Universidad Rafael Landívar Facultad de Ciencias Ambientales y Agrícolas Licenciatura en Ciencias Ambientales con énfasis en Gestión Ambiental

Determinación del balance hidrológico del ecosistema del bosque nuboso de la Sierra de las Minas en la microcuenca de Teculután, Zacapa, Guatemala

Diego Josué Incer Núñez 10952-02

Guatemala, Noviembre 2012 Campus Central

Universidad Rafael Landívar Facultad de Ciencias Ambientales y Agrícolas Licenciatura en Ciencias Ambientales con énfasis en Gestión Ambiental

Determinación del balance hidrológico del ecosistema del bosque nuboso de la Sierra de las Minas en la microcuenca de Teculután, Zacapa, Guatemala

Tesis

Presentada al Consejo de la Facultad de Ciencias Ambientales y Agrícolas

Por

Diego Josué Incer Núñez

. Previo a conferírsele, en el Grado Académico de Licenciado

El Titulo de Ingeniero Ambiental

Guatemala, Noviembre 2012 Campus Central

AUTORIDADES DE LA UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR

Rector

P. Rolando Enrique Alvarado López, S.J.

Vicerrector académico

Dra. Marta Lucrecia Méndez González de Penedo

Vicerrector de investigación y Proyección

P. Carlos Rafael Cabarrús Pellecer, S.J.

Vicerrector de integración Universitaria

P. Eduardo Valdés Barría, S.J.

Vicerrector administrativo

Lic. Ariel Rivera Irías

Secretario general

Licda. Fabiola Padilla de Lorenzana

Autoridades De La Facultad De Ciencias Ambientales y Agrícolas

Decano

Dr. Marco Antonio Arévalo Guerra

Vicedecano

Ing. Miguel Eduardo García Turnil, MSc

Secretaria

Inga. María Regina Castañeda Fuentes

Director de carrera

Lcda. Anna Cristina Bailey Hernández MA

Nombre del asesor Ing. Juan Carlos Rosito Monzón, MA

Tribunal que practicó la Defensa Privada

Lcda. Ana Cristina Bailey Hernández, MA Ing. Cesar Augusto Sandoval Garcia, MA Ing. Jerson Elizardo Quevedo Corado, MSc

AGRADECIMIENTOS

A: Mi

asesor

de

conocimientos

tesis, brindado

por

el

durante

apoyo

y

todo

el

proceso de la elaboración de la tesis. Así como transmitirme

su

pasión

por

los

bosques

nubosos.

Instituto de Agricultura, Recursos Naturales y Ambiente (IARNA/URL) así como al Fondo Mundial de para la Naturaleza (WWF), por brindarme la oportunidad de desarrollar la tesis con el apoyo

Institucional y de logística

durante la fase de recolección de información de la tesis.

DEDICATORIA A: Dios:

Siempre me ha llevado a cosas buenas.

Mis papas:

Porque este logro no lo hubiera logrado sin ellos.

Mis abuelos:

Por el apoyo brindado durante toda la etapa de estudiante.

Mis hermanas:

Por siempre estar a mí lado dándome apoyo y cariño.

Mis tíos:

Por siempre apoyarme en todo.

Mis amigos:

Por darme los mejores consejos y enseñarme a ser mejor persona.

ÍNDICE GENERAL RESUMEN .................................................................................................................... i SUMMARY .................................................................................................................. ii I. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1 II. MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 3 2.1 Conceptos Importantes ..................................................................................... 3 2.1.1 Ciclo hidrológico .......................................................................................... 3 2.1.2 Cuenca ........................................................................................................ 4 2.1.3 Recarga hídrica ........................................................................................... 4 2.2 Bosque Nuboso ................................................................................................. 5 2.2.1 Características ............................................................................................ 6 2.2.2 Importancia de los bosques nubosos .......................................................... 9 2.3 Balance Hidrológico y el bosque ....................................................................... 9 2.3.1 Componentes del balance hidrológico ...................................................... 10 2.3.2 Ciclo hidrológico en el bosque nuboso ...................................................... 14 2.4 La Reserva de Biosfera Sierra de las Minas (RBSM) ...................................... 15 III. MARCO REFERENCIAL ..................................................................................... 18 3.1 Ambiente ......................................................................................................... 18 3.2 Sujetos y/o unidades de trabajo ...................................................................... 18 3.2.1 Características de las unidades estudiadas .............................................. 20 3.3 Antecedentes .................................................................................................. 24 IV. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................. 26 Justificación de la investigación ............................................................................ 27 V. OBJETIVOS ......................................................................................................... 29 5.1 Objetivo General ............................................................................................. 29 5.2 Objetivos Específicos ...................................................................................... 29 VI. METODOLOGIA.................................................................................................. 30 6.1 Cuantificación de las entradas del balance hídrico ......................................... 30 6.1.1 Precipitación vertical ................................................................................. 30 6.1.3 Precipitación Horizontal ............................................................................ 31 6.1.3 Precipitación dentro del bosque ................................................................ 32 6.1.4 Corrección de la precipitación afectada por el viento y la pendiente del terreno................................................................................................................ 33

6.2 Cuantificación de las salidas del balance hídrico ............................................ 36 6.2.1 Infiltración básica ...................................................................................... 36 6.2.2 Escorrentía espontanea ............................................................................ 37 6.2.3 Evapotranspiración potencial y real .......................................................... 38 6.2.4 Caudales ................................................................................................... 40 6.3 Comparación del bosque nuboso y su efecto en el balance hídrico de la microcuenca de Teculután .................................................................................... 41 6.4 Procedimiento ................................................................................................. 41 6.4.1 Consulta Documental ................................................................................ 41 6.4.2 Fase de Campo......................................................................................... 41 6.6 Análisis de información:................................................................................... 42 VII. RESULTADOS Y DISCUCIÓN ...................................................................... 43 7.1 Cuantificación de las entradas del balance hídrico ......................................... 44 7.1.1 Precipitación vertical ................................................................................. 44 7.1.2 Precipitación horizontal ............................................................................. 52 7.1.3 Precipitación Efectiva dentro del bosque nuboso...................................... 56 7.2 Cuantificación de las salidas del balance hídrico ............................................ 59 7.2.1 Infiltración básica ...................................................................................... 59 7.2.2 Escorrentía espontanea ............................................................................ 65 7.2.3 Evapotranspiración ................................................................................... 68 7.2.4 Caudales ................................................................................................... 72 7.3 Cálculo del balance hídrico ............................................................................. 74 VIII. CONCLUSIONES............................................................................................. 77 IX. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 79 X. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................................... 81 XI. Anexos ................................................................................................................ 85 Anexo 1. Fotografías de las estaciones ................................................................ 85 Anexo 2. Cuadros de la corrección por efecto del viento y pendiente ................... 88 Anexo 3. Comparación entre pluviómetro Juvick Type y pluviómetro normal ....... 94 Anexo 4. Cuadros de balance hídrico diario .......................................................... 97

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Ciclo del Agua ............................................................................................. 3 Figura 2.Distribución global de los bosques nubosos ................................................. 6 Figura 3. Series Altudinales de formaciones forestales en los trópicos húmedos. ............................................................................................ 7 Figura 4. Ubicación aproximada del bosque nuboso en la microcuenca de Teculutan ............................................................................................................... 8 Figura 5. Ciclo Hidrológico en un bosque húmedo tropical...................................... 15 Figura 6. Ubicación de la Reserva de Biosfera Sierra de las Minas ......................... 17 Figura 7. Ubicación geográfica de la microcuenca del río Teculután ....................... 19 Figura 8. Ubicación de las estaciones AWS tomadas como referencia para la cuantificación de las variables hidrometerologicas. ........... 23 Figura 9. Pluviometro Juvik-Type ............................................................................. 32 Figura 10. Equipo para medir la precipitación efectiva dentro del bosque nuboso de la microcuenca de Teculután ................................................ 32 Figura 11. Pluviómetro Manual o Totalizador de precipitación dentro del bosque nuboso de la microcuenca de Teculután..................................... 33 Figura 12. Vertedero para medir caudales en la microcuenca de Teculutan durante el año hidrológico 2010-2011................................................. 41 Figura 13 . Precipitación Mensual del Año Hidrológica 2010-2011 en las estaciones AWS. ............................................................................................ 45 Figura 14. Precipitación diaria acumulada durante el año hidrológico 2010-2011 en el bosque nuboso, bosque pino encino y bosque seco dentro de la microcuenca de Teculutan............................................... 47 Figura 15. Comparación entre pluviómetro versus Juvik-Type ................................. 52 Figura 16. Comparación de los eventos diarios entre el pluviómetro versus el Juvick-Type en el bosque nuboso de la microcuenca de Teculutan durante el año hidrológico 2010-2011...................................................... 54 Figura 17. Precipitación diaria acumulada en el juvick en el bosque nuboso de la microcuenca de Teculután. ................................................................. 55 Figura 18. Frecuencia de velocidades del viento en el ecosistema del bosque nuboso de la microcuenca de Teculután. .................................................... 55 Figura 19. Dirección y velocidad de los vientos en el ecosistema del bosque nuboso de la microcuenca de Teculután. .................................................... 56 Figura 20. Precipitación efectiva dentro del bosque nuboso de la microcuenca de Teculután........................................................................................ 57 Figura 21. Precipitación efectiva diaria acumulada en el bosque nuboso durante año hidrológico 2010-2011 ............................................................. 58 Figura 22. Precipitación infiltrada en la estación el Timbo en el bosque nuboso de la microcuenca de Teculután ..................................................... 60 Figura 23. Precipitación infiltrada en la estación San Lorenzo en el bosque de pino encino de la microcuenca de Teculután .......................................... 62 Figura 24. Precipitación infiltrada en la estación Melón en el bosque seco de la microcuenca de Teculután durante el año hidrológico 2010-2011 .......... 63

Figura 25. Infiltración mensual en las estaciones climáticas en la microcuenca de Teculután durante el año hidrológico 2010-2011 ........................... 64 Figura 26. Escorrentía diaria en la estación de San Lorenzo del bosque pino encino de la microcuenca de Teculután durante el año hidrológico 2010-2011 .............................................................................................. 66 Figura 27. Escorrentía mensual en la estación de San Lorenzo del bosque pino de la microcuenca de Teculután durante el año hidrológico 2010-2011 ....................................................................................... 66 Figura 28. Evapotranspiración real y potencial en el bosque nuboso de la microcuenca de Teculután durante el año hidrológico 2010-2011 ........................... 68 Figura 29. Evapotranspiración de las estaciones de San Lorenzo y Melón durante el año hidrológico 2010-2011 durante el año hidrológico 2010-2011 ....................................................................................... 69 Figura 30. Evapotranspiraciones en el bosque nuboso, bosque pino encino y bosque seco durante el año hidrológico 2010-2011 .............................................. 70 Figura 31. Caudal mensual en la microcuenca del rio Teculután durante el año hidrológico 2010-2011. ............................................................................................. 72 Figura 32. Precipitación Acumulada diaria de las estaciones AWS ubicadas en el bosque nuboso, bosque pino encino y bosque seco junto con caudales diarios durante el año hidrológico 2010-2011 ...................................................................... 73 Figura 33. Torre el Timbo donde se encontraba la estación AWS en el bosque nuboso ...................................................................................................................... 85 Figura 34. Estación AWS en la cima de la torre el Timbo......................................... 85 Figura 35. Aenometro en la cima de la torre el Timbo. ............................................. 86 Figura 36. Estación AWS en San Lorenzo ............................................................... 86 Figura 37. Estación Melón ........................................................................................ 87

ÍNDICE DE CUADRO Cuadro 1. Valores de las variables constantes en la corrección de la precipitación en el bosque nuboso ....................................................................... 35 Cuadro 2. Valores de las variables constantes en la corrección de la precipitación en San Lorenzo ............................................................................... 36 Cuadro 3. Precipitación total en las estaciones AWS durante el año hidrológico 2010 – 2011en la microcuenca de Teculutan .................................. 44 Cuadro 4. Registro del total de días de lluvia durante el año hidrológico 2010-2011 .............................................................................................. 44 Cuadro 5. Precipitaciones antes y después de la corrección por efecto de topográfico en el bosque nuboso de la microcuenca de Teculután .......... 48 Cuadro 6. Precipitaciones antes y después de la corrección por efecto de topográfico en la estación de San Lorenzo de la microcuenca de Teculutan ........... 49 Cuadro 7. Valores de infiltración en la estación del Timbo en el bosque nuboso de la microcuenca de Teculután ............................................................................... 59 Cuadro 8. Valores de Infiltración en la estación de San Lorenzo en el bosque de pino encino de la microcuenca de Teculutan ............................................................ 61 Cuadro 9. Valores de infiltración en la estación Melón en el bosque seco de la microcuenca de Teculután........................................................................................ 62 Cuadro 10. Valores de escorrentía en la estación de San Lorenzo del bosque pino encino durante el año hidrológico 2010-2011 ...................................... 65 Cuadro 11. Balance hídrico mensual de la microcuenca de Teculután del año hidrológico 2010-2011 .............................................................................................. 74 Cuadro 12. Balance hídrico total en mm y porcentaje de la microcuenca de Teculután del año hidrológico 2010-2011 ................................................................. 75 Cuadro 13. Balance hídrico mensual de la microcuenca de Teculután del año hidrológico 2010-2011 .............................................................................................. 76 Cuadro 14. Corrección precipitación bosque nuboso para el 2-03-2011. ................. 88 Cuadro 15. Corrección precipitación bosque nuboso para el 10-03-2011. ............... 89 Cuadro 16. Corrección precipitación bosque nuboso para el 11-03-2011. ............... 89 Cuadro 17. Corrección precipitación bosque nuboso para el 12-03-2011. ............... 90 Cuadro 18. Corrección precipitación bosque nuboso para el 15-03-2011. ............... 90 Cuadro 19. Corrección precipitación bosque nuboso para el 16-03-2011. ............... 91 Cuadro 20. Corrección precipitación bosque nuboso para el 17-03-2011. ............... 91 Cuadro 21. Corrección precipitación bosque nuboso para el 18-03-2011. ............... 92 Cuadro 22. Corrección precipitación bosque nuboso para el 19-03-2011. ............... 92 Cuadro 23. Corrección precipitación bosque nuboso para el 20-03-2011. ............... 93 Cuadro 24. Corrección precipitación bosque nuboso para el 21-03-2011. ............... 93 Cuadro 25. Comparación Juvick vrs Pluviómetro para el mes de enero 2011. ....... 94 Cuadro 26. Comparación Juvick vrs Pluviómetro para el mes de febrero 2011 ....... 94 Cuadro 27. Comparación Juvick vrs Pluviómetro para el mes de marzo 2011 ......... 95 Cuadro 28. Comparación Juvick vrs Pluviómetro para el mes de abril 2011 ............ 96

Cuadro 29. Balance hídrico diario del mes de mayo 2010. ...................................... 97 Cuadro 30. Balance hídrico diario del mes de junio 2010......................................... 98 Cuadro 31. Balance hídrico diario del mes de julio 2010. ......................................... 99 Cuadro 32. Balance hídrico diario del mes de agosto 2010. ...................................100 Cuadro 33. Balance hídrico diario del mes de septiembre 2010. ............................101 Cuadro 34. Balance hídrico diario del mes de octubre 2010. ..................................102 Cuadro 35. Balance hídrico diario del mes de noviembre 2010. .............................103 Cuadro 36. Balance hídrico diario del mes de diciembre 2010................................104 Cuadro 37. Balance hídrico diario del mes de enero 2011. .....................................105 Cuadro 38. Balance hídrico diario del mes de febrero 2011. ...................................106 Cuadro 39. Balance hídrico diario del mes de marzo 2011. ....................................107 Cuadro 40. Balance hídrico diario del mes de abril 2011. .......................................108 Cuadro 41. Balance hídrico diario del mes de mayo 2011. .....................................109

Determinación del balance hidrológico del ecosistema del bosque nuboso de la sierra de las minas en la microcuenca de Teculután, Zacapa, Guatemala

RESUMEN La contribución del bosque nuboso de la microcuenca de Teculután, Zacapa, al balance hídrico detallado evidenció el papel que el ecosistema juega en el ciclo hidrológico en la captación de agua en contraste con otros ecosistemas. Debido a la falta de información que existe sobre el balance hídrico detallado para el bosque nuboso se realizaron cuantificaciones detalladas de las entradas –precipitación vertical

y

horizontal-

así

como

de

las

salidas

–infiltración

profunda,

evapotranspiración y escorrentía espontanea-. Las mediciones de las entradas se utilizaron instrumentos automatizados mientras que para las salidas se utilizó la metodología de recarga hídrica de acuíferos propuesta por (Shosinky, 2006). El balance hídrico detallado refleja que el aporte de la precipitación vertical alcanza los 2,696.47 mm. También el estudio demostró que el aporte de la precipitación horizontal alcanza un 110% en promedio más lluvia. Uno de los hallazgos principales fue conocer que el 68% de las salidas del balance hídrico detallado corresponden a la recarga hídrica profunda aportando un total de 1,835.05 mm de agua, lo cual permite una disponibilidad de agua en los meses críticos de la época seca. Por otra parte también el balance reflejo bajos valores de evapotranspiración alcanzado un total de 331.67 mm que representa el 12% de las salidas esto debido a las bajas temperaturas y presencia de nubes. Por ultimo el estudio permitió destacar el rol importante y estratégico que el bosque nuboso desempeña en la captación de agua en la microcuenca.

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Determination of the water balance of the ecosystem of cloud forest from the Sierra de las Minas in the watershed of Teculután, Zacapa, Guatemala

SUMMARY Due to the lack of information available on the detailed water balance for the cloud forest quantifications detailed quantifications of inputs (vertical and horizontal precipitation) and outputs (deep infiltration, evapotranspiration and spontaneous runoff) were made in the watershed of Teculután, Zacapa. For the inputs measurements automated tools were used while for the outputs we used the methodology of recharge of aquifers proposed by Shosinky (2006). . The detailed water balance shows that the contribution of vertical precipitation reaches 2696.47 mm. The study also proved that the contribution of horizontal precipitation reaches on average 110% more rain. One of the main findings was know that the 68% of the detailed water balance outputs correspond to the deep water recharge contributing a total of 1835.05 mm of water, which allows water availability in the critical months of the dry season. Moreover the balance also reflects lowers evapotranspiration values reaching a total of 331.67 mm which represents 12% of outputs, this because the low temperatures and the presence of clouds. Finally the study allowed to highlight the importance and strategic role that the cloud forest plays in the water catchment in the watershed.

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I. INTRODUCCIÓN El agua juega un papel complejo y multifacético, tanto en las actividades humanas como en los sistemas naturales (IARNA-URL, 2005). Guatemala es un país que goza de un relieve montañoso que permite microclimas locales dependiendo de la altitud y su distancia con el mar (IARNA-URL, 2004). Estos microclimas junto con otros factores ambientales permiten que existan diferentes ecosistemas dentro de los cuales se destacan por su composición florística, estructura y función de los bosques nubosos.

Los bosques nubosos son ecosistemas poco estudiados que se encuentran en las faldas de los volcanes y en las cimas de las montañas. Estos sistemas naturales poseen una gran diversidad y endemismo de flora y fauna. En Guatemala uno de los bosques nubosos más importantes se encuentra en la Reserva de Biosfera de la Sierra de las Minas (RBSM). Esta área protegida abarca los departamentos del Progreso, Baja y Alta Verapaz e Izabal (FDN, 2008).

Dentro de los aspectos importantes de los bosques nubosos es el aporte del ecosistema al ciclo hidrológico. Para poder conocer esta relación es necesario realizar un balance hidrológico. Un balance hidrológico consiste en la cuantificación de las entradas y salidas de agua que se produce en un sistema. Las entradas al sistema son las precipitaciones y las salidas son la evapotranspiración, infiltración profunda y escorrentía.

Este estudio, presenta el balance hidrológico detallado del bosque nuboso de la (RBSM) que comprendió de mayo 2010 a mayo 2011, correspondiendo al año hidrológico 2010-2011. Dentro de este periodo del estudio, se midieron variables de precipitación, temperatura, velocidad y dirección del viento, utilizándose la metodología de Schosinky (2006) para calcular las principales salidas del balance hídrico tales como infiltración, escorrentía y evapotranspiración. Además, el estudio midió la precipitación horizontal dentro del bosque nuboso para resaltar el aporte que este tipo de lluvia representan en el balance hídrico.

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Dentro de los principales hallazgos se encuentra que en el bosque nuboso ocurren eventos de precipitación durante más de 11 meses aportando 2,696 mm de agua en contraste a los seis meses regulares de lluvia. Este aporte extra de 2 meses mas de lluvias se debe principalmente al aporte que realiza la precipitación horizontal en el bosque nuboso que se manifiesta mediante la recarga hídrica potencial del 68% de las salidas del balance.

Cabe resaltar, que el bosque nuboso aporta otros bienes y servicios al sistema natural tales como biodiversidad, con altos endemismo en flora y fauna, protege los suelos de la erosión. Además recientes estudios (IARNA-URL, 2011) han modelado que para el año 2050 y 2080 estos ecosistemas disminuirán su área de extensión debido al cambio climático por lo cual es importante la conservación de este ecosistema.

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II. MARCO TEÓRICO 2.1 Conceptos Importantes En esta sección se describen los principales conceptos que se utilizan en el estudio.

2.1.1 Ciclo hidrológico El ciclo hidrológico es la circulación del agua desde la atmosfera hacia la superficie de la tierra y su retorno a la atmosfera, a través de varias fases (de las Salas, 1987). Las fases del ciclo hidrológico son:          

Evaporación del suelo, plantas y océanos Formación y desplazamiento de nubes y niebla. Condensación del agua y precipitación en forma de lluvia, nieve y granizo. Escorrentía superficial, sobre el suelo. Infiltración, en el perfil del suelo. Percolación a estratos más profundos. Flujo subterráneo y retorno a la superficie Formación de corrientes superficiales, como ríos y arroyos. Descarga en los lagos, océanos y mares Evaporación y repetición del ciclo. (Figura 1)

Figura 1. Ciclo del Agua Evans, 2009

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2.1.2 Cuenca Se denomina cuenca o vertiente, una zona de la superficie terrestre de la cual el agua procedente de la precipitación caída sobre ella se dirige hace un mismo punto de salida. Es un territorio en el que las aguas escurren a través de una red de causes y confluyen en un mismo punto (lago, corriente, acuífero), formando una unidad autónoma o diferenciada de otras (Rosito y Avalos, 2007).

También la cuenca puede definirse como una unidad física, natural, básica de la regulación del agua, donde la lluvia es captada y desalojada o depositada en un almacenamiento natural por un sistema de drenaje definido por la topografía que inicia en la parte alta (Rosito y Avalos, 2007).

La cuenca se dividen en: 

Subcuenca: es toda área que desarrolla su drenaje directamente al curso principal de la cuenca. Varias subcuencas conforman una cuenca (Vaides, 2008).



Microcuenca: es toda área que desarrolla su drenaje directamente a la corriente principal de una subcuenca. Varias microcuencas conforma una subcuenca (Vaides, 2008).

2.1.3 Recarga hídrica Es el proceso donde el flujo de agua desciende en el suelo, hasta alcanzar el nivel freático, incrementando el agua almacenada, es decir, el volumen de agua que entra en un embalse subterráneo durante un periodo de tiempo a causa de la infiltración de las precipitaciones o de un curso de agua (Rosito y Avalos, 2007).

Se puede dividir según el tipo de estimación en: recarga natural, que es el volumen de agua que alcanza el nivel freático, y recarga potencial, que es el volumen de agua que puede ir a diferentes destinos por evapotranspiración, cambio de humedad en la zona saturada del suelo, descarga a cursos de agua y alcance de reservorios de agua subterránea (Rosito y Avalos, 2007).

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Un aspecto a destacar es que la capacidad de infiltración de los suelos desempeña un papel fundamental en los procesos de regulación y escorrentía, como respuesta a una precipitación de la cuenca. Lluvias de iguales intensidades pueden producir caudales diferentes. La capacidad de infiltración es también muy importante en el estudio de la recarga de acuíferos (Rosito y Avalos, 2007). 2.2 Bosque Nuboso El término "bosque nuboso (BN)" es usado frecuentemente en la literatura científica y Stadmüller (1987) lo define como: 'todos los bosques del trópico húmedo frecuentemente cubiertos por nubes o neblina, recibiendo así adicionalmente a la lluvia, una cantidad de humedad por medio de captación y/o condensación de 'pequeñas gotitas de agua (precipitación horizontal), influyendo en el régimen hídrico y en el balance de radiación y así en los demás parámetros climáticos, edáficos y ecológicos" (Rodas, 1996).

Los bosques nubosos constituyen un ecosistema forestal con una flora y una estructura característica. Ocurren normalmente en una franja altitudinal, con un ambiente de nubosidad persistente o estacional. Esta nubosidad reduce la radiación solar y el déficit de vapor, llegando a suprimir procesos de evapotranspiración (Rodas, 2004).

Los bosques nubosos con asociaciones de bosques montanos se encuentran en núcleos biológicos o puntos calientes “hot spot 1 ” los cuales son cruciales de preservar para la biodiversidad global. Debido a la pequeña escala que mantiene asociado los bosques nubosos con estas islas de endemismo y la dependencia de la intercepción de agua de las nubes, los BN son extremadamente susceptibles a los cambios ambientales y climáticos, a nivel regional y global (Udaysankar et al, 2008) .

Los bosques nubosos no se encuentran distribuidos equitativamente alrededor de las regiones tropicales del mundo. Del área global total los bosques nubosos, el

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Regiones biogeografías terrestres con un gran endemismos y posee un alto grado de amenaza sobre la biodiversidad por lo cual es importante conservar (Reduce global warming, 2007).

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25.3% esta en América, un 15% en África y finalmente un 59% en Asia (Bubb et al, 2004) (ver Figura 2.Distribución global de los bosques nubosos).

Figura 2.Distribución global de los bosques nubosos (Bruijnzeel, 2001) La distribución y extensión de los bosques nubosos en el trópico húmedo está influenciada por aspectos climáticos y orográficos. Los límites del piso altitudinal de ocurrencia de este tipo de bosques varía con la latitud geográfica, así el límite inferior entre 1500 y 2500 msnm, y el superior entre 2400 y 3300 msnm; es decir se da un rango de 800 a 1000 m que casi 110 varía con la latitud (Rodas, 1996).

2.2.1 Características Los bosques nubosos se caracterizan por sus niveles únicos y diversos de flora y fauna así como algunas características comunes. Entre estas están: cubierta frecuente de nubes, altos niveles de precipitación pluvial; vientos fuertes, considerable altitud; suelos ácidos, húmedos y muchas veces turbosos y anegados; bajas temperaturas en las partes altas; árboles nudosos y enanos junto con una gran abundancia de musgos y epifitas (Flows, 2005).

Para identificar los bosques nubosos se utilizan indicadores de vegetación, de esta manera se ha establecido que los bosques montanos ubicados debajo de la “base” 6

de las nubes son ricos en epifitas, mientras que los “verdaderos” bosques nubosos son ricos en briófitas (musgos) (Bruijnzeel, 2008). En la Figura 3 se pueden observar el comportamiento de la vegetación en relación a la altitud en la que se encuentra. En esta división a medida que se va aumentando la altitud la nubosidad aumenta. También de esta manera el bosque nuboso se puede dividir en 5 clases, las cuales son:     

Bosque lluvioso de llanura Bosque montano bajo Bosque nublado montano bajo Bosque nublado montano alto Bosque nublado subalpino

Figura 3. Series Altudinales de formaciones forestales en los trópicos húmedos. (Bruijnzeel y Hamilton, 2001) En Guatemala se pueden encontrar los bosques nubosos desde los 1,200 hasta los 2,600 msnm en las diferentes regiones de montañosas de Guatemala (Kappelle y Brown, 2011). En la microcuenca de Teculután se puede encontrar el bosque nuboso desde los 2,000 msnm abarcando un área de alrededor de 6,707 hectáreas, ver Figura 4.

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Figura 4. Ubicación aproximada del bosque nuboso en la microcuenca de Teculutan (Elaboración propia, 2012)

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2.2.2 Importancia de los bosques nubosos Todos los bosques de montaña tienen un papel importante en la calidad del agua y el mantenimiento de los patrones de flujo natural de los arroyos y ríos que nacen de ellos. Los Bosques nublados montanos tropicales tienen el valor adicional único de captar el agua de la condensación de las nubes y niebla. Esta intercepción de la niebla por parte del bosque y la vegetación se hace especialmente importante durante la época seca y en áreas con baja precipitación, pero frecuentes nubosidad (Bubb et al, 2004).

La importancia del bosque sobre la calidad del agua que genera, está definida por sus características químicas, físicas y biológicas. Con la presencia de un ecosistema forestal natural, se puede prevenir la existencia de sedimentos y materiales biológicos dañinos para las personas o el ecosistema. Asimismo contribuye a mantener un equilibrio químico, bajas temperaturas y altos contenidos de oxigeno (Rosito y Avalos, 2007).

Un elemento importante de la hidrología y la ecología de los bosques de neblina es la abundancia de plantas epífitas, es decir, plantas como musgos, helechos y bromelias que crecen en los troncos y ramas de los árboles. Las epífitas que captan el agua directamente de las nieblas y nubes ofrecen una variedad de microhábitats para los invertebrados, anfibios y sus depredadores (Bubb et al, 2004). 2.3 Balance Hidrológico y el bosque Para conocer el impacto del bosque en la captación y regulación hidrológica es recomendable analizar el balance hidrológico de la cuenca (Rosito y Avalos, 2007).

El balance hidrológico de una cuenca en un tiempo determinado esta dado por el principio de conservación de masa o ecuación de continuidad:

9

ds: cambio en el espacio dt: cambio en tiempo. Donde:“ds”/dt: es la velocidad de almacenamiento En un periodo largo de tiempo “ds/dt” tiende a cero, por lo tanto, entradas=salidas, es decir

En las siguientes secciones se describen brevemente los distintos componentes del balance hidrológico. 2.3.1 Componentes del balance hidrológico 2.3.1.1 Precipitación La precipitación constituye la fuente de entrada de agua al sistema, proveniente de la atmósfera (Van Dijk, 2003). Esta puede tomar varias formas como la lluvia, granizo o nieve y varía en el espacio y en el tiempo (Van Dijk, 2003). Las precipitaciones en forma líquida están compuestas de lluvia o llovizna. La lluvia se compone de gotas de agua superior a 0,5 mm de diámetro, con velocidades superiores a 200 cm/s. El roció consta de diámetros más pequeños, distribuidos uniformemente en gotas de agua de 0,1 a 0,5 mm, con una velocidad de 25-200 (cm/s) que parecen flotar (Frumau et al, 2006).

La intensidad de las precipitaciones pueden ser clasificados como: 

Ligera ( 7,5 mm/h).

La intensidad de la llovizna se suele clasificar como: 

Ligera ( 0,5 mm / h).

10

Cuando la precipitación sea igual o superior a 1 mm/ h, la mayoría si no todos, por lo general consiste en lluvia. Además, para cada clase de la tasa máxima de caída no debe ser más que una décima parte de su límite superior en seis minutos.

Para propósitos de estudio la precipitación se divide en dos variables: 

Precipitación bruta

Precipitación que llega a la parte superior de la vegetación. Los procesos meteorológicos que condicionan y causan eventos de precipitación generalmente no dependen de la cobertura vegetal sobre la cual precipita el agua, lo cual implica que una determinada superficie de bosque no influye sobre la ocurrencia, cantidad y duración de eventos de precipitación a los cuales está expuesta (Rodas, 2004). 

Precipitación neta e interceptación

Es la precipitación que llega al suelo por goteo directo, goteo de la vegetación (caída directa) y escorrentía de los tallos (caída de lavaje). Bajo un mismo régimen de lluvia, la precipitación neta en bosques puede ser menor que en otras coberturas naturales, debido a la interceptación por parte del bosque con su elevado índice de área foliar (Rodas, 2004). 2.3.1.2 Evapotranspiración La evaporación involucra la conversión de agua en estado líquido o sólido a vapor de agua. La capacidad de evaporación está controlada por la cantidad de energía que se encuentra en la superficie que provoca que el vapor de agua se difumine en la atmosfera. La radiación solar es la principal fuente de energía aunque bajo ciertas condiciones el calor del aire es importante (Van Dijk, 2003).

Van Dijk (2003) define a la evaporación como la tasa de transformación de agua líquida en vapor de agua de forma abierta, en suelo desnudo o cubierto por la vegetación. En el caso que el suelo este cubierto por cobertura vegetal el mismo autor define la transpiración como la parte de la evaporación que entra en la atmosfera desde suelo a través de las plantas. Este concepto se refiere a la evaporación del agua desde el suelo. En suelos forestales el monto es muy bajo por 11

las condiciones microclimáticas existentes: alta humedad, baja radiación, bajas temperaturas extremas y reducido movimiento de masas de aire (Rodas, 2004).

En tanto que la evapotranspiración de las plantas, es la pérdida de agua principalmente por los estomas de las hojas, ligada a procesos productivos de las plantas. Los bosques tienen las coberturas vegetales con las tasas más altas de transpiración (Rodas, 2004).

Los factores meteorológicos que influyen en la evaporación son la radiación solar, la temperatura del aire y de la superficie, la velocidad del viento (Van Dijk, 2003). En bosques

húmedos

tropicales,

Bruijnzeel

(1990)

concluye

que

el

monto

evapotranspirado por bosques de bajura varía entre 1400 y 1430 mm/año, mientras que para bosques de montaña es de 1155 a 1295 mm/año, excepto en bosques nublados que tienen valores más bajos 308-392 mm/año (Rodas, 2004).

Es importante precisar la evapotranspiración potencial y real: 

Evapotranspiración potencial (ETP): es el agua que retorna a la atmosfera en forma de vapor a partir del suelo completamente cubierto de vegetación y suponiendo que no existe limitación en la humedad del suelo, es decir, que exista

plena

disponibilidad

hídrica

y

es

un

limite

superior

de

la

evapotranspiración real (Martínez & Navarro, 1996). 

Evapotranspiración real (ETR): como la ETP es el límite superior del agua que vuelve a la atmosfera, la ETR siempre será menor o igual a la ETP (Martínez & Navarro, 1996).

2.3.1.3 Infiltración Es el ingreso de agua de precipitación (neta) a las capas interiores del suelo. Los suelos forestales en general tienen muy buena estructura para el agua y muestran muy altas capacidades de infiltración. En la mayoría de los casos, la capacidad de infiltración supera la intensidad de las lluvias; lo que significa que la mayor parte del agua que llega al suelo bajo cobertura forestal se infiltra. Estas altas tasas de 12

infiltración favorecen aguas de alta calidad provenientes de cuencas con cobertura forestal (Rodas, 2004)

Los principales factores que afectan la infiltración en una cuenca pueden agruparse en los siguientes grupos: 

Características físicas del suelo que incluye textura, estructura y condición del suelo (compactación y contenido de humedad) (Rosito, 2009).



Suelos con texturas gruesas, poco grado de estructuración y compactación y con un bajo contenido de humedad, tienen una mayor capacidad de infiltración que los suelos con características diferentes (Rosito, 2009).



Y por ultima hay que considerar a la vegetación, características de la lluvia, pendiente del terreno, estratificación, la temperatura del agua y suelo y el estado físico-químico del mismo (Rosito, 2009).

2.3.1.4 Escorrentía Es la cantidad de agua que se escurre por la superficie del suelo hasta alcanzar los canales de drenaje (quebradas, riachuelos y ríos). Bajo coberturas forestales de ecosistemas de no bosque tropical húmedo disturbado, las cantidades de agua que escurren son mínimas, aún y cuando ocurran eventos extremos de precipitación (Rodas, 2004).

La capa de materia orgánica que se forma dentro del bosque tropical húmedo, garantiza una alta infiltración de agua. Entre más delgada es la capa de material orgánico, mayor el peligro de que ocurra escorrentía superficial con transporte de sedimentos, Rodas (2004) señala que no son los árboles grandes del bosque tropical los que tienen el papel principal en la protección del suelo sino el sotobosque, ya que amortigua el golpeteo de la lluvia y el del agua de lavaje de los árboles. 2.3.1.5 Otros componentes del balance hídrico 

Capacidad de campo: cantidad total de agua que queda en el suelo bien drenado después de eliminada el agua de gravedad al cesar la lluvia o el riego. También se le conoce como humedad del terreno (de la Lanza et al, 1999). 13



Punto de marchitez permanente: es el contenido del agua que queda en el suelo cuando la planta esta marchita permanentemente (Müller, 1964).



Capacidad de campo – Punto de marchitez: representa la cantidad de agua aprovechable por planta (Schosinky, 2006).



Humedad inicial del suelo: es la humedad que se encuentra disponible al iniciar un mes (Schosinky, 2006).



Humedad final del suelo: es la humedad que se encuentra disponible en el suelo al finalizar un mes la cual no puede ser superior a la capacidad de campo (Schosinky, 2006).



Humedad disponible: es la humedad que se encuentra disponible en el mes (Schosinky 2006).



Retención: será el porcentaje de lluvia que será retenida por el follaje (Schosinky, 2006).

2.3.2 Ciclo hidrológico en el bosque nuboso Estos ecosistemas son importantes dentro del ciclo del agua dado que la vegetación intercepta el agua proveniente de las nubes orográficas o de la precipitación inducida por el viento, contabilizando entre un 14%-18% y 15%-100% del total de la precipitación durante la época seca y de lluvia respectivamente (Udaysankar et al, 2008)

14

Figura 5. Ciclo Hidrológico en un bosque húmedo tropical (Rodas, 2004) En la Figura 5 se puede observar el proceso del balance hidrico dentro de un bosque húmedo, junto con las variables que lo comprenden, tales como precipitación, infiltración, escorrentia e intercepción. 2.4 La Reserva de Biosfera Sierra de las Minas (RBSM) La reserva de Biosfera Sierra de las Minas fue creada el 4 de octubre de 1990 por el decreto 49-90 emitido por el Congreso de la Republica de Guatemala (FDN, 2008). La RBSM Minas es una de las áreas de más valor ecológico de Guatemala. Los altos índices de diversidad biológica, la marcada existencia de especies endémicas y amenazadas y el hecho de ser el bosque nuboso más importante de Mesoamérica, hacen de ella un lugar de enorme importancia para la investigación,

fuente de

captación hídrica, rica en biodiversidad en flora y fauna y riqueza en especies endémicas (López, 2007).

La RBSM está ubicada en el nororiente de Guatemala, entre los valles del río Polochic y el río Motagua. Ocupa un área de 242,642 hectáreas. Forma parte de una cadena montañosa que ocupa parte de cinco departamentos de Guatemala: Alta 15

Verapaz, Baja Verapaz, El Progreso, Izabal y Zacapa (ver Figura 6). En un recorrido de este a oeste, se extiende aproximadamente en 130 kilómetros de longitud y varía entre 10 y 30 Km de ancho con elevaciones desde nivel del mar hasta 3,015 msnm (FDN, 2008). En un área de 2,359.317 Km2 se albergan 885 especies de mamíferos, aves y reptiles, que representan el 70 por ciento de todas las especies registradas en Guatemala y cuenta con la más grande biodiversidad genérica de América Central, así como 2,000 especies de plantas (Lopez, 2007).

En la Reserva de Sierra de las Minas nacen 63 ríos, agrupados en 52 subcuencas hidrográficas. Los ríos de la Sierra son utilizados por sistemas de riego, hidroeléctricas, industrias, poblaciones y fincas de los valles circundantes (Valle del Motagua, Valle Polochic, Valle de San Jerónimo - Salamá). La mayor parte de los ríos se originan en los bosques nubosos de la RBSM (FDN, 2008).

16

Figura 6. Ubicación de la Reserva de Biosfera Sierra de las Minas (elaboracón propia, 2012 )

17

III. MARCO REFERENCIAL En esta sección, se describen los principales referentes geográficos y operativos del presente estudio. 3.1 Ambiente El estudio se realizó en el municipio de Teculután. El municipio pertenece al departamento de Zacapa. Teculután tiene un área aproximada de 273 km 2. El nombre geográfico oficial es Teculután (IGN, 2000). Colinda al norte con Panzós (A. V.) y El Estor (Izabal); al este con Río Hondo y Estanzuela (Zacapa); al sur con Huité y Estanzuela (Zacapa); al oeste con Usumatlán (Zacapa) (IGN, 2000). El municipio cuenta con 1 pueblo, 3 aldeas y 22 caseríos. La cabecera con categoría de pueblo (IGN, 2000). Las coordenadas geográficas son las siguientes: latitud 14°59'31.24" y longitud 89°43'06.97" y una altitud de 251 msnm (Google, 2010).

3.2 Sujetos y/o unidades de trabajo El sujeto que será investigado será el ecosistema de bosque nuboso que se encuentra a partir de los 2,100 msnm dentro de la microcuenca del río Teculutan. Las unidades de trabajo serán las entradas y salidas del balance hidrológico de la microcuenca del río Teculután. Al ser una microcuenca cerrada las mediciones de entradas y salidas se garantiza que la precipitación que cae en la parte alta de la microcuenca se manifiesta en caudales en la parte baja.

En la Figura 7 se puede observar la ubicación geográfica de la microcuenca del río Teculután. El área aproximada de la microcuenca es de 222.99 km2.

18

Figura 7. Ubicación geográfica de la microcuenca del río Teculután (Elaboración propia, 2012) Criterio para utilizar la información muestreada en las microcuenca Debido a factores externos al estudio las estaciones AWS se encuentra distribuidas en tres cuencas diferentes siendo Teculutan, Pasabien y Rio Hondo bajo la definición del termino de eco hidrología “es el estudio de las interacciones entre la

19

planta y el agua y los procesos hidrológicos relacionados con el crecimiento de las plantas (Bair y Wilby, 1999)”. Así también el criterio que plantea (Mattecci y Colma, 1982) “las comunidades vegetales y grupos ecológicos son el resultado de la acción conjunta e integrada de los factores del ambiente y, en tal sentido, actúa como indicadora”. Con estas definiciones se pueden validar las mediciones de las variables del balance hídrico bajo estos criterios en las cuencas en las que se encuentras las estaciones AWS así como la extrapolación de los datos a la microcuenca de Teculután. 3.2.1 Características de las unidades estudiadas  Bosque nuboso El ecosistema del bosque nuboso han sido pocos estudiados, a pesar de tener representación de tipos de vegetación mas afectados por el impacto humano en los últimos

años.

Poseen

una

alta

biodiversidad,

composición

y

estructura

características que hacen que estos ecosistemas se encuentran a partir de los 1,200 a 2,600 msnm. Estos bosques se pueden encontrar en Huehuetenango, San Marcos, Quetzaltenango, Quiche, Alta y Baja Verapaz, Zacapa e Izaba (Kappelle y Brown, 2011).

Dentro de las especies que se pueden encontrar en este ecosistema se encuentran (Medinilla, 1999): 

Encino o Sical (Quercus sapotifolia)



Roble (Quercus acatenangensis)



Ciprecillo de montaña (Podocarpus oleifolius)



Pino blanco (Pinus ayacahuite)



Sacuayum o Acalté (Matayba oppositifolia)

Los suelos característicos de estos ecosistemas pueden tener predominancia de rocas ígneas así como sustratos de granito, andesita y basalto. Poseen una alta presencia de materia orgánica, con una tendencia a ser ácidos (Kappelle y Brown, 2011). Una característica principal de estos ecosistemas es la presencia de helechos arbóreos, bromelias y orquídeas.

20

Dentro de las principales características de los suelos de los bosques nubosos están: Poseen una textura arcillo arenoso, drenaje bueno, una capacidad de almacenamiento de agua alta, la fertilidad natural es baja y poseen una profundidad mayor a los 60 cm (Simmons et al, 1959).  Pino-Encino La ecoregión bosques pino-encino es una de las mas ampliamente distribuidas en Guatemala. Se encuentran desde los 1,300 hasta los 2,200 msnm, sin embargo este rango varia por condiciones de humedad y precipitación a lo largo de su distribución. Guatemala posee una área potencial aproximadamente de 30,990 km2. Una gran cantidad de las plantas que se encuentran en este ecosistema se consideran endémicas. (CEAB; Alianza para la Conservación de Bosques de Pino-Encino; TNC; 2009).

También es considerada como una de las zonas más ricas del mundo en cuanto a la variabilidad de coníferas y al menos siete especies de pino se encuentran aquí. Esta zona es dominada por una asociación entre pinos y encinos, considerada como el límite sur de los grupos de plantas de origen norteamericano (FIPA y USAID, 2002).

Las especies que predominan en este ecosistema son las siguientes (Medinilla, 1999): 

Liquidámbar (Liquidambar styraciflua)



Pino colorado (Pinus tecunumanii)



Zapotillo (Clethra vicentina)



Pino candelillo (Pinus maximinoi)



Encino o Sical (Quercus sapotifolia)

Los suelos de este ecosistema poseen una textura franca arenosa, con una profundidad aproximada de 50 cm, posee un drenaje interno bueno, posee una baja capacidad de abastecimiento de humedad, el peligro de erosión es alto, la fertilidad natural es baja. El color es café o rojizo café (Simmons et al, 1959).

21

 Bosque seco Son ecosistemas basales generalmente que se ubican en altitudes menores a los 1,000 msnm. Junto al ecosistema de bosque nuboso son pocos estudiados, representan un ecosistema muy apetecido para la colonización humana, producción agrícola e industrial. A raíz del cambio climático mediante modelaciones climáticas y análisis de zonas de vida este ecosistema tendrá una mayor expansión debido a los cambios de clima (IARNA-URL, 2011).

Dentro de las especies de vegetación que se pueden encontrar en este ecosistema se encuentran (Facultad de Agronomía, 1996) 

Zarza (Mimosa zacapana)



Zarza blanca (Mimosa platicarpa)



Manzanote (Pereskia autumnalis)



Brasil (Haematoxylon brasiletto)



Guayacan (Guaiacum santum)

Los suelos que se ubican en este ecosistema son clases misceláneas de terreno en los que no domina una clase particular de suelo, lo que limita su uso para la agricultura de poco tiempo. Son áreas sujetas a inundaciones, poseen suelos muy productivos los cuales se pueden regar fácilmente (Simmons et al, 1959). En la Figura 8 se observan las tres estaciones AWS ubicadas en las tres microcuencas de Teculutan, Rio Hondo y Pasabien.

22

Figura 8. Ubicación de las estaciones AWS tomadas como referencia para la cuantificación de las variables hidrometerologicas. (Elaboración propia, 2012)

23

3.3 Antecedentes Los Bosques Nubosos (BN) se ubican usualmente en las partes altas de las cordilleras con frecuente exposición al efecto de nieblas. Estos bosques se caracterizan por un gran epifitísmo, gran biodiversidad y captura extraordinaria de agua de la niebla (Calvo et al, 2005, Prada et al, (2009), Holder (2004/2006) y Calvo et al (2005))

En efecto, según Prada et al (2009) en los BN de la isla de Madeira, Portugal, los resultados de las estimaciones la precipitación horizontal en estos ecosistemas es una fuente importante para las aguas subterráneas del balance hídrico, ya que en época seca la precipitación horizontal aporta un 33% y en época lluviosa un 11% al sistema hídrico de la isla.

En Hawai se ha llegado a estimar que esta captura adicional de agua llega a ser el equivalente al 30% de la lluvia anual. En Costa Rica y Mesoamérica estos bosques son muy importantes en la producción de agua potable y para uso hidroeléctrico y de riego debido a que la baja evapotranspiración permite un mayor caudal de los ríos (Calvo et al, 2005).

El estudio Holder (2004) de la Sierra de las Minas, mostró el aporte de la precipitación horizontal al ciclo hidrológico fue de 1 milímetro (mm) por día en época seca y 0.5 mm por día en la época lluviosa. El estudio tuvo una duración de 44 semanas en los cuales con ayuda de pluviómetros se midieron las entradas al ciclo hidrológico. Según Holder la importancia del ecosistema del BN se encuentra en su capacidad de generar agua de calidad para ser potable para las comunidades ubicadas en la parte baja de la cuenca así como generar información para mejorar gestión del recurso hídrico en la zona.

Holder (2006), establece que el aporte de la precipitación horizontal en el bosque nuboso de la Sierra de las Minas puede alcanzar hasta un 7.4% de las entradas hidrológicas al sistema hídrico dentro de una elevación de los 2550 msnm y de un 1% en alturas de 2,100 msnm.

24

Holder (2006) da cuenta de las principales presiones del BN de la Sierra de las Minas; dentro de estas destaca el cambio en el uso del suelo en la región que ha provocado que el BN sea sustituido por cultivos agropecuarios. De acuerdo a este estudio en el largo plazo estos cambios afectarán a las comunidades de la parte baja de la microcuenca provocando una disminución en cantidad y calidad del recurso hídrico. Los aportes de Holder han contribuido a la creación del proyecto Fondo del Agua. Este mecanismo financiero ha permitido valorizar económicamente el BN de la Sierra de las Minas. Este mecanismo busca garantizar el abastecimiento de agua dulce principalmente para los usuarios del complejo Motagua-Polochic. El fondo del agua es administrado por la organización no gubernamental (ONG) Fundación Defensores de la Naturaleza (FDN), que coadministra junto al Consejo Nacional de Áreas Protegidas (CONAP) la RBSM.

Dentro de este contexto en la microcuenca de San Jerónimo, Baja Verapaz, las comunidades se han organizado en un comité con el apoyo de FDN para aprovechar sosteniblemente el agua que se genera en el BN de la Sierra de las Minas. Esta colaboración les ha permitido construir un embalse de 750 m 2, construido con el apoyo de las hidroeléctricas que se encuentran en el lugar, y a la vez gestionar de mejor forma el agua, ya que se garantiza el abastecimiento para las siembras de hortalizas y las prácticas de acuicultura que se dan en el lugar (Portillo, 2009).

25

IV. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Guatemala es un país vulnerable que puede verse amenazado por

los

conflictos relacionados con los recursos hídricos, si su capacidad de sostener el ecosistema acuático y proveer a la población del nivel deseado de desarrollo social y económico, no está sustentado en el conocimiento y la calidad en la gestión de su sistema hidrológico y la infraestructura de los recursos hídricos, los problemas serán mayores en contaminación y escasez de este vital recurso (IARNA-URL, 2005).

Recientes estudios proyectan que para el 2025 habrá escasez del recurso hídrico por el incremento de la demanda, si se toma en cuenta el creciente deterioro provocado por la contaminación. Por otra parte se sigue haciendo un manejo sectorial del recurso, falta información de calidad, cantidad y uso del recurso, que permita hacer análisis más detallados sobre las limitaciones y potencialidades del recurso en el nivel de cuenca y de época del año (IARNAURL, 2005).

La generación de información sobre el proceso del ciclo hidrológico en la cuenca permite gestionar de una forma más integrada el recurso hídrico en un territorio dado. De ahí la importancia de construir balance hidrológicos de la cuenca zona estudiada.

Actualmente la institución encargada de manejar la Reserva de Biosfera de la Sierra de las Minas (RBSM), Defensores de la Naturaleza, demanda la generación de información con rigor científico acerca del rol que desempeña el bosque nuboso en la regulación del ciclo hidrológico en este ecosistema poco estudiado. La generación de información con rigor científico permite tomar decisiones para la mejor planificación e implementación de proyectos y su evaluación a fin de obtener resultados satisfactorios.

Los trabajos realizados Brown et al, en 1996 y por Holder en 2004 y 2006 sobre el aporte del bosque nuboso al ciclo hidrológico, aunque dieron aportes importantes, solamente muestran las entradas y salidas pero no detallan el 26

proceso del balance hidrológico en el BN; los datos con que se cuenta no permiten conocer de manera detallada el verdadero aporte de este ecosistema en la regulación del ciclo hidrológico y de la captación de precipitación horizontal.

Holder, (2006) menciona que las entradas hidrológicas en los bosques nubosos son vitales para el sustento de la gente en las regiones de tierras bajas pero precisa que se necesitan más datos para establecer conexiones directas entre el balance hídrico de los bosques de nubes de la Sierra de las Minas y los recursos hídricos de las comunidades que rodean los bosques nubosos. Esta información es fundamental para que el administrador y otros actores locales puedan llevar a cabo planes de manejo y gestión integral de la microcuenca. Justificación de la investigación Recientes estudios han modelado que para el año 2050 y 2080 las condiciones bioclimáticas cambiarán en un 50% y un 90% respectivamente provocando la disminución de las precipitaciones, el aumento de la temperatura y consistentemente la evapotranspiración (IARNA-URL, 2011). Por consiguiente, es necesario conocer la importancia del bosque nuboso dentro del ciclo hidrológico en la microcuenca de Teculutan, Zacapa.

Realizar esta investigación en el BN de la RBSM en la microcuenca de Teculutan, Zacapa, permitirá conocer de forma detallada el aporte del bosque nuboso en la regulación del ciclo hidrológico. La generación de la información permitirá que los actores involucrados en el manejo del BN de la RBSM cuenten con los insumos adecuados para la toma de decisiones en la planificación, implementación y evaluación de los proyectos relacionados con el manejo sustentable del ecosistema.

Específicamente, la determinación del balance hídrico detallado será una herramienta para administrar y contar con capacidad predictiva, principalmente para garantizar un abastecimiento en la época seca al sistema natural y a las comunidades que utilizan el agua en la microcuenca. 27

Por otra parte, este estudio permitirá conocer la importancia del ecosistema del bosque nuboso en el aporte en la recarga hídrica a la microcuenca en la época seca. También se podrá conocer el efecto del viento y su incidencia en la cuantificación de la precipitación.

28

V. OBJETIVOS 5.1 Objetivo General

Determinar el balance hídrico detallado del bosque nuboso ubicado en el microcuenca del río Teculután, Zacapa, Guatemala. 5.2 Objetivos Específicos

1. Cuantificar las entradas del balance hídrico en forma de precipitación vertical y precipitación horizontal en la microcuenca del río Teculután, Zacapa, Guatemala.

2. Cuantificar las salidas del balance hídrico en forma de infiltración profunda, escorrentía y evapotranspiración en la microcuenca del río Teculután, Zacapa, Guatemala. 3. Establecer comparaciones entre el bosque nuboso y su efecto en el balance hídrico de la microcuenca del río Teculután, Zacapa, Guatemala.

29

VI. METODOLOGIA 6.1 Cuantificación de las entradas del balance hídrico

Para poder medir las variables de entrada al balance hídrico se utilizaron equipos especializados (ver anexo 1) para cuantificar los tres tipos de precipitación (vertical, horizontal y efectiva): 

Precipitación vertical: es el agua que precipita desde la atmosfera, puede tomar varias formas como gotas de lluvia, granizo y nieve (Van Dijk, 2003).



Precipitación horizontal: es aquella que puede ser conducida por el viento así como el establecimiento de la nube donde las gotas de lluvia son interceptadas por la vegetación dentro de un ecosistema (Van Dijk, 2003).



Precipitación efectiva: es la lluvia que alcanza llegar al suelo del bosque (Van Dijk, 2003).

En la figura 7 se puede observar la ubicación geográfica de las tres estaciones AWS que se utilizaron a lo largo del año hidrológico 2010-2011. 6.1.1 Precipitación vertical

Para la cuantificación de este tipo de precipitación se utilizaron sensores que permitieron medir variables hidrológicas y climáticas. Los sensores se encuentran dentro

de una estación automática denominada Automated

Weather Stations (AWS). Las variables hidrológicas y climáticas que miden estas unidades son: 

Precipitación (mm),



Temperatura (°C),



Humedad relativa (%),

30



Radiación solar (W/m)



Dirección del viento (grados)



Velocidad del viento (m/s).

6.1.3 Precipitación Horizontal

Para calcular la precipitación horizontal se utilizó un modelo empírico que se aplicó en el estudio “Estimating fog deposition at a Puerto Rican elfin cloud forest site: comparison of the water budget and eddy covariance methods” (Holwerda, et al 2006)” donde se utilizó la siguiente fórmula para calcular el ángulo con que precipita la lluvia.

Donde: α es el ángulo que se forma respecto a la precipitación vertical (P) y precipitación horizontal es la precipitación vertical.

Despejando la precipitación horizontal queda como:

Para validar los datos que se calcularon de precipitación horizontal (PH) utilizando el modelo empírico, se utilizo un pluviómetro adaptado Juvik-Type (Figura 9) el cual permite colectar la precipitación horizontal inducida por el viento y la niebla. Este instrumento muestra una eficiencia del 100% bajo condiciones de lluvia conducida por el viento así como la conducida por la nube (Frumau et al, 2006).

31

Figura 9. Pluviometro Juvik-Type (Frumau, Bruijnzeel, y Tobon, 2006) 6.1.3 Precipitación dentro del bosque

Para conocer las intensidades de precipitación que ocurren dentro del bosque nuboso se utilizo un pluviómetro automático, un canal y un recolector, en la Figura 10 se puede observar el equipo instalado en campo.

Figura 10. Equipo para medir la precipitación efectiva dentro del bosque nuboso de la microcuenca de Teculután Para la validación de la precipitación dentro del bosque así como la vertical se utilizaron 21 totalizadores manuales distribuidos aleatoriamente en un área aproximadamente de 2,000 m2. Es importante mencionar que estos

32

totalizadores se encuentran en un radio aproximadamente de 50 m cercanos a la estación AWS. La Figura 11 corresponde a los pluviómetros manuales que se utilizaron para medir la precipitación.

Figura 11. Pluviómetro Manual o Totalizador de precipitación dentro del bosque nuboso de la microcuenca de Teculután

6.1.4 Corrección de la precipitación afectada por el viento y la pendiente del terreno. 6.1.4.1 Corrección por efecto causado por el viento

La pérdida que causa el viento está entre el 2% - 10 % de la lluvia, este porcentaje depende mucho del tamaño de la gota de lluvia y de la velocidad de viento. Para corregir esta pérdida causada por el viento se aplicaron las siguientes ecuaciones (Holwerda et al, 2006):

Donde Rc (mm/h-1): es la intensidad de lluvia corregida, K: factor de pérdida inducida por el viento R (mm/h-1): es la intensidad de lluvia

33

Para calcular el factor k se utiliza la siguiente ecuación:

Donde: R (mm/h-1): es la intensidad de lluvia Ug: es la velocidad del viento en la altura de la medición. Para calcular la variable Ug se realiza por medio de la siguiente ecuación (Holwerda et al, 2006):

Donde: Zg (m):es la altura del pluviómetro Zo (m): es un coeficiente de rugosidad de la vegetación que el 10% del promedio de altura de la vegetación. U (m/s -1) es la velocidad del viento Zm (m): altura de la aenometro y α (grados): es el ángulo de la vegetación que ejerce de obstáculo 6.1.4.2 Corrección por el efecto de la pendiente

Para corregir el efecto que la pendiente tiene sobre la precipitación se calculó el diámetro de la gota de lluvia D (mm) que utiliza el dato de lluvia corregida Rc en la siguiente ecuación (Holwerda et al, 2006): D = 2.23 * (0.03937 * Rc)0.102

También se utiliza la velocidad terminal de la gota con la siguiente ecuación (Holwerda et al, 2006): Vd = 3.378 * ln(D) + 4.213

34

Luego se calcula el ángulo promedio de la inclinación de la lluvia utilizando la ecuación (Holwerda et al, 2006): β = tan-1 ( U / Vd) Donde: β: es el ángulo de la precipitación en grados respecto a la vertical U: promedio de la velocidad del viento a la altura de la medición.

Luego se calcula el factor de corrección (fc) utilizando la siguiente ecuación (Holwerda et al, 2006): fc = 1 + tan (α) * tan (β) * cos (Ωa - Ωb) Donde α es la pendiente en grados, β es el ángulo de inclinación de la lluvia, Ωa es el aspecto de la pendiente en grados y Ωb es el promedio de la dirección del viento.

Con este factor se multiplica por la intensidad de lluvia que se obtuvo para obtener la precipitación corregida por el efecto de la pendiente y el viento.

Para los valores que permanecen constantes en la corrección de datos se utilizaron los siguientes valores tanto para bosque nuboso como para San Lorenzo:

Cuadro 1. Valores de las variables constantes en la corrección de la precipitación en el bosque nuboso Variable Valor Ωa - aspecto de la pendiente Zg - altura pluviómetro Zo - coeficiente de rugosidad Zm - altura aenometro α - pendiente en grados

249.44 11 0.008 11.5 7

35

Cuadro 2. Valores de las variables constantes en la corrección de la precipitación en San Lorenzo Variable Valor Ωa - aspecto de la pendiente

146

Zg - altura pluviómetro Zo - coeficiente de rugosidad

11 0.008

Zm - altura aenometro α - pendiente en grados

11.5 7

Para los otros valores de las variables de las formulas se utilizaron los datos recolectados de las estaciones a lo largo del año hidrológico. En los cuadros del 10 al 20 del anexo 2 se detallan la forma en que se procedió a corregir los datos de precipitación de las estaciones del Timbo y San Lorenzo durante el estudio. De esta forma se procedió a corregir datos por hora y se presentaron datos totales por cada mes.

6.2 Cuantificación de las salidas del balance hídrico

Para calcular la infiltración básica y escorrentía se utilizaron formulas que se desarrollaron por Schosinky y Losilla, (2000). Mientras que para el cálculo de la evapotranspiración se utilizó la formula desarrollada Hargreaves y Samani, (1985) y adapta para Centroamérica por Hargreaves. 6.2.1 Infiltración básica El cálculo de la infiltración se hizo mediante la metodología propuesta en el “Calculo de la recarga potencial de acuíferos mediante un balance hídrico de suelos” propuesta por Schosinky y Losilla, (2000), quienes utilizan las variables de precipitación mensual de la zona, la infiltración básica de los suelos, la cobertura forestal de la zona y la pendiente.

A continuación se detallan los factores que se utilizaron para calcular los valores de la infiltración en los diferentes lugares de medición. Para establecer los coeficientes se utilizaron los valores propuestos por Schosinky,( 2006).

36

Kp

Kv

Kc

I

Bosque Nuboso

0.06 0.20 0.74 1.00

San Lorenzo

0.06 0.10 0.37 0.63

Melon

0.06 0.10 0.81 0.97 (Avalos, 2010)

Donde: Kp: es el coeficiente de pendiente Kv: coeficiente de vegetación Kc: coeficiente de las pruebas de infiltración I: factor de infiltración

Luego utilizando la fórmula propuesta por Schosinky, (2006), se calculó la infiltración

básica utilizando los valores de precipitación obtenida y el

porcentaje de retención. Para bosques será de 0.2 y para otros lugares de 0.12

Es importante mencionar que en el cálculo de Kc se utilizaron valores calculados por Avalos, (s.f.) donde establece los valores para las pruebas de infiltración. 6.2.2 Escorrentía espontanea Para calcular este valor en los sitios de estudiados se utilizo la metodología de Schosinky, (2006), donde se aplicó la siguiente formula:

Esta fórmula se aplicó para los tres sitios que se estudiaron. La unidad de la escorrentía espontanea son los milímetros debido a que al ser las otras variables medidas en mm, esta variable por tanto también posee esta dimensional.

37

6.2.3 Evapotranspiración potencial y real Para calcular estas variables se utilizó el método de Hargreaves. Este método es uno de los más prácticos y confiables. Este investigador diseñó una fórmula específica para la región Centroamericana (Rosito, 2009). Para el bosque nuboso fue únicamente aplicada debido a que las estaciones de San Lorenzo y Melón poseen un sensor que mide directamente a la evapotranspiración real. 

Evapotranspiración potencial

La fórmula diseñada por (Hargreaves & Samani, 1985) y adaptada para Centroamérica por Hargreaves y utilizada por (Noriega, 2005) es la siguiente:

ETP = 0.0075 *(TMF)*RMS

Donde: ETP: Evapotranspiración potencial en mm/mes; TMF: Temperatura media mensual en grados Fahrenheit RMS: Radiación solar incidente mensual; RMS = 0.075 * RMM * S0.5

Donde: RMM: Radiación mensual extraterrestre en mm/mes S: Brillo medio mensual (%)

RMM = RS*N° de días del mes Donde: RS= radiación solar La radiación solar extraterrestres se puede consultar por medio de la pagina de la NASA donde se dispone de estos datos. 38

S= Ks*(100-HR)0.5 Ks: constante para Centroamérica igual 12.5 HR: humedad relativa 

Evapotranspiración real

Para calcular esta salida se utiliza la formula propuesta por (Schosinky, 2006):

Donde: ETR: es la evapotranspiración real ETP: es la evapotranspiración potencial C1: Coeficiente de humedad al final del mes antes de que ocurra la evapotranspiración C2: Coeficiente de humedad mínimo considerando evapotranspiración calculada con C1.

Donde: Hi: humedad inicial del suelo PMP: punto de marchitez permanente CC: capacidad de campo Pi: Precipitación infiltrada

Para estas variables se utilizó valores ya obtenidos para la microcuenca de Teculután obtenidos en el estudio realizado por Avalos, (2010).

39

Variable

Valor

Hi

1079.8

PMP

760.43112

CC

1079.80296

(Avalos, 2010)

Para los datos de infiltración se utilizó los valores que se obtuvieron durante el periodo de medición.

Es importante lo siguiente: Si C1>1, C1=1 Si C11, C2=1 Si C2