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ATLAS HIDROLÓGICO DE LAS CUENCAS CHIRA Y PIURA UBICADAS EN EL DEPARTAMENTO DE PIURA Ing. JULIA ACUÑA AZARTE, Ing. HECTOR VERA AREVALO, Ing. JORGE YERREN SUAREZ M.Sc. Ing. JUAN JULIO ORDOÑEZ GALVEZ Dirección General de Hidrología y Recursos Hídricos del SENAMHI

RESUMEN El Atlas Hidrológico de las cuencas: Chira (zona peruana) y Piura; ha sido desarrollado teniendo como base las variables del ciclo hidrológico, con la finalidad de caracterizar su distribución espacial y temporal representativa del periodo 19691999. Los datos analizados corresponden al Banco de Datos del SENAMHI. A esta información se le realizaron procesos de: consistencia, completado y extensión. Los métodos aplicados fueron: análisis de componentes principales con el fin de agrupar series homogéneas y la técnica de regionalización para extrapolar datos a lugares donde no se miden. Se analizó los gradientes de cada variable del ciclo hidrológico con el fin de conocer la variación de su intensidad en función de la altitud. Para el análisis de caudales se tomaron como referencia los medidos en la estación El Ciruelo y Pte. Piura así como para la elaboración de las curvas de duración y las curvas de frecuencias que representa la disponibilidad del caudal a 10%, 25%, 50%, 75% y 90% de probabilidad de ocurrencia. Los mapas de isolíneas fueron elaborados en el programa SURFER, éstas salidas fueron exportados en extensión SHP para obtener los valores areales en el programa ARCINFO y finalmente realizar su edición en ARCVIEW. Por otro lado, debido a la naturaleza de los datos hidrometeorológicos que frecuentemente son series heterogéneas en calidad y cantidad, de distribución espacial no idónea y de variabilidad temporal muy notable, además de la influencia del relieve que suele introducir variaciones difícilmente replicable, debe considerarse que los mapas han sido elaborados para contar con una información fiable y lo más completa posible representando patrones medios. SUMMARY The hydrologic Atlas of the basins: Peruvian zone Chira and Piura; has been developed having as it bases the variables of the hydrologic cycle, with the purpose to characterize his space and temporary distribution representative of the period 1969-1999. The analyzed data correspond to the Data bank of the SENAMHI, this information were made processes of: consistency, completed and extension. The applied methods were: analysis principals components with the purpose of grouping homogenous series and the regionalization technique to extrapolate data where they are not measure. One analyzed the gradients of each variable of the hydrologic cycle with the purpose of know the variation its intensity function on the altitude. For the analysis of runoff El Ciruelo and Piura bridge took themselves like reference measured in the station as well as for the elaboration of the duration curves and the curves of frequencies that the availabili ty of the runoff represents 10%, 25%, 50%, 75% and 90% of occurrence probability.

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The maps of isolines were elaborated in program SURFER these exits were exported in extension SHP to obtain the areales values in program ARCINFO and finally to make their edition in ARCVIEW. On the other hand, due to the nature of the data hydrometeorological that frequently are series heterogenous in quality and length, of nonsuitable space distribution and very remarkable variability temporary, to others of the influence of the relief that usually introduces variations hardly replicable, it must be considered that the maps have been developed to count on possible most complete the trustworthy information and representing average patterns. 1. INTRODUCCION La problemática del manejo del agua es compleja por su incidencia decisiva sobre los de más recursos naturales, la vida humana y sus actividades económicas y se traduce en su uso indiscriminado, ineficiente e ilegal, deforestación, erosión del suelo, sedimentación de los embalses y lechos de los ríos, contaminación de las aguas superficiales y subterráneas, carencia y deficiencia en la operación y mantenimiento de la infraestructura del riego y aunado a ello las reservas de agua no son infinitas, motivos por la que se acentúa la competencia de usos y conflictos entre los usuarios del agua constituyendo una limitante para el desarrollo sostenible de una cuenca hidrográfica. En este contexto, el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI), a través de la Dirección General de Hidrología viene elaborando el Atlas Hidrológicos de la vertiente del Pacifico con la finalidad de caracterizar el comportamiento de las variables del ciclo hidrológico sobre las 53 cuencas hidrográficas del Pacifico, estos documentos técnicos están diseñados para ser una fuente de datos hidrológicos al alcance de investigadores y planificadores con la finalidad de contribuir a las actividades de gestión integral del recurso agua. Por ello, en esta oportunidad se presenta el Atlas hidrológico de las cuencas de los ríos Chira y Piura, cabe mencionar que la cuenca del río Chinchipe y la cuenca del río Huancabamba, que desembocan en la vertiente del Atlántico también están comprendidos en el departamento de Piura. 2. OBJETIVOS ? Caracterizar la variabilidad espacial y temporal de las variables del ciclo hidrológico sobre las cuencas Chira y Piura a escala anual. ? Determinar los parámetros geomorfológicos a nivel de cuenca total y subcuencas comprendidas en Chira y Piura.

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3. MATERIALES Y METODOS 3.1 Descripción general del área de estudio La zona de estudio está ubicada en la parte norte del Perú, políticamente pertenece al departamento Piura y su cobertura espacial se extiende entre las coordenadas – 80º 59’ y –79º 24’ de longitud oeste; –3º 40’ y –5º 45’ de latitud sur. La cuenca del río Chira es binacional, la parte peruana abarca 11 502,1 km2 y forma parte de las provincias de Paita, Talara, Piura y Ayabaca ubicadas en el departamento de Piura. Asimismo la cuenca del río Piura comprende 12 220,7 km2, las mismas que se distribuyen entre 0 y 4 400 msnm. 3.2 Información utilizada Para realizar el presente estudio se utilizaron datos de precipitación, temperatura, horas de sol, humedad relativa, viento, evaporación y caudales, medidos en estacione s sobre las cuencas en estudio y cuencas vecinas, disponibles en el Banco de datos del SENAMHI. La red hidrometeorológica de análisis ubicada sobre las cuencas en estudio se indica en el Figura 1.

FIGURA 1. Red de estaciones analizadas

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3.3 METODOLOGÍA Para el presente estudio se ha utilizado las siguientes herramientas metodológicas: 3.3.1 Análisis de Componentes Principales (ACP) ADDINSOFT (2006) menciona que el análisis de componentes principales tiene como objetivo: dadas n observaciones de p variables, se analiza si es posible representar adecuadamente esta información con un número menor de nuevas variables construidas estas, como combinaciones lineales de las originales. Por ejemplo, si se tiene un grupo de variables altamente dependientes es frecuente que con un número pequeño de nuevas variables (menos del 20% de las originales) expliquen la mayor parte (más del 80%) de la variabilidad original. Mediante el ACP se pretende sintetizar un gran conjunto de datos, crear estructuras de interdependencia entre variables cuantitativas para crear unas nuevas variables que son función lineal de las originales y de las que podemos hacer una representación gráfica. 3.3.2 Análisis de Conglomerados o Cluster (AC) El AC no es más que un conjunto de técnicas que se utilizan para clasificar los objetos o casos en grupos relativamente homogéneos llamados conglomerados (clusters). Los objetos en cada grupo (conglomerado) tienden a ser similares entre sí (alta homogeneidad interna, dentro del cluster) y diferentes a los objetos de los otros grupos (alta heterogeneidad externa, ente clusters) con respecto a algún criterio de selección predeterminado. De este modo, si la clasificación es un éxito, los objetos dentro del cluster estarán muy cercanos unos de otros en la representación geométrica, y los clusters diferentes estarán muy apartados. 3.3.3 Parámetros geomorfológicos Los parámetros geomorfológicos pretenden cuantificar determinados rasgos de la superficie de la cuenca a través de índices y terminologías que el hidrólogo ha ideado para analizar las características físicas de la cuenca ya que estas particularidades juegan un papel condicionante en el régimen hidrológico. Los parámetros se determinan a través de expresiones matemáticas que se indican en el presente estudio. 3.3.4 Tratamiento de datos Comprende los procesos de consistencia, completado y extensión; para ello existen diferentes métodos y su elección depende de: a) las interrelaciones entre las variables, b) preferencias del investigador y c) la aplicación del principio de parsimonia, donde la simplicidad de la interpretación es un aspecto primario. Las técnicas empleadas para el tratamiento de datos parten de la hipótesis que las variables analizadas es un evento independiente, la cuenca permanece inalterada, y las técnicas de medición son idénticas. 4

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Para la consistencia se realizó el análisis de doble masa, que consiste en determinar un patrón de variables anuales con el promedio de las variables anuales analizadas de un conjunto de series que se considera son las representativas El completado y relleno de datos se realizó tomando como base el análisis de consistencia anterior, es decir, nos basaremos en los registros de las estaciones cuya información es consistente u homogénea, utilizando las técnicas de regresión, el cual procura inferir una relación matemática entre una variable dependiente y una variable independiente. 3.3.5 Análisis de Gradientes Es un indicador de gran importancia que permite al especialista crearse una idea de cómo es la magnitud de las variables del ciclo hidrológico medidas dentro de las cuencas en estudio y cuencas vecinas, y su correlación con la altitud. 3.3.6 Análisis de la evapotranspiración de referencia (ETo) FAO (1998) menciona que la ETo en base al método de Penman-Monteith al cual se le ha incluido la resistencia a la superficie de la cubierta vegetal, y la determinación del balance de energía y el balance aerodinámico, es la recomendada para su evaluación y su expresión matemática de evaluación:

900 0 .408 * ?* (Rn ?G ) ??* * U 2 * (es ?ea ) T ? 273 ETo ? ???* (1 ?0.34 * U 2 ) Donde: Eto Rn G T U2 es ea es-ea ? G

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

Evapotranspiración de referencia (mm/ día) Radiación neta en la superficie (MJ/(m2* día)) Densidad de flujo de calor del suelo (MJ/(m2* día)) Temperatura media del aire a 2 m del suelo (oC) Velocidad el viento a 2 m sobre el suelo (m/s) Presión de vapor de saturación (kPa) Presión de vapor actual (kPa) Déficit de presión de vapor de saturación, kPa Pendiente de la curva de presión de vapor (kPa/ oC) Constante psicrométrica (kPa/ oC)

Por tanto la ETP se calcula con la siguiente expresión:

ETP ?K C * ETo Donde: KC ? Coeficiente de cultivo 3.3.7 Elaboración de mapas 5

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Los mapas fueron elaborados con la finalidad de representar las características climáticas de las variables del ciclo hidrológico, las isolíneas fueron obtenidas en el software SURFER, estas salidas se exportaron en extensión SHP para obtener los valores areales en ARCINFO para su edición final en ARCVIEW. 4. RESULTADOS 4.1 Parámetros geomorfológicos En la Tabla 1 se muestran los principales parámetros geomorfológicos que caracterizan a la parte peruana del Chira y cuenca total del Piura. TABLA 1. Parámetros geomorfológicos de la cuenca Chira y Piura

En la Figura 2 se muestra la representación gráfica del relieve medio de la cuenca Chira y Piura mostrando su ubicación de sus áreas parciales ubicadas por encima o por debajo de las diferentes cotas.

. FIGURA 2. Curvas hipsométricas de la cuenca Chira y Piura 4.2 Análisis espacial

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El análisis espacial de las variables del ciclo hidrológico en el tiempo y en el espacio que permitieron entender los procesos de variación de la humedad del suelo, recarga de acuíferos, régimen hidrológico y otros, se obtuvo a través de la representación de los patrones más resaltantes en los Mapas Pmed, Pmin, Pmax, Tmed, Tmin, Tmax, Hr, Vto, Hsol, Etp, Kc, Eto, Esc y Eva, en el que se aprecia la distribución espacial y temporal de la precipitación media, precipitación mínima, precipitación máxima, temperatura media, temperatura mínima, te mperatura máxima, humedad relativa, velocidad del viento, horas de sol, evapotranspiración de referencia, coeficiente de cultivo, evapotranspiración de cultivo, escurrimiento y evaporación respectivamente, sobre las cuencas Chira y Piura, cuyas características más resaltantes se indican a continuación: - La precipitación media areal en la cuenca de Chira y Piura fue 846,8 mm y 623,2 mm respectivamente. La precipitación mínima fluctuaron de 0 a 900 mm y la precipitación máxima de 0 a 3000 mm desde el litoral hasta la divisoria de aguas. - La temperatura media alcanzó valores de 16 a 24° C , la temperatura mínima registró fluctuaciones de 10 a 20° C y la temperatura máxima de 20 a 32° C. - La humedad relativa presentó variaciones de 70 a 84% - La velocidad del viento presentó fluctuaciones de 1.0 a 5.0 m/s - Las Horas de sol fluctuaron de 168 a 192 hrs /año - La Evapotranspiración de referencia varió de 1 250 a 1 850 mm/año - El coeficiente de cultivo para los tres periodos analizados registraron los siguiente valores: a) 0.66 a 0.88 durante enero-abril, b) 0.76 a 0.92 de mayo-agosto y c) 0.68-0.92 de septiembre a diciembre. - La evapotranspiración de cultivo registró valores de 900 a 1 600 mm. - La evaporación de tanque fluctuó de 700 a 1 750 mm/año . - El escurrimiento varió de –1 500 a 600 mm. Para fines de ilustración se presentan la variación espacial a nivel anual de las variables HR, EVA y HSOL correspondientes variable humedad relativa, evaporación y horas de sol. Ver Figura 3.

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FIGURA 3. Variación espacial de la humedad relativa, evaporación y horas de sol 8

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4.2.1 Análisis de caudales El análisis de caudales se realizó en base a los registros históricos en la estación El Ciruelo (río Chira) y en la estación Pte. Piura (río Piura). En la Figura 4. se muestra la distribución temporal de los caudales medidos en la estación El Ciruelo donde se aprecia que el año más húmedo fue 1982-83 y el año más seco fue 1969-70.

FIGURA 4. Distribución temporal de los caudales medido en la H- El Ciruelo En la Figura 5 se muestran las curvas de frecuencias con indicaciones de disponibilidad al 10%, 25%, 50%, 75% y 90% de probabilidad de ocurrencia en la estación El Ciruelo y Pte. Piura.

FIGURA 5. Curvas de frecuencia para el río Chira y Piura.

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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones - La variable humedad relativa, horas de sol y evaporación varían inversamente proporcional a la altitud, registrando los mayores valores en la zona baja (valle) y los menores valores en la zona media y alta, caracterizadas por las expresiones matemáticas logarítmicas donde la altitud (A) se ingresa con msnm y HR en porcentaje (%), HSOL en horas de sol (horas) y EVA en milímetros (mm) y sus expresiones matemáticas fueron: Ajustes matemáticos HR = -1.6716Ln(A) + 84.318 HSOL = -8.8033Ln(A) + 226.82 EVA = -113.61Ln(A) + 1715.20

Coeficiente de correlación 0.835 0.669 0.672

- La distribución espacial en las cuencas Chira y Piura, de la variable humedad relativa fluctuó de 72 a 84%, la evaporación de tanque varió de 700 a 1 750 mm/año y las horas de sol variaron de 168 a 192 hrs /año . - La cuenca Chira y Piura, se caracterizó por presentar un comportamiento térmico variable en su distribución espacial y temporal registrando valores de 16 a 24°C, las temperaturas mínimas variaron de 10 a 20°C y las temperatura máxima fluctuaron de 20 a 32°C. - El escurrimiento superficial se caracterizó por presentar un comportamiento y distribución espacial variable registrando valores fluctuantes de –1 500 a 600 mm mostrando altas deficiencias en la zona baja . - El caudal anual registrado en la estación El Ciruelo, control hidrométrico de la cuenca del río Chira fue de 96,5 m3/s y en la estación Pte. Piura en la cuenca del río del mismo nombre fue de 47,9 m3/s representativo del periodo 1969-1999. 5.2 Recomendaciones - Actualizar el período de análisis, debido a la ocurrencia de eventos extremos ya que pueden afectar las características medias definidas. - Ensayar la aplicación de información satelital para determinar parámetros físicos adicionales como extensión de espejo de agua de lagunas, área glaciar y otros. - A fin de lograr el aprovechamiento sostenible del agua en el departamento de Piura, es fundamental fortalecer las actividades sistemáticas de medición y evaluación de los recursos hídricos, en base a una red de estaciones hidrológicas y meteorológicas con fines hidrológicos, de donde se obtengan datos e información confiables sobre la cantidad y calidad de nuestros recursos hídricos.

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6. BIBLIOGRAFÍA -

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