Escurrimiento generado por tormentas intensas en Veracruz, … · cambio climático, previamente...
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Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
ReIbCi – Noviembre 2016 – www.reibci.org
Escurrimiento generado por tormentas intensas en
Veracruz, México Estado actual y ante escenarios de cambio climático
Domitilo Pereyra Díaz1, Claudio Hoyos Reyes
1, Karla Pereyra Castro
2,
Uriel Filobello Niño1, Agustín Pérez Sesma
1 y Viridiana Ramírez González
3
Universidad Veracruzana1, Universidad Nacional Autónoma de México
2, Centro de Investigación Científica y de Educación
Superior de Ensenada3.
Xalapa, Ver.1; Cd. de México
2, D.F.; Ensenada, B. C.
3; México.
[dpereyra, choyos, antperez, ufilobello] @uv.mx.
Abstract— In this study Hydrologic Modeling System was applied, in order to estimate the watershed runoff of Idolos
river, Mexico, for six storms. The results will show a consistent estimate of the runoff, with respect to the observed data.
Runoff projection also shows, in scenarios of climate change, in this sense the European Center Hamburg Model shows
would be an increase between 5.17% and 2.18% in the decade of the 30's and 50's for scenarios A2 and B2. Providing
Regional Climates for Impacts Studies model indicates a decrease between 10.62% and 9.58% under the A2 and B1 scenario for
the early 50's. This difference in trend may be due to the spatial resolution of the models.
Keyword— Surface flow, precipitation, Hydrological Modeling, ECHAM-PRECIS Model, Socio-economic scenarios.
Resumen— En este estudio se aplicó el Sistema de Modelado Hidrológico para estimar el escurrimiento que generaron
seis tormentas en la cuenca del río Ídolos, México. Las simulaciones, muestran estimaciones aceptables del escurrimiento,
respecto al observado. También, se muestra la proyección del escurrimiento, ante escenarios de cambio climático, en este
sentido el modelo Europeo del Centro de Hamburgo, muestra que habría un incremento entre 5.17% y 2.18% en la década
de los 30´s y 50´s para escenarios A2 y B2. El modelo climático regional para estudios de impacto, indica un decremento
entre 10.62% y 9.58% bajo los escenario A2 y B1, para la década de los 50´s. Esta diferencia en la tendencia puede deberse
a la resolución espacial de los modelos.
Palabras claves— Flujo Superficial, Precipitación, Modelación Hidrológica, Modelo ECHAM-PRECIS, Escenarios
Socioeconómicos.
I. INTRODUCCIÓN
Para cuencas de respuesta rápida es necesario estimar la magnitud y variación del escurrimiento
superficial generado por tormentas extraordinarias, dado que pueden provocar inundaciones en la parte
baja de éstas; dicha información es requerida en la planeación, así como en el manejo del recurso
hídrico. Cabe aclarar que las inundaciones provocadas por el desbordamiento de los ríos no
necesariamente se deben a tormentas extraordinarias sino que, en primera instancia, se puede deber a
factores antropogénicos [1]. En este sentido Ojeda y Col. [2] menciona que debido al impacto del
cambio climático la modificación de los componentes del ciclo hidrológico, principalmente la
evapotranspiración y la precipitación, tendrá un efecto radical en las demandas de riego y en la gestión
de los sistemas de riego. Mientras que, en algunas regiones de México, el ciclo hidrológico muestra
algunos cambios significativos, quizá una de las zonas que preocupa más es el sur [3]. En Veracruz se
han realizado estudios para la cuenca del río La Antigua sobre la Evapotranspiración Real considerando
el estado actual y ante escenarios de cambio climático habiendo resultado con ligero incremento [4].
La estimación del escurrimiento por métodos indirectos implica utilizar técnicas y herramientas
evaluadas y calibradas, que contengan las características físicas de la cuenca (tipo de suelo, cobertura
vegetal, pendiente, área y relieve), las cuales determinan en gran medida los procesos del ciclo
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hidrológico. Los investigadores han utilizado modelos numéricos para simular los procesos lluvia-
escurrimiento en una cuenca debido a su naturaleza no-lineal de la relación lluvia-escurrimiento [5]. De
las técnicas que se utilizan para estimar el escurrimiento, tenemos los modelos numéricos que son
considerados una herramienta valiosa, por la obtención de resultados favorables en la estimación del
escurrimiento [6].
Actualmente, existe un sin número de modelos matemáticos que se han utilizado en diversas áreas
del conocimiento, para simular eventos reales que de otra forma no sería posible estudiar. En hidrología
se han desarrollado técnicas cada vez más avanzadas, que permiten la simulación del escurrimiento de
una cuenca generado por una tormenta. Una de éstas, es el Sistema de Modelado Hidrológico del Centro
de Ingeniería Hidrológica de la Armada de Estados Unidos de América, conocido como HEC-HMS por
sus siglas en inglés, que permite simular el proceso lluvia-escurrimiento en una cuenca hidrológica [7].
En cuanto al cambio climático según el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change 2013) en
áreas tropicales (entre los 10º N y 10º S), es muy probable que la precipitación se haya incrementado
entre 0.2 y 0.3% por década. Para México las observaciones instrumentales de los últimos 38 años
(1941-2008) muestran que la precipitación, hasta julio del 2008 se había observado un déficit de 18% en
promedio para el país [4]. Mientras que Mendoza y Col. [8], mencionan que unos de los principales
efectos del cambio climático global podría ser un alteración del ciclo termo-hidrológico regional,
acompañado de cambios en el escurrimiento. En este sentido Valázquez y Col [9] analizaron el impacto
potencial del Cambio Climático en los escurrimientos medio mensuales de la cuenca del río Tampaón,
México para el período 2041-2070, usando el modelo hidrológico SWAT y GR4J y determinaron que el
escurrimiento disminuirá fuertemente para los meses de Julio a Septiembre de ese período. House y Col.
[10], señala que, los cambios previstos en el clima son propensos a tener efectos sustanciales en las
condiciones hidrológicas de los humedales que a su vez tendrán implicaciones para la ecología de los
humedales. La evaluación de los impactos del cambio climático ecohidrológicos requiere modelos que
pueden simular con precisión los niveles de agua en la resolución a escala fina a la que responden las
especies y las comunidades. Por lo expuesto anteriormente, este estudio tiene por objeto calcular, a nivel
regional, el escurrimiento generado por tormentas intensas de la cuenca del río Ídolos (área de 508.2
km2), utilizando el modelo HEC-HMS, para condiciones actuales y proyectadas ante escenarios de
cambio climático, previamente será calibrado el modelo con tormentas severas registradas en el período
2000-2010 [11] [12]. La importancia del estudio radica en que en esta cuenca se practica la agricultura,
de temporal y de riego y la ganadería.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
A. Área de Estudio
El área de estudio se localiza en la parte central del estado de Veracruz, México, entre los 19° 20’ y los 19° 35’ de latitud norte y los 96° 55’ y los 96° 30’ longitud oeste, cubre un área total de 508.2 km
2
(Figura 1), su altitud varía de 1601 metros sobre el nivel del mar (en la cima del cerro Macuiltépelt, ubicado dentro de la ciudad de Xalapa) hasta 85 msnm, donde se ubica la estación hidrométrica Los Ídolos. Esta cuenca es parte de la RH-28 Papaloapan, en su parte alta se ubica una fracción de la ciudad de Xalapa, en la parte media existen varias poblaciones pequeñas, entre ellas Otates y Miradores, donde se ubica el aeropuerto nacional El Lencero; en la parte baja se encuentra el poblado Los Ídolos. Esta parte baja es empleada para la agricultura, donde se siembra mango, caña de azúcar, malanga, jitomate entre otros cultivos. En la cuenca se encuentran cuatro tipos de suelo que van desde Vertisol, Acrisol, Andosol y Feozem y, su cobertura vegetal principal son de bosques, pastizales, zonas agrícolas y urbanas [13][14].
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Figura 1.Delimitación de la cuenca del río Ídolos (línea obscura).
B. Descripción del Modelo HEC-HMS
El modelo HEC-HMS, es un programa de simulación hidrológica, semi-distribuido, diseñado para
simular los procesos de lluvia-escurrimiento en los sistemas de cuencas dendríticas, desarrollado por el
cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos; estima hidrogramas de salida de una cuenca o
varias cuencas (escurrimiento máximos y tiempo pico). Para ello, se aplican algunos de los métodos de
cálculo de hietogramas (precipitación total y de exceso), pérdidas por infiltración, escurrimiento base,
entre otros, obtenidos a partir de condiciones extremas de precipitación. Estos cálculos se realizan a
partir de la introducción de variables conocidas de la cuenca, como son: la precipitación promedio, área
de la cuenca, la abstracción inicial, número de curva, tiempo de retardo, entre otras. Este modelo
matemático tiene una gran aceptación a nivel internacional y su distribución es libre [7][15]. En la tabla1
se presentan las variables, parámetros y demás datos, que son representativos de la cuenca del río Ídolos,
y que se utilizaron como datos de entrada para el modelo HEC-HMS. Los procesos que se emplearon
para las simulaciones fueron el método de pérdida Número de Curva (CN) del Soil Conservation Service
(SCS) y para el cálculo del hidrograma de las tormentas se utilizó el método SCS Unit Hydrograph.
Los datos de precipitación fueron extraídos de la base de datos CLICOM [16] del período 2000-2010
y la precipitación promedio diaria se obtuvo mediante la técnica de polígonos de Thiessen, la cual toma
en cuenta el área de influencia de cada estación pluviométrica. El análisis estadístico y los hidrogramas
se hicieron con el software Statistica versión 10 [17] y las figuras (mapas) con el ArcGis versión 10.1
[18].
C. Modelos de Circulación ECHAM y PRECIS
Para generar escenarios de cambio climático en este estudio se utilizó el modelo de circulación
general ECHAM (del European Center for Medium Range Weather Forecast), calibrándolo previamente
con tormentas extraordinarias registradas en el período 2000-2010 para el estado de Veracruz a una
resolución espacial de 2.79º por 2.82º, y el modelo de circulación regional PRECIS (Providing Regional
Climates for Impacts Studies) con una resolución de 0.5º por 0.5º.
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Tabla 1. Datos para alimentar el modelo HEC-HMS, que caracterizan la cuenca del río Ídolos.
Longitud del río Ídolos
Trayectoria del cauce principal 𝐿1 = 60,379.9𝑚
En línea recta (punto más alto al más bajo) 𝐿2 = 40,573.46𝑚
Altitud
Punto más bajo 𝑃1 = 85𝑚𝑠𝑛𝑚 (estación hidrométrica Los Ídolos)
Punto más alto 𝑃2 = 1601𝑚𝑠𝑛𝑚 (cerro Macuiltépelt)
Pendiente
𝑆 =𝑃2 − 𝑃1
𝐿2
𝑆 = 0.0373
𝑆 > 1
Número de curva
𝐶𝑁 =𝐶𝑁1𝐴1+𝐶𝑁2𝐴2+⋯+𝐶𝑁𝑖𝐴𝑖
𝐴𝑇 𝐶𝑁 = 77
Tiempo de concentración
𝑇𝑐 = 0.000325𝐿1
0.77
𝑆0.385 𝑇𝑐 = 5.53ℎ𝑟𝑠.
60%𝑇𝑐 = 𝑇𝑟 = 199.08𝑚𝑖𝑛
Abstracción inicial del suelo
𝑃0 = 0.2 (25400
𝐶𝑁− 254) 𝑃𝑜 = 15.17𝑚𝑚
Área de la cuenca Constante de recesión
𝐴 = 508.2 𝑘𝑚2 𝑅 = 0.9
Cabe aclarar, que para generar los escenarios de cambio climático con el modelo ECHAM se tomó
como escenario base el período 1971-2000, mientras que para el modelo de circulación regional
PRECIS se tomó el escenario base correspondiente al período 1961-1990, debido a que ya no fue
actualizado para el escenario base de las Normales Climatológicas 1971-2000, por el Instituto de
Meteorología de Cuba. Asimismo, se proyectaron los escenarios de las tormentas ocurridas en el período
2000-2010; por lo que los resultados deberán considerarse como una hipótesis de lo que podría ocurrir
en las décadas 2030’s y 2050’s ante los escenarios socioeconómicos A2 y B2 (ECHAM) y A2 y B1
(PRECIS), debido a que actualmente no se cuenta con escenarios bases que consideren el período 2000-
2010.
Para generar la proyección futura de los escenarios A2 y B1 utilizando el modelo regional PRECIS
(Tabla 2) se construyeron mapas de isoyetas para los meses de junio, julio, agosto y septiembre (meses
en que se presentan las tormentas) en la página del modelo, estas imágenes, como la figura 2, muestran
las variaciones de la precipitación en milímetros por día (mm/día). Con estas variaciones y apoyándonos
en la ecuación 1, se obtuvo la proyección de la precipitación futura, únicamente para la década de los
2050’s, dado que ya no se realizaron más corridas para la década de los 2030´s.
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Figura 2.Variaciones de precipitación (mm/día) del modelo PRECIS, para el mes de junio.
Tabla 2.Variación porcentual, en relación a las normales climatológicas y del modelo PRECIS.
Normales Climatológicas
(1961-1990) PRECIS Escenario A2 PRECIS Escenario B1
Mes Precipitación Variación
Precipitación
futura Variación Variación
Precipitación
futura Variación
(mm/mes) (mm/día) (mm/día) (mm/día) (%) (mm/día) (mm/día) (%)
Jun 207.75 6.93 0.48 7.41 6.93 0.36 7.29 5.20
Jul 216.4 6.98 -1.03 5.95 -14.76 -0.76 6.22 -10.89
Ago 172.075 5.55 -0.33 5.22 -5.95 -0.30 5.25 -5.40
Sep 214.975 7.17 -0.75 6.42 -10.47 -0.55 6.62 -7.68
𝑃𝑐𝑝𝑓𝑢𝑡𝑢𝑟𝑎 =𝑃𝑐𝑝𝑏𝑎𝑠𝑒 61−90
𝑁𝑢𝑚.𝑑𝑒𝑑í𝑎𝑠𝑑𝑒𝑙𝑚𝑒𝑠+ 𝑃𝑐𝑝𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠
......................... Ec. 1
III. RESULTADOS
Escurrimiento estimado con el HEC-HMS: estado actual. El método descrito previamente fue aplicado a las tormentas que se presentan en la tabla 3 con el fin de calibrar el modelo, tomando los datos y variables ya establecidos (Tabla 1). En la figura 3 a la 8 se muestran los hidrogramas observados y estimados con el modelo HEC-HMS, para cada tormenta.
Tabla 3.Tormentas que alimentaron el modelo HEC-HMS para la simulación.
No.
Tormenta Período Año
Precipitación
Máxima día más
lluvioso (mm/día)
Gasto Base
(m3/s)
1 05/Jun-21/Jun 2000 85.47 1.807
2 18/Ago-24/Ago 2005 104.17 1.071
3 18/Jul-23/Jul 2006 70.90 4.783
4 26/Sep-30/Sep 2007 95.45 1.723
5 04/Jun-12/Jun 2008 59.49 1.183
6 03/Jul-12/Jul 2008 61.00 20.327
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Figura 3b). Hidrograma estimado. Tormenta 1.
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Figura 7a). Hidrograma observado. Tormenta 5.
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Escurrimiento estimado con el HEC-HMS: considerando escenarios de cambio climático. Los escenarios utilizados para conocer el comportamiento de tormentas intensas en la cuenca del río Ídolos fueron; A2, B1 y B2, que forman parte de los escenarios descritos en el Informe Especial del Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC por sus siglas en inglés) sobre escenarios de emisiones. Los escenarios están agrupados en cuatro familias (A1, A2, B1 y B2) que exploran vías de desarrollo alternativas incorporando toda una serie de fuerzas demográficas, económicas y tecnológicas, junto con las emisiones de gases de efecto invernadero [19].
Precipitación. En la tabla 4 se muestran las precipitaciones de salida del modelo de circulación general ECHAM y las variaciones, en porcentaje, respecto a las normales climatológicas del período 1971-2000, para la década de los 30’s y 50’s ante los escenarios socioeconómicos A2 y B2. Una vez conocidas estas variaciones, solamente se aumentaron o disminuyeron a los datos de precipitación de escenario base, como se muestra en la tabla 5. En esta tabla se muestran los valores de precipitación diaria registrada en cada tormenta (escenario base, 2000-2010), así como los datos de precipitación de las décadas de los 2030’s y 2050’s, modificados según la variación correspondiente a las tabla 4 (columnas 5-6 y 9-10) y 3(columna 6 y 9).
Tabla 4. Precipitación y sus variaciones porcentuales.
Normales Climatológicas
(1971-2000) Escenario A2 Escenario B2
Precipitación (mm/mes)
Precipitación
(mm/mes) Variación (%)
Precipitación
(mm/mes) Variación (%)
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Feb 26.64 33.91 51.67 225.76 141.90 21.35 32.53 343.61 216.08
Mar 29.89 -5.04 -9.37 -27.76 -28.22 -5.13 -8.11 -51.55 -44.60
Abr 36.59 -22.07 -34.04 -94.79 -68.44 -15.97 -24.01 -146.19 -102.94
May 68.05 -26.30 -42.67 -50.94 -32.73 -16.89 -26.82 -82.72 -52.01
Jun 201.08 -13.36 -22.90 -7.11 -4.88 -9.18 -14.97 -12.18 -7.96
Jul 215.11 -6.68 -12.50 -3.12 -2.57 -5.50 -9.21 -5.84 -4.31
Ago 172.89 -2.97 -6.65 -1.73 -1.85 -3.17 -5.51 -3.88 -3.21
Sep 186.51 10.89 14.73 6.20 3.77 6.62 9.20 8.38 5.23
Oct 98.53 -22.06 -30.83 -24.69 -11.83 -10.59 -15.42 -34.48 -17.21
Nov 40.80 1.49 1.12 4.56 12.16 4.30 5.17 3.80 14.69
Dic 26.50 -16.57 -20.32 -89.68 -3.14 -0.67 -0.66 -109.83 -2.88
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
46 Vol. 3 No. 6
Tabla 5.Variación de la precipitación de acuerdo a los modelos ECHAM y PRECIS.
Fecha
Datos de Precipitación (mm/día)
Escenario Base
ECHAM A2 ECHAM B2 PRECIS
A2 B1
2030's 2050's 2030's 2050's 2050's
Variación porcentual de acuerdo a las tablas 2 y 3.
Tormenta 1
-7.11% -12.18% -4.88% -7.96% 6.93% 5.20%
05/06/2000 2.94 2.73 2.58 2.8 2.71 3.14 3.09
06/06/2000 9.05 8.4 7.94 8.6 8.33 9.68 9.52
07/06/2000 26.37 24.49 23.16 25.08 24.27 28.20 27.74
08/06/2000 7.69 7.14 6.75 7.32 7.08 8.22 8.09
09/06/2000 85.47 79.39 75.06 81.3 78.67 91.39 89.91
10/06/2000 17.7 16.44 15.54 16.83 16.29 18.93 18.62
11/06/2000 59.53 55.3 52.27 56.62 54.79 63.66 62.63
12/06/2000 19.04 17.69 16.72 18.11 17.53 20.36 20.03
13/06/2000 2.89 2.69 2.54 2.75 2.66 3.09 3.04
14/06/2000 7.2 6.69 6.32 6.85 6.63 7.70 7.57
15/06/2000 16.14 14.99 14.18 15.35 14.86 17.26 16.98
16/06/2000 17.81 16.54 15.64 16.94 16.39 19.04 18.74
17/06/2000 4.49 4.17 3.95 4.27 4.14 4.80 4.72
18/06/2000 30.41 28.25 26.71 28.93 27.99 32.52 31.99
19/06/2000 8.58 7.97 7.53 8.16 7.9 9.17 9.03
20/06/2000 26.43 24.55 23.21 25.13 24.32 28.26 27.80
21/06/2000 0.47 0.44 0.41 0.45 0.43 0.50 0.49
Tormenta 2
-1.73% -3.88% -1.85% -3.21% -5.95% -5.40%
18/08/2005 5.61 5.51 5.39 5.51 5.43 5.28 5.31
19/08/2005 35.73 35.11 34.34 35.07 34.58 33.60 33.80
20/08/2005 24.18 23.77 23.25 23.74 23.41 22.74 22.87
21/08/2005 5.48 5.38 5.27 5.38 5.3 5.15 5.18
22/08/2005 104.17 102.37 100.13 102.24 100.82 97.97 98.54
23/08/2005 28.27 27.79 27.18 27.75 27.37 26.59 26.74
24/08/2005 0.24 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23
Tormenta 3
-3.12% -5.84% -2.57% -4.31% -14.76% -10.89%
18/07/2006 0.72 0.7 0.68 0.7 0.69 0.61 0.64
19/07/2006 10.11 9.79 9.52 9.85 9.67 8.62 9.01
20/07/2006 56.99 55.21 53.66 55.52 54.53 48.58 50.78
21/07/2006 31.46 30.48 29.62 30.65 30.1 26.82 28.03
22/07/2006 17.45 16.91 16.43 17 16.7 14.87 15.55
23/07/2006 70.9 68.68 66.76 69.08 67.84 60.44 63.18
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
Vol. 3 No. 6 47
Tabla 5.Variación de la precipitación de acuerdo a los modelos ECHAM y PRECIS. Continuación
Fecha
Datos de Precipitación (mm/día)
Escenario Base
ECHAM A2 ECHAM B2 PRECIS
A2 B1
2030's 2050's 2030's 2050's 2050's
Variación porcentual de acuerdo a las tablas 2 y 3.
Tormenta 4
6.20% 8.38% 3.77% 5.23% -10.47% -7.68%
26/09/2007 13.41 14.24 14.53 13.91 14.11 12.01 12.38
27/09/2007 95.45 101.37 103.45 99.05 100.44 85.46 88.12
28/09/2007 12.48 13.25 13.53 12.95 13.13 11.17 11.52
29/09/2007 1.04 1.11 1.13 1.08 1.1 0.93 0.96
30/09/2007 2.14 2.27 2.32 2.22 2.25 1.92 1.98
Tormenta 5
-7.11% -12.18% -4.88% -7.96% 6.93% 5.20%
04/06/2008 15.73 14.61 13.82 14.96 14.48 16.82 16.55
05/06/2008 13.57 12.6 11.91 12.9 12.49 14.51 14.28
06/06/2008 59.49 55.26 52.24 56.59 54.76 63.61 62.58
07/06/2008 37.81 35.12 33.2 35.96 34.8 40.43 39.78
08/06/2008 25.8 23.97 22.66 24.54 23.75 27.59 27.14
09/06/2008 20.27 18.83 17.8 19.28 18.66 21.67 21.32
10/06/2008 53.44 49.64 46.93 50.83 49.19 57.14 56.22
11/06/2008 12.98 12.05 11.39 12.34 11.94 13.88 13.65
12/06/2008 9.2 8.55 8.08 8.75 8.47 9.84 9.68
Tormenta 6
-3.12% -5.84% -2.57% -4.31% -14.76% -10.89%
03/07/2008 4.34 4.2 4.08 4.23 4.15 3.70 3.87
04/07/2008 38.51 37.31 36.26 37.52 36.85 32.83 34.32
05/07/2008 8.02 7.77 7.55 7.82 7.68 6.84 7.15
06/07/2008 61 59.1 57.44 59.44 58.38 52.00 54.36
07/07/2008 9.9 9.59 9.32 9.64 9.47 8.44 8.82
08/07/2008 27.23 26.38 25.64 26.53 26.06 23.21 24.26
09/07/2008 49.75 48.2 46.85 48.47 47.61 42.41 44.33
10/07/2008 6.95 6.74 6.55 6.78 6.65 5.92 6.19
11/07/2008 4.31 4.18 4.06 4.2 4.13 3.67 3.84
12/07/2008 0.45 0.44 0.43 0.44 0.43 0.38 0.40
A partir de la nueva base de datos de precipitación, se alimentó el modelo HEC-HMS y se ejecutó para cada escenario ante cambio climático; obteniéndose los hidrogramas presentes en las figuras 9 a 26 que corresponden a los resultados de cada tormenta. Donde además se muestra el hietograma y el hidrograma correspondiente al escenario base.
En la tabla 6 se presenta el volumen de escurrimiento obtenido en cada simulación realizada, mostrados previamente en los hidrogramas de la figuras 9 a 26, para la condición actual de la cuenca y ante los escenarios de cambio climático ECHAM y PRECIS.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
48 Vol. 3 No. 6
Tabla 6.Volumen de escurrimiento estimado con el modelo HEC-HMS.
No.
Tormenta
Volumen de escurrimiento (en miles de m3)
Precipitación Salidas de
HEC-HMS
ECHAM A2 ECHAM B2 PRECIS
2030´s 2050´s 2030´s 2050´s 50A2 50B1 Escenario Base
1 68,500 73,380.90 67,010.90 61,397.30 69,536.80 66,064.90 71,566.10 69,372.70
2 82,700 78,603.80 82,659.60 80,158.00 82,518.80 80,927.80 65,957.90 66,500.60
3 66,400 63,864.90 66,391.20 63,844.30 66,909.60 65,272.00 45,692.90 48,700.50
4 42,400 29,480.20 42,415.50 43,871.20 40,807.00 41,769.50 29,463.40 31,093.30
5 83,100 83,172.70 83,122.50 77,043.60 85,796.50 82,110.90 90,900.10 88,966.90
6 89,500 85,740.00 89,539.20 86,498.50 90,154.80 88,212.40 70,529.50 70,753.30
06/0
5/2
000
06/0
7/2
000
06/0
9/2
000
06/1
1/2
000
06/1
3/2
000
06/1
5/2
000
06/1
7/2
000
06/1
9/2
000
06/2
1/2
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0
10
20
30
40
50
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90
Pre
cip
itació
n (
mm
)
Figura 9a). Hietograma de la tormenta 1.
05/0
6/0
0
07/0
6/0
0
09/0
6/0
0
11/0
6/0
0
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6/0
0
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0
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6/0
0
19/0
6/0
0
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0
0
20
40
60
80
100
120
Gasto
(m
3/s
)
Figura 9b) Hidrograma estimado para el escenario base, tormenta 1.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
Vol. 3 No. 6 49
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Día
0
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Gasto
(m
3/s
)
30_A2
Figura 10a). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario A2, tormenta 1.
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Día
0
20
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Gasto
(m
3/s
)
30_B2
Figura 10b). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario B2, tormenta 1.
Figura 10c). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50’s, escenario A2, tormenta 1.
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Día
0
20
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Ga
sto
(m
3/s
)
50_A2
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50 Vol. 3 No. 6
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Día
0
20
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Gasto
(m
3/s
)
50_B2
Figura 10d). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario B2, tormenta 1.
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Día
0
20
40
60
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100
120
140
Ga
sto
(m
3/s
)
50_A2
Figura 11a). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario A2, tormenta 1.
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Día
0
20
40
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100
120
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Gasto
(m
3/s
)
50_B1
Figura 11b). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario B1, tormenta 1.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
Vol. 3 No. 6 51
08/1
8/2
005
08/1
9/2
005
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0/2
005
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1/2
005
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2/2
005
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3/2
005
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4/2
005
0
20
40
60
80
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Pre
cip
itació
n (
mm
)
Figura 12a). Hietograma de la tormenta 2
18/0
8/0
5
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5
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5
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5
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5
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5
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5
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5
26/0
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5
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Gasto
(m
3/s
)
Figura 12b) Hidrograma estimado para el escenario base, tormenta 2.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Día
0
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100
150
200
250
300
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Gasto
(m
3/s
)
30_A2
Figura 13a). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario A2, tormenta 2.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
52 Vol. 3 No. 6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Día
0
50
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250
300
350
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Gasto
(m
3/s
)
30_B2
Figura 13. Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario B2, tormenta 2.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Día
0
50
100
150
200
250
300
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Gasto
(m
3/s
)
50_A2
Figura 13c). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario A2, tormenta 2.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Día
0
50
100
150
200
250
300
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Gasto
(m
3/s
)
50_B2
Figura 13. Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario B2, tormenta 2.
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Vol. 3 No. 6 53
1 2 3 4 5 6 7 8
Día
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Gasto
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3/s
)
50_A2
Figura 14. Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario A2, tormenta 2.
1 2 3 4 5 6 7 8
Día
0
50
100
150
200
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300
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400
Gasto
(m
3/s
)
50_B1
Figura 14. Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario B1, tormenta 2.
07/1
8/2
006
07/1
9/2
006
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0/2
006
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Pre
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itació
n (
mm
)
Figura 15. Hietograma de la tormenta 3.
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54 Vol. 3 No. 6
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6
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Gasto
(m
3/s
)
Figura 15b) Hidrograma estimado para el escenario base, tormenta 3.
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Día
0
50
100
150
200
250
300
Gasto
(m
3/s
)30_A2
Figura 16a). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenariosA2, tormenta 3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Día
0
50
100
150
200
250
300
Gasto
(m
3/s
)
30_B2
Figura 16b). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenarioB2, tormenta 3.
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Vol. 3 No. 6 55
1 2 3 4 5 6 7 8 9
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Gasto
(m
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)
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Figura 16c). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario A2, tormenta 3.
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Figura 16d). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario B2, tormenta 3.
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Figura 17a). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario A2, tormenta 3.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
56 Vol. 3 No. 6
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Figura 17. Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario B1, tormenta 3. 09/2
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Figura 18a). Hietograma de la tormenta 4.
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Figura 18b) Hidrograma estimado para el escenario base, tormenta 4.
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Figura 19a). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario A2, tormenta 4.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
Vol. 3 No. 6 57
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Figura 19b). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario B2, tormenta 4.
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Figura 19c). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario A2, tormenta 4.
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Figura 19d). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario B2, tormenta 4.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
58 Vol. 3 No. 6
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Figura 20a). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario A2, tormenta 4.
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Figura 20b). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario B1, tormenta 4.
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Figura 21. Hietograma de la tormenta 5.
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Vol. 3 No. 6 59
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Figura 21b) Hidrograma estimado para el escenario base, tormenta 5.
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Figura 22a). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario A2, tormenta 5.
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Figura 22b). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario B2, tormenta 5.
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Figura 22c). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario A2, tormenta 5.
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Figura 22b). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario B2, tormenta 5.
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Figura 23a). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario A2, tormenta 5.
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Figura 23b). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario B1, tormenta 5.
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Figura 24a). Hietograma de la tormenta 6.
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Figura 24b) Hidrograma estimado para el escenario base, tormenta 6.
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62 Vol. 3 No. 6
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Figura 25a). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario A2, tormenta 6.
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Figura 25b). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 30’s, escenario B2, tormenta 6.
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Figura 25c). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario A2, tormenta 6.
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Figura 25d). Hidrograma estimado con ECHAM; para los 50´s, escenario B2, tormenta 6.
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Figura 26a). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario A2, tormenta 6.
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Figura 26b). Hidrograma estimado con PRECIS; para los 50’s, escenario B1, tormenta 6.
IV. DISCUSIÓN
De acuerdo con Bates y Col. [21] numerosos estudio han examinado las posibles tendencias del escurrimiento fluvial observado y han detectado tendencias apreciables en ciertos indicadores de flujo, y otros han evidenciado vínculos, estadísticamente significantes, con las tendencias de la precipitación.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
64 Vol. 3 No. 6
Otros muchos estudios, sin embargo, no han advertido tendencia alguna, o no han conseguido disociar los efectos de las variaciones de precipitación de los efectos de la intervención humana en las cuencas. En este estudio, a escala regional (cuenca del río Ídolos) se estimó el volumen de escurrimiento por eventos de precipitación con el modelo de circulación global ECHAM, los resultados mostraron (como afirma Bates y Col. [21]) tendencias apreciables positivas con respecto al escenario base (normales climatológicas 1971-2000) y, de manera similar fueron las tendencias mostradas por el modelo de circulación regional PRECIS (tabla 6).
Cabe mencionar que la validación de las estimaciones del escurrimiento, que fueron generadas por el modelo HEC-HMS, se realizó comparando con datos observados de la estación hidrométrica los Ídolos, Veracruz, México. En cuanto al Cambio Climático los resultados obtenidos con los modelos de circulación (ECHAM y PRECIS), y sus tendencias (incremento como decremento) no se reevaluaron los parámetros y variables de la cuenca (tabla 1) para las décadas de los 30’ y 50’, con el fin de alimentar nuevamente al modelo HEC-HMS para obtener resultados más confiables. Como ejemplo el número de curva (CN) se estimó con las cartas a) conjunto de datos vectorial edafológico, b) conjunto de datos vectorial uso de suelo y vegetación de INEGI del año 2007 [13][14].
V. CONCLUSIÓN
Tomando en cuenta su forma los hidrogramas generados con el modelo HEC-HMS son semejantes a los observados, como se puede ver en la figura 3, su correlación entre los gastos máximos observados y estimados presentó un coeficiente r
2=0.899; Sin embargo, el tiempo pico presenta un desfasamiento, en
algunos casos, hasta un día. Por su precisión el modelo HEC-HMS, sobreestimó el escurrimiento en un 10.8% en 4 de las tormentas analizadas, y subestimó en un 3.6% en las otras dos tormenta (1 y 5), estos resultados muestran que el modelo es confiable si tomamos en cuenta que la magnitud de los escurrimientos es de millones de metros cúbicos. En cuanto al cambio climático, el escurrimiento generado por el HEC-HMS para tormentas intensas, para la década de los 30’s y 50’s, indica que podría presentarse un aumento con los escenarios socioeconómicos A2 y B2, según el modelo global ECHAM. En tanto que, con el modelo regional PRECIS se observaría un decremento en el escurrimiento de las tormentas intesas para la década de los 50’s en los escenarios A2 y B1. Esta contradicción en la tendencia puede deberse a la resolución espacial de ambos modelos, la cual en el global la malla 31.5 veces mas grade que la del modelo regional. De los resultados la forma de los hidrogramas confirman que la cuenca del río Ídolos es una cuenca de respuesta rápida, por lo que un aumento en la precipitación por la presencia de fenómenos hidrometeorológicos extraordinarios, como el huracán Karl en 2010 (Pereyra et al. 2012), que produjo inundación en la parte baja, donde se ubica la ciudad de Veracruz, y deslaves en la parte alta de la cuenca del río La Antigua, adjunta a la cuenca en estudio, podrían causar inundaciones en la parte baja y plana de esta cuenca, que se encuentra a 85 metros sobre el nivel de mar en su punto más bajo, y que está compuesta por zonas dedicadas a la agricultura, ganadería, y donde se ubica el poblado Los Ídolos con más de mil habitantes. Finalmente, este estudio servirá de antecedente en futuros estudios de cuencas hidrológicas, para la planeación de obras hidráulicas o el manejo del recurso hídrico. Así, como referencia para el estudio del escurrimiento generado ante escenarios de cambio climático una vez que éstos hayan sido actualizados para décadas recientes.
REFERENCIAS
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hidrograma unitario instantáneo: el caso de la cuenca del río Tecolutla”, México. Investigaciones
Geográficas, Boletín del Instituto de Geografía, UNAM. México, 2012, vol. 79, pp. 20-38.
[2] Ojeda-Bustamante, W, E Sifuentes-Ibarra, M Íñiguez-Covarrubias y MJ Montero-Martínez “Impacto del
Cambio Climático en el Desarrollo y Requerimientos Hídricos de los Cultivos”. Agrociencia, México,
2011, vol. 45(1), pp. 1-11.
Revista Iberoamericana de Ciencias ISSN 2334-2501
Vol. 3 No. 6 65
[3] Magaña V y LM Glaván, “Detección y Atribución de Cambio Climático a Escala Regional. Realidad,Datos
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[4] Pereyra D, Cruz-Torres DG y Pérez-Sesma JAA, “La Evapotranspiración Real (ETR) en la cuenca del río
La Antigua, Veracruz: estadoactual y ante escenarios de cambio climático”, Investigaciones Geográficas,
Boletín del Instituto de Geografía, UNAM, México, 2011, vol. 75, pp. 37-50.
[5] Behmanesh J and Ayashm S “ Rainfall-runoff modeling in the Turkey River using numerical and regression
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[6] Pereyra D. Cervantes J, Hoyos C y Pérez JAA, “Escurrimiento Generado por el Huracán Karl: Una Primera
Estimación”. En A. Tejeda y L. Betancourt (coords.), Las inundaciones de 2010 en Veracruz. Memoria
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Corps of Engineers, Washington, DC, USA, 2000, p. 149.
[8] Mendoza V M, EE Villanueva and J Adem, “Vulnerability of basins and watersheds in Mexico to global
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[10] House AR, JR Thompson y MC Acreman, “Projecting impacts of climate change on hydrological
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[11] Gaytán R, De Anda J and Nelson J, “Computation of changes in the run-off regimen of the Lake Santa Ana
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[12] Rodríguez Y, Marrero de León N, y Laura Gil, “Rainfall-runoff model for Reno´s river basin”. Revista
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[13] INEGI a) Conjunto de Datos Vectorial Edafológico, Serie III, escala 1:250000 (Continuo Nacional).
Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) México, 2007.
[14] INEGI b) Conjunto de Datos Vectorial Uso de Suelo y Vegetación, Serie IV, escala 1:250000 (Continuo
Nacional). Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) México, 2007.
[15] Scharffenberg W. A, “HydrologicModellingSystem HEC-HMS, User´s Manual (version 4.1)”, Army Corps
of Engineers, Washington, D.C. USA, 2015, p. 584.
[16] CONAGUA, Servicio Meteorológico Nacional, SMN. Sistema de Información Climática Computadorizada,
CLICOM de la Comision Nacional del Agua en CD, México, 2011.
[17] StatSoft, Inc, STATISTICA (data analysis software system), version 10. www.statsoft.com, Tulsa, USA,
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[18] ESRI, ArcGIS, 10.1 ed. Environmental Scientific Research Institute, Redlands, USA, 2012, [CD-ROM].
[19] IPCC, “Cambio climático 2013. Informe para responsable de políticas. Contribución de los Grupos de
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Climático” [Core WritingTeam, Pachauri, R.K, Reisinger, A. y Equipo principal de redacción (directores de
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[20] Bates BC, ZW Kundzewicz, S Wu y JP Palutikof, Eds., “El Cambio Climático y el Agua. Documento
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