Análisis de la respuesta hidrológica al cambio de cobertura a escala de tiempo intranual en cuencas de mesoescala localizadas en el piedemonte Andino-Amazónico

Abstract

Este estudio analizó la respuesta hidrológica de cuencas de mesoescala en el piedemonte AndinoAmazónico, específicamente en el departamento del Caquetá, Colombia, entre 2014 y 2023. Las cuencas evaluadas: río Bodoquero, río Hacha, río Fragua Chorroso, río Pescado, quebrada El Dedo y el Parque Nacional Natural Indi Wasi, enfrentan cambios en la cobertura del suelo, principalmente por deforestación y regeneración natural. El problema se centra en cómo estos cambios afectan la escorrentía a escala intranual, considerando que la pérdida de cobertura forestal podría incrementarla y la ganancia reducirla, con efectos modulados por el tamaño de la cuenca.This study analyzed the hydrological response of mesoscale watersheds in the Andean-Amazonian foothills of Colombia's Caquetá department between 2014 and 2023. The evaluated basins—the Bodoquero, Hacha, Fragua Chorroso, Pescado, and El Dedo rivers, as well as the Indi Wasi National Natural Park—are experiencing changes in land cover, primarily due to deforestation and natural regeneration. The focus is on how these changes affect runoff on an intranual scale, considering that loss of forest cover could increase runoff, while gain could reduce it, with these effects being modulated by the size of the watershed.Índice general Introducción .......................................................................................................................................1 Capítulo 1 Marco teórico o estado del arte .....................................................................................3 Capítulo 2 Objetivos ....................................................................................................................10 Capítulo 3 Metodología................................................................................................................11 Capítulo 4 Estudiar El Comportamiento Espacio Temporal De Variables Climatológicas Para Las Cuencas De Estudio .........................................................................................................................21 4.1. Área De Estudio ..................................................................................................................21 4.2. Recolección de información ................................................................................................22 4.2.1. Información hidroclimatológica. .....................................................................................22 4.3. Datos de reanálisis ERA5....................................................................................................23 4.4. Análisis de calidad, consistencia y validez ..........................................................................25 4.4.1. Procedimiento previo. .....................................................................................................25 4.4.2. Valores ausentes..............................................................................................................27 4.4.3. Datos atípicos..................................................................................................................29 4.4.4. Estimaciones caudales.....................................................................................................32 4.5. Estudio del comportamiento espacio temporal de variables climatológicas para las cuencas de estudio .........................................................................................................................................34 4.5.1. Humedad relativa. ...........................................................................................................34 4.5.2. Temperatura máxima. .....................................................................................................39 4.5.3. Temperatura mínima diaria. ............................................................................................42 4.5.4. Evapotranspiración potencial. .........................................................................................45 4.5.5. Precipitación total mensual. ............................................................................................48 4.6. Resultados...........................................................................................................................50 Capítulo 5 Analizar los procesos, mecanismos y componentes del ciclo hidrológico a escala de tiempo intranual. ..............................................................................................................................53 5.1. Cobertura de suelo cuencas de estudio ................................................................................53 5.1.1. Cobertura cuencas área de estudio. .................................................................................53 5.1.1.1. Análisis...................................................................................................................54 5.1.2. Cobertura de suelo cuenca 1 Rio Bodoquero. .................................................................56 5.1.2.1. Cobertura LULC (clase 9) v2. ................................................................................56 5.1.2.2. Cobertura Modis MCD12Q1.061. ..........................................................................57 5.1.2.3. Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)........................................60 5.1.3. Cobertura de suelo cuenca 2 río Hacha. ..........................................................................61 5.1.3.1. Cobertura LULC (clase 9) v2. ................................................................................61 5.1.3.2. Cobertura Modis MCD12Q1.061. ..........................................................................62 5.1.3.3. Integración y Comparación MODIS - LULC .........................................................64 5.1.3.4. Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)........................................65 5.1.4. Cobertura de suelo cuenca 3 río Fragua Chorroso...........................................................66 5.1.4.1. Cobertura LULC (clase 9) v2. ................................................................................66 5.1.4.2. Cobertura Modis MCD12Q1.061. ..........................................................................67 5.1.4.3. Comparación e Integración MODIS – LULC.........................................................69 5.1.4.4. Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)........................................70 5.1.5. Cobertura de suelo cuenca 4 río Pescado. .......................................................................71 5.1.5.1. Cobertura LULC (clase 9) v2. ................................................................................71 5.1.5.2. Cobertura Modis MCD12Q1.061 ...........................................................................72 5.1.5.3. Comparación entre LULC y MODIS......................................................................73 5.1.5.4. Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)........................................74 5.1.6. Cobertura de suelo cuenca 5 quebrada El Dedo ..............................................................75 5.1.6.1. Cobertura LULC (clase 9) v2 .................................................................................75 5.1.6.2. Cobertura Modis MCD12Q1.061. ..........................................................................76 5.1.6.3. Comparación entre LULC y MODIS......................................................................77 5.1.6.4. Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)........................................78 5.1.7. Cobertura de suelo cuenca 6 rio Fragua Chorroso (C. PNN Indi Wasi). .........................79 5.1.7.1. Cobertura LULC (clase 9) v2. ................................................................................79 5.1.7.2. Cobertura Modis MCD12Q1.061. ..........................................................................80 5.1.7.3. Comparación entre LULC y MODIS......................................................................81 5.1.7.4. Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI)........................................82 5.2. Análisis morfométrico.........................................................................................................83 5.3. Definición de las escalas características ..............................................................................85 5.3.1. Factores que Influyen en la Elección de Escalas.............................................................86 5.3.2. Resolución Temporal ......................................................................................................86 5.3.3. Resolución Espacial ........................................................................................................87 5.3.4. Integración con Cobertura del Suelo ...............................................................................88 5.4. Resultados...........................................................................................................................90 Capítulo 6 Analizar la relación entre la intensidad a la respuesta hidrológica y los cambios de cobertura a escala intranual. .............................................................................................................95 6.1. Construcción del modelo conceptual basado en el modelo de equilibrio hídrico dinámico .95 6.1.1. Modelo de equilibrio hídrico dinámico basado en el marco de Budyko..........................95 6.1.1.1. Fundamento teórico y ecuaciones del modelo ........................................................95 6.1.1.2. Ecuación de balance hídrico dinámico intranual basado en la ecuación de Greve ..99 6.2. Selección del criterio de desempeño..................................................................................103 6.2.1. Métricas de rendimiento del código. .............................................................................103 6.3. Métodos de optimización ..................................................................................................104 6.4. Calibración y validación....................................................................................................105 6.4.1. Cuenca Rio Bodoquero (aoi1x).....................................................................................107 6.4.1.1. Fu-Zhang, modelo BHD intranual - mensual........................................................107 6.4.1.2. Fu-Zhang, modelo BHD intranual - diario............................................................112 6.4.2. Cuenca Quebrada El Dedo (aoi5x)................................................................................115 6.4.2.1. Fu-Zhang, modelo BHD intranual – mensual.......................................................115 6.4.2.2. Fu-Zhang, modelo BHD intranual - diario............................................................120 6.4.3. Modelo de BHD intranual basado en Greve..................................................................122 6.5. Relación con la cobertura terrestre ....................................................................................123 6.5.1. Cuenca R. Bodoquero (AOI1).......................................................................................123 6.5.2. Cuenca R. Hacha (AOI2)..............................................................................................127 6.5.3. Cuenca R. Fragua Chorroso (AOI3)..............................................................................132 6.5.4. Cuenca R. Pescado (AOI4) ...........................................................................................136 6.5.5. Cuenca Q. El Dedo (AOI5)...........................................................................................140 6.5.6. Cuenca R. Fragua Chorroso (C. PNN Indi Wasi) (AOI6) .............................................144 6.6. Resultados.........................................................................................................................148 Conclusiones..................................................................................................................................152 Bibliografía ....................................................................................................................................156 Anexos...........................................................................................................................................160Tesis (Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Recursos Hidráulicos y Medio Ambiente)MaestríaMagíster en Ingeniería Civi