiempo tienen una excelente capacidad de regulación.

Páramos conservados

Producen alto volumen de agua, porque la precipitación es relativamente alta y la vegetación natural tiene una evapotranspiración baja. Además tienen una muy buena capacidad de regulación en sus humedales y en su suelo de alta capacidad de almacenamiento de agua.

Bosques andinos remanentes y bosques secundarios

Producen alto volumen de agua, por que el bosque maduro tiene una evapotranspiración baja. Además tiene una muy buena capacidad de regulación.

Zonas agrícolas

Producen un volumen de agua relativamente bajo, por que los cultivos, pastos regados y árboles en crecimiento tienen alta evapotranspiración. En las zonas agrícolas la regulación es baja, durante los eventos de lluvia no toda el agua es almacenada, hay escorrentía más alta


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por limitación de la capacidad de infiltración del suelo y por que las lluvias en estas zonas son más intensas.

Plantaciones forestales

Las plantaciones forestales representan un caso aparte, ya que ofrecen alta regulación, pero los caudales producidos en estas zonas son bajos, debido a la alta evapotranspiración de estos bosques, lo cual depende a su vez de su edad.

Zonas erosionadas y degradadas

Producen un volumen de agua mediano, pero han perdido en gran medida su capacidad de regulación. Por pérdida de capacidad de infiltración de los suelos y pérdida de la cobertura vegetal, el agua escurre durante los eventos de lluvia, esta escorrentía incluso causa más erosión.

Zonas urbanas

Producen un volumen de agua alto pero de muy baja calidad y sin ninguna regulación. Ya que las superficies urbanas son principalmente impermeables, el agua escurre directamente hacia los cauces de agua, eventualmente pasando por el sistema de alcantarillado.

Cuerpos de agua

Tienen una regulación en algunos casos intermensual y una evaporación relativamente alta.

En la siguiente tabla se resumen las características del servicio hidrológico que proporciona cada una de estas zonas.

Zona Hidrológica Volumen Producido

Regulación Relevancia en la Hoya de Quito

Glaciar Excelente Excelente Mediana

Páramo Muy bueno

Excelente Muy alta

Bosque Muy bueno

Excelente Mediana

Agrícola Bajo Mediana Alta

Plantación forestal

Bajo Alta Baja

Tierra erosionada Mediano Mala Mediana

Urbana Alto Nula Mediana

Cuerpo de agua Mediano Buena Baja

Tabla 1 Características de respuesta hidrológica de las zonas hidrológicas definidas para la Hoya de Quito (De Bievre et al, 2008a)

El mapa de zonas de respuesta hidrológica que se encuentra en el anexo se realizó con base en el mapa de cobertura de vegetación elaborado por Verduga et al (2008). Las clases de cobertura vegetal fueron reclasificadas en función de las zonas de respuesta hidrológica definidas como se presenta en la siguiente tabla:


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Cobertura vegetal o uso del suelo Hidrozona

Agua Cuerpo de agua

Áreas arenales de superpáramo Páramo

Asentamientos humanos Urbana

Bosque Bosque

Bosque Altimontano norte andinos siempre verdes Bosque

Bosque Basimontano norte andinos siempre verdes Bosque

Bosque Siempreverde Montano Alto de los Andes Occidentales Bosque

Bosque Siempreverde Montano Alto de los Andes Orientales Bosque

Bosque Siempreverde Montano Alto de los Andes Orientales Intervenido Bosque

Bosque de eucalipto Plantación Forestal

Bosque de eucalipto - Matorral bajo Plantación Forestal

Bosque de polilepis con otras especies Bosque

Bosque intervenido Bosque

Bosque intervenido - Arboricultura tropical Bosque

Bosque intervenido - Caña Bosque

Bosque intervenido - Cultivo ciclo corto Bosque

Bosque intervenido - Pasto cultivado Bosque

Bosque intervenido - Páramo Bosque

Bosque intervenido - Vegetación arbustiva Bosque

Bosque intervenido en areas erosionadas Bosque

Bosque montano norte andino siempre verde Bosque

Bosque natural - Pasto cultivado Bosque

Bosque natural poco intervenido con polilepis Bosque

Bosque plantado Plantación Forestal

Bosque plantado - Cultivo ciclo corto Plantación Forestal

Bosque plantado - Cultivo de cebada Plantación Forestal

Bosque plantado - Cultivo de cereal Plantación Forestal

Bosque plantado - Matorrales altos Plantación Forestal

Bosque plantado - Pasto cultivado Plantación Forestal

Bosque plantado - Pasto cultivados Plantación Forestal

Bosque plantado - Pasto natural Plantación Forestal

Bosque plantado - Vegetación arbustiva Plantación Forestal

Bosque poco intervenido - Pasto cultivado Bosque

Bosque poco intervenido - Pasto natural Bosque

Bosque poco intervenido - Páramos Bosque

Bosque poco intervenido - Vegetación arbustiva Bosque

Bosque y Arbustal Basimontanos XÚrico de Yungas del Norte Bosque


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Bosques altimontanos norte andinos siempre verdes Bosque

Cultivos Agrícola

Matorral Bosque

Nieve Hielo Glaciar

Pastos Agrícola

Páramo Páramo

Páramo de pajonal Páramo

Páramo de pajonal y frailejones Páramo

Páramo erosionado herbáceo Páramo

Páramo herbáceo de almohadillas Páramo

Páramo herbáceo de almohadillas Intervenido Páramo

Páramo herbáceo de pajonal y almohadillas Páramo

Páramo herbáceo de pajonal y almohadillas Intervenido Páramo

Páramo pantanoso Páramo

Páramos dominados por Loricaria thyoides Páramo

Páramos/Matorrales altos Páramo

Súper Páramo Páramo

Súper Páramo azonal Páramo

Vegetación natural Bosque

Áreas erosionadas-eriales-arenales Tierra erosionada

Tabla 2 Conversión del mapa de cobertura y uso del suelo (TNC, 2008) a hidrozonas


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2 Implementación del modelo hidrológico de generación de caudales en ArcGIS

Las últimas versiones de ArcGIS han posibilitado la integración de información geográfica con datos temporales. Esto abre las posibilidades para integrar modelos hidrológicos con un ambiente de información geográfica. Por el alcance del presente proyecto, los datos mismos siendo el mayor desafío, y porque en otras actividades del proyecto se utilizan sistemas de información geográfica, se ha decidido implementar el modelo en ArcGIS.

Existen diferentes posibilidades de implementación que van desde un modelo independiente que se comunica con ArcGIS hasta una programación directa en el ambiente de ArcGIS. Se ha optado por esta última opción porque se trata de un modelo simple para mostrar la capacidad de un modelo de datos hidrológicos como ArcHydro (ver Mafla et al, 2008).

Para la programación se ha utilizado la herramienta Model Builder por su simplicidad y fácil visualización. En una fase posterior al proyecto se podría convertir el modelo fácilmente a lenguajes de programación compatibles con ArcGIS como por ejemplo C++.

El modelo hidrológico está basado en cálculos en capas “raster”. Las capas “raster” se han elaborado con un tamaño de celda de 30 por 30 metros, lo que significa 5,3 millones de celdas para la hoya de Quito e incluso más para el área (cuadrada) en la que se realizaron los cálculos.

El modelo se ha diseñado a través de 6 módulos que se pueden correr de manera directa en ArcGIS. La siguiente figura muestra el esquema básico del modelo:

1. Reclasificación

Cobertura Vegetal a

Hidrozonas

2a. Conversión de

hidrozonas y precipitación

mensual a escorrentía

con base en coeficientes

de ponderación

2b. Conversión de

hidrozona glaciar y

precipitación mensual a

escorrentía con base en

coeficientes de deshielo

3. Integración en raster

mensuales de

escorrentía media

4a. Conversión a raster

de caudales mensuales

medios

4b. Conversión al raster

de caudales mensuales

con excedencia de 80%

Figura 2 – Implementación del Modelo Hidrológico

En el Anexo B se encuentran los diagramas detallados de la programación de los módulos del modelo hidrológico. Se sigue con una descripción corta de los módulos.

1. Determinación de unidades de respuesta hidrológica

Este módulo convierte un elemento geográfico de cobertura vegetal (en este caso se utilizó el mapa de cobertura vegetal desarrollado por TNC) en el elemento UnidadRespuestaHidrologica que está definido en el modelo de datos ArcHidroHQ (ver Mafla et al, 2008) según la tabla 2.

2a. Desarrollo de raster de escorrentía para las hidrozonas (excepto glaciar)

Este módulo tiene como entrada al elemento geográfico UnidadRespuestaHidrologica, la capa raster de precipitación mensual

1 y tablas de relación entre hidrozonas y coeficientes de

1 Las mallas de precipitación media están basadas en las isoyetas que para este caso fueron realizadas en el programa

computacional Surfer y modificadas manualmente en ArcGis-ArcView en función de las características topográficas y orográficas.

No se automatizó la interpolación de la precipitación para el cálculo directo de las mallas de precipitación desde una tabla de datos medios mensuales debido a que la densidad de estaciones y la confiabilidad de la información no permiten una buena estimación de la distribución espacial de la precipitación directamente.


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escorrentía, así como coeficientes de ponderación. Aplica la ecuación 1 del modelo. Resulta en un raster por cada mes del año con la escorrentía media en toda la cuenca con excepción de la parte cubierta por glaciar.

2b. Desarrollo del raster de escorrentía media para la hidrozona Glaciar

Este módulo tiene como entrada al elemento geográfico UnidadRespuestaHidrologica, la capa raster de precipitación anual y tablas de relación entre la hidrozona glaciar y los coeficientes mensuales de deshielo de glaciar. Aplica la ecuación 2 del modelo. Resulta en un raster por cada mes del año con la escorrentía media en toda la cuenca de la parte cubierta por glaciar.

3. Integración en raster de escorrentía

Este módulo sencillo no hace más que combinar los resultados de los módulos 2a y 2b. Resultado son los raster mensuales de escorrentía media.

4a. Desarrollo de raster de escorrentía acumulada media o caudal medio

Este módulo agrega los flujos según un raster de dirección de flujo2, el cual fue desarrollado

con base en un Modelo de Elevación Digital. Además hace la conversión de unidades de mm a m

3/s para lograr un mejor entendimiento de los resultados.

4b. Desarrollo del raster de escorrentía acumulada o caudal con excedencia de 80%

Este módulo hace un ajuste a las capas raster de escorrentía antes de acumular y convertir las unidades como en el módulo 4a.

Este ajuste consiste de la aplicación de la ecuación 4 diferenciando entre verano e invierno como se explica más adelante en la sección sobre la calibración del modelo. Esto resulta primero en una capa raster de coeficientes k; uno para los meses de verano (junio a septiembre) y otra para los meses restantes mencionados aquí como invierno. Después se multiplican estos raster de coeficientes k con los raster mensuales de escorrentía media que resultaron del módulo 3.

2 El raster de dirección de flujo define en cada una de sus celdas hacia cuál celda fluye el agua. Este raster se ha

desarrollado con base en un modelo de elevación digital (MED) que resultó de una intensiva depuración de datos topográficas de ríos, lagunas, y líneas y puntos de elevación. Ver UICN (2008) para más detalles.


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3 Calibración del modelo Para obtener los valores de los parámetros del modelo se ha realizado una calibración manual. Esto a diferencia de un algoritmo de calibración automática, debido a la calidad y cantidad de información secundaria, principalmente la baja densidad de estaciones hidrológicas. Un modelo se considera calibrado cuando se ajuste la salida del modelo con los valores medidos dentro de un margen de error definido, por ejemplo a través del error estándar. Como en toda calibración de un modelo hidrológico conceptual es esencial que sea guiada por un cierto entendimiento del significado físico de los parámetros.

Los caudales medidos en las estaciones hidrológicas son caudales reales y dependen de captaciones de agua y flujos de retorno aguas arriba de su punto de ubicación. Para la calibración se han calculado los caudales naturales de la siguiente manera:

trasvasadoonetocaptadmedidonatural QQQQ (5)

Donde:

Qnatural = Caudal estimado de producción natural de la cuenca de drenaje en el sitio de medición de la estación

Qmedido = Caudal medido en la estación

Qnetocaptado = Caudal neto captado por usos consuntivos

Qtrasvasado = Caudales trasvasados desde una fuente externa a la microcuenca en análisis

Los parámetros a calibrar en este modelo son los coeficientes de escorrentía C, los coeficientes de ponderación x, y los coeficientes de deshielo y (ver ecuaciones 1 y 2). Adicionalmente, para la determinación del Q80%, se calibra los parámetros ki, que es la fracción entre el Qmedio y Q80% (ver ecuación 4).

Como se indicó anteriormente, este es un modelo conceptual, lo que significa que los parámetros tienen un significado físico. Del coeficiente de escorrentía por ejemplo sabemos que su valor tiene que ubicarse entre 0 y 1 (con excepción de los glaciares que puede ser inclusive mayor a 1). Adicionalmente se pueden obtener indicaciones en literatura especializada para valores de coeficientes de escorrentía para ciertas zonas de respuesta hidrológica. De los coeficientes de ponderación de la precipitación mensual sabemos que, para zonas de respuesta hidrológica con poca regulación los valores para meses anteriores al mes en cuestión son cero o cercanos a cero. También se tomó en cuenta en esta calibración el balance hídrico anual en la cuenca, considerando la precipitación media multianual, la evapotranspiración a nivel anual (De Bievre et al, 2008b) y el caudal medio medido naturalizado, con lo que se confirma o rechaza el coeficiente de escorrentía.

3.1 Calibración para los caudales medios mensuales

La información que se dispone para la calibración de los coeficientes para las distintas zonas de respuesta hidrológica es la de las estaciones hidrométricas de la cuenca (ver mapa de estaciones hidrológicas y meteorológicas en el Anexo A). El caso ideal sería que se tenga caudales medidos que sean producto de la respuesta de una sola zona de respuesta hidrológica. Lamentablemente no se dispone de esta información. Sin embargo, la información de las estaciones hidrométricas en la hoya de Quito ha sido satisfactoria para la calibración de los coeficientes de las distintas zonas de respuesta hidrológica.

La información de las estaciones en la siguiente tabla ha sido utilizada en el proceso de calibración. Se indica que proporción tiene cada zona de respuesta hidrológica dentro de cada cuenca utilizada en la calibración


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Estación hidrológica

Zona de respuesta hidrológica

H158 H159 H152 H143

Pita AJ Salto San Pedro en

Machachi La Chimba en

Olmedo Granobles AJ

Guachalá

Glaciar 2% 0,3% 0% 1%

Páramo 80% 29% 66% 22%

Bosque 0% 10% 20% 14%

Agrícola 18% 55% 13% 57%

Plantación Forestal 0% 2% 0% 1%

Tierra erosionada 0% 1% 1% 4%

Urbana 0% 3% 0% 1%

Cuerpo de agua 0% 0% 0% 0%

Tabla 3 Porcentajes de área de cada zona de respuesta Hidrológica para cada estación utilizada en la calibración

Como se observa en la tabla 3, se utilizaron 4 estaciones, distribuidas básicamente en el sur y noreste de la cuenca que cubren las zonas de respuesta hidrológica más relevantes. En el caso de la estación H158 Pita AJ Salto, se eliminó, para el cálculo de los caudales medios, el período 1964-1978 por tener registros con tendencia permanente a la baja hasta 1975, posteriormente se presenta una aumento brusco que se mantiene hasta que los registros se interrumpieron en 1978. De la serie de caudales de la estación H143 Granobles AJ Guachala, se eliminaron los años 1999 y 2000 en el cálculo de los caudales medios, por presentar caudales en múltiples de los otros años, sin que haya motivo alguno para eso (no fueron años extraordinarios). Los gráficos de las series de caudales mensuales utilizados para la calibración del modelo se encuentran en el Anexo C.

Para el caso de las subcuencas de las estaciones H158, H159, los caudales de trasvase fueron determinados sobre la base de aforos realizados por EMAAP-Q, en el desborde del canal Alumies en el caso del rio Pita y en el afloramiento Guitig en el caso del rio San Pedro . Para el caso de los ríos La Chimba y Granobles Aj Guachala se tomó el caudal de trasvase desde la quebrada Chimborazo hasta el rio Izmuquiru (cuenca alta del rio la Chimba) definido por Heredia (2006).

Con respecto de los caudales captados aguas arriba del sitio de implantación de las estaciones hidrológicas, se recurrió a diversa información, como por ejemplo para el caso del rio Pita, se tomaron los datos de aforos que la EMAAP-Q viene realizando en los últimos años; y para los restantes sitios, se han tomado los datos de caudales concesionados por la Agencia de aguas de Quito en la base de datos de diciembre de 2007. En la siguiente tabla se muestra para cada sitio de calibración el caudal trasvasado y captado que se ha tomado en cuenta en la naturalización de los caudales:

Código Estación Qtrasvasado

(m3/s)

Qcaptado (m

3/s)

H 159 San Pedro 1,49 2,3

H 158 Pita 0,41 1,17

H 152 La Chimba 0,12 0,9

H 143 Granobles AJ Guachala 0,12 3,4

Tabla 4 Caudal trasvasado y captado utilizados para la naturalización de los caudales en las estaciones de calibración


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Los datos mensuales utilizados en el proceso de calibración se encuentran en mayor detalle en el Anexo C.

Para obtener los coeficientes, primero se realizó una calibración del coeficiente de escorrentía C, con base en los valores medios anuales. En esta se varían los coeficientes de escorrentía dentro del rango que se pueda esperar para cada una de las hidrozonas. Después se calibraron los coeficientes de ponderación x, con base en los valores medio mensuales, para cada cuenca de drenaje de cada estación. En el caso de los coeficientes de deshielo y de cada mes del año se han obtenido los valores de manera similar.

Luego de un proceso iterativo de ajuste se obtuvieron los siguientes parámetros calibrados:

Hidrozona Coeficiente de

escorrentía Coeficientes de ponderación

C x0 x1 x2 x3

Bosque 0,5 0,65 0,2 0,15 0

Cuerpo de agua 0,8 0,65 0,2 0,15 0

Páramo 0,73 0,3 0,3 0,2 0,2

Plantación forestal 0,4 0,7 0,25 0,05 0

Tierra erosionada 0,5 1 0 0 0

Agrícola 0,4 0,7 0,3 0 0

Urbana 0,9 1 0 0 0

Tabla 5 Coeficientes de escorrentía y coeficientes de ponderación para las hidrozonas de la Hoya de Quito, resultado de la calibración del modelo.

Y para los coeficientes de deshielo (como fracción de la precipitación multianual):

Mes y

Enero 0,059

Febrero 0,040

Marzo 0,040

Abril 0,030

Mayo 0,059

Junio 0,069

Julio 0,149

Agosto 0,149

Septiembre 0,149

Octubre 0,129

Noviembre 0,069

Diciembre 0,059

Tabla 6 Coeficiente de deshielo

En la tabla 7 se muestran los caudales mensuales calculados con base en estos coeficientes para cada estación utilizada en la calibración y en la tabla 8 los caudales medidos naturalizados, para todo el periodo de registro de las estaciones, en general el período de análisis fue 1966-2005.


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Luego de la calibración se obtuvo un error máximo relativo cercano al 20% y errores medios cuadráticos (RMS

3) respectivamente de 2,87 m

3/s para la estación H143, de 0,74 m

3/s para la

estación H152, 1,24 m3/s para la estación H158 y de 3,65 m

3/s para la estación H149, tal como

se puede apreciar en la Tabla 9.

Código Q (m

3/s)

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic

H143 5,94 6,76 7,18 8,26 7,27 6,47 5,93 4,83 4,89 6,13 6,94 6,47

H152 1,42 1,67 1,78 2,04 1,99 2,36 2,52 2,22 1,81 1,54 1,71 1,48

H158 3,42 3,65 3,65 3,97 3,80 3,92 3,11 2,82 2,74 2,94 3,19 3,49

H159 6,57 8,01 8,59 9,13 8,08 5,96 3,89 3,17 4,35 5,44 6,03 6,18

Tabla 7 Caudales medios mensuales calculados

Código Q (m

3/s)


H143 6,01 7,27 6,96 9,61 7,87 7,54 7,10 5,05 4,10 5,12 6,43 7,58

H152 1,34 1,42 1,94 1,96 1,84 2,73 2,88 2,50 1,83 1,35 1,51 1,42

H158 3,72 3,86 4,13 4,03 3,73 3,85 3,64 3,36 3,24 3,38 3,51 3,69

H159 5,34 6,43 7,16 7,54 7,21 5,69 4,12 3,49 3,93 4,53 4,85 4,99

Tabla 8 Caudales medios mensuales medidos naturalizados

Cod Error relativo

RMS Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic

H143 -1% -7% 3% -14% -8% -14% -16% -4% 19% 20% 8% -15% 2,9

H152 6% 18% -8% 4% 8% -13% -13% -11% -1% 14% 13% 4% 0,7

H158 -8% -5% -12% -1% 2% 2% -15% -16% -15% -13% -9% -5% 1,2

H159 17% 20% 20% 19% 12% 5% -5% -9% 11% 16% 18% 15% 3,7

Tabla 9 Errores relativos de los caudales medios mensuales calculados

En los gráficos subsiguientes se muestra y analiza la variación de los caudales medios mensuales en el año, de acuerdo con la información hidrológica disponible para cada estación hidrológica, comparado con los caudales obtenidos con el modelo luego de la calibración.

3 Del inglés: root mean square (error)


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E ne F eb Mar Abr May J un J ul Ago S ept Oc t Nov Dic

H159 calculado H159 naturaliz ado

Figura 3 Caudales medidos naturalizados y calculados en la estación hidrológica H159 (San Pedro en Machachi)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

E ne F eb Mar Abr May J un J ul Ago S ept Oct Nov Dic


Figura 4 Caudales medidos naturalizados y calculados en la estación hidrológica H158 (Pita AJ Salto)


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0.5

1.0

1.5

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2.5

3.0

3.5



Figura 5 Caudales medidos naturalizados y calculados en la estación hidrológica H152 (La Chimba en Olmedo)

0

12

3

4

56

7

8

910

11



Figura 6 Caudales medidos naturalizados y calculados en la estación hidrológica H143 (Granobles AJ Guachalá)

3.2 Calibración de los caudales Q80

A las zonas de respuesta hidrológica definidas para la hoya de Quito, se asignaron coeficientes de relación k entre el Q80% y el Qmedio, de acuerdo a Ecuación 2 tanto para invierno (octubre – mayo) como para verano (junio – septiembre). Estos sirven para calibrar el modelo de cálculo del Q80, el mismo que consistió en la variación de dichos coeficientes.

Para la determinación de la fracción k se recurrió a la información de caudales diarios depurados y filtrados mediante inspección visual de las series de las estaciones hidrológicas H143, H152, H158 y H159 del INAMHI, actualizadas hasta el 2006. Con esta información se han generado las curvas de duración naturalizadas, corrigiendo por fuentes externas (trasvases) y egresos (captación neta) de agua.


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Estación Anual Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic

H143 0,36 0,48 0,41 0,52 0,47 0,38 0,45 0,48 0,57 0,59 0,56 0,56 0,42

H152 0,51 0,77 0,76 0,77 0,76 0,73 0,59 0,59 0,65 0,72 0,73 0,78 0,81

H158 0,53 0,68 0,65 0,61 0,62 0,74 0,68 0,76 0,74 0,73 0,74 0,72 0,69

H159 0,50 0,76 0,70 0,71 0,85 0,74 0,74 0,83 0,84 0,82 0,81 0,80 0,78

Tabla 10 Coeficientes de relación k

Simplificando en una división entre verano (junio a septiembre) e invierno se obtienen los siguientes valores luego de la calibración:

Hidrozona kverano kinvierno

Agrícola 0,55 0,4

Bosque 0,78 0,6

Cuerpo de agua 1 1

Glaciar 1 0,8

Páramo 0,78 0,6

Plantación forestal 0,55 0,4

Tierra erosionada 0,01 0,01

Urbana 0,2 0,25

Tabla 11 Coeficientes de relación k resultados de la calibración para cada hidrozona

Para el caso del Q80, se obtuvo un ajuste de menor calidad que en el caso del Qmedio aunque todavía aceptable. La menor calidad se explica por el aumento de la relevancia de tener buenas estimaciones de las captaciones en las cuencas de calibración cuando se trabaja con caudales más bajos.

Los caudales obtenidos para el Q80 calibrado son los que se presentan a continuación en la siguiente tabla:

Código Q80 (m

3/s)


H143 3,01 3,64 3,48 4,80 3,94 3,77 3,55 3,03 2,67 3,07 3,86 3,41

H152 0,67 0,71 0,97 0,98 0,92 1,37 1,44 1,50 1,19 0,81 0,91 0,71

H158 1,86 1,93 2,07 2,01 1,86 2,50 2,00 2,02 2,11 1,69 1,76 1,84

H159 2,94 3,54 3,94 4,15 3,97 3,42 2,47 2,10 2,36 2,49 2,80 2,97

Tabla 12 Caudales mensuales con excedencia de 80% medidos naturalizados


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Código Q80% (m

3/s)


H143 2,87 3,24 3,40 3,91 3,56 4,12 3,74 3,40 3,14 2,97 3,29 2,96

H152 0,76 0,90 0,95 1,09 1,07 1,40 1,51 1,44 1,30 0,95 0,92 0,79

H158 1,88 2,01 1,97 2,16 2,10 2,86 2,33 1,94 1,93 1,44 1,73 1,90

H159 3,41 3,98 4,09 4,39 3,94 3,98 2,66 2,11 2,71 2,69 3,11 3,18

Tabla 13 Caudales mensuales con 80% de probabilidad de excedencia calculados

Cód Error relativo


H143 -5% -11% -2% -19% -9% 9% 5% 12% 18% -3% -15% -13%

H152 14% 26% -2% 11% 16% 3% 5% -4% 10% 17% 2% 12%

H158 1% 4% -5% 7% 13% 14% 17% -4% -8% -15% -2% 3%

H159 16% 12% 4% 6% -1% 16% 8% 1% 15% 8% 11% 7%

Tabla 14 Errores relativos de los caudales mensuales con 80% de probabilidad de excedencia calculados

Para el caso de la estación hidrológica H159, la forma y el ajuste de la curva son buenos, con un error medio cuadrático de 1,07 m

3/s. El error relativo máximo no supera el 16%.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0



Figura 7 Caudales naturales Q80 naturalizados y calculados en la estación hidrológica H159 (San Pedro en Machachi)

Para la estación H158, se observa que existe un ajuste medianamente aceptable con un error relativo de hasta el 17% en el que los valores calculados son mayores a los naturalizados. El RMS para esta estación es de 0,66 m

3/s.


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2.5

3.0



Figura 8 Caudales naturales Q80 naturalizados y calculados en la estación hidrológica H158 (Pita AJ Salto)

En la estación H152 se observa que los caudales difieren un poco durante los meses de invierno, alcanzando diferencias relativas entre los valores observados y calculados de hasta el 26% y un RMS de 0,36 m

3/s. Esta diferencia podría ser explicada si asumimos que durante el

invierno los caudales son captados en menor proporción que durante el verano, por lo que la cantidad de agua captada sería menor a la captada durante el verano, lo que reduciría dichas diferencias.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

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1.2

1.4

1.6



Figura 9 Caudales naturales Q80 naturalizados y calculados en la estación hidrológica H152 (La Chimba en Olmedo)

Para la estación H143, se observa un ajuste aceptable. Los valores calculados son ligeramente más altos que los naturalizados durante el verano. Tomando en cuenta que la actividad agrícola en esta zona es alta y si asumimos que durante el invierno los caudales son captados en menor proporción que durante el verano, entonces la cantidad de agua captada sería menor a la captada durante el verano, se explican entonces las diferencias mayores.


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Figura 10 Caudales naturales Q80 Observados y calculados en la estación hidrológica H143 (Granobles AJ Guachalá)


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4 Corridas de prueba Todo modelo debe ser verificado con un juego de información independiente de los datos utilizados en el proceso de calibración. En este caso se utilizó la información de las estaciones en la parte baja de la cuenca, ya que los caudales en este punto son el producto de una combinación de todas las zonas de respuesta hidrológica. Las estaciones utilizadas son: H144, H145 y H149. Para estas dos últimas estaciones se tomaron los caudales medios determinados por el estudio hidrológico de JICA-INECEL en el contexto de los diseños de la central hidroeléctrica Chespi. Los resultados se muestran en las siguientes tablas:

Cod Nombre

Qmedio (m3/s)

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic Anual

H144 Guachalá AJ Granobles 4,0 4,5 5,1 5,4 6,0 8,0 9,7 7,1 5,3 4,5 4,4 4.4 5,7

H145 Guayllabamba AJ Cubi 47,4 56,9 66,2 72,6 61,7 50,1 43,0 31,5 27,7 37,7 51,9 49,7 49,6

H149 Guayllabamba en Puente Chacapata 64,3 80,4 80,3 97,8 85,3 68,7 59,6 43,3 37,0 48,9 70,7 68,7 67,8

Tabla 15 Caudales medios mensuales medidos en las estaciones hidrométricas (JICA – INECEL, 1992)

Cod

Qmedio (m3/s)

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic Anual

H144 5,5 6,2 6,2 7,4 7,8 8,3 8,1 7,3 6,5 6,0 6,2 5,7 6,8

H145 71,8 85,2 92,3 102,6 85,9 63,0 44,6 37,8 52,9 69,7 78,0 73,2 71,4

H149 78,8 93,0 100,5 112,1 93,0 66,4 46,4 39,1 55,6 74,0 84,2 79,5 76,9

Tabla 16 Caudales medios mensuales calculados

Como se observa en las subsiguientes figuras, para las tres estaciones, la tendencia de variación de caudal en el año se reproduce bien con el modelo. Los valores absolutos calculados son sistemáticamente mayores a los medidos. La diferencia se lo puede calificar como el valor medio anual del aprovechamiento neto, el cual está definido por la diferencia entre la cantidad de agua aprovechada más todos los ingresos de agua (trasvases, retornos).


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H144 medidos H144 calculados

Figura 11 Caudales medios observados4 y caudales medios naturales calculados en la estación hidrológica H144 (Guachalá AJ Granobles).

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100.0

120.0

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Figura 12 Caudales medios observados y caudales medios naturales calculados en la estación hidrológica H145 (Guayllabamba AJ Cubi)

A medida que se va descendiendo en altitud en la Hoya de Quito las diferencias entre los caudales naturales calculados y los naturalizados se van incrementando, es así que para las estaciones localizadas en el río Guayllabamba, las diferencias entre los caudales observados

1

y los calculados, que tienen su origen en el uso en la cuenca, varían entre los 10 y los 40 m3/s,

dependiendo del mes y de la estación climática.

4 Son los caudales medidos directamente en las estaciones del INAMHI, es decir incluyen los

efectos de las captaciones, flujos de retorno y trasvases aguas arriba.


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Figura 13 Caudales medios observados4 y caudales medios naturales calculados en la estación

hidrológica H149 (Guayllabamba en Puente Chacapata)


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5 Producción de agua por zonas de respuesta hidrológica Una de las utilidades del modelo fue la determinación de la producción media de cada una de las zonas de respuesta hidrológica y su variación mensual. y como estas influyen en la composición del hidrograma natural medio anual para la Hoya de Quito.

Figura 14 Producción de agua por hidrozonas en la Hoya de Quito

En términos generales la zona agrícola es la que más escorrentía o caudal contribuye en la Hoya de Quito, por la gran extensión de esta zona de respuesta hidrológica. Es seguida por la zona de páramos. Sin embargo, es importante señalar que en los meses de verano, por ejemplo en agosto, se nota que el peso de la contribución de las zonas con mayor capacidad de regulación, páramo y glaciar, aumenta. En global 35% del agua que sale de la Hoya de Quito proviene de las zonas agrícolas, el 30% de los páramos, 13% de Bosques, 12% de la zona Urbana, 6% de plantaciones forestales 5% de tierras erosionadas, 0,5% de glaciar, y un 0,32% de cuerpos de agua.

Al analizar así mismo la contribución de las distintas zonas de respuesta hidrológica al caudal con 80% de probabilidad de ocurrencia, o más generalmente se podría decir a los caudales de sequía (figura 15), resalta otra vez lo estratégico de las zonas de páramo y glaciar como fuentes de agua en sequía. En el mes de agosto los aportes de las distintas zonas al caudal con 80% de probabilidad de ocurrencia en la salida de la Hoya de Quito, son: 55% del agua en temporada seca proviene de páramo, el 22 % de la zona agrícola, 13% de Bosques, 4% de plantaciones forestales, 3% de la zona Urbana, 2% de glaciar, 0,5% de cuerpos de agua y un 0,1% de tierras erosionadas.


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Figura 15 Producción de agua por hidrozonas en la Hoya de Quito


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6 Balance Hídrico en la Hoya de Quito El modelo, una vez calibrado, permite calcular, para cualquier punto de la cuenca, el balance entre los términos que maneja, es decir precipitación que entra a la cuenca, caudal evacuado a la salida de la cuenca y agua perdida por evapotranspiración dentro de la cuenca. A continuación se presenta este balance, a nivel anual, para algunas subcuencas de interés en la Hoya, en mm de lámina de agua (Tabla 17) y en m

3/s (Tabla 18):

SUBCUENCAS AREA (km

2)

Cota de Cierre

(msnm) P (mm/a) Q (mm/a) ET (mm/a)

Pita 586 2460 1241 673 568

San Pedro 752 2460 1219 602 617

Machángara 154 2200 1369 899 470 Guayllabamba Medio 1130

1840 825 497 328

Pisque 1136 1840 883 474 409 Guayllabamba Bajo 954

800 702 369 333

Total Hoya de Quito 4711

800 1040 517 523

Tabla 17 Balance hídrico natural a nivel anual en las subcuencas de la Hoya de Quito en mm/año

SUBCUENCAS AREA (km

2) P (m

3/s) Q (m

3/s) ET (m

3/s)

Rendimiento (l/s/km

2)

Pita 586 23 13 11 22

San Pedro 752 29 14 15 19

Machángara 154 7 4 2 26

Guayllabamba Medio 1130 30 18 12 16

Pisque 1136 32 17 15 15

Guayllabamba Bajo 954 21 11 10 12

Total Hoya de Quito 4711 155 77 78 16

Tabla 18 Balance hídrico natural a nivel anual en las subcuencas de la Hoya de Quito en m3/s

En estos balances la evapotranspiración ET es la diferencia entre la precipitación y los caudales medio anuales en la subcuenca. Se asume que a nivel anual esto es válido ya que no existen variaciones multianuales fuertes en almacenamiento de agua dentro de la cuenca.

Estos valores indican la variabilidad que existe dentro de la Hoya en cuanto al balance hídrico. La subcuenca con la mayor producción de agua es la del Río Machángara con 29 l/s/km

2,

debido a su alto valor de precipitación y baja evapotranspiración en la zona urbana. Le siguen las subcuencas de los ríos Pita y San Pedro con grandes extensiones de páramo. En la subcuenca del Río Pisque y en la parte baja de la cuenca, los rendimientos son más bajos.


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Al comparar los valores de evapotranspiración real calculados a partir del balance hídrico, con los valores calculados de evapotranspiración potencial con el método de Penman Monteith, se encuentran diferencias de no más del 20 % en la mayoría de las subcuencas, lo que valida los resultados obtenidos por el modelo hidrológico implementado. Se observan diferencias mayores en las zonas más secas y bajas, ya que en condiciones secas la Evapotranspiración real es menor que la evapotranspiración potencial.


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7 Conclusiones El modelo hidrológico para los caudales medios mensuales y Q80 que se presenta está basado en la información hidrometeorológica disponible en la Hoya de Quito a la fecha. Ya que la información hidrológica es escasa, y la pluviográfica de mucha mejor calidad y densidad, se optó por un modelo que esté acorde a esta disponibilidad de información.

Se identificaron ocho zonas de respuesta hidrológica, que producen agua en función del tipo de escurrimiento y almacenamiento que es característico de cada una de ellas. La calibración del modelo muestra que las zonas de mayor capacidad de regulación son la de glaciares con una regulación anual y la de páramo con una regulación mayor a 3 meses, mientras que la zona de respuesta hidrológica de bosque contribuye también significativamente. Las zonas de áreas erosionadas y la zona urbana no contribuyen a la regulación hídrica.

El modelo de cálculo del caudal medio, responde bastante bien a las hipótesis sobre las cuales fue construido, es decir que el caudal natural, básicamente depende de la precipitación, del coeficiente de escorrentía anual de cada hidrozona y de las precipitaciones del mes en el cual se realiza el análisis y hasta tres meses anteriores a este.

Para el caso del caudal Q80, el modelo es aceptable, con un error absoluto un tanto mayor que para el caso del caudal medio, esto básicamente ocurre por la dificultad de estimar con precisión las series naturales de cada estación, debido a la falta de monitoreo tanto del agua que entra al sistema, como la que sale del mismo.

Se realizaron corridas de prueba utilizando información de tres estaciones en la parte baja de la cuenca. El modelo reproduce bien la variación de caudal en el año y permite tener una idea de los usos consuntivos en la cuenca.

El balance global de la Hoya de Quito a nivel anual presenta gran variabilidad espacial. Las subcuencas del Río Machángara, Pita y San Pedro, en este orden, son las de mayor producción de agua anual por unidad de superficie de la cuenca.

La Hoya de Quito tiene globalmente una oferta hídrica media anual de 77 m3/s, producto de

una evapotranspiración media de 523 mm/año y de una precipitación media de 1040 mm/año.

En cuanto a regulación hídrica, la capacidad de seguir suministrando agua en los meses de menor precipitación, el modelo confirma la gran regulación que se da en las zonas de páramo y glaciar, por lo que en esta característica las cuencas del Río Pita y San Pedro son las más importantes.

Las zonas productoras de agua la constituyen la zona agrícola, seguida por los páramos. Por otro lado el Bosque, la zona urbana y el glaciar son productores de agua con un peso mucho menor que los dos mencionados anteriormente.

En vista de que el modelo está basado en la respuesta hidrológica de distintos ecosistemas y otras zonas de respuesta hidrológica, se podrá evaluar con el modelo eventuales cambios que ocasionarían una degradación o recuperación de estos, sobre los caudales mensuales medios y de 80% de probabilidad de excedencia a lo largo de toda la red hidrográfica de la cuenca.


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8 Bibliografía De Bievre, B. y Coello X., 2008a. Caracterización de la Oferta Hídrica. Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN – Sur. Quito

De Bievre, B. y Coello X., 2008b. Caracterización de la Demanda Hídrica. Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN – Sur. Quito

Heredia, E., 2006. Estudio hidrológico de la cuenca del río La Chimba. Gobierno de la Porvincia de Pichincha - ICA. Irvine K., Mills P., Bruen M., Walley W., Hartnett M., Black A., Tynan S., Duck R., Bragg O., Rowen J., Wilson J., Johnston P. y O‟Toole C, 2002. The application of mathematical models as decision-support tools. Water Framework Directive. 2002-W-DS-11. ISBN 1-84095-157-5. Environmental Protection Agency. Ireland.

JICA –INECEL, 1992. Estudios y Diseños definitivos del proyecto hidroeléctrico Chespi.

Loucks, P. y Van Beek, E., 2005. Water Resources Systems Planning and Management. An Introduction to Methods, Models and Applications. UNESCO. Paris.

Mafla, E., De Bievre, B. y Coello X., 2008. Recopilación y validación de información, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur. Quito.

Merz, B. y Bárdossy, A, 1998. Effects of spatial variability on the rainfall runoff process in a small loess catchment, J. Hydrol. 212–213, 304–317

Refsgaard, J. C., 1996. Terminology, modeling protocol and classification of hydrological model codes, En: Distributed Hydrological Modelling, Science and Technology Library, 5-38.

Sorooshian, S. y Gupta V. K., 1995. Model Calibration, In: Computer Models of Watershed Hydrology, Water Resources Publications. 23-68

Ven te Chow, 1994. Hidrología aplicada.

Verduga, L., V. Zak y M. Guevara, 2008. Mapa de ecosistemas y Uso del suelo del área de influencia del FONAG, Quito, TNC-FONAG.

Anexo A - Mapas

QUITO

Conocoto

Calderón

Sangolqui

Pifo

Cumbayá

Cayambe

Tumbaco

Olmedo

Amaguaña

Machachi

Azcázubi

Tabacundo

Nayón

San Antonio de Pichincha

Otón

Yaruquí

Aloag

Pomasqui

Checa

Pintag

Puembo

Tambillo

Tupigachi

Zámbiza

El Quinche

Cangahua

Uyumbicho

La Merced

Guayllabamba

Alangasí

Tababela

Puéllaro

Toachi

Perucho

Malchinguí

Chaupi

Pataqui

Guangopolo

Shimpis

Llano Chico

Atahualpa

CotogchoaCutuglahua

La Esperanza

Rumipamba

Aloasí

76

760000m.E

77

77

78

78

79

79

80

80

81

81

82

82

83

83

993

00

00

m. N

993

994 994

995 995

996 996

997 997

998 998

999 999

1000 1000

1001 1001

1002 1002

±

ECUADOR

Cuenca del Río Esmeraldas

Hoya de Quito

Ubicación del área de estudio en el Ecuador:

0 5 10 152,5Km

ESCALA 1:325.000

Línea de drenaje

Unidad de respuesta hidrológica

Agricultura

Tierras erosionadas

Bosque

Plantación forestal

Páramo

Zona urbana

Glaciar

Agua

U N I Ó N I N T E R N A C I O N A L P A R A L A C O N S E R V A C I Ó N D E L A N A T U R A L E Z A

BANCO INTERAMERICANO DE DESARROLLO

FONDO PARA LA PROTECCION DEL AGUA

HOYA DE QUITO: ZONAS DE RESPUESTA HIDROLÓGICA

FUENTE:FECHA DE REALIZACION:

Diciembre - 2007

TITULO MAPA:

SIST. DE COORDENADAS:

UTM zona cuadricular 17MWGS 1984

Propia elaboración

NOMBRE PROYECTO:

MANEJO INTEGRADO DE RECURSOS HIDRICOS EN LA HOYA DE QUITO

LEYENDA

Población urbana

#0#0

#0

#0

#0

#0

#0

#0

H158 - Pita aj Salto

H152 - La Chimba en Olmedo

H145 - Guayllabamba aj Cubi

H159 - San Pedro en Machachi

H144 - Guachala aj Granobles

H143 - Granobles aj GuachalaH148 - Guayllabamba dj Pisque

H149 - Guayllabamba en punte Chacapata

QUITO

Conocoto

Calderón

Sangolqui

Pifo

Cumbayá

Cayambe

Tumbaco

Olmedo

Amaguaña

Machachi

Azcázubi

Tabacundo

Nayón


Otón

Yaruquí

Aloag

Pomasqui

Checa

Pintag

Puembo

Tambillo

Tupigachi

Zámbiza

El Quinche

Cangahua

Uyumbicho

La Merced

Guayllabamba

Alangasí

Tababela

Puéllaro

Toachi

Perucho

Malchinguí

Chaupi

Pataqui

Guangopolo

Shimpis

Llano Chico

Atahualpa

CotogchoaCutuglahua

La Esperanza

Rumipamba

Aloasí

76

760000m.E

77

77

78

78

79

79

80

80

81

81

82

82

83

83

993

00

00

m. N

993

994 994

995 995

996 996

997 997

998 998

999 999

1000 1000

1001 1001

1002 1002

±

RIO G UAYLLAB AMBA

ECUADOR


Hoya de Quito


0 5 10 152,5Km

ESCALA 1:325.000LEYENDA

Población urbana

Ríos

Estación hidrológica#0

SUBCUENCAS

San Pedro

Pita

Pisque

Guayllabamba baja

Guayllabamba alta




HOYA DE QUITO: ESTACIONESHIDROLOGICAS


Febrero - 2008

TITULO MAPA:



Propia elaboración

NOMBRE PROYECTO:


QUITO

Conocoto

Calderón

Sangolqui

Pifo

Cumbayá

Cayambe

Tumbaco

Olmedo

Amaguaña

Machachi

Azcázubi

Tabacundo

Nayón


Otón

Yaruquí

Aloag

Pomasqui

Checa

Pintag

Puembo

Tambillo

Tupigachi

Zámbiza

El Quinche

Cangahua

Uyumbicho

La Merced

Guayllabamba

Alangasí

Tababela

Puéllaro

Toachi

Perucho

Malchinguí

Chaupi

Pataqui

Guangopolo

Shimpis

Llano Chico

Atahualpa

CotogchoaCutuglahua

La Esperanza

Rumipamba

Aloasí

76

760000m.E

77

77

78

78

79

79

80

80

81

81

82

82

83

83

993

00

00

m. N

993

994 994

995 995

996 996

997 997

998 998

999 999

1000 1000

1001 1001

1002 1002

±

ECUADOR


Hoya de Quito


0 5 10 152,5Km

ESCALA 1:325.000

Caudal medio anual = 3,6 m3/s

Caudal medio anual = 16 m3/s






0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEPT OCT NOV DIC

Q( m

3 /s)

Caudal medioanual= 76,9 m3/s

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0


Q( m

3 /s)

Caudal medio anual= 17,1 m3/s

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0


Q( m

3 /s)


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0


Q( m

3 /s)


0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0


Q( m

3 /s)


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0


Q( m

3 /s)


0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0


Q( m

3 /s)


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0


Q( m

3 /s)


0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0


Q( m

3 /s)


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0


Q( m

3 /s)


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0


Q( m

3 /s)


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0


Q( m

3 /s)


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0


Q( m

3 /s)


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0


Q( m

3 /s)





HOYA DE QUITO: CAUDALESNATURALES CALCULADOS


Julio - 2008

TITULO MAPA:



Propia elaboración

NOMBRE PROYECTO:


LEYENDA

Población urbana

Ríos

GRAFICOS

Q medio

Q 80%

Anexo B – Flujogramas del modelo hidrológico

Anexo C – Datos utilizados en el proceso de calibración


CAUDALES MEDIOS MENSUALES

ESTACIÓN: H143 GRANOBLES AJ GUACHALÁ

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

1962 6,37 8,29 5,38 3,20 1,75 3,91 3,85 4,83

1963 3,52 5,81 3,82 3,39 3,20 4,58 1,43 1,03 0,68 1,04 2,67 2,50

1964 1,47 1,11 1,89 3,40 2,68 8,43 3,63 3,54 5,36 1,97 2,90 2,84

1965 2,57 1,51 1,18 4,49 8,50 5,78 4,61 3,24 2,86 3,32 14,33 6,01

1966 3,59 2,85 9,22 6,00 3,54 3,31 6,77 2,76 5,10 3,07 5,10 14,70

1967 10,55 6,33 5,14 2,80 2,79 6,33 7,11 3,90 1,90 2,48 3,72 1,68

1968 3,26 4,05 6,59 5,88 1,96 3,75 6,78 2,59 3,27 5,85 4,44 2,50

1969 2,27 2,14 2,29 13,04 7,22 8,95 4,95 3,80 2,66 6,71 6,23 6,68

1970 7,05 10,92 10,04 6,40 8,45 8,65 3,42 4,50 3,28 7,33 4,54

1971 5,02 7,42 8,03 12,88 9,00 8,86 8,31

1972

1973 2,51 2,92 2,14

1974 6,43 3,10 2,63 5,26 5,44 7,06

1975 15,09 12,37 6,29 6,00 17,42 10,22 11,50 4,79 2,54 7,33 12,42 15,33

1976 11,56 5,90 3,95 5,73 9,76 11,85 13,00 7,01 2,03 7,04 7,20 6,08

1977 2,07 4,72 4,70 5,01 3,97 8,71 4,30 3,87 3,08 5,59 4,57 3,01

1978 3,43 3,36 3,87 6,62 4,88 6,48 2,94 3,32 4,78 2,66 1,99 18,18

1979 1,50 0,85 7,23 3,37 6,68 4,77 1,35 2,48 3,34 3,09 2,29 1,93

1980 4,00 6,72 5,92 5,09 3,18 6,23 3,32 1,72 1,03 3,33 2,66 2,48

1981 4,70 2,73 5,91 1,54 2,08 2,10 5,43 2,10 1,51 2,56 9,32 5,53

1982 4,86 5,87 7,79 13,18 13,33 2,91 4,36 4,44 1,43 2,81 4,79 8,92

1983 4,56 4,56

1984 7,80 7,94 8,34 4,90 2,35 3,45 4,48 4,39 2,31

1985 2,06 1,95 3,32 7,13 7,95 4,80 5,09 4,04

1986 5,42 3,97

1987 3,23 7,43 6,00 7,56 9,31 3,24 4,63 3,17 1,91 6,01 3,43 4,55

1988 8,06 3,01 3,09 8,78 9,59

1989 7,69 6,06 9,76 5,41 8,41 7,63 5,96 1,59 1,00 2,46 2,70 0,80

1990 1,68 2,09 18,47

1991 4,90 4,89 4,70 7,38 4,09 1,04 1,27 3,21 2,03

1992 1,21 2,13 2,15 5,34 3,73 4,38 3,24 2,40 1,19 0,87 1,02 1,54

1993 2,32 1,98 3,57 5,49 5,18 4,60 3,51 1,55 1,73 1,31 3,00 3,86

1994 4,92 4,15 5,76 7,71 7,53 6,11 4,37 3,09 4,63 3,53 4,41 5,47

1995 5,24 2,61 1,67 1,92 2,70 1,68 2,56 1,29 1,06 1,36 3,70 2,04

1996 5,15 5,62 5,22 5,84 6,06 5,55 5,85 2,97 1,88 2,76 1,77 1,48

1997

1998 1,55 5,09 2,76 1,77 1,86 3,72 4,00 3,86

1999 4,31 2,92 10,51 2,64 2,61 4,08 17,40

2000 12,92 14,55 10,28 5,09 4,59 2,09 8,70 3,79 1,77 2,60

2001 10,11 2,65 1,74 1,86 1,98 4,01 1,49 0,52 0,49 1,05

2002 1,94 1,38 3,34 6,44 4,26 2,25 1,38 0,93 0,30 2,24 4,65 4,20

2003 3,50 2,64 3,01 6,28 1,58 3,50 2,22 2,92 7,64 10,89

2004 1,19 1,73 8,06 12,73 8,19 2,70 2,84 1,28 1,44 3,89 2,84 4,63

2005 3,73 2,12 2,49 6,62 9,35 5,26 2,04 0,97 1,70 2,40 4,27

Promedio 4,62 4,50 5,10 6,11 6,12 5,62 4,99 3,22 2,53 3,38 4,61 5,78

Máxima 15,09 14,55 10,28 13,18 17,42 11,85 13,00 10,51 8,70 7,33 14,33 18,47

Mínima 1,19 0,85 1,18 1,54 1,86 1,58 1,35 0,93 0,30 0,52 0,49 0,80

Estación H-143: Granobles Aj Guachala

Período de análisis: 1962 -2005, exceptuando el período 1999-2001

Captaciones y trasvases

En la cuenca aguas arriba de la estación H143, existe un trasvase, que de acuerdo a

Heredia (2006) proviene de la quebrada Chimborazo, afluente del río Azuela, mediante

un túnel artesanal antiguo, que data de hace más de 100 años que en promedio trasvasa

un caudal de 60 l/s. Por otro lado, las captaciones hasta el punto de localización de esta

estación alcanzan los 1351 l/s, según la información proporcionada por la AAQ (2008),

básicamente constituidos por sistemas de riego, consumo humano y abrevaderos.

Estación H-144



ESTACIÓN: H144 GUACHALÁ AJ GRANOBLES


1962 10,00 16,28 14,05 9,01 5,31 6,95 4,53 5,70

1963 4,54 5,11 4,45 3,98 4,01 9,65 5,13 5,63 2,46 2,44 3,68 4,68

1964 2,63 2,15 4,06 4,43 4,26 15,88 8,51 10,49 13,86 4,35 3,48 2,63

1965 2,88 2,40 2,43 3,73 9,72 11,92 13,19 8,98 4,53 4,40 12,24 6,59

1966 5,33 3,88 11,74 8,54 4,05 6,06 12,62 7,80 10,54 4,42 4,30 11,23

1967 11,16 6,16 5,12 3,93 3,23 13,85 18,39 13,41 5,09 5,69 4,60 3,57

1968 5,74 4,98 7,88 7,55 4,07 7,40 18,25 7,57 5,96 7,63 6,25 3,94

1969 4,51 4,83 4,22 9,03 10,14 16,10 11,61 14,12 6,42 9,70 6,03 8,40

1970 8,66 17,01 9,80 8,00 11,71

1971 2,88 6,19 5,17

1972 4,73 4,94 3,87 5,28 6,22 3,13 3,87 2,36 2,63

1973 2,42 2,98 2,61 3,80 4,63 5,29

1974 2,96 7,80 10,71 6,73 4,43 4,41 3,60

1975 2,13 2,98 2,78 5,71 8,93 4,64 9,70

1976 11,92 13,71

1979 4,25 5,70 5,60 3,83 4,04 3,95 3,89

1980 6,69 6,79 6,18 8,63 6,05 3,95 3,77 5,49 3,60 2,72

1981 2,90 2,28 3,51 3,78 3,97 3,41 9,47 3,34 2,96

1982 3,32 2,67 2,61 5,17 6,68 4,85 9,74 26,37 18,45 6,89 3,39 6,50

1983 4,72 5,94 7,77 9,45 8,17 4,59 7,31 6,05 5,87 5,15 2,94 3,58

1984 5,05 5,24 3,58 4,77 7,25 7,08 4,82 6,95 6,31 6,14 4,12

1985 2,85 4,22 4,49 3,22 7,48 8,68 15,52 11,25 5,64 4,70 2,77 2,36

1986 3,20 10,22 6,94 5,36 8,13 13,98 5,56 4,51 5,21 5,38

1987 3,20 7,23 4,15 8,03 7,89 4,77 7,84 5,80 4,61 6,13 4,17 3,82

1988 2,91 4,22 3,57 7,78 7,33 7,96 12,06 4,57 4,28 4,68 6,05 6,44

1989 5,16 4,67 8,23 4,58 10,25 10,59 7,87 3,60 3,70 3,01 2,44 2,18

1990 1,80 1,39 4,61 2,91 4,59 7,09 5,07 3,49 2,12 3,24 1,87 2,55

1991 4,98 2,41 2,61 3,15 3,97 8,40 6,92 3,14 2,95 3,72 4,11

1992 1,70 2,22 3,05 6,34 4,59 6,36 5,21 5,19 2,99 1,62 1,51 1,67

1993 1,63 3,14 7,13 4,72 6,07 6,15 2,76 4,01 3,42 3,46 3,76

1994 3,09 2,90 4,63 5,89 4,82 3,95 6,09 6,72 3,07 3,31 3,34 4,99

1995 3,08 1,96 1,88 1,72 4,23 3,16 5,26 1,87 1,72 2,32 2,87

1996 3,87 6,72 6,19 4,26 4,22 5,11 9,59 3,27 2,48 2,08 1,41 2,78

Promedio 4,00 4,47 5,14 5,41 6,01 7,96 9,68 7,14 5,33 4,47 4,37 4,40

Máxima 11,16 17,01 11,74 9,45 11,71 16,28 18,39 26,37 18,45 9,70 12,24 11,23

Mínima 1,63 1,39 1,88 1,72 3,15 3,16 5,07 1,87 1,72 1,62 1,41 1,67

Período de análisis: 1983-1997


En la cuenca aguas arriba de la estación H144, no existen trasvases. Por otro lado, las

concesiones de uso del agua hasta el punto de localización de esta estación alcanzan los

6250l/s, según la información proporcionada por la AAQ (2008), básicamente

constituidos por sistemas de riego, consumo humano y abrevaderos.

Estación H-158: Pita Aj Salto



ESTACIÓN: H158 PITA AJ SALTO


1964 2,64 4,73 3,27 1,78 1,67

1965 1,61 1,53 1,48 1,83 1,93 2,29 2,02 2,06 1,72 2,01 3,18 2,68

1966 1,87 2,75 2,49 2,50 1,80 1,92 1,57 1,92 2,00 1,81 2,03

1967 1,89 1,87 2,26 2,01 1,78 2,37 2,46 2,15 1,84 2,14 1,49 1,07

1968 1,09 1,14 1,42 1,39 1,24 1,39 1,80 1,29 1,19 1,45 1,25 1,11

1969 0,91 1,12 1,00 1,57 1,33 1,63 1,28 1,44 1,04 1,19 1,34 1,43

1970 1,33 1,61 1,28 1,19 1,39 1,54 1,10 1,19 1,04 0,95 1,50 1,06

1971 1,13 1,08 1,39 1,30 1,13 1,08 1,29 0,88 0,92 1,29 1,07 0,91

1972 1,08 1,01 1,02 1,17 0,90 0,89 1,12 0,88 0,93 0,81 0,87

1973 0,85 0,86 0,91 1,01 0,87 0,78 0,84 0,89 0,89 0,84 0,77 0,75

1974 0,71 1,15 1,70 1,48 1,00 0,85 3,03 3,12 4,09 3,90 3,25

1975 3,18 3,32 3,08 3,25 5,23 4,38 4,22 4,34 4,30 4,29

1976 4,57 5,19 5,05 5,30 4,02 5,86 4,61 4,14

1977 4,11 4,50 3,99 4,82

1979

1980 3,19 3,03 2,88 3,12

1981 2,91 2,89 1,83 1,83 1,78

1982 5,23 6,49

1983 6,76 6,70 2,23 2,25 2,23

1984 2,49

1985 2,30 2,13

1986 2,45 2,00 2,18 2,28 2,34 2,28

1987 2,73 2,30 2,25 2,14

1988 2,35 2,57 2,62

1989 2,50 2,57 2,72 2,34 2,53 2,60 2,50 2,49 2,47 2,29 2,06

1990 2,19 2,22 2,19

1991 2,64 2,64 2,63 2,32 2,48 2,32

1992 2,19 2,32 2,40 2,77 2,31 2,40 2,63 2,68 2,50 2,14 2,21 2,11

1993 2,18 2,43 2,86 2,92 2,19 2,09 2,12 2,09 2,23 1,85 2,13 2,50

1994 2,00 2,77 2,60 2,86 2,61 2,75 2,88 3,12 2,75 2,63 2,85 2,66

1995 2,84 2,67 2,26 2,36 2,49 2,45 2,36 2,33 2,21 2,19 2,48 2,17

1996 2,27 2,99 2,97 2,87 2,71 2,58 2,83 2,62 2,55 2,30 2,09 2,13

1998 4,62 6,15 7,15 7,08 4,47 3,44 3,39 2,94 2,79 3,22 3,45 2,50

1999 2,94 3,51 3,38 3,53 3,28 2,67 2,80 3,53 3,47 2,88 2,77 3,45

2000 3,21 3,23 3,60 3,35 3,48 3,13 2,98 2,77 2,98 2,58 2,20 1,90

2001 2,91 2,74 3,15 2,92 2,79 2,94 3,14 3,23 3,03 3,03 2,82 3,05

2002 2,87 2,54 3,18 3,20 3,16 3,19 3,05 3,05 2,71 2,60 3,14 3,10

2003 3,29 3,02 3,09 3,09 3,30 3,14 3,11 2,66 3,02 3,12 3,05 3,21

2004 2,80 2,40 2,44 2,93 3,04 2,85 2,88 2,91 2,57 2,92 2,92 3,08

2005 2,86 2,83 3,07 2,95 2,91 3,17 2,76 2,78 2,58 3,02 3,12 3,45

Promedio 2,51 2,60 2,60 2,71 2,44 2,43 2,45 2,35 2,34 2,45 2,57 2,49

Máxima 6,76 6,70 7,15 7,08 4,47 5,23 4,82 4,38 4,73 5,86 5,23 6,49

Mínima 0,71 0,9 0,91 1,01 0,87 0,78 0,84 0,88 0,89 0,81 0,77 0,75

Períodos de análisis: 1965 – 1974 y 1985 – 1996


En la cuenca aguas arriba de la estación H158, existió un trasvase temporal de

aproximadamente 410 l/s hasta marzo del 2000, provocado por la no operación de las

compuertas y parte del canal de riego Alucies, que capta agua desde el río Tambo y

actualmente lo transporta hasta la provincia del Cotopaxi. Por otro lado, el uso de agua

en esta zona ha sido monitoreado periódicamente por la EMAAP-Q, y reporta un caudal

de captación variable en el año, en el orden de 1070 l/s y llegando hasta un máximo de

1220 l/s en los meses de verano.

Estación H-159: San Pedro en Machachi



ESTACIÓN: H159 SAN PEDRO EN MACHACHI


1964 6,461 6,84 6,431 4,614 4,405 4,697 5,569 6,571 5,286

1965 5,569 5,519 5,883 8,915 9,021 5,76 4,687 3,941 4,307 5,481 7,942 6,096

1966 6,544 5,422 4,587 5,871 7,172 4,944 4,343 3,707 3,643 4,483 4,137 4,905

1967 5,951 9,068 7,622 4,881 4,668 4,317 3,905 3,346 3,233 4,128 4,032 3,84

1968 3,828 4,569 6,335 5,154 4,527 4,165 3,557 3,533 4,446 5,212 3,96 3,913

1969 3,648 5,576 6,351 5,739 5,538 4,223 3,903 4,44 5,869 5,995 6,836

1970 6,939 8,89 8,037 6,242 3,998 3,691 4,407 4,708 5,271 5,753

1971 6,162 10,656 16,828 9,589 8,167 6,428 4,063 3,329 4,025 5,174 5,661 5,612

1972 5,658 7,569 8,251 9,011 6,979 6,235 3,782 2,878 3,406 3,796 4,633 4,916

1973 4,187 3,932 4,805 9,977 8,376 7,267 5,714 5,986 5,358 5,995 5,786 4,999

1974 5,519 16,244 18,945 15,459 14,694 14,582 8,856 7,037 8,353 13,853 13,298 14,194

1975 12,092 10,109 12,532 8,982 9,968 10,486 9,464 5,078 5,784 6,17 9,338 7,334

1976 8,517 7,799 8,392 10,093 7,339 5,215 3,606 3,033 3,433 4,079 5,118 5,261

1977 5,434 4,345 3,385 3,285 2,607 2,436 2,343 2,82 3,474 4,512 3,546 3,719

1978 4,468 3,598 3,246 4,942 5,365 2,282 2,145 1,497 2,494 1,934 1,456 1,965

1979 1,552 1,217 2,636 3,9 7,069 6,036 2,426 2,179 3,293 2,604 2,14 2,002

1980 2,116 3,687 2,78 3,526 3,235 2,202 1,806 1,869 2,202 3,356 3,729 5,013

1981 4,134 6,075 9,716 9,908 6,669 2,563 2,277 1,288 3,149 3,526 3,448 3,554

1982 5,061 6,086 4,455 6,154 5,542 3,742 3,468 3,622 4,869 6,025 8,622

1983 8,339 7,77 6,713 10,23 10,121 7,313 4,549 3,296 3,497 3,73 3,628 4,268

1984 4,437 15,557 17,039 16,088 13,262 8,99 5,026 2,951 2,906 3,67 4,335 4,708

1985 4,767 4,062 3,637 3,407 3,574 3,039 2,658 3,277 3,311 3,228 3,134

1986 3,876 3,541 4,143 5,252 5,108 3,887 2,585 2,315 2,292

1987 4,096 3,656 3,985 3,827 4,771 3,578 3,533 3,609 4,492 4,651 3,235 2,945

1988 2,503 2,918 2,832 5,973 6,317 4,776 3,343 1,734 2,791 2,705 4,435

1989 10,414 9,601 7,867 6,97 6,362 2,997 2,414 2,449 3,45 2,36 2,036

1990 3,554 3,997 3,916 3,955 4,3 3,486 2,467 2,342 2,395 2,835 2,622 2,552

1991 1,9 1,901 2,564 2,795 2,029 1,662 1,603 1,527 1,759 2,454 2,699

1992 2,843 2,538 3,256 3,626 3,105 2,569 2,175 1,794 2,203 2,582 1,804 1,423

1993 1,627 2,833 4,513 7,681 5,14 2,833 1,975 1,449 1,611 2,211 2,722 3,049

1994 5,612 7,276 8,985 7,215 4,1 2,189 1,469 2,063 2,297 2,873 3,421

1995 3,02 2,497 2,747 4,212 4,03 3,349 2,4 2,984 1,894 2,474 3,743 2,981

1996 4,038 7,499 9,257 9,178 8,248 5,016 3,573 2,436 2,125 2,493 2,522 2,66

1997 3,708 4,986 3,575 3,185 3,674 4,329 2,097 1,58 2,287 4,55 4,099

1998 3,192 3,746 5,421 8,629 8,819 4,098 2,363 1,932 2,078 2,955 3,951 2,627

1999 3,529 6,601 7,751 7,632 7,006 5,405 2,878 1,654 3,426 3,756 3,293 6,205

2000 8,69 9,281 5,489 12,774 15,674 12,467 5,828 3,166 4,284 2,84 2,122 2,148

2001 3,843 2,645 4,309 3,965 2,052 1,42 0,821 0,466 0,586 0,526 0,629 1,084

2002 1,103 0,924 2,483 1,447 1,273 0,395 0,279 0,45 0,786 1,81 1,764

2003 1,286 2,175 1,008 1,338 2,262 3,092 2,987

2004 1,687 0,912 0,911 1,649 3,457 1,748 0,94 0,616 0,868 1,519 2,121 2,349

2005 1,344 1,577 3,641 4,151 3,4 0,984 0,76 1,404 1,555 2,193 2,724 3,081

Promedio 4,53 5,63 6,35 6,74 6,40 4,88 3,31 2,68 3,12 3,72 4,05 4,18

Máxima 12,09 16,24 18,95 16,09 15,67 14,58 9,46 7,04 8,35 13,85 13,30 14,19

Mínima 1,10 0,9 0,91 1,65 1,45 0,98 0,40 0,28 0,45 0,53 0,63 1,08

Período de análisis: 1964-2005


En la cuenca aguas arriba de la estación H159, existe un aporte, aparentemente de

origen termal (de origen diferente a la precipitación) de aproximadamente 1490 l/s en la

zona de Tesalia, según registros de la EMAAP-Q. Por otro lado, el uso de agua en esta

zona, reporta un caudal de captación variable en el año, en el orden de 4600 l/s, según la

AAQ (2008)

Estación H-152: Estación La Chimba en Olmedo



ESTACIÓN: H152 LA CHIMBA EN OLMEDO


1963 0,73 1,19 1,08 1,00 1,00 2,02 1,19 1,31 0,70 0,67 0,94 1,13

1964 0,73 0,63 1,01 1,08 1,05 3,41 1,87 2,22 2,84 1,08 0,91 0,72

1965 0,79 0,70 0,75 1,03 1,97 2,37 2,49 1,79 1,13 1,06 2,47 1,52

1966 1,31 1,16 2,46 1,89 1,00 1,40 2,75 1,73 2,42 1,08

1967 2,40 1,42 1,22 0,99 0,85 2,92 3,96 2,86 1,21 1,33 1,12 0,92

1968 1,53 1,21 2,07 2,02 0,36 0,90 3,59 1,65 1,55 1,42 0,92 0,76

1969 1,10 0,93 2,94 2,63 2,59 3,95 2,72 3,00 1,41 1,31 1,52 1,29

1970 1,81 3,25 3,70 2,44 2,85 4,46 1,98 2,97 2,50 1,20 2,09 1,45

1971 1,63 1,99 1,43 2,40 1,64 3,37 3,56 1,99 1,94 1,53 1,67 1,60

1972 3,16 2,34 2,04 2,61 1,99 3,36 4,98 2,02 2,33 1,03 2,00 1,57

1973 1,60 2,02 1,37 1,51 2,04 2,33 2,75 2,57 1,64 0,97 0,88 0,97

1974 0,58 1,56 1,32 1,31 1,57 1,72 5,42 4,28 1,74 2,75 3,25 4,84

1975 1,10 0,93 2,94 2,63 2,59 3,95 2,72 3,00 1,41 1,31 1,52 1,29

1976 1,10 0,93 2,94 2,63 2,59 3,95 2,72 3,00 1,41 1,31 1,52 1,29

1977 2,14 3,58 4,48 4,62 3,33 4,26 4,27 4,02 2,88 3,21 2,41 2,13

1978 0,91 1,00 1,17 2,21 1,02 3,10 2,35 1,63 1,36 0,73 0,91 0,95

1979 0,42 0,84 1,64 1,30 2,10 1,54 1,19 1,08 1,01 1,03 1,01

1980 1,16 1,46 1,98 2,17 2,14 2,69 2,12 1,74 1,54 1,78 1,43 0,84

1981 0,96 0,97 1,16 1,15 1,29 1,25 2,33 0,77 1,04 0,66 1,35 1,26

1982 0,79 0,63 1,24 1,60 1,16 2,30 6,35 4,44 1,61 0,80 1,56

MED 1,34 1,42 1,94 1,96 1,74 2,73 2,88 2,50 1,83 1,35 1,51 1,42

Max 0,58 0,42 0,75 0,99 0,36 0,90 1,19 0,77 0,70 0,66 0,80 0,72

Min 3,16 3,58 4,48 4,62 3,33 4,46 5,42 6,35 4,44 3,21 3,25 4,84

Período de análisis: 1963 - 1982


En la cuenca aguas arriba de la estación H152, existe un trasvase, que de acuerdo a

Heredia (2006) proviene de la quebrada Chimborazo, afluente del río Azuela, mediante

un túnel artesanal antiguo, que data de hace más de 100 años que en promedio trasvasa

un caudal variable desde 60 a 1500 l/s. Por otro lado, las captaciones hasta el punto de

localización de esta estación alcanzan los 904 l/s (Heredia, 2006), básicamente

constituidos por sistemas de riego, abrevaderos y consumo humano.

Estación H-145: Guayllabamba AJ Cubi



ESTACIÓN: H145 GUAYLLABAMBA AJ CUBI


1964 65,00 41,01 38,63 48,09 37,57 39,14 35,02

1965 32,43 32,13 33,11 73,62 45,38 38,24 31,73 29,08 40,25 110,59 58,96

1966 61,49 55,82 72,39 53,86 47,75 35,16 41,81 29,06 36,42 40,52 45,05

1967 68,19 36,72 31,16 52,45 46,79 30,42 21,15 30,80 33,81

1968 30,97 47,42 66,86 33,76 44,76 26,03 30,34 48,85 40,33 34,14

1969 36,72 44,49 38,21 89,18 35,60 38,49 33,35 54,79 61,95 67,21

1970 67,13 109,94 90,94 64,52 85,05 62,92 31,85 126,28 153,24 142,87 193,99 125,65

1971 54,16 42,68 35,89 21,30 48,29 59,49 51,86

1972 54,98 51,09

1973 38,87 42,56 49,77 110,90

1974

1975 100,00 102,60 108,18 86,79 102,11 99,57 102,44 64,13 55,88 60,54 65,68

1976 59,55 68,10 72,78 79,58 77,88 84,66 73,87 48,36 25,39 29,22 52,83 47,26

1977 29,86 31,28 44,31 47,89 50,82 0,00 35,00

1978 33,43 27,82 45,06 68,56 50,57 47,45 36,31 33,09 36,04 33,67 30,49 42,29

1979 32,47 25,17 57,20 58,81 53,82 52,55 30,08 17,48 22,06 27,53 27,06 24,92

1980 30,55 56,56 66,37 81,56 61,03 51,94 27,40 22,75 21,47 38,79 36,73 33,95

1981 27,10 32,79 54,89 69,32 50,48 26,50 39,96 22,07 23,03 25,51 39,03 27,52

1982 51,87 42,94 45,56 55,13 65,78 32,37 27,28 27,82 26,91 43,41 58,26 91,05

1983 68,60 70,19 84,57 95,28 81,39 43,97 29,66 29,89 29,06 32,08 33,88 47,66

1984 50,52 73,54 59,42 83,46 72,74 60,17 45,36 34,26 50,84 55,01 50,56 43,00

1985 37,55 29,94 33,41 36,52 46,14 38,29 37,50 41,08 33,15 30,23 25,42 28,58

1986 35,11 37,52 79,94 60,28 43,80 35,92 39,62 22,11 24,03 35,84 44,77 29,39

1987 33,61 38,82 43,68 50,67 65,37 28,29 35,25 29,23 23,56 34,96 25,96 23,09

1988 22,24 23,04 25,45 57,26 44,47 38,94 52,98 24,24 26,90 44,27 61,39

1989 68,29 42,15 58,29 51,75 41,07 19,78

1991 38,26 59,14 43,44 31,68 18,78 27,37 41,84 40,46

1992 29,20 18,05 12,97 11,35 8,62 10,02 8,88

Promedio 43,30 49,09 59,47 65,33 59,43 45,55 42,49 34,42 35,46 42,12 50,45 47,23

Máxima 100,00 109,94 108,18 110,90 102,11 99,57 102,44 126,28 153,24 142,87 193,99 125,65

Mínima 22,24 23,04 25,45 36,52 31,16 0,00 27,28 12,97 11,35 8,62 10,02 8,88


Estación H-149: Guayllabamba en Puente Chacapata



ESTACIÓN: H149 GUAYLLABAMBA EN PUENTE CHACAPATA


1978 40,97 38,37 33,24 39,19

1979 32,76 28,42 63,48 70,60 78,95 62,79 37,34 35,75 46,52 39,26 30,69 29,71

1980 38,72 85,63 67,13 78,76 60,89 55,57 41,37 36,22 33,40 50,96 54,91 53,17

1981 46,77 55,45 88,27 100,17 67,81 40,78 27,27 26,98 30,14 44,72 42,83

1982 71,85 65,25 66,17 87,59 89,71 53,29 45,79 41,46 36,28 56,37 78,72 110,02

1983 88,09 82,14 95,23 145,89 119,10 64,12 48,97 40,64 39,30 45,61 45,67 64,01

1984 67,43 103,53 88,33 135,10 108,09 84,44 61,97 43,10 69,08 71,04 64,83 57,66

1985 57,69 48,50 48,63 58,70 69,94 51,17 56,52 47,09 41,94 42,51 34,75 39,18

1986 20,60 47,00 49,84 31,80 34,35 30,11

1987 54,27 61,07 75,22 39,42 30,22 24,47 30,74 35,36 34,90 30,96

1988 30,92 53,52 63,31 35,79 40,43 42,16 77,97 65,11

1989 92,60 86,66 114,80 73,12 91,49 76,89 60,95 35,81 39,69 54,15 39,04 30,31

1990 26,62 24,39 45,99 29,83 25,68

1991 33,84 54,01 49,29 36,73 39,00 35,51

1992 32,08 36,85 35,26 52,44 36,37 31,91 27,31 25,86

1994 48,26 51,75

1995 37,89 35,73 42,87 55,06 52,34 42,26 21,67

1997 48,47 31,59 32,68 40,54 81,52 69,73

1998 31,84 40,62 35,70 33,59 38,89 65,65 35,93

1999

2003 30,63 35,90 35,08

2004 28,32 26,86 30,50 34,16 34,16 28,86 29,75 29,64

2005 51,78 41,14 31,22 29,99 21,50 21,65 25,96 27,77 39,12

Promedio 48,40 56,11 65,30 75,27 71,17 51,41 43,50 33,55 36,57 42,24 48,19 47,50

Máxima 92,60 103,53 114,80 145,89 119,10 84,44 63,31 47,09 69,08 71,04 81,52 110,02

Mínima 20,60 26,86 30,50 34,16 34,16 31,22 21,67 21,50 21,65 25,96 27,77 25,68


Engineering

4 modelo hidrologico