estudio hidrologia cuenca mauri desaguadero

ESTUDIO DE HIDROLOGIA Y RECURSOS HIDRICOS

Jorge Molina Carpio Oswaldo Villarroel

Daniel Espinoza Romero

INSTITUTO DE HIDRAULICA E

HIDROLOGIA

La Paz - Febrero de 2007

CONTENIDO INTRODUCCIN ................................................................................................................................................... 1

1.1 ANTECEDENTES Y OBJETIVOS.................................................................................................................. 1 1.2 ALCANCE ................................................................................................................................................ 2

EL AREA DE ESTUDIO ........................................................................................................................................ 4 2.1 EL MEDIO FSICO ............................................................................................................................... 4 2.2 HIDROGRAFA Y CALIDAD DE AGUAS ...................................................................................................... 6 2.4 GEOLOGA Y GEOMORFOLOGA ............................................................................................................... 9 2.4 CLIMA Y VEGETACIN ........................................................................................................................... 10 2.5 ASPECTOS SOCIOECONMICOS.............................................................................................................. 11

TRATAMIENTO DE LA INFORMACIN HIDROMTRICA..................................................................... 13 3.1 RED DE ESTACIONES HIDROMTRICAS DE LA CUENCA DEL RO MAURI Y BAJO DESAGUADERO ........... 13

3.1.1 Divisin en cuencas y morfometra ................................................................................................. 16 3.2 METODOLOGA PARA EL ANLISIS Y TRATAMIENTO DE LA INFORMACIN HIDROMTRICA .................. 20

3.2.1 Anlisis de la informacin hidromtrica bsica.............................................................................. 22 3.2.2 Anlisis de las series de cotas ......................................................................................................... 23 3.2.3 Elaboracin de curvas de descarga a partir de aforos ................................................................... 23 3.2.4 Clculo de caudales......................................................................................................................... 25 3.2.5 Anlisis de consistencia................................................................................................................... 25 3.2.6 Relleno y completado de las series de caudales mensuales ............................................................ 26

3.3 RESULTADOS .................................................................................................................................... 28 ANLISIS DE LA PRECIPITACIN................................................................................................................ 31

4.1 CARACTERIZACIN REGIONAL................................................................................................... 31 4.2 INFORMACIN PLUVIOMTRICA............................................................................................................. 32 4.3 ANALISIS DE CALIDAD Y TRATAMIENTO DE LA INFORMACION....................................... 38

4.3.1 Anlisis de consistencia, homogenizacin y regionalizacin de la precipitacin........................... 38 4.3.2 Relleno y reconstitucin estadstica de datos pluviomtricos ......................................................... 42

4.4 EVALUACIN ESPACIAL DE LA PRECIPITACIN...................................................................................... 47 EVAPOTRANSPIRACIN ................................................................................................................................. 50

5.1 MTODOS DE ESTIMACIN DE LA EVAPOTRANSPIRACIN POTENCIAL ............................................. 50 5.1.1 Evaporacin en tanque .................................................................................................................... 50 5.1.2 Mtodos indirectos .......................................................................................................................... 51

5.2 VARIABLES METEOROLGICAS.................................................................................................. 54 5.2.1 Temperatura media ambiente .......................................................................................................... 54 5.2.2 Humedad relativa ............................................................................................................................ 57 5.2.3 Vientos ............................................................................................................................................. 58 5.2.4 Radiacin e insolacin .................................................................................................................... 59

5.3 CLCULO DE LA ETP CON EL MTODO DE PENMAN............................................................................... 60 5.4 EVALUACIN ESPACIAL DE LA EVAPOTRANSPIRACIN POTENCIAL....................................................... 65

OFERTA DE AGUA ............................................................................................................................................. 68 6.1 RELLENO Y COMPLETADO DE LAS SERIES DE CAUDALES MENSUALES......................... 68

6.1.1 Modelos hidrolgicos ...................................................................................................................... 68 6.1.2 Modelos estadsticos........................................................................................................................ 72

6.2 OFERTA DE AGUA POR SUBCUENCAS ....................................................................................... 74 REFERENCIAS..................................................................................................................................................... 80 ANEXO I ................................................................................................................................................................ 81 ANEXO II............................................................................................................................................................... 96

LISTA DE FIGURAS 2.1: Las cuencas de la parte norte y central del Altiplano (sistema TDPS) 2.2: La cuenca del ro Mauri 2.3: Relieve y altitud del rea de estudio 2.4: Red hidrogrfica de la cuenca del ro Mauri 2.5: Subcuencas de afluentes principales del ro Mauri 2.6: Geologa del rea de estudio 3.1: La red de estaciones hidromtricas de la cuenca de los ros Mauri y Bajo Desaguadero 3.2: reas de aporte de las principales estaciones hidromtricas de la cuenca del ro Mauri 3.3: Periodo de registro de cotas limnimtricas en las estaciones bolivianas 3.4: Cambio de seccin y efecto sobre curvas de descarga 3.5: Caudales promedio mensuales rellenados e histricos, estacin Abaroa Caquena 3.6: Caudales promedio mensuales rellenados e histricos, estacin Abaroa Mauri 3.7: Caudales promedio mensuales rellenados e histricos, estacin Calacoto Mauri 3.8: Periodo de registro de caudales en las estaciones de las cuencas de los ros Mauri y

Desaguadero 4.1: Direccin de los vientos alisios en enero 4.2: Ubicacin de estaciones pluviomtricas 4.3: Ubicacin de estaciones pluviomtricas, Cuenca del ro Mauri 4.4: Nmero de estaciones con datos disponibles, cuenca del Ro Mauri (1960-2005) 4.5: Nmero de estaciones con datos disponibles, estaciones de apoyo (1960-2005) 4.6: Pluviograma medio mensual de estaciones pluviomtricas de la cuenca del ro Mauri

(periodo 1960-2003) 4.7: Pluviograma medio mensual de estaciones pluviomtricas de apoyo, 1960-2003, cuencas

del ro Desaguadero, Lago Titicaca, Salar de Coipasa y Lago Poopo) 4.8: Isoyetas anuales en la Cuenca del ro Desaguadero y Lago Poop, periodo 1960-2003 4.9: Mapa de isoyetas anuales en la cuenca del ro Mauri, periodo 1960-2003 4.10: Precipitacin media anual por subcuencas en mm, periodo 1960-2003, cuenca del ro

Mauri 4.11: Precipitacin media mensual y anual por subcuencas en mm, periodo 1960-2003, cuenca

del ro Mauri 5.1: Estaciones meteorolgicas con registros de temperatura 5.2: Temperatura media mensual en (C) en la cuenca del ro Mauri 5.3: Mapa trmico de la cuenca del ro Mauri, en funcin al MDE 5.4: Insolacin mensual y anual (hr/da) 5.5: Estaciones meteorolgicas con ETP calculada por Penman 5.5: Estaciones meteorolgicas con ETP calculada por Penman 5.6: Evapotranspiracin potencial en la cuenca del ro Mauri 5.7: Evapotranspiracin potencial en el rea de estudio 5.8: ETP Penman vs Evaporacin en tanque Chuapalca y estaciones cercanas 5.9: ETP Penman vs Evaporacin en tanque Patacamaya y estaciones cercanas 5.10: ETP Penman vs Evaporacin en tanque Corque y estaciones cercanas

5.11: Mapa de isolneas de ETP anual, periodo 1960-2003 5.12: ETP media mensual por subcuencas en mm 5.13: ETP media anual por subcuencas en mm, periodo 1960-2003 6.1: El modelo de Tmez 6.2: Capacidad de almacenamiento del suelo Hmax en mm cuenca del ro Mauri 6.3: Nmero de curva CN - cuenca del ro Mauri y Bajo Desaguadero 6.4: Caudales observados y simulados (m3/s) en Vilacota, periodo 1973 -83 6.5: Vector regional anual de las estaciones del ro Desaguadero, 1965-05 6.6: Vector regional anual de las estaciones del ro Mauri, 1965-05 6.7: Estaciones hidromtricas y subcuencas/intercuencas 6.8: Hidrogramas medios mensuales en estaciones de las cabeceras del ro Mauri 6.9: Hidrogramas medios mensuales en estaciones de la Cuenca Alta del ro Mauri 6.10: Hidrogramas medios mensuales en estaciones de la cuenca del ro Caquena 6.11: Hidrogramas medios mensuales en Calacoto Mauri y estaciones sobre el ro

Desaguadero

LISTA DE TABLAS 3.1: Ubicacin poltica e hidrogrfica de las estaciones hidromtricas 3.2: Ubicacin geogrfica y registros disponibles en las estaciones hidromtricas 3.3: Parmetros morfomtricos de la cuenca del Ro Mauri 3.4: Caudales medios mensuales histricos (m3/s) en estaciones de la cuenca de los ros Mauri

y Bajo Desaguadero 4.1: Estaciones meteorolgicas de la cuenca del Ro Mauri 4.2: Estaciones meteorolgicas de apoyo 4.3: Diagrama de barras de registros pluviomtricos de la cuenca del ro Mauri

4.4: Diagrama de barras de registros pluviomtricos - estaciones de apoyo 4.5: Grupos regionales de precipitacin en la cuenca Mauri-Desaguadero 4.6: Precipitacin media mensual y anual (mm) en la cuenca del ro Mauri, 1960-2003 4.7: Precipitacin media mensual y anual (mm) en estaciones de apoyo, 1960-2003 4.8: Precipitacin media mensual y anual en mm en subcuencas de la cuenca del ro Mauri,

periodo 1960-2003 5.1: Evaporacin media en tanque, mensual y anual (mm)

Estaciones meteorolgicas de las cuencas de los ros Mauri y Desaguadero 5.2: Radiacin Solar Ro en el lmite superior de la atmsfera (cal/cm2-da) 5.3: Medias mensuales de la duracin astronmica del da N (horas) 5.4: Albedo en funcin al tipo de suelo 5.5: Temperatura media ambiente mensual y anual en (C) 5.6: Temperatura media ambiente mensual y anual en (C) en estaciones de apoyo 5.7: Humedad relativa media mensual y anual en (%) 5.8: Velocidad media del viento mensual y anual (m/s) 5.9: Insolacin mensual y anual (hr/da) 5.10: Evapotranspiracin potencial media (mm), en base a datos de tanque 5.11: Evapotranspiracin potencial media (mm) segn Penman 5.12: ETP media mensual y anual por subcuencas en mm, periodo 1960-2003 6.1: Sntesis de variables y ecuaciones del modelo de Tmez 6.2: Caudales medios mensuales en estaciones de la cuenca del ro Mauri y Bajo Desaguadero,

periodo 1965-2005 6.3: Caudal especfico y lmina de escurrimiento anual en la cuenca del ro Mauri, periodo

1965-05

IHH-UMSA Estudio de Hidrologa y Recursos Hdricos

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Captulo 2

INTRODUCCIN 1.1 ANTECEDENTES Y OBJETIVOS En junio de 2005 se inici el proyecto de investigacin Derechos de agua- Fase II, bajo responsabilidad de la organizacin no gubernamental Agua Sustentable y el Instituto de Hidrulica e Hidrologa de la UMSA, con financiamiento del IDRC de Canad y en el marco del Comit para la Gestin Integral del Agua en Bolivia (CGIAB). El segundo componente de esa investigacin es el de Aguas Internacionales. Este componente busca incidir en las polticas pblicas mediante el estudio integral de una cuenca internacional donde se estn desarrollando procesos de negociacin y donde la toma de decisiones sobre la gestin del agua se pueda sustentar con informacin confiable y transparente. Se eligi a la cuenca trinacional del ro Mauri (Bolivia, Per, Chile) como estudio de caso. Forma parte de la gran cuenca endorreica del Altiplano sudamericano. Varios proyectos de aprovechamiento y trasvase de las aguas de la cuenca del Mauri hacia la regin costera del Pacfico han sido ejecutados y otros estn planificados, con frecuencia sin tomar en cuenta a la poblacin local. Excepto el sector chileno, el rea de estudio forma parte del acuerdo entre Per y Bolivia que crea la Autoridad Binacional del sistema hdrico, que incluye a la cuenca del lago Titicaca y cuyas aguas se rigen bajo un rgimen de condominio. Los gobiernos de los dos pases aceptan que cualquier extraccin futura de agua en la cuenca del ro Mauri debe analizarse y definirse tomando en cuenta sus impactos ambientales, los derechos de los usuarios aguas abajo y el derecho internacional. El componente Aguas Internacionales se inici formalmente en septiembre de 2005 y se plante los siguientes logros:

La Cancillera boliviana y los actores locales cuentan con una base de datos y un anlisis integral de los efectos ambientales y sociales de los proyectos de extraccin y aprovechamiento del agua en la cuenca del ro Mauri, en base a los cuales se toman decisiones concertadas

Las negociaciones sobre el uso de aguas internacionales toman en cuenta a los usuarios

y poblacin afectada, quienes asumen posicin en base a informacin confiable

Se han identificado y desarrollado los elementos clave del estudio de caso del ro Mauri que pueden servir para la formulacin de polticas de aguas internacionales y el anlisis de otros casos de aguas compartidas

El conocimiento de la oferta de agua es importante para la gestin del recurso. Adems de que la oferta representa el lmite de la cantidad de agua que se puede utilizar en una cuenca, el conocimiento de su variacin en el tiempo y espacio permite proyectar y planificar los programas y obras hidrulicas de regulacin y aprovechamiento, as como servir de informacin de base para la evaluacin de los impactos ambientales que puedan generarse como resultado de esos aprovechamientos.


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Para cumplir con los logros planteados, el alcance del componente incluye un estudio de hidrologa y recursos hdricos en la cuenca del ro Mauri y en el rea de influencia correspondiente a la cuenca del ro Bajo Desaguadero. El estudio de hidrologa servir de insumo a varios estudios posteriores y tiene los siguientes objetivos: Estimar la oferta de agua en diversos puntos y subcuencas de los ros Mauri y Bajo

Desaguadero, en forma de series mensuales de extensin y calidad suficientes para propsitos de gestin.

Evaluar diversos parmetros climticos, como precipitacin y evapotranspiracin, que

servirn a estudios posteriores, como los de demanda y gestin del agua. Recopilar y evaluar toda la informacin meteorolgica e hidrolgica del rea de proyecto,

existente en los tres pases, y consolidar esa informacin, as como la generada o validada por el estudio, en una base de datos

Tomando en cuenta las metas del proyecto y la revisin que se hizo de la informacin existente o disponible para los responsables del presente estudio, se defini que el estudio hidrolgico determinase la oferta de agua en forma de series continuas de caudales mensuales, para periodos de varios aos de duracin. En el caso de las estaciones hidromtricas bolivianas, esto oblig a recopilar y tratar los datos hidromtricos existentes en el Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI) a nivel diario, lo que al mismo tiempo fortalece la base de datos de esa institucin. El alcance original contempla la aplicacin de los modelos hidrolgicos utilizados en la primera fase del proyecto para ampliar y generar series de caudales en las cuencas y subcuencas, as como la extensin de datos a cuencas no aforadas mediante conceptos de similitud hidrolgica.

1.2 ALCANCE El estudio hidrolgico comprendi las siguientes actividades: Recopilacin de informacin climatolgica e hidromtrica en Bolivia, Per y Chile. Recopilacin y adquisicin de informacin cartogrfica Anlisis y tratamiento de la informacin climatolgica, en particular pluviomtrica y de los

parmetros que intervienen en la estimacin de la evapotranspiracin. Creacin de una base de datos que consolida la informacin climatolgica, a nivel mensual,

de las estaciones existentes en la cuenca y su rea de influencia Anlisis y tratamiento de los datos hidromtricos de seis estaciones bolivianas de las

cuencas de los ros Mauri y Bajo Desaguadero Tratamiento de la informacin cartogrfica y generacin de nueva informacin (mapas

temticos) relevante para el estudio hidrolgico Integracin y anlisis de consistencia de los caudales obtenidos para todas las estaciones o

puntos de control de la cuenca.


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Creacin de una base de datos hidrolgicos que consolida toda la informacin hidromtrica disponible.

Aplicacin de tcnicas hidrolgicas para la homogeneizacin, correccin y relleno de caudales en puntos de control.

Generacin de series sintticas en cuencas no aforadas. El presente informe est estructurado de la siguiente forma: El captulo 1 de Introduccin incluye los antecedentes, objetivos y alcance del estudio. El captulo 2 presenta las caractersticas fsicas y socioeconmicas del rea de estudio. El captulo 3 incluye la descripcin y diagnstico de la red hidromtrica, as como el tratamiento de las series histricas en las estaciones de Abaroa Mauri, Abaroa Caquena, Calacoto Mauri, Calacoto Desaguadero, Ulloma y Chuquia, a nivel diario. El captulo 4 presenta el tratamiento y anlisis de la precipitacin. El captulo 5 describe el tratamiento y anlisis de la evapotranspiracin y de las variables meteorolgicas asociadas: temperatura, humedad relativa, vientos y radiacin solar. En el captulo 6 se determina la oferta de agua en diversos puntos y subcuencas, en base al anlisis y tratamiento de los datos contenidos en los tres captulos anteriores. Incluye las series completadas y/o generadas de caudales mensuales para cada una de las cuencas y subcuencas estudiadas. Este captulo incluye tambin un anlisis de esos resultados.


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Captulo 2

EL AREA DE ESTUDIO 2.1 EL MEDIO FSICO La cuenca del Mauri forma parte de la cuenca del ro Desaguadero, del que es su principal afluente. El ro Desaguadero a su vez forma parte del sistema TDPS (Titicaca, Desaguadero, Poop, Salares), que drena las aguas de la regin del Altiplano central de Sudamrica. El Mauri nace en la cordillera occidental, en Per, para luego ingresar a Bolivia. Sigue un curso oeste-este (figura 2.1), confluyendo con el Desaguadero en las cercanas de la poblacin de Calacoto. Drena una subcuenca de 9802 km2 de extensin.

Figura 2.1: Las cuencas de la parte norte y central del Altiplano (sistema TDPS)


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En la estacin hidromtrica de Abaroa (figura. 2.2), prxima a la frontera y en territorio boliviano, el caudal medio del ro Mauri es de 4.9 m3/s y el de su afluente, el ro Caquena, es de 2.3 m3/s. Este ltimo nace en el sector chileno de la cuenca. En su confluencia con el ro Desaguadero, el Mauri tiene un caudal promedio de 15.2 m3/s, es decir un tercio del caudal del Desaguadero en ese punto y un quinto del caudal en Chuquia, estacin situada aguas abajo (circulo blanco al norte de Oruro en la figura 2.1). En aos secos, como los del periodo 1967-72, la mayor parte del caudal del periodo de estiaje (junio-noviembre) del ro Desaguadero puede provenir del Mauri

Figura 2.2: La cuenca del ro Mauri

Fuente: Elaboracin propia (Coordenadas UTM, PSAD 56, Zona 19 sur) El ro Mauri es un caso de especial inters. Si bien la poblacin local no ha sido tomada en cuenta en los proyectos de aprovechamiento y no existe un plan de gestin integral de la cuenca, sta forma parte del acuerdo entre Per y Bolivia que crea la Autoridad Binacional del sistema hdrico, que incluye a la cuenca del lago Titicaca y cuyas aguas se rigen bajo un rgimen de condominio. Para los gobiernos de los dos pases y los actores involucrados, es evidente que cualquier extraccin futura de agua en la cuenca del ro Mauri debe analizarse y definirse tomando en cuenta sus impactos ambientales, los derechos de los usuarios aguas abajo y el derecho internacional.


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La cuenca abarca partes de los departamentos de Puno y Tacna en Per, del departamento de La Paz en Bolivia y de la provincia de Parinacota en la I Regin de Chile. La poblacin es en su gran mayora de origen aymar. La densidad poblacional es baja, aproximadamente 3 hab/km2. En el sector boliviano (provincia Pacajes) de la cuenca, la poblacin era de 8892 habitantes el ao 1992, que se estima se ha reducido en la actualidad, al tener una tasa negativa de crecimiento (ALT, 2003). No se tienen datos precisos de Chile. La tasa de analfabetismo est alrededor del 15%. La densidad poblacional es considerablemente ms alta a lo largo del ro Desaguadero aguas abajo de la confluencia con el Mauri. El relieve (ver figura 2.3, elaborada en base al modelo digital de elevaciones) est definido por la Cordillera Occidental al oeste y la planicie altiplnica al este. La Cordillera Occidental es volcnica y separa a la cuenca del Altiplano de las pequeas cuencas costeras del Pacfico. La altitud vara desde los 5700 msnm hasta 3795 msnm en la cuenca del ro Mauri. La altitud mxima en la cuenca del ro Caquena es de 6300 msnm en los nevados de Parinacota.

Figura 2.3: Relieve y altitud del rea de estudio

Fuente: Elaboracin propia en base a SRTM 2.2 HIDROGRAFA Y CALIDAD DE AGUAS El ro Mauri o Maure nace con el nombre de ro Quilvire a 4800 m en el extremo noroeste de la cuenca (ver figura 2.4) y en territorio peruano, al pie del nevado Larjanco. Despus de un corto recorrido ingresa a la laguna Vilacota, de la que es su principal afluente. Seis km ms


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abajo del punto de salida de esa laguna, recibe por su margen izquierda al ro Ancoaque, del que adopta el nombre por un trayecto corto. Cinco kilmetros y medio aguas abajo de la confluencia con el ro Ancoaque, el ro Mauri cruza la estacin hidromtrica de Kovire, donde se encuentra la toma que deriva sus aguas hacia el sistema Aricota-Locumba de la cuenca costera del Pacfico. En el tramo entre Kovire y la confluencia con el ro Chiliculco, el ro recibe por su margen derecha el aporte de varios manantiales termales de origen volcnico, cuyas aguas tienen un alto contenido de boro y arsnico. El ro Chiliculco ingresa por la margen izquierda a corta distancia de la estacin hidromtrica de Challapalca. A continuacin el ro Mauri recibe por su margen derecha el aporte de algunos manantiales y cursos de agua, como la quebrada Mamuta y los ros Kao y Kallapuma. Algunos de ellos como el manantial de Copapujo, tienen un caudal importante y buena calidad de agua, pero otros, como el ro Kallapuma, llevan aguas con alto contenido de boro y arsnico por el aporte de manantiales de origen volcnico.

Figura 2.4: Red hidrogrfica de la cuenca del ro Mauri

Fuente: Elaboracin propia


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Despus de la confluencia con el Kallapuma, el ro Mauri recibe al ro Ancomarca por la margen izquierda, cruza el sector de Chuapalca, donde se tiene proyectado construir una represa, para luego cruzar la frontera peruano-boliviano. Apenas 1 km aguas abajo de la frontera, recibe por su margen izquierda al ro Cusi Cusini y 30 km ms abajo, en el sector de Abaroa, confluye con el ro Caquena, que drena una cuenca ms grande que la del ro Mauri. El ro Mauri contina en direccin este siguiendo un curso encajonado, recibiendo varios cursos de agua, como los ros Vilcapalca o Tiquerani, Chaullani y Muru Aramaya por la margen derecha y los ros Kankavi y Nasani por la margen izquierda. Nueve kilmetros ms abajo del puente Rosario, el ro Mauri recibe a su afluente ms importante, el ro Achuta o Blanco, que drena una extensa cuenca de la margen derecha. Desde la confluencia con el ro Blanco hasta la confluencia con el ro Desaguadero en Calacoto, el ro Mauri discurre por la planicie altiplnica siguiendo un curso de suave pendiente. Su cauce se hace muy ancho y poco profundo y las mrgenes a ambos lados estn sujetas al riesgo de inundaciones. La figura 2.5 muestra las superficies de las subcuencas de los principales afluentes del ro Mauri.

Figura 2.5: Subcuencas de afluentes principales del ro Mauri


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A partir de la confluencia con el ro Mauri, el ro Desaguadero sufre cambios morfolgicos significativos. Su pendiente aumenta con respecto al tramo aguas arriba de Calacoto, y con ello, su velocidad de flujo. Se observa tambin que el tamao medio del material del cauce del ro Desaguadero se incrementa, debido a los aportes de sedimentos ms gruesos provenientes sobre todo del ro Blanco. Aunque el contenido de sales de las aguas del Mauri es considerablemente menor (0.5 g/l) que las del Desaguadero en Calacoto (1.83 g/l), las aguas del Mauri presentan concentraciones altas de boro (30 mg/l) y arsnico (5 mg/l) en el sector peruano del ro, de origen natural (por lixiviacin). La presencia de esos elementos provoca que las aguas del Mauri no sean aptas para consumo humano o animal. Quintanilla et al (1995) tambin detectan concentraciones altas de arsnico (0.6 a 0.8 mg/l) en el sector del ro Desaguadero aguas abajo de la confluencia con el Mauri (pero no aguas arriba), aguas que de todas maneras son usadas para riego. An cuando no se han identificado fuentes importantes de contaminacin de origen antrpico, un estudio de calidad debe considerar esa posibilidad. 2.4 GEOLOGA Y GEOMORFOLOGA La evolucin estructural de la cuenca del Altiplano ha sido muy dinmica, con cambios asociados al clima y el vulcanismo. Durante el cuaternario, la evolucin del altiplano estuvo ligada fundamentalmente a los cambios de clima. La alternancia de perodos hmedos y secos, clidos y fros, se asocia al desarrollo de lagos ms grandes o ms reducidos que los actuales segn la poca. A estas situaciones hidrolgicas corresponden diferentes depsitos que van desde morrenas glaciares en las cordilleras, a sedimentos fluviales entre el pie de monte y la planicie, y a formaciones lacustres y evaporticas en la parte central de la llanura altiplnica (ALT, 2001). La figura 2.6 muestra la litologa del rea de estudio. La Cordillera Occidental que forma el lmite oeste del Altiplano y donde est situada la cuenca del ro Mauri es volcnica. Se observa que en esta cuenca predominan rocas volcnicas, con pequeos sectores con presencia de depsitos cuaternarios no consolidados y al noreste, areniscas y arcillas. En cambio, a lo largo del ro Desaguadero predominan depsitos cuaternarios. Desde el punto de vista geomorfolgico, en la cuenca del ro Mauri predominan las montaas volcnicas de formas redondeadas y las mesetas de lavas e ignimbritas. En cambio, a lo largo del ro Desaguadero predominan las terrazas y llanuras fluvio-lacustres.


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Figura 2.6: Geologa del rea de estudio

Fuente: ALT, 2001 2.4 CLIMA Y VEGETACIN En la regin del Altiplano predominan condiciones semiridas (la evapotranspiracin potencial anual supera ampliamente a la precipitacin) y un clima fro. La pluviometra media anual en la cuenca del ro Mauri est en el rango de 300 a 500 mm/ao. A lo largo del ro Desaguadero aguas abajo de Calacoto, las lluvias son del orden de 300 a 400 mm/ao. La variacin interanual es muy grande y el riesgo de sequas es alto. En la zona con poblacin humana de la cuenca del ro Mauri, entre los 3800 y 4500 m, la temperatura media anual vara en el rango de 2 a 8 C, con valores mximos medios de 5 a 17 C y mnimos medios anuales de -10 a 3 C. La principal variable que influye sobre la temperatura es la altitud. En las cumbres ms altas, que superan los 6000 m, la temperatura media anual puede caer por debajo de -12 C. El gradiente trmico altitudinal est en el rango de 0.85 a 0.9 C por cada 100 m, un valor alto y por encima de la media regional. La evapotranspiracin potencial (ETP) media en la cuenca del ro Mauri est en el orden de 1100 a 1500 mm/ao. A lo largo del ro Desaguadero, la ETP medial anual es de 1300 a 1400 mm/ao, pero en algunos sectores de la cuenca de este ro alcanza valores de 1800 mm/ao.


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De acuerdo al ALT (2001), por debajo de los 4500 m, la cuenca presenta una vegetacin rala de pastos y arbustos altoandinos. Alrededor de varias cumbres existen bosques ralos de Polylepis. En varios sectores los afloramientos rocosos son el paisaje predominante. Un tipo de vegetacin caracterstico y de gran importancia, a pesar de que ocupa menos del 2% de la superficie de la cuenca del ro Mauri, son los bofedales. Un bofedal es un humedal de altura, ecosistema presente en zonas agroecolgicas de puna seca. Es considerado una pradera nativa poco extensa con humedad permanente, vegetacin siempre verde y de elevado potencial productivo (Alzrreca, 2001, citado por Flores, 2002). La importancia de este ecosistema radica en que posee vegetacin durante todo el ao por que son muy aprovechados por las comunidades campesinas de la zona, ya que se constituyen en la base de la ganadera de camlidos sudamericanos como las alpacas. Tambin representan zonas que albergan una variedad de aves, otros animales y especies vegetales tpicas del rea. 2.5 ASPECTOS SOCIOECONMICOS Adems de una baja densidad poblacional, la cuenca del ro Mauri presenta un bajo nivel de vida y de ingresos, muy inferiores al promedio de Bolivia y Per. Las tasas de crecimiento poblacional tambin han sido inferiores al promedio nacional e incluso negativas, como consecuencia de la migracin extra e interregional, que se increment con la ocurrencia de sequas como la del ao 1982-83 (ALT, 2003). Una evaluacin de los niveles de educacin y de la infraestructura de servicios ha identificado que: a) las tasas de analfabetismo en el rea rural continan siendo elevadas, a pesar de las significativas reducciones de los ltimos aos; b) la infraestructura de saneamiento bsico, energa y salud es insuficiente. La mayor parte de los hogares no cuenta con uno o varios servicios bsicos, especialmente en el rea rural (ALT, 2003). Las principales vas de acceso son la carretera La Paz Charaa en Bolivia y la carretera Tacna Capaso en Per. En el sector boliviano existen adems la denominada carretera La Paz TholaKollo Hito IV, que se une al tramo peruano para llegar a Tacna y el ferrocarril La Paz-Charaa-Arica, que no est en funcionamiento, aunque se proyecta una prxima rehabilitacin, al menos para transporte de carga. Existen caminos vecinales conectados a esas vas principales. La ganadera es la actividad que concentra a la mayor parte de la poblacin econmicamente activa. Por las limitaciones climticas (baja temperatura, heladas, sequas) la agricultura se reduce a superficies pequeas donde se cultiva papa amarga. La actividad ganadera se desarrolla aprovechando la presencia de bofedales. Se cra principalmente llamas, alpacas y ovinos. Una parte de la produccin pecuaria es procesada para elaborar quesos o lana y es vendida en las ferias rurales y ocasionalmente es llevada fuera de la regin. El comercio (particularmente el informal) represent tambin una importante actividad, especialmente en el sector de Charaa, aprovechando la condicin de triple frontera de la regin. Sin embargo, esta actividad ha disminuido en magnitud en aos recientes por diversos factores y muchos comerciantes se han trasladado a otros sectores fronterizos donde las condiciones son ms favorables.


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Las condiciones son diferentes en la cuenca del ro Desaguadero, donde existen extensos sistemas de riego que aprovechan las aguas de ese ro (y del ro Mauri) y donde existen sistemas de produccin agroindustrial relativamente desarrollados, mejor acceso a los centros urbanos de consumo y en general, una mejor infraestructura de transporte y comunicaciones.


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Captulo 3

TRATAMIENTO DE LA INFORMACIN HIDROMTRICA Como paso previo a la evaluacin de la oferta de agua, se hizo un anlisis de la red de observacin hidromtrica y se llev a cabo el tratamiento de la informacin de las estaciones bolivianas que forman parte de esa red, tareas que se describen en el presente captulo. Se presenta tambin el inventario de la informacin hidromtrica disponible en la cuenca del ro Mauri y Bajo Desaguadero y la metodologa que se utiliz para realizar el tratamiento de esa informacin. 3.1 RED DE ESTACIONES HIDROMTRICAS DE LA CUENCA DEL RO MAURI Y BAJO DESAGUADERO Se logr identificar un total de 20 estaciones hidromtricas, 17 de las cuales estn ubicadas en la cuenca del ro Mauri y 3 en la cuenca del Bajo Desaguadero. Once de las 20 estaciones estn ubicadas en la parte alta de la cuenca del ro Mauri, en territorio peruano. Tres estaciones se ubican en la parte alta de la cuenca del ro Caquena, en Chile. Bolivia administra tres estaciones situadas en la cuenca del ro Mauri y tres situadas a lo largo del ro Desaguadero. La tabla 6.1 muestra la ubicacin poltica, la cuenca y el ro donde estn ubicadas las estaciones. La tabla 6.2 muestra la ubicacin geogrfica, altitud y el tipo de registros hidromtricos que estuvieron disponibles para el presente estudio. La figura 6.1 muestra la ubicacin geogrfica de las estaciones y del punto de control de Kalachaca, as como la red hdrogrfica y los lmites del rea de estudio.

Tabla 3.1: Ubicacin poltica e hidrogrfica de las estaciones hidromtricas

No se dispuso de datos de la estacin Bocatoma Uchusuma, ubicada sobre el ro Uchusuma. Para las 10 estaciones peruanas restantes, se obtuvieron series de caudales medios, mximos y mnimos mensuales de la publicacin Informacin hidrolgica Cuenca ro Maure 2003,


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editada por el Proyecto Especial Tacna (PET) y el Instituto Nacional de Desarrollo (INADE) del Per. La informacin de las tres estaciones chilenas, tambin en forma de series de caudales medios mensuales, fue obtenida de la Direccin General de Aguas (DGA) de Chile

Tabla 3.2: Ubicacin geogrfica y registros disponibles en las estaciones hidromtricas

HDM=hidromtrica Tres de las 10 estaciones estn ubicadas sobre manantiales (Ojos de Copapujo) o sobre quebradas o ros pequeos (Mamuta 1 y Mamuta 2). Estas estaciones no fueron tratadas y los datos se presentan directamente en anexos. Adems en los registros del PET las estaciones de Mamuta 1 y 2 figuran con coordenadas geogrficas idnticas y errneas, porque no corresponden a ningn punto de la quebrada Mamuta. Las coordenadas de Mamuta 1 y 2 que figuran en la tabla 3.2 son una estimacin obtenida en base al SIG. La estacin Kovire Tnel mide los caudales que son derivados y trasvasados hacia la cuenca del Pacfico mediante el tnel Kovire, que empez a funcionar en 1996. La estacin Kovire Bofedal mide el caudal del ro Mauri en un punto situado ms abajo del punto de trasvase. Por tanto, la estacin Kovire Bofedal meda todo el caudal del Mauri hasta 1995. A partir de 1996 mide solamente el caudal remanente que queda en el ro despus de derivar el caudal por el tnel. Las coordenadas que figuran en la tabla 3.2 corresponden a la estacin Kovire Tnel, que se han repetido para Kovire Bofedal, con el error consiguiente. Durante el tratamiento y relleno de datos (captulo 6), las estaciones de Kovire Tnel y Kovire Bofedal se estudiaron como si fuesen una sola.


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Los datos peruanos y chilenos se encontraban en forma de tablas impresas, sin ninguna explicacin sobre la forma en que se obtuvieron o sobre su calidad y confiabilidad. Las dificultades con las que se tropez para conseguir informacin hidromtrica de la cuenca alta de los ros Mauri y Caquena, se deben en parte a que ese sector se encuentra en Per y Chile, pases que al parecer mantienen cierta reserva sobre datos hidrolgicos en cuencas fronterizas. Solamente en las seis estaciones bolivianas se dispuso de datos instantneos de aforos y cotas (lecturas de reglas limnimtricas), proporcionados por el Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI). Los aforos en la estacin de Abaroa Mauri se realizan con flotador. Se pueden procesar caudales si se dispone de aforos y de cotas para un mismo periodo. Por tanto, en esas estaciones se pudo establecer las curvas de descarga Q=f(H) y a partir de ah, las series de caudales instantneos. Con los caudales instantneos se pudo calcular los caudales diarios, medios mensuales y medios anuales. Todo este proceso se describe en el presente captulo.

Figura 3.1: La red de estaciones hidromtricas de la cuenca de los ros Mauri y Bajo Desaguadero

Fuente: Elaboracin propia Proyeccin: Coordenadas UTM, Datum: WGS 1984, Zona 19 Sur


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La densidad de la red hidromtrica de la cuenca del ro Mauri es de una estacin por cada 577 km2, un valor bueno segn las normas de la Organizacin Meteorolgica Mundial (OMM). La densidad es an mayor en la Cuenca Alta hasta la estacin Frontera: una estacin por cada 172 km2. Esa alta densidad refleja el inters de Per y Chile por contar con informacin suficiente para los proyectos de aprovechamiento de las aguas de esa cuenca. 3.1.1 Divisin en cuencas y morfometra La figura 6.2 muestra las 12 estaciones hidromtricas principales de la cuenca del ro Mauri y sus respectivas reas de aporte, a una escala ms detallada. Se muestran tambin la ubicacin de la estacin de Mamuta, el punto de control de Kalachaca y la red hdrica principal y secundaria. La divisin en subcuencas se realiz en base al modelo digital de elevaciones SRTM corregido y georeferenciado a nivel 2B (ajuste con cartas ligadas al Marco de Referencia Geocntrico Nacional, MARGEN). Se utilizaron cartas geogrficas escala 1:250,000 para Bolivia y Chile y 1:100,000 para Per. Figura 3.2: reas de aporte de las principales estaciones hidromtricas de la cuenca del

ro Mauri

Fuente: Elaboracin propia Proyeccin: Coordenadas UTM, Datum: WGS 1984, Zona 19 Sur


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La superficie y permetro, as como varios parmetros morfomtricos de cada subcuenca se muestran en la tabla 3.3. Para Mamuta y Ojos de Copapujo, los datos son preliminares, ya que no se cont con la ubicacin exacta de esos puntos. Adems Ojos de Copapujo es una vertiente cuya rea de aporte real probablemente no coincide con la superficial. Se observa que la pendiente es ms alta en las subcuencas de cabecera (Vilacota, Caquena nacimiento, Bocatoma Uchusuma). Al presentar un ndice de compacidad prximo a 1 y fuerte pendiente, la respuesta hidrolgica de esas subcuencas debera ser ms rpida y presentar crecidas de mayor magnitud relativa. La pendiente media del curso principal se obtuvo siguiendo el curso ms largo. Los ros principales de la cuenca del Mauri tienen una pendiente moderada. La pendiente media del ro Mauri hasta Calacoto es de 0.27% y del ro Caquena hasta Abaroa es de %. La densidad de drenaje y la longitud de flujo de superficie, si bien son parmetros cuyo valor depende de la escala de los mapas utilizados, permiten al menos una comparacin entre subcuencas trabajadas con la misma escala. Las subcuencas pequeas, destacan por su relativa densidad de drenaje mayor y por tanto corta longitud de flujo superficial. A continuacin se describen algunas caractersticas geogrficas de las estaciones y el punto de control de Kalachaca: VILACOTA. Con control fluviomtrico sobre el ro Quilvire, naciente del ro Mauri. Ubicada a 4470 msnm, al sureste de la localidad de Incuyo y al norte de la localidad Chincana y a unos 12 km aguas arriba de la Laguna Ancocota. Siguiendo el Curso Principal del ro se encuentra a 24 km aguas arriba de la estacin hidromtrica de Kovire. KOVIRE TUNEL. Con control fluviomtrico al inicio del tnel de trasvase del ro Mauri hacia una cuenca peruana al oeste. Est ubicada a 4392 msnm, a 5.5 km aguas abajo de la Laguna Tacata, y a 3.6 km al Oeste de la poblacin de Chilicolpa. Siguiendo el curso principal del ro se encuentra a 24 km aproximadamente aguas abajo de la estacin hidromtrica Vilacota y a 11 km de la estacin Kalachaca. KOVIRE BOFEDAL. Con control fluviomtrico al inicio del tnel de trasvase del ro Mauri hacia la cuenca peruana (oeste). Los principales aportes que recibe son los de la cuenca Vilacota (ro Quilvire), de la cuenca del ro Ancoaque y otros menores. Se encuentra aguas debajo de la toma y el tnel de Kovire siguiendo el curso principal del ro Mauri. KALACHACA. Punto de control sobre el ro Mauri donde se proyecta construir una toma. Ubicado a 4295 msnm, a 2.6 km al noroeste de la localidad de Incamoco, y a 4 km al este de la localidad de Samuta. Siguiendo el curso principal del ro est localizada a 11 km aguas abajo de la estacin Kovire y a 9 km aguas arriba de la estacin hidromtrica de Challapalca. CHALLAPALCA. Con control fluviomtrico sobre el ro Mauri. Ubicada a 4236 msnm, cerca de la poblacin Ancohuyo, a 1 km aguas arriba de la desembocadura del ro Chiliculo en el ro Mauri. Siguiendo el curso principal del ro est localizada a 9 km aguas abajo de la estacin Kalachaca y a 26 km aguas arriba de la estacin hidromtrica Chuapalca

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Tabla 3.3: Parmetros morfomtricos de la cuenca del Ro Mauri

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CHILICULCO. Con control fluviomtrico sobre el ro Chiliculco (afluente del ro Mauri por el margen izquierdo), recibe el aporte del ro Jihuana (naciente) y de otros cursos menores. Ubicada a 4384 msnm, a 1.5 km al suroeste de la localidad de Chila y a 2.5 km al Sureste de la localidad Pamputa. OJOS DE COPAPUJO. Con control fluviomtrico sobre la vertiente Copapujo, la cual desemboca sobre el ro Mauri a 5.5 km aguas abajo de la estacin hidromtrica Challapalca. Se localiza a 1.2 km al noreste de la localidad La Cueva y a 1.4 km al noroeste de la localidad de Chayullo. MAMUTA 1 Y 2. Con doble control hidromtrico sobre el ro Mamuta, debido probablemente a que aguas arriba de estas estaciones el ro se bifurca o se divide en dos, los cuales desembocan individualmente sobre el ro Mauri. Esta ubicada a 4230 msnm, a 2.5 km al noreste de la localidad Mamuta, a 1.3 km al suroeste de la poblacin de Chayullo y a 1.1 km al sureste de La Cueva. La desembocadura del primer curso de agua sobre el ro Mauri esta a 6.5 km aguas abajo de la estacin hidromtrica, y la desembocadura del segundo ro a 0.3 km aguas abajo del anterior. CHUAPALCA. Con control fluviomtrico sobre el ro Mauri. La intercuenca definida por el tramo entre las estaciones hidromtricas Challapalca y Chuapalca, recibe aportes importantes por el margen derecho de los ros Kallapuma, Kao y otros menores. Por el margen izquierdo recibe el aporte de las cuencas de los ros Chiliculco, Parinakutha (Ancomarca) y otros menores. Est ubicada a 4172 msnm, a 1.2 km al norte de la poblacin Cruz de Vichuralla, a 2.4 km al suroeste de la localidad de Cruz del Calvario y a 5 km aguas debajo de la Laguna Pinahue. Siguiendo el curso principal del ro est localizada a 26 km aguas abajo de la estacin Challapalca y a 36 km aguas arriba de la estacin hidromtrica Frontera. FRONTERA. Con control fluviomtrico sobre el ro Mauri. Ubicada a 4059 msnm, a 0.8 km aguas arriba de la desembocadura del ro CusiCusi en el ro Mauri, a 3.3 km al norte de la poblacin Azangallane,y a 2.8 km al sureste de de la poblacin Cueva. Siguiendo el curso principal del ro est localizada a 36 km aguas abajo de la estacin Chuapalca y tambin a 36 km aguas arriba de la estacin hidromtrica Abaroa Mauri. CAQUENA NACIMIENTO. Con control fluviomtrico sobre el ro Caquena, controla el aporte de la cuenca naciente del ro Caquena. Ubicada a 4410 msnm. Siguiendo el Curso Principal del ro se encuentra a 9.5 km aguas arriba de la desembocadura del ro Colcapagua en el ro Caquena y a 13 km aguas arriba de la estacin hidromtrica de Caquena Vertedero. COLCAPAGUA. Con control fluviomtrico sobre el ro Colcapagua (afluente del ro Caquena por el margen izquierdo). Ubicada a 4289 msnm. Se localiza a 1.3 km aguas arriba de la desembocadura del ro Colcapagua en el ro Caquenay a aproximadamente 4 km aguas arriba de la estacin hidromtrica Caquena Vertedero. CAQUENA VERTEDERO. Con control fluviomtrico sobre el ro Caquena. Ubicada a 4251 msnm, a suroeste del cerro Alachala, a 2.3 km al suroeste de la poblacin Guailla, y a 6 km al sureste de la localidad de Tacata. Siguiendo el curso principal del ro se encuentra a 71 km aguas arriba de la estacin hidromtrica de Abaroa Caquena.

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BOCATOMA UCHUSUMA. Con control fluviomtrico sobre el ro Uchusuma. Ubicada a 4257 msnm, a 0.8 km al este de la localidad de Uchusuma y a 1.20 km de la poblacin de Churuyu. Siguiendo el curso principal del ro se encuentra a 15 km aguas abajo de la Laguna Paucarany, a 55 km aguas arriba de la estacin hidromtrica de Abaroa Caquena, siguiendo desde esta estacin 13 km por el curso principal del ro Casapa hasta el punto de confluencia del ro Putani, continuando 10 km por este ltimo hacia aguas arriba hasta la confluencia con el ro Uchusuma, recorriendo por este 32 km hacia aguas arriba. ABAROA CAQUENA. Con control fluviomtrico sobre el ro Casapa (Cosapilla). Ubicada a 3960 msnm, a 1.3 km de distancia de la estacin Abaroa Mauri y a 1 km de la confluencia del ro Casapa con el ro Mauri. Se localiza a 1 km al oeste de la localidad Eduardo Abaroa. La intercuenca definida por las estaciones hidromtricas de Abaroa Caquena y Caquena Vertedero, tiene aportes importantes de sus afluentes. Por el margen izquierdo de los ros Putani, Cano y otros menores. Por el margen derecho recibe el aporte de los ros Kalasaraya, Colque Uma, Chuma, Taquimalo, Tiquihari y otros menores. ABAROA MAURI. Con control fluviomtrico sobre el ro Mauri. Ubicada a 3957 msnm, a 1.3 km de distancia de la estacin Abaroa Caquena y a 0.4 km aguas abajo de la confluencia del ro Casapa con el ro Mauri. Se localiza a 1 km al oeste de la localidad Eduardo Abaroa. La intercuenca definida por las estaciones hidromtricas de Abaroa Mauri, Abaroa Caquena y Frontera, tiene aportes importantes de sus afluentes. Los aportes por el margen derecho del ro Mauri son menores, mientras que los del margen izquierdo son de mayor magnitud, como los del ro CusiCusini, Liman y otros menores. CALACOTO. Con control hidromtrico sobre el ro Mauri. Ubicada a 3797 msnm, a 4.6 km aguas arriba del punto de desembocadura del ro Mauri en el ro Desaguadero. Se localiza a 2.3 km al sur de la localidad de Calacoto. La intercuenca definida por las estaciones hidromtricas de Abaroa Mauri y Calacoto, tiene aportes importantes de sus afluentes. Los aportes por el margen derecho del ro Mauri son de los ros Tres Arcos, Llanqueri, Villca Palca, Tambo Quemado, Chaullani, Jachchapata, Putiri, Muru Aramaya, Mallou Chusi y otros menores; Por el margen izquierdo los ros que aportan al cauce principal del ro Mauri son los ros Marcoma, Visacachani, Kankavi, Nasani y otros menores. 3.2 METODOLOGA PARA EL ANLISIS Y TRATAMIENTO DE LA INFORMACIN HIDROMTRICA La metodologa general adoptada para construir series de caudales mensuales en las seis estaciones bolivianas ha consistido primero en obtener, en lo posible, series de lecturas de escala o cotas y series de aforos completas y confiables a nivel instantneo, y segundo en elaborar curvas de calibracin (gasto) a partir de los aforos disponibles. Estas series de cotas fueron traducidas en series de caudales instantneos mediante las curvas de descarga. Con los caudales instantneos se obtuvo caudales diarios, medios mensuales y medios anuales. La metodologa fue aplicada a cada estacin, desde aguas abajo hacia aguas arriba, segn los siguientes pasos:

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1. Primer anlisis y eliminacin de errores groseros (series de cotas y de aforos). 2. Anlisis, crtica y relleno de las series de cotas (a nivel diario) por correlacin lineal a

partir de las estaciones vecinas. 3. Elaboracin de curvas de descarga H-Q cuando sea posible, incluyendo el ajuste por

varios mtodos (comparaciones, correlaciones, etc.). 4. Traduccin de las series de cotas instantneas en series de caudales instantneos. 5. Clculo de las series de caudales diarios, medios mensuales y medios anuales a partir

de las series de cotas criticadas y de las curvas de calibracin. 6. Anlisis de consistencia de los caudales medios anuales y mensuales. 7. Correccin y relleno de las series de caudales mensuales.

La principal herramienta usada para el anlisis y crtica de los datos hidromtricos ha sido el programa Hydraccess. Este programa fue desarrollado por el Ing. Philippe Vauchel del Instituto Francs de Investigacin para el Desarrollo (IRD) a fin de ayudar al hidrlogo a hacer el tratamiento de la informacin hidrolgica e hidromtrica recolectada en campo. Fue desarrollado en Visual Basic usando como plataforma Microsoft Access. Este programa fue escogido para el estudio, porque adems de manejar un banco de datos, ofrece muchas herramientas que permiten hacer el anlisis, crtica y tratamiento de la informacin. Para hidrometra Hydraccess permite:

Almacenar caractersticas de estaciones (ubicacin, cuenca, ro, administrador, informe histrico, inventario de datos disponibles, etc.)

Almacenar para cada estacin datos instantneos, diarios y mensuales de cotas, aforos y caudales, y exportarlos a Excel

Calcular datos diarios, mensuales y anuales a partir de datos instantneos (con el mtodo de los trapecios)

Exportar a Excel los aforos, a partir de los cuales tambin se pueden elaborar curvas de calibracin

Utilizar las curvas de calibracin para traducir las cotas en caudales Hydraccess cuenta con utilitarios para hacer un tratamiento avanzado de la informacin. Se destacan los siguientes:

PROCESAMIENTO DE AFOROS, que permite calcular el caudal del aforo a partir de las hojas del observador. Este fue utilizado para introducir los datos de aforos que todava no figuraban en la base de datos.

CALIBRA (Incluido en la nueva versin), permite trazar curvas de calibracin a partir

de una serie de datos de aforos de una estacin hidromtrica pertenecientes a una base de datos hydracces. Entre sus opciones, Calibra permite visualizar simultneamente los grficos cronolgicos de cotas y caudales

CORMUL, que permite hacer correlaciones por regresin lineal, sea simple, mltiple o

con propagacin entre datos de 2 o ms estaciones. Este programa permite evaluar la calidad de los datos y rellenar series de datos con lagunas de periodos cortos, a partir de los valores de estaciones vecinas.

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VECTOR REGIONAL, que permite realizar el anlisis de consistencia de los caudales

medios anuales y medios mensuales. El anlisis de consistencia permite averiguar la calidad de los datos procesados haciendo la sntesis de toda la informacin disponible.

3.2.1 Anlisis de la informacin hidromtrica bsica El anlisis se realiz sobre los datos proporcionados por SENAMHI (cotas, aforos, eventualmente curvas de calibracin ya realizadas), en su forma original: planillas de terreno, datos digitalizados, etc. Se verific que los datos existentes estuviesen en la base de datos del SENAMHI (periodo de las planillas =periodo de observacin de los captores de la base). En caso contrario, se introdujeron los datos faltantes en Hydraccess. La figura 3.3 muestra, mediante un diagrama de barras, los periodos de registro de cotas (niveles de la superficie de agua medidos en reglas o escalas), en las seis estaciones hidromtricas bolivianas. La estacin con los registros ms antiguos (noviembre 1963) es Calacoto Desaguadero. SENAMHI proporcion datos hasta noviembre 2005. Se trazaron limnigramas para donde se identificaron lagunas y errores graves en las series de cotas. Los limnigramas son grficos que se elaboran trazando en el eje de las abscisas el tiempo y en el eje de las ordenadas las lecturas de escala de la superficie del agua. El anlisis de los limnigramas de una o varias estaciones de la cuenca permiti identificar errores groseros como los errores de tecleo, como por ejemplo la adicin y/u omisin de una cifra (1058 en vez de 108), o una coma desplazada (13,5246 en vez de 135,246)) o errores de unidades (i.e conversin de unidades no realizada de metros a centmetros).

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Figura 3.3: Periodo de registro de cotas limnimtricas en las estaciones bolivianas

Fuente: Elaboracin propia en base a datos de SENAMHI 3.2.2 Anlisis de las series de cotas Se identificaron lagunas (periodos sin registros) en la serie de cotas, as como interpolaciones excesivas o dudosas. Para tener series de cotas instantneas lo ms completas posible se llev a cabo las siguientes tareas:

Comparacin de la serie de cotas de la estacin con las series de cotas instantneas de las otras estaciones de la cuenca para interpolar cotas de algunos das cuando tiene sentido (poca seca).

Relleno de las lagunas cortas (algunos das) por correlacin con las cotas diarias de las estaciones vecinas (con el utilitario Cormul)

3.2.3 Elaboracin de curvas de descarga a partir de aforos Existen tres factores fsicos que afectan la evolucin temporal de las curvas de descarga en una seccin hidromtrica: naturaleza del lecho, rgimen hidrolgico y condiciones hidrulicas del entorno ((ALT, 1999). Naturaleza de los lechos: La mayora de las estaciones de la cuenca estn ubicadas sobre cauces de ro compuestos por material aluvial medio a fino (arenas y limos). Por tanto los lechos son mviles y las secciones varan en el tiempo. Rgimen hidrolgico: El rgimen pluviomtrico del Altiplano se caracteriza por una estacin lluviosa muy marcada en verano de solamente cuatro meses de duracin y otra seca en

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invierno. El rgimen hidrolgico sigue ese patrn, con caudales que pueden llegar a ser muy altos en la estacin hmeda y muy bajos en la estacin seca. Este carcter marcadamente estacional, unido a la naturaleza de los lechos, provoca que los lechos sean muy dinmicos respondiendo a las variaciones del caudal en el tiempo. Consecuentemente, las curvas de descarga pueden variar no solamente de ao en ao, sino de un mes a otro e incluso, despus de cada crecida importante (figura 3.4).

Figura 3.4: Cambio de seccin y efecto sobre curvas de descarga

Fuente: Aguilar y Malbrunot, 2006 Condiciones hidrulicas en el entorno: Se da especialmente cuando la estacin se ve afectada por las condiciones aguas abajo, por ejemplo cuando el nivel del agua en el ro principal influye sobre el nivel del agua en el afluente donde se encuentra la estacin. Adems de estos factores, pueden existir errores en el procesamiento de los aforos y errores groseros. Con las funciones Hydraccess de visualizacin en Excel puede identificarse rpidamente los periodos sin aforos, verificar que la serie de aforos siga la serie de cotas instantneas e identificar los periodos de calibracin homognea, es decir aquellos en los cuales los aforos (en orden cronolgico), podan pertenecer a una misma curva de calibracin. Para cada periodo de calibracin homogneo identificado se ajust con Excel una curva de tendencia potencial o polinomial de grado 2. La ecuacin ms utilizada fue:

En donde Q es el caudal, H el nivel o cota, Ho el nivel al cual el caudal es igual a 0 y a y b son las constantes de la curva de descarga. Esta expresin puede ser expresada grficamente ploteando aritmtica o logartmicamente los valores de niveles y caudales. Los mejores valores de a y b son obtenidos por el mtodo de mnimos cuadrados. Por experiencias basadas en cauces naturales se observa que normalmente el coeficiente b toma valores en el rango

. De acuerdo a la geometra del cauce de la seccin, estos coeficientes a y b no necesariamente son constantes para todo el rango de niveles. Por ejemplo existen cauces en donde a

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determinado nivel se produce un ensanchamiento brusco. En algunas secciones la relacin que existe entre nivel y caudal cambia segn que el caudal del ro est aumentando o disminuyendo, lo que se conoce como histresis. Frecuentemente fue necesario dibujar muchas curvas de calibracin, incluso para un mismo ao, estacin o mes, lo que se debe a los factores fsicos mencionados anteriormente y en algn caso a la probable inestabilidad de las escalas limnimtricas. Cuando las escalas no se encuentran firmemente instaladas, pueden caerse en ocasin de una crecida fuerte, y en este caso, el observador hace sus lecturas en forma imprecisa, o a partir de una regla mal referenciada. Para las estaciones estudiadas, la mayora de los aforos disponibles correspondan a aforos de aguas bajas o medias. Prcticamente no se dispuso de aforos en aguas altas y se tuvo que realizar extrapolaciones. Se realiz un anlisis haciendo comparaciones entre los caudales instantneos de cada estacin y de sus vecinas y realizando correlaciones lineales simples y mltiples sobre los caudales diarios de las estaciones hidromtricas. Las curvas elaboradas no deben cruzarse y deben converger o ser paralelas en su parte alta. Si una descalibracin se debe a una modificacin del lecho del cauce, afectar generalmente ms los caudales bajos que los caudales altos, para los cuales la modificacin de la seccin tendr poco impacto sobre la parte alta de la curva, por lo tanto ser conveniente trazar curvas que converjan en la parte alta. Y si una descalibracin se debe a un cambio de nivel de la escala, la nueva curva debe deducirse de la precedente por una simple traslacin. 3.2.4 Clculo de caudales Una vez analizadas, corregidas y rellenadas las series de cotas y las curvas de descarga ajustadas, se realiz la traduccin final de las series de cotas instantneas en series de caudales instantneos para cada estacin. Luego se calcularon las series de caudales diarios a partir de los instantneos y las series de caudales mensuales de los diarios.

3.2.5 Anlisis de consistencia Una vez obtenidos los caudales diarios, mensuales y anuales, se sometieron a un anlisis de consistencia, usando el mtodo del Vector Regional. Este mtodo (descrito en el captulo 4) se aplic al conjunto de las estaciones, incluyendo las de Per y Chile, a nivel anual y mensual. Una vez calculado el vector regional (anual o mensual) se lo pudo comparar con los ndices de cada una de las estaciones, e identificar en cada estacin aos y/o meses con problemas. Las primeras series de ndices muestran generalmente mucha dispersin, con evidentes problemas de calidad de datos en algunas estaciones. Para mejorarlas, se realiz el anlisis estacin por estacin, generalmente de aguas abajo hacia aguas arriba. Para cada estacin, se volvi a la informacin bsica que presentaba datos aparentemente de mala calidad y se corrigi mediante el anlisis de correlaciones lineales. En algunos casos, fue necesario cambiar la curva de descarga aplicada inicialmente. Una vez corregidos todos esos datos, es necesario volver a obtener los caudales anuales y mensuales, volver a calcular un nuevo vector regional mejorado y las nuevas series de ndices. Entonces se poda pasar a la

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siguiente estacin hasta que todas fueron revisadas. Al final, se lleg a obtener el vector regional final anual (o mensual) completamente corregido del juego de estaciones.

3.2.6 Relleno y completado de las series de caudales mensuales Con la meta de tener el mayor numero de aos hidrolgicos completos, se rellen las series de caudales mensuales por correlaciones lineales simples y mltiples entre estaciones prximas, aplicando el utilitario CORMUL de Hydraccess. Para las seis estaciones bolivianas se obtuvieron series rellenadas para todo el periodo 1965-2005. Las series rellenadas se almacenaron como un captor particular en la base de datos. Las series rellenadas deben ser consistentes y tener el mismo comportamiento que las series histricas. Para verificar la consistencia se aplic nuevamente el vector regional a las series rellenadas y para verificar el comportamiento un anlisis estadstico a la serie histrica y rellenada de cada estacin. Las figuras 3.5, 3.6 y 3.7 muestran los valores medios mensuales de las series histricas y rellenadas, en tres estaciones bolivianas de la cuenca. Se observa que los promedios mensuales rellenados e histricos siguen la misma tendencia, aunque difieran ligeramente en magnitud, como era de esperar.

Figura 3.5: Caudales promedio mensuales rellenados e histricos, estacin Abaroa Caquena

Fuente: Elaboracin propia Figura 3.6: Caudales promedio mensuales rellenados e histricos, estacin Abaroa Mauri

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Figura 3.7: Caudales promedio mensuales rellenados e histricos, estacin Calacoto Mauri

Fuente: Elaboracin propia

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3.3 RESULTADOS La figura 3.8 muestra los periodos para los que se obtuvo o dispuso de caudales histricos en cada una de las estaciones de la cuenca de los ros Mauri y Bajo Desaguadero. La tabla 3.4 muestra los caudales medios mensuales y anuales correspondientes a las series histricas. Las series mensuales histricas por estacin se encuentran en el anexo A. Las series instantneas y diarias de las estaciones de Abaroa Mauri, Abaroa Caquena, Calacoto Mauri, Calacoto Desaguadero, Ulloma y Chuquia se encuentran en la base de datos Hydraccess.

Figura 3.8: Periodo de registro de caudales en las estaciones de las cuencas de los ros Mauri y Desaguadero

Fuente: Elaboracin propia en base a datos de SENAMHI, PET-Per y DGA-Chile Al basarse en registros, las series histricas incluyen todas las posibles alteraciones producidas por las extracciones aguas arriba de la estacin correspondiente. Esto es particularmente importante en las estaciones de la cuenca del ro Caquena, donde existe una gran cantidad de tomas para riego de bofedales y donde adems estn situadas las tomas y pozos de donde se trasvasa las aguas de la cuenca del ro Uchusuma hacia Tacna. Por otro lado, al corresponder a periodos diferentes, los caudales de la tabla 3.4 no son comparables entre s ni se pueden usar directamente para determinar lminas medias de escurrimiento o caudales especficos. De todas maneras las series mensuales histricas evidencian el particular comportamiento hidrolgico de algunos ros de la cuenca. Por ejemplo, en la estacin Abaroa sobre el ro Caquena, se observa un segundo mximo (pico) en junio-agosto, aunque de magnitud menor que el de poca de lluvias. Este pico se observa tambin en la estacin chilena de Caquena Vertedero, situada aguas arriba, lo que apoya la suposicin de que es un comportamiento real y no producto de problemas o errores en los registros.

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Similarmente, se observa que en todas las estaciones situadas sobre el ro Mauri, el caudal se mantiene casi constante entre mayo y agosto, para decrecer luego gradualmente hasta octubre. En general, el caudal base de los ros de la cuenca es relativamente alto, lo que evidencia que los acuferos son importantes. Por otro lado, la escasa variacin del caudal intermensual e interanual en alguna estacin como la de Caquena Nacimiento, es una consecuencia probable de la presencia de glaciares y lagunas glaciares (los de Parinacota) que ocupan una superficie relativamente importante de esa microcuenca y que actan como reguladores del rgimen hidrolgico. Los datos de la tabla 3.4 muestran que entre las estaciones de Vilacota, situada en las cabeceras del ro Mauri y la estacin consecutiva de Kovire, existe un retraso de un mes en el hidrograma de la poca lluviosa. El caudal mximo medio mensual en Vilacota ocurre en febrero y en Kovire en marzo. Este retraso se atribuye al efecto hidrodinmico de la laguna de Vilacota, situada entre las dos estaciones.

IHH Estudio Hidrolgico y de Recursos Hdricos

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Tabla 3.4: Caudales medios mensuales histricos (m3/s) en estaciones de la cuenca de los ros Mauri y Bajo Desaguadero

Fuente: Elaboracin propia en base a datos de SENAMHI, PET-Per y DGA-Chile


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Captulo 4 ANLISIS DE LA PRECIPITACIN

4.1 CARACTERIZACIN REGIONAL El rgimen hidrolgico est ante todo determinado por la variacin en tiempo y espacio de la precipitacin, que a su vez est fuertemente influenciada por la circulacin atmosfrica, tanto global como regional. Las lluvias sobre el Altiplano son de origen atlntico-amaznico, lo que ha sido confirmado por estudios isotpicos (Chaffaut, 1998). Al mismo tiempo se encontr que en las cuencas costeras al oeste de la cordillera Occidental, la mayor parte de la precipitacin tiene su origen en el ocano Pacfico. Figura 4.1: Direccin de los vientos alisios en enero

El continente sudamericano se encuentra bajo la influencia de los sistemas de alta presin (anticiclones) del Atlntico, del Pacfico Sur y del Caribe. Entre los dos primeros se forma una zona de baja presin cerca del Ecuador, la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), que sigue el movimiento aparente del Sol. La diferencia de presiones combinada con la rotacin de la tierra se combinan para producir los vientos alisios, que traen la mayor parte de la humedad y las lluvias desde el este (Amazona y Atlntico). La cordillera de Los Andes acta como una barrera y desva los alisios de baja altitud (ver figura 4.1), por lo que las regiones situadas al oeste de la cadena montaosa, como el Altiplano y algunos valles interandinos reciben mucha menos lluvia que la planicie amaznica y los valles

nororientales. Durante el verano austral, la ZCIT oscila sobre la Amazona boliviana, donde su notable inflexin hacia el Sur extiende ampliamente las bajas presiones tropicales. Al mismo tiempo se forma sobre al Altiplano a gran altitud (la troposfera), un sistema de alta presin, conocido como la Alta de Bolivia. Tiene lugar entonces la estacin lluviosa. Durante el invierno austral, la ZCIT alcanza las Antillas y los anticiclones meridionales retornan a sus latitudes ms septentrionales. Es la estacin seca, caracterizada por una mayor estabilidad


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del aire y una menor disponibilidad de vapor de agua. Durante esta poca en la regin de estudio predominan vientos del oeste, muy secos (sin vapor precipitable). Estas condiciones son ocasionalmente interrumpidas por la irrupcin de frentes fros provenientes del sur, que provocan nevadas y lluvias invernales. Como consecuencia, la regin muestra un ciclo estacional muy marcado. En coincidencia con el movimiento de la ZCIT hacia el sur, ms del 70% de la precipitacin se produce durante el verano austral, de diciembre a marzo, cuando el aire hmedo proveniente de la Amazona ingresa al Altiplano y se descarga en forma de lluvias convectivas. 4.2 INFORMACIN PLUVIOMTRICA La figura 4.2 muestra la ubicacin geogrfica de las estaciones pluviomtricas usadas en el presente estudio, as como los lmites de cuencas y subcuencas. La figura 4.3 muestra a una escala ms detallada, las estaciones que estn dentro de la cuenca del ro Mauri- La tabla 4.1 muestra la ubicacin poltica, coordenadas geogrficas y parmetros registrados en cada una de las estaciones ubicadas en la cuenca del ro Mauri y la tabla 4.2 contiene los mismos datos para las estaciones de apoyo. La ltima columna indica el grupo regional al que pertenecen.

Figura 4.2: Ubicacin de estaciones pluviomtricas


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Fuente: Elaboracin propia (Proyeccin: UTM, Datum: WGS 1984 - Bolivia, Zona: 19 Sur

Figura 4.3: Ubicacin de estaciones pluviomtricas, Cuenca del ro Mauri

Fuente: Elaboracin propia (Proyeccin: UTM, Datum: WGS 1984 - Bolivia, Zona: 19 Sur

Tabla 4.1: Estaciones meteorolgicas de la cuenca del Ro Mauri

Fuente: Elaboracin propia en base a datos de SENAMHI-Bolivia, PET-Per y DGA-Chile


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Tabla 4.2: Estaciones meteorolgicas de apoyo

(Cuencas del Ro Desaguadero, Lago Titicaca, Salar de Coipasa y Lago Poop)

(Fuente: Elaboracin propia, en base a datos de SENAMHI-Bolivia, PET-SENAMHI-Per y DIRECCIN DE AGUAS-Chile)


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La tabla 4.3 muestra los diagramas de barras para los registros pluviomtricos de las estaciones dentro de la cuenca del Mauri, para el periodo 1960-2003. La tabla 4.4 contiene la misma informacin para las estaciones de apoyo. Las tablas est ordenada en orden alfabtico, con el mismo orden de las tablas tabla 4.1. y 4.2. Se observa que muy pocas estaciones disponen de registros continuos y completos para todo el periodo.

Tabla 4.3: Diagrama de barras de registros pluviomtricos de la cuenca del ro Mauri

(Fuente: Elaboracin propia en base a datos de SENAMHI-Bolivia, PET-Per y DGA-Chile)


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Tabla 4.4: Diagrama de barras de registros pluviomtricos - estaciones de apoyo

Fuente: Elaboracin propia en base a datos de SENAMHI-Bolivia, PET-Per y DGA-Chile


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La figura 4.4 muestra el nmero de estaciones con datos disponibles (reconstituidos y rellenados) para cada ao del periodo de estudio, en la cuenca del ro Mauri y la figura 4.5 para las estaciones de apoyo. Estas figuras permiten identificar los periodos con mayor nmero de estaciones activas o con ms registros pluviomtricos. Se observa que entre 1975 y 2002 se tuvieron entre 8 y 11 estaciones activas dentro la cuenca del ro Mauri. Para las estaciones de apoyo el periodo con mayor nmero de estaciones activas fue el de 1975 a 1996, cuando funcionaron entre 35 y 47 estaciones.

Figura 4.4: Nmero de estaciones con datos disponibles, cuenca del Ro Mauri (1960-

2005)

(Fuente: Elaboracin propia, en base a datos de SENAMHI-Bolivia, PET-SENAMHI-Per y DIRECCIN DE AGUAS-Chile)

Figura 4.5: Nmero de estaciones con datos disponibles, estaciones de apoyo (1960-2005)


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4.3 ANALISIS DE CALIDAD Y TRATAMIENTO DE LA INFORMACION Segn UNESCO (1982), los errores en la medicin de la precipitacin se pueden agrupar en dos tipos bsicos:

error en la medida puntual error en la evaluacin espacial

Una gran parte de los posibles errores son intrnsecos a la medicin y por tanto inevitables. Ese es el caso de los errores debidos al instrumento de medicin y al efecto aerodinmico en las trayectorias de las partculas causado por el instrumento, que caen en el primer tipo, junto con los errores debido a la operacin y ubicacin. En forma general, el error en la estimacin de la precipitacin espacial (por ejemplo una subcuenca), se puede descomponer en:

PC = P + PG + PF Donde:

PC = Error en la evaluacin de la precipitacin espacial P = Error en la medida de la precipitacin puntual PG = Error por no ser suficientemente representativa la precipitacin puntual

de la zona que representa, que puede ser muy grande si la densidad de la red es muy pequea

PF = Error en la precipitacin de las zonas altas de montaa donde no hay instrumentos y es necesario estimarla a partir de extrapolaciones de lo que ocurre en las zonas ms bajas (perfil pluviomtrico)

Para obtener la mejor estimacin posible de la precipitacin, tanto a nivel espacial como temporal, se realiz un anlisis en tres etapas:

Anlisis de consistencia, homogenizacin y regionalizacin de la precipitacin Relleno de series mensuales mediante correlacin Estimacin de la precipitacin espacial por cuencas y subcuencas

A continuacin se describe cada una de esas etapas, que comprende a su vez varios subprocesos. Paralelamente se presenta una sntesis de los resultados obtenidos en cada etapa. 4.3.1 Anlisis de consistencia, homogenizacin y regionalizacin de la precipitacin Esta etapa es la que define la calidad de los datos y su consistencia. Los resultados que se obtienen son la identificacin de las estaciones con datos consistentes y confiables y de los grupos regionales que presentan un comportamiento homogneo. La principal herramienta utilizada para esta etapa es el vector regional.

Vector regional Basado en los mismos principios del mtodo de la curva doble acumulada, el mtodo del Vector Regional crea un vector de ndices anuales de precipitacin en base a una serie


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cronolgica de precipitaciones anuales ficticias, correspondientes a una estacin igualmente ficticia. El vector de ndices toma en cuenta los efectos de la tendencia de las series, y los pseudo-ciclos de la zona o regin climtica que afectan a cada una de las estaciones, verificando de esta manera la homogeneidad temporal de las series. El vector de ndices anuales verifica igualmente la homogeneidad espacial de series observadas en las estaciones pertenecientes a la misma zona climtica. El clculo de los ndices de precipitacin se basa en una matriz de observaciones compuesta de los registros de precipitacin anual de estaciones con n aos de registros con observaciones faltantes a ciertas estaciones en ciertos aos. Para cada estacin se calcula una media que cubre el juego de datos del perodo de estudio, y para todos los aos, se calcula un ndice que ser superior a 1 cuando el ao sea hmedo e inferior a 1 cuando el ao sea deficitario. El Vector Regional (VR) toma en cuenta la informacin de una regin que supuestamente es homognea climticamente (comportamiento temporal similar). El Vector Regional fue desarrollado y convertido en cdigo de programacin por investigadores del Institut du Recherche pour Development (IRD) de Francia. Recientemente (2004), fue incorporado al programa Hydraccess, que fue utilizado para el manejo de los datos hidrometeorolgicos del presente estudio.

Una vez estimado el VR por grupo la crtica de los datos se facilita grandemente, porque se puede entonces: Evaluar la calidad de los datos de una estacin y su pertenencia al grupo regional,

mediante diversos parmetros estadsticos (i.e. coeficiente de correlacin, error relativo, desviacin Standard) proporcionados por el programa del VR.

Comparar grficamente el comportamiento de las estaciones dentro de un grupo y entre

grupos, trazando, entre otras cosas, el vector regional del grupo, de las estaciones que lo componen, as como curvas doble acumuladas. Esto permite identificar rpidamente quiebres y datos anmalos.

La calidad del vector regional depende de la calidad de los datos de la entrada, aunque los algoritmos usados intentan minimizar la influencia de los datos errneos. El vector calcula a la salida "la contaminacin" por los errores que existen en los datos origen. Si se eliminan los datos incoherentes y se corrigen gradualmente los errores ms evidentes en los datos de entrada, se llegar a un vector regional de buena calidad. Cuando el VR es de calidad buena, se lo podra usar para reconstituir datos faltantes (lagunas), multiplicando el ndice regional de un ao por el valor medio de la precipitacin en esa estacin durante el perodo de estudio.

Antes de aplicar el programa se requiere del anlisis crtico de la informacin existente, entendindose por esto a la deteccin y exclusin de la matriz de aquellos datos incoherentes o no posibles, es decir que contengan errores groseros. A continuacin y con carcter preliminar, se forman grupos regionales grandes de estaciones pluviomtricas, tomando en cuenta su cercana, caractersticas fsicas y topogrficas, etc. La salida del programa contiene varios parmetros que evalan la calidad de los resultados. Se usaron principalmente los siguientes:


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El coeficiente de correlacin r del ndice con las estaciones (>0.70)

El valor de las desviaciones (que se deben mantener dentro de un margen de tolerancia)

Los lmites de confianza dentro de los que se deben mantener las series interanuales

del ndice del vector El anlisis de los resultados lleva a disminuir el tamao del grupo regional, identificar estaciones cuyos datos son inconsistentes y en caso extremo, eliminar aquellas estaciones con bajo coeficiente de correlacin y alta desviacin. En una etapa posterior, los datos reconstituidos en estaciones pertenecientes a un mismo grupo regional, deben mantener un comportamiento similar al de los datos originales, por lo cual es aconsejable aplicar el VR a los juegos de datos reconstituidos de cada grupo regional original. El anlisis de consistencia, aplicado a los registros de las estaciones usadas en el presente estudio, permiti definir 6 grupos regionales. El grupo 1 est formado exclusivamente por estaciones dentro de la cuenca del ro Mauri. Se caracterizaron adems 3 grupos regionales formados predominantemente por estaciones de apoyo y dos grupos regionales de estaciones de la cuenca del Bajo Desaguadero. Los resultados se muestran en la tabla 4.5 usando datos reconstituidos y rellenados, en forma de ndices obtenidos sobre los valores anuales del periodo 1960-2003, calculados respecto al ao hidrolgico adoptado: septiembre-agosto.

Tabla 4.5: Grupos regionales de precipitacin en la cuenca Mauri-Desaguadero


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La tabla 4.5 contiene informacin til para otras actividades del estudio. Por ejemplo, la columna de precipitacin media observada en mm corresponde al valor medio (Brunet Moret) de la precipitacin para los aos de registro (columna No aos). En cambio, la columna de precipitacin media calculada corresponde a la estimada con el promedio de los aos donde pudo evaluarse el vector regional del grupo. Es este ltimo valor el que se us para elaborar el mapa de isoyetas. La diferencia entre el valor observado y el calculado para estaciones con registros para todo el periodo, da una idea adicional de la homogeneidad del grupo regional. Idealmente esa diferencia debera ser nula o muy prxima a cero.

4.3.2 Relleno y reconstitucin estadstica de datos pluviomtricos

Los registros pluviomtricos frecuentemente muestran lagunas (periodos sin datos). Para obtener una base de uso comn y no perder la informacin de un ao debido a que se tengan algunos meses sin registro, es conveniente completar registros mensuales mediante relleno. Existen diversos procedimientos y criterios para realizar el relleno, entre los que se mencionan el uso de la media mensual histrica de la estacin y el de la distancia inversa. Para el presente estudio se ha utilizado la correlacin mltiple entre estaciones que en lo posible, pertenezcan al mismo grupo regional. Por consideraciones prcticas, en los casos de grupos con un nmero importante de estaciones, el relleno de una serie de datos de una estacin cualquiera se realizar tomando en cuenta a las estaciones geogrficamente ms cercanas, siempre y cuando esas estaciones tengan consistencia aceptable (segn el vector regional). Los criterios de relleno son los siguientes:

El relleno se realiza entre estaciones pertenecientes al mismo grupo regional. En caso de

que esto no sea posible, se deber realizar un cuidadoso anlisis para usar estaciones de otro grupo.

Se podr rellenar registros faltantes siempre que los mismos no superen periodos continuos

de 6 meses.

Las nuevas series rellenadas y/o ampliadas debern seguir el comportamiento original, lo que ser comprobado mediante la teora de decisiones y/o el Vector Regional, donde el comportamiento de los vectores de la serie rellenada deber seguir el de la serie original.

Para una mejor aplicacin del mtodo se vio por conveniente dividir al ao en tres estaciones, de acuerdo al comportamiento de la regin de estudio:

poca hmeda: Noviembre, Diciembre, Enero, Febrero, Marzo poca seca: Mayo, Junio, Julio, Agosto poca de transicin: Abril, Septiembre, Octubre

Varios programas estadsticos incluyen a la regresin mltiple entre sus herramientas y tienen adems diversos parmetros que permiten evaluar la bondad de ajuste, como el coeficiente de regresin (r2), de regresin corregida (r2 correg), error tpico de la estimacin y el estadstico F que indica si existe relacin lineal significativa entre la variable dependiente y el conjunto de variables independientes. El valor 0.00 indica un mximo nivel significativo de una serie de


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datos (de una estacin) en la regresin. Para el presente estudio se utiliz el mdulo de regresin mltiple del programa SPSS-Statistical Product and Service Solutions versin 11.5.1. Por criterio y experiencia, se aplic la regresin linear con imposicin en el origen, es decir que la ecuacin no tiene trmino independiente:

Y = 1 X1 + 2 X2 + ........ + n Xn La tabla 4.6 presenta valores medios mensuales y anuales de precipitacin para el periodo 1960-2003 en 13 estaciones de la cuenca del Mauri y la tabla 4.7 la precipitacin en las estaciones de apoyo de la cuenca del ro Desaguadero y adyacentes. Estos valores fueron obtenidos en base a las series corregidas, rellenadas y validadas segn los pasos anteriores. Las estaciones de las tabla 4.6 y 4.7 son por tanto importantes por su comportamiento homogneo y longitud de registro y servirn de base para clculos posteriores. Tabla 4.6: Precipitacin media mensual y anual (mm) en la cuenca del ro Mauri, 1960-

2003

Fuente: Elaboracin propia en base a resultados del Vector Regional Las figuras 4.6 y 4.7 muestran los pluviogramas medios mensuales de las estaciones de las tablas 4.6 y 4.7, respectivamente. Se observa en todos los casos una estacin lluviosa de diciembre a marzo y una estacin seca de mayo a octubre. En casi todos los casos, enero es el mes de mxima precipitacin y junio y julio son los de mnima. Las series completas de precipitacin para todas las estaciones usadas en el presente estudio fueron incorporadas a la base de datos Hydraccess. Se incluyeron tanto las series de datos originales como las series corregidas y completadas.


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Tabla 4.7: Precipitacin media mensual y anual (mm) en estaciones de apoyo, 1960-2003

Fuente: Elaboracin Propia en base a resultados del Vector Regional


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Figura 4.6: Pluviograma medio mensual de estaciones pluviomtricas de la cuenca del ro Mauri (periodo 1960-2003)

Fuente: Elaboracin propia en base a datos de SENAMHI-Bolivia, PET-SENAMHI-Per y Direccin de Aguas-Chile)

Figura 4.7: Pluviograma medio mensual de estaciones pluviomtricas de apoyo, 1960-

2003, cuencas del ro Desaguadero, Lago Titicaca, Salar de Coipasa y Lago Poopo)

Fuente: Elaboracin propia, en base a datos de SENAMHI-Bolivia y PET-SENAMHI-Per


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La figura 4.8 muestra el mapa de isoyetas anuales 1960-2003 para toda el rea de estudio y la 4.9 para la cuenca del ro Mauri. Ambos mapas fueron elaborados en base a los datos de las tablas 4.6 y 4.7 de estaciones de apoyo situadas fuera de la cuenca. Fue trabajado en ArcView con ajuste manual, tomando en cuenta la orografa y comportamiento regional. Se observa que la precipitacin se incrementa hacia el norte, donde en la zona prxima al lago Titicaca supera los 600 mm/ao. La precipitacin se reduce en direccin sur, alcanzando los valores mnimos del orden de 200-250 mm/ao hacia el suroeste y en direccin de la cuenca del lago/salar de Coipasa. A lo largo del ro Desaguadero desde su confluencia con el Mauri, la precipitacin est en el orden de 350-400 mm/ao.

Figura 4.8: Isoyetas anuales en la Cuenca del ro Desaguadero y Lago Poop, periodo 1960-2003

Fuente: Elaboracin propia ( Proyeccin: UTM, Datum: WGS 1984 - Bolivia, Zona:19 Sur) En la subcuenca del Mauri (figura 4.8) se observa que las cabeceras del ro Caquena (Tarapac-Chile) y Blanco (Bolivia) reciben precipitaciones del orden de 300 mm/ao. La parte media y baja a lo largo del curso del ro Mauri recibe precipitaciones entre 300 y 400 mm/ao. En las cabeceras del ro Mauri, en Per, la precipitacin llega a superar los presentan los 400 mm/ao.


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Figura 4.9: Mapa de isoyetas anuales en la cuenca del ro Mauri, periodo 1960-2003

Fuente: Elaboracin propia (Proyeccin: UTM, Datum: WGS 1984 - Bolivia, Zona:19 Sur) 4.4 EVALUACIN ESPACIAL DE LA PRECIPITACIN Para las etapas posteriores del estudio y en particular, para la modelacin, se requiere estimar la precipitacin por subcuencas, en forma de series mensuales para todo el periodo de anlisis. Para evaluar la precipitacin espacial sobre una superficie definida existen varios mtodos, empezando con el ms simple, que es la media aritmtica de los valores registrados en las estaciones en la subcuenca. Cada mtodo tiene limitaciones, especialmente en zonas montaosas, donde puede existir una gran variacin espacial de la precipitacin frente a una densidad insuficiente de la red pluviomtrica. Por consideraciones prcticas se us el mdulo Spatial de Hydraccess para el clculo de valores medios sobre una cuenca. Este mdulo incorpora los mtodos de media aritmtica, polgonos de Thiessen, inverso de la distancia y de Kriging. Este mdulo accede directamente a la base de datos y tiene una gran flexibilidad de clculo. Por ejemplo, para el mtodo de Thiessen calcula los coeficientes de peso de una manera dinmica, creando diversas


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combinaciones segn la disponibilidad simultnea de datos en las estaciones prximas, para todo el periodo de anlisis. As, cuando un usuario modifica las coordenadas de alguna estacin en Hydraccess se puede actualizar rpidamente la lluvia media sobre la cuenca. El mdulo Spatial tiene la posibilidad (entre otras) de importar un archivo ArcView (shapefile) que represente los lmites de la subcuenca y para el clculo espacial de la precipitacin, combinarlo con las coordenadas geogrficas de las estaciones que se encuentran en la base de datos. Existe tambin la posibilidad de seleccionar de esa base las estaciones que se van a utilizar. Considerando que la densidad relativa de la red pluviomtrica de la cuenca es relativamente buena y que no se observa una variacin espacial de la magnitud que se registra en los Yungas de La Paz y Cochabamba, se opt por el mtodo de Thiessen para el clculo de la precipitacin en las subcuencas del ro Mauri. La tabla 4.8 y la figura 4.9 muestran la precipitacin media mensual y anual para las subcuencas e intercuencas definidas previamente. Las series completas fueron incorporadas a la base de datos Hydraccess y utilizadas en las siguientes etapas del estudio.

Tabla 4.8: Precipitacin media mensual y anual en mm en subcuencas de la cuenca del ro Mauri, periodo 1960-2003

Fuente: Elaboracin propia en base a datos reconstituidos 1960-2003 La figura 4.10 presenta, mediante un diagrama de barras, la precipitacin media anual por subcuencas. Tal como era de esperar, las subcuencas de Vilacota y Chiliculco, situadas e

estudio hidrologia cuenca mauri desaguadero

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