DocsTec-4934

Vista previa del material en texto

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE
MONTERREY
CAMPUS MONTERREY
DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA
TECNOLÓGICO
DE MONTERREY
Modelación hidrológica de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real como herramienta
en la implementación de pago por servicios ecológicos en la Reserva de La Biosfera
Sierra Gorda, Querétaro, México
TESIS
PRESENTADA COMO REQUISITO PARACIAL PARA OBTENER EL GRADO
ACADÉMICO DE:
MAESTRA EN CIENCIAS
ESPECIALIDAD EN SISTEMAS AMBIENTALES
POR:
NYREE GRICEL ABAD CUEVAS
MONTERREY, N.L. DICIEMBRE DE 2006
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE 
MONTERREY 
 
 
CAMPUS MONTERREY 
 
DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA 
PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA 
 
 
Los miembros del comité de tesis recomendamos que el presente proyecto de tesis 
presentado por la Lic. Nyree Gricel Abad Cuevas sea aceptado como requisito parcial 
para obtener el grado académico de: 
 
Maestra en Ciencias en Sistemas Ambientales 
Especialidad en Manejo de Recursos Naturales 
 
 
 
 
Comité de Tesis: 
 
 
 
 
_________________________ 
Dr. Fabián Lozano 
Asesor 
 
 
 
________________________ ____________________ 
Dr. Mario Manzano Camarillo Dr. Jorge García Orozco 
Sinodal Sinodal 
 
 
 
 
Aprobado: 
 
 
 
_______________________ 
Dr. Francisco Ángel Bello 
Director del Programa de Graduados en Ingeniería 
Diciembre, 2006
 iii
Agradecimiento 
 
A mi asesor, el Dr. Fabián Lozano, por su apoyo incondicional y asesoría en la 
realización de este proyecto. A los Drs. Mario Manzano y Jorge García por la asesoría 
brindada en la realización del proyecto. Al equipo del LABSIG: Patty, Chelo, Jessy y 
Ericka por su ayuda en el uso de los softwares de sistemas de información 
georreferenciada. El apoyo por parte del proyecto QRO 2004-C01-53 “Captura de 
carbono y servicios ambientales hidrológicos como alternativas no tradicionales de 
aprovechamiento de los recursos naturales del Estado de Querétaro”. Al equipo de 
soporte de Automated Geospatial Watershed Assessment (AGWA) por la orientación en 
el proceso de aplicación de la herramienta AGWA. Al Señor Emmanuel Alvarez 
Ramírez, de Datos Históricos de las Estaciones Meteorológicas Automáticas (EMA´s) de 
la CNA, por su apoyo en el envío de la información climatológica y orientación en el 
manejo de la misma. A la Lic. Elizabeth Ramos García, del Centro Hidrometeorológico 
de la Comisión Estatal de Aguas de Querétaro, por la información climatológica enviada. 
A Carlos Bustamante por su apoyo en la creación de los macros. A Jorge Donato por su 
apoyo en la obtención de los archivos auto ejecutables para el manejo de los datos 
climatológicos. 
 
 
 iv
Dedicatoria 
 
Dedico este trabajo a Dios, por darme la oportunidad de culminar este proyecto y por 
acompañarme siempre. 
 
A mis padres, hermano y hermana, por el apoyo, fortaleza y amor que siempre me han 
brindado. 
 
A mis abuelitas, Grace y Aura, por su cariño y tenerme siempre presente. 
 
A Carlos Caballero, por su apoyo académico y amistad incondicional. 
 
Al Dr. Orlando Tejada, por sus consejos y preocupación. 
 v
Resumen 
 
Se modeló el comportamiento hidrológico de las cuencas: El Chuveje y Arroyo Real, 
ubicadas en la Sierra Gorda de Querétaro, mediante la herramienta Automated Geospatial 
Watershed Assessment (AGWA), específicamente mediante el modelo Soil Watershed 
Assessment Tool (SWAT). En base a los resultados del modelo, se identificaron las 
áreas de mayor percolación, producción de agua, escurrimiento y producción de 
sedimentos, entre algunas variables de respuesta hidrológica. Adicionalmente, se analizó 
el efecto de diferentes cambios de cobertura en la respuesta hidrológica en términos de 
cantidad y calidad de agua. Además de lograr la aplicación del modelo SWAT en dos 
cuencas mexicanas, por medio de los resultados de la modelación, se identificaron las 
áreas más importantes de manejo y conservación, en términos de la respuesta hidrológica 
con y sin cambios de cobertura vegetal. Adicionalmente, se obtuvo la cantidad de agua 
que sale de cada cuenca en m3/día. Este dato será utilizado en un estudio económico de 
aplicación de sistemas de pagos por servicios ecológicos en las áreas de estudio. 
 
 
 vi
Índice de Contenido 
Índice de Figuras.............................................................................................................. viii 
Índice de Gráficas ............................................................................................................... x 
Índice de Tablas ................................................................................................................ xii 
Índice de Anexos.............................................................................................................. xiv 
Introducción ........................................................................................................................ 1 
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES ................................................................................ 4 
1.1. Ciclo hidrológico y sus relaciones .......................................................................... 5 
1.1.1. Agua clima ....................................................................................................... 5 
1.1.2. Agua- suelo ...................................................................................................... 6 
1.1.3. Agua-vegetación .............................................................................................. 8 
1.1.3.1. Los bosques y selvas............................................................................... 11 
1.1.3.2. Cambios de uso de suelo......................................................................... 13 
1.2. Modelación hidrológica: algunas consideraciones ............................................... 15 
1.2.1. Escala espacial y temporal ............................................................................. 17 
1.2.2. Sistemas de información georreferenciadas................................................... 18 
1.3. Modelación hidrológica con AGWA.................................................................... 19 
1.4. Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro.............................................. 21 
1.4.1. Características generales................................................................................ 21 
1.4.2. Características abióticas................................................................................. 24 
1.4.2.1. Litología y geomorfología ...................................................................... 24 
1.4.2.2. Geología.................................................................................................. 25 
1.4.2.3. Edafología ............................................................................................... 28 
1.4.2.4. Hidrología ............................................................................................... 30 
1.4.2.5. Climatología............................................................................................ 32 
1.4.3. Características bióticas................................................................................... 33 
1.4.3.1. Flora ........................................................................................................ 33 
1.4.3.2. Vegetación .............................................................................................. 34 
1.4.4. Características socioeconómicas.................................................................... 39 
1.4.4.1 Población.................................................................................................. 39 
1.4.4.2. Actividades económicas........................................................................... 41 
1.4.5. Características de manejo ..............................................................................46 
1.4.5.1 Zonas Núcleo ........................................................................................... 46 
1.4.5.2. Zonas de amortiguamiento...................................................................... 48 
1.4.5.3. Zonas de influencia ................................................................................. 50 
1.4.6. Problemática .................................................................................................. 51 
1.4.6.1 Ambiental................................................................................................. 51 
1.4.6.2. Socioeconómicos .................................................................................... 54 
1.5. Objetivos ............................................................................................................... 58 
1.5.1 Objetivo general.............................................................................................. 58 
1.5.2. Objetivos específicos ..................................................................................... 58 
1.6. Alcance ................................................................................................................. 59 
CAPÍTULO II. METODOLOGÍA................................................................................... 60 
2.1 Descripción de la metodología............................................................................... 60 
2.1.1 Selección del programa de modelación hidrológica ....................................... 60 
2.1.2. Requerimientos de datos y capas de información.......................................... 61 
 vii
2.1.2.1. Capas de información georreferenciada.................................................. 63 
2.1.2.2. Tablas de datos......................................................................................... 64 
2.1.3. Obtención y preparación de las capas de información y datos ....................... 66 
2.1.3.1. Obtención................................................................................................. 66 
2.1.3.2. Preparación de las capas de información ................................................. 67 
2.1.3.3. Preparación de las tablas y archivos de datos ......................................... 74 
2.1.4. Modelación hidrológica .................................................................................. 78 
2.1.4.1. Delineación de la cuenca ......................................................................... 79 
2.1.4.2. Parametrización con la cobertura y tipo del suelo ................................... 81 
2.1.4.3. Generación de archivo de precipitación.................................................. 83 
2.1.4.4. Generación de archivos de entrada y corrida del programa.................... 85 
2.1.4.5. Despliegue de resultados.......................................................................... 85 
2.1.4.6. Modificación de la cobertura de suelo .................................................... 86 
2.1.4.7. Análisis y presentación de los resultados................................................. 87 
CAPÍTULO III. RESULTADOS..................................................................................... 88 
3.1. Capas de información ........................................................................................... 88 
3.2. Estación de precipitación y generadora de clima.................................................. 88 
3.3. Características de las modelaciones hidrológicas ................................................. 92 
3.4. Descripción general de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real............................ 92 
3.4.1. Descripción de la cuenca El Chuveje............................................................. 96 
3.4.2. Descripción de la cuenca Arroyo Real........................................................... 97 
3.5. Resultados de la cuenca El Chuveje ..................................................................... 99 
3.5.1. Descripción de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ............................... 99 
3.5.2. Resultados de la simulación base................................................................. 107 
3.5.3. Efectos de los cambios de cobertura vegetal y uso de suelo en la respuesta 
hidrológica de las subcuenca de la cuenca El Chuveje........................................... 132 
3.6. Resultados modelación hidrológica de la cuenca Arroyo Real .......................... 143 
3.6.1. Simulación base ........................................................................................... 143 
3.6.2. Resultados de la simulación base de la cuenca Arroyo Real ........................ 150 
3.6.3. Resultados de los efectos de los cambios de cobertura en la respuesta 
hidrológica de la cuenca Arroyo Real..................................................................... 174 
CAPÍTULO IV. DISCUSIÓN ....................................................................................... 185 
4.1. Cuenca El Chuveje.............................................................................................. 185 
4.2. Cuenca Arroyo Real............................................................................................ 193 
4.3. Resultados de las modelaciones hidrológicas como herramienta de información 
para los estudios de pagos por servicios ambientales ................................................. 198 
CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................... 200 
5.1 Conclusiones ............................................................................................................ 200 
5.2. Recomendaciones .................................................................................................... 202 
Bibliografía ..................................................................................................................... 203 
Anexos ............................................................................................................................ 208 
 viii
Índice de Figuras 
 
Figura 1. Curvas de velocidad de infiltración según la textura de suelo ........................... 7 
Figura 2. Diagrama de flujo que presenta el esqueleto general de uso de KINEROS y 
SWAT en AGWA. ............................................................................................................ 20 
Figura 3. División estatal y la Reserva Sierra Gorda de Querétaro ................................. 22 
Figura 4. Municipios de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro ...................................... 23 
Figura 5. Edafología por municipio de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro ............... 29 
Figura 6. Red de ríos principales de la Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro 
sobre las cuencas de los ríos Tamauín y Moctezuma. ...................................................... 31 
Figura 7. Áreas núcleo de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro ................................... 47 
Figura 8. Estructura de organización de los directorios requerido por el modelo AGWA
........................................................................................................................................... 62 
Figura 9. Tabla de vista de vegetación NALC del modelo AGWA ................................ 69 
Figura 10. Tabla de precipitación .................................................................................... 75 
Figura 11. Imagen de la tabla de estaciones generadoras de clima (wgn.dbf)................. 76 
Figura 12. Imagen de un archivo generador de clima...................................................... 77 
Figura 13. Unidades de mapeo de la FAO y unidades de suelo para la ponderación de 
suelo. ................................................................................................................................. 81 
Figura 14. Estaciones climatológicas (ERIC II) y cuencas El Chuveje y Arroyo Real en 
la Reserva SierraGorda de Querétaro .............................................................................. 90 
Figura 15. Estaciones meteorológicas automáticas (EMAS) y cuencas El Chuveje y 
Arroy Real en la subcuenca del río Santa María Bajo. ..................................................... 91 
Figura 16. Áreas núcleo de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro y cuencas El Chuveje y 
Arroyo Real....................................................................................................................... 94 
Figura 17. Municipios de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro y de las cuencas El 
Chuveje y Arroyo Real ..................................................................................................... 95 
Figura 18. Vegetación de las cuencas El Chuveje y Arroyo Real según la clasificación 
del INEGI.......................................................................................................................... 97 
Figura 19. Modelo de elevación digital y subcuenca de la cuenca El Chuveje ............. 101 
Figura 20. Edafología de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ............................... 105 
Figura 21. Vegetación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje adaptada a la 
clasificación: North American Land Cover Characterization (NALC) .......................... 106 
Figura 22. Precipitación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje............................ 107 
Figura 23. Evapotranspiración de las subcuencas de la cuenca El Chuveje.................. 111 
Figura 24. Percolación de las subcuencas de la cuenca El Chuveje .............................. 113 
Figura 25. Escurrimiento de las subcuencas de la cuenca El Chuveje .......................... 118 
Figura 26. Producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ....... 123 
Figura 27. Pérdidas por transmisión de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ......... 128 
Figura 28. Producción de agua de las subcuencas de la cuenca El Chuveje ................. 130 
Figura 29. Descarga de los ríos de la cuenca El Chuveje .............................................. 131 
Figura 30. Modelo de elevación digital y subcuencas de la cuenca Arroyo Real ......... 144 
Figura 31. Edafología de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ............................. 147 
Figura 32. Vegetación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real adaptada a la 
clasificación North American Land Cover Characterization (NALC) ........................... 150 
 ix
Figura 33. Precipitación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real .......................... 151 
Figura 34. Evapotranspiración de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real................ 155 
Figura 35. Percolación de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ............................ 157 
Figura 36. Escurrimiento de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ........................ 161 
Figura 37. Producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ..... 165 
Figura 38. Pérdidas por transmisión de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real ....... 170 
Figura 39. Producción de agua de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real. .............. 172 
Figura 40. Descarga de los ríos de la cuenca Arroyo Real ............................................ 174 
Figura 41. Diagrama de metodología de trabajo............................................................ 209 
Figura 42. Imagen de la tabla DBF de precipitación ..................................................... 234 
 
 x
Índice de Gráficas 
 
Gráfica 1. Elevación y precipitación de las subcuenca de la cuenca El Chuveje .......... 109 
Gráfica 2. Evapotranspiración y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca El 
Chuveje ........................................................................................................................... 110 
Gráfica 3. Percolación, conductividad hidráulica y edafología de las subcuenca de la 
cuenca El Chuveje........................................................................................................... 115 
Gráfica 4. Percolación y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca El Chuveje116 
Gráfica 5. Escurrmiento y cobertura vegetal de la subcuencas de la cuenca El Chuveje
......................................................................................................................................... 120 
Gráfica 6. Escurrimiento y número de curva de las subcuencas de la cuenca El Chuveje
......................................................................................................................................... 121 
Gráfica 7. Producción de sedimentos y edafología de las subcuencas de la cuenca El 
Chuveje ........................................................................................................................... 125 
Gráfica 8. Producción de sedimentos y cobertura vegetal de las subcuencas de la cuenca 
El Chuveje....................................................................................................................... 126 
Gráfica 9. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 14. El Chuveje. ............................................................................................. 134 
Gráfica 10. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 64. El Chuveje .............................................................................................. 136 
Gráfica 11. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 24. El Chuveje. ............................................................................................. 138 
Gráfica 12. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 21. El Chuveje. ............................................................................................. 139 
Gráfica 13. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 31. El Chuveje .............................................................................................. 141 
Gráfica 14. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 41. El Chuveje .............................................................................................. 142 
Gráfica 15. Precipitación y elevación de las subcuenca de la cuenca Arroyo Real...... 152 
Gráfica 16. Evapotranspiración y cobertrura vegetal de las subcuencas de la cuenca 
Arroyo Real..................................................................................................................... 153 
Gráfica 17. Percolación, conductividad hidráulica y edafología de las subcuencas de la 
cuenca Arroyo Real......................................................................................................... 158 
Gráfica 18. Percolación, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las subcuencas 
de la cuenca Arroyo Real............................................................................................... 160 
Gráfica 19. Escurrimiento, número de curva y edafología de las subcuencas de la cuenca 
El Chuveje....................................................................................................................... 162 
Gráfica 20. Escurrimiento, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las subcuencas 
de la cuenca Arroyo Real................................................................................................ 164 
Gráfica 21. Escurrimiento y producción de sedimentos de las subcuencas de la cuenca 
Arroyo Real..................................................................................................................... 166 
Gráfica 22. Producción de sedimentos, porcentaje de cobertura y cobertura vegetal de las 
subcuencas de la cuenca Arroyo Real............................................................................. 167 
Gráfica 23. Producción de sedimentos y edafología de las subcuencas de la cuenca 
Arroyo Real.....................................................................................................................168 
 xi
Gráfica 24. Escurrimiento, pérdidas por transmisión y producción de agua de las 
subcuencas de la cuenca Arroyo Real............................................................................. 173 
Gráfica 25. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 64. Arroyo Real ............................................................................................ 176 
Gráfica 26. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 61. Arroyo Real ............................................................................................ 177 
Gráfica 27. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 24. Arroyo Real ............................................................................................ 178 
Gráfica 28. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 31. Arroyo Real ............................................................................................ 180 
Gráfica 29. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 34. Arroyo Real ............................................................................................ 182 
Gráfica 30. Efectos de los cambios de cobertura en la respuesta hidrológica de la 
subcuenca 94. Arroyo Real ............................................................................................ 183 
 
 xii
Índice de Tablas 
 
Tabla 1. Intercepción de diferentes clases de coberturas de suelo................................... 10 
Tabla 2. Infiltración de diferentes tipos de vegetación .................................................... 11 
Tabla 3. Comparativa de estimados empíricos de impactos típicos del uso de la tierra en 
cuencas de diferentes escalas ............................................................................................ 15 
Tabla 4. Litología............................................................................................................. 26 
Tabla 5. Hidrología .......................................................................................................... 30 
Tabla 6. Listado de las capas de información necesarias................................................. 63 
Tabla 7. Listado de las tablas primarias y secundarias de datos...................................... 64 
Tabla 8. Descripción de las tablas de atributos de las capas de información .................. 66 
Tabla 9. Propiedades que se les asignará a todas las capas de información .................... 68 
Tabla 10. Clasificación de la vegetación de la cuenca El Chuveje según la NALC........ 70 
Tabla 11. Clasificación de la vegetación de la cuenca Arroyo Real según la NALC...... 70 
Tabla 12. Reglas de composición para las proporciones de suelos dominantes y 
componentes en cada unidad de mapa .............................................................................. 72 
Tabla 13. SNUM adicionados a la tabla de la FAO_World ............................................ 73 
Tabla 14. Características de las estaciones usadas en la modelación hidrológica de las 
cuencas El Chuveje y Arroyo Real ................................................................................... 89 
Tabla 15. Características de las modelaciones hidrológicas de las cuencas El Chuveje y 
Arroyo Real....................................................................................................................... 92 
Tabla 16. Porcentaje de cobertura y uso de suelo de la cuenca El Chuveje .................... 96 
Tabla 17. Composición porcentual edafológica de la cuenca Arroyo Real..................... 98 
Tabla 18. Porcentaje de cobertura y uso de suelo de la cuenca Arroyo Real .................. 99 
Tabla 19. Composición de suelo de las subcuencas de la cuenca El Chuveje............... 102 
Tabla 20. Características de suelo asignados por AGWA a las subcuencas de la cuenca 
El Chuveje....................................................................................................................... 103 
Tabla 21. Porcentaje de composición de la vegetación según la clasificación NALC de 
las subcuencas de la cuenca El Chuveje ......................................................................... 104 
Tabla 22. Listado y abreviaciones de los cambios de cobertura y uso de suelo realizados 
a las cuencas El Chuveje y Arroyo Real......................................................................... 133 
Tabla 23. Porcentaje de composición de combinaciones de suelos de las subcuencas de la 
cuenca Arroyo Real......................................................................................................... 146 
Tabla 24. Características de suelo asignados por AGWA a las subcuencas de la cuenca 
Arroyo Real..................................................................................................................... 148 
Tabla 25. Porcentaje de composición de vegetación las subcuencas de la cuenca Arroyo 
Real ................................................................................................................................. 149 
Tabla 26. Comparación de los resultados de los cambios de cobertura a áreas quemadas 
con los otros cambios de cobertura realizados................................................................ 191 
Tabla 27. Comparación de los resultados de los cambios de cobertura a áreas quemadas 
con los otros cambios de cobertura realizados................................................................ 197 
Tabla 28. Matriz cualitativa comparativa de modelos hidrológicos .............................. 229 
Tabla 29. Descripción de las tablas primarias de datos ................................................. 230 
Tabla 30. Descripción de las tablas secundarias de datos.............................................. 231 
 xiii
Tabla 31. Variables medidas en las estaciones meteorológicas automáticas del servicio 
meteorológico nacional................................................................................................... 236 
Tabla 32. Características de las capas de información digitalizadas ............................. 241 
Tabla 33. Características de la capa de información original del límite del área natural 
protegida. ........................................................................................................................ 242 
Tabla 34. Cácterísticas del modelo de elevación digital................................................ 243 
Tabla 35. Estaciones climatológicas (ERIC II).............................................................. 244 
Tabla 36. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de 
vegetación en base a la clasificación de vegetación NALC. .......................................... 246 
Tabla 37. Efectos de los cambios de cobertura y uso de suelo en los resultados de las 
variables hidrológicas de respuesta de las subcuencas de la cuenca El Chuveje............ 248 
Tabla 38. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de 
vegetación en base a la clasificación de vegetación NALC. .......................................... 250 
Tabla 39. Efectos de los cambios de cobertura y uso de suelo en los resultados de las 
variables hidrológicas de respuesta de las subcuencas de la cuenca Arroyo Real.......... 252 
Tabla 40. Comparación de la reclasificación de la vegetación del INEGI a las 
clasificaciones de la NALC y MRLC. ............................................................................ 257 
Tabla 41. Comparación entre los números de curvas y valores de cobertura entre las 
clases de la NALC y MRLC ........................................................................................... 258 
Tabla 42. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la 
NALC y MRLC para la cuenca El Chuveje....................................................................260 
Tabla 43. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la 
NALC y MRLC para la cuenca El Chuveje. Continuación. .......................................... 260 
Tabla 44. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la 
NALC y MRLC para la cuenca Arroyo Real.................................................................. 261 
Tabla 45. Diferencia entre la modelación con la clasificación de vegetación según la 
NALC y MRLC para la cuenca Arroyo Real. Continuación. ........................................ 262 
Tabla 46. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de 
vegetación en base a la clasificación MRLC .................................................................. 263 
Tabla 47. Resultados del modelo SWAT para la cuenca El Chuveje con el coverage de 
vegetación en base a la clasificación MRLC. Continuación.......................................... 263 
Tabla 48. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de 
vegetación en base a la clasificación MRLC .................................................................. 264 
Tabla 49. Resultados del modelo SWAT para la cuenca Arroyo Real con el coverage de 
vegetación en base a la clasificación MRLC. Continuación.......................................... 265 
Tabla 50. Look up para la clasificación de la vegetación según NACL (North American 
Land Cover Characterization .......................................................................................... 272 
 
 xiv
Índice de Anexos 
 
Anexo 1. Diagrama de metodología de trabajo ............................................................. 209 
Anexo 2. Selección del modelo hidrológico .................................................................. 210 
Anexo 3. Descripción de tablas de datos. ...................................................................... 230 
Anexo 4. Tratamiento de los datos de las estaciones de precipitación del ERIC .......... 232 
Anexo 5. Tratamiento de datos de las estaciones meteorológicas automáticas (EMA´s)
......................................................................................................................................... 235 
Anexo 6. Características de las capas de información utilizadas................................... 241 
Anexo 7. Cálculo de los lapsos de temperatura y precipitación .................................... 244 
Anexo 8. Resultados de la cuenca El Chuveje............................................................... 246 
Anexo 9. Resultados de la cuenca Arroyo Real............................................................. 250 
Anexo 10. Simulación con el coverage de cobertura y uso de suelo en base a la 
clasificación de la MRLC ............................................................................................... 254 
Anexo 11. Glosario de acrónimos y términos................................................................ 266 
Anexo 12. Relación de la vegetación con los parámetros hidrologicos de suelos......... 272 
 
 
Introducción 
_____________________________________________________________________ 
 1
Introducción 
 
La Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro es un área natural protegida de 
la República Mexicana ubicada en el Estado de Quéretaro. Esta área natural protegida 
alberga gran biodiversidad de flora y fauna, incluyendo especies endémicas y bajo 
categoría de protección especial. A su vez, se caracteriza por un paisaje variado y 
accidentado presentando variedades de climas y alturas entre (300 y 3,100 msnm) que 
dan lugar a diversos ecosistemas, desde bosques de coníferas y bosques tropicales 
hasta un desierto (Eccardi, 2004). 
 
La gran biodiversidad de especies y ecosistemas se le atribuye a su historia geológica 
evolutiva y a su posición geográfica que la convirtieron en un punto de transición 
entre la zona neártica y neotropical. Actualmente, la Sierra es un corredor biológico 
entre las especies de estas dos regiones (INE, 1997). 
 
Además, la Reserva fue lugar de asentamientos y guerras, por el dominio del 
territorio, por parte de indígenas, como los jonaces, pames, otomíes y huastecos; y de 
misioneros españoles franciscanos que se instalaron en la región heredando parte de 
su cultura y estructuras arquitectónicas declaradas Patrimonio de la Humanidad 
(Eccardi, 2004). 
 
Además de su valor biológico y cultural, la Sierra ofrece servicios de formación y 
protección de suelos, regulación del clima y captura de dióxido de carbono y gases de 
efecto invernadero, gracias a los bosques de corta edad y rápido crecimiento que 
conforman parte de su vegetación. 
 
La cobertura vegetal desempeña una función primordial en la formación y protección 
de suelos evitando la erosión de suelos y con ello el azolve de ríos de regiones a 
menor altitud. Todo esto permite la retención de suelos beneficiando a las actividades 
productivas, sobre todas la agrícola (Eccardi, 2004). 
 
La Sierra actúa como captadora de la humedad proveniente del Golfo de México que 
repercute en el aporte de agua para los ríos y arroyos de la región Huasteca y la 
Planicie Costera del Golfo (cuenca del río Pánuco). Su naturaleza cárstica permite 
Introducción 
_____________________________________________________________________ 
 2
restituir una gran parte de las aguas absorbidas y esto abastece las aguas para las 
partes bajas de la región, este fenómeno se da especialmente en el macizo montañoso 
de Pinal de Amoles y Arroyo Seco (INE, 1997). El agua capturada, en la Sierra Gorda 
Queretana, es utilizada por medio de las corrientes pluviales para el desarrollo de una 
buena parte de las actividades agropecuarias y Pesqueras en La Huasteca de San Luis 
Potosí (INE, 1997). 
 
Pero la Sierra Gorda ha sufrido un lento proceso de deforestación como consecuencia 
de la extracción de madera y transformación de los bosques a milpas y potreros para 
ganado. El agotamiento de las fuentes de agua, la proliferación de basureros a cielo 
abierto y la cacería sin control fueron empobreciendo paulatinamente los ecosistemas 
y la población serrana. 
 
Ante la problemática e importancia social y ecológica de la región, es necesario poner 
en marcha estrategias que garanticen la conservación de los recursos naturales, 
paralelamente con el desarrollo y bienestar de la población. Para lograrlo, se necesita 
de información real para la toma de decisiones que den un giro trascendentalmente 
positivo en el manejo de los recursos. 
 
El objeto de este estudio está centrado en contribuir a resolver parte de la 
problemática relacionada con los recursos hídricos de esta área natural protegida. El 
estudio se centra en la modelación hidrológica de dos microcuencas de la Sierra 
Gorda de Quéretaro: El Chuveje y Arroyo Real. La modelación hidrológica se 
realizará con una herramienta de ArcView llamada Automated Geospatial Watershed 
Assessment (AGWA), específicamente el modelo Soil & Water Assessment Tool 
(SWAT). Integrando ambas microcuencas a sistemas de información 
georreferenciada, se simulará el comportamiento hidrológico de cada cuenca. 
 
El resultado se verá reflejado en información acerca del flujo, calidad y disponibilidad 
de agua integrando características espaciales y temporales de la región, como la 
topografía, cobertura y tipo de suelo, variables climáticas y cambios de uso del suelo. 
Todas características de gran influencia sobre el régimen hidrológico de una región. 
 
Introducción 
_____________________________________________________________________ 
 3
Además, se modelará el efecto del cambio de cobertura vegetal sobre las variables 
mencionadas. Toda esta información permitirá identificar las áreas recarga, así como 
también las áreas prioritarias de manejo y conservación en términos de servicios 
hidrológicos. 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________4
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES 
 
El agua es un elemento esencial para la vida y funcionamiento de los ecosistemas. 
Todas las especies vivientes requieren de este compuesto para llevar a cabo muchas 
de sus funciones biológicas básicas. Pero, además de su rol en reacciones 
bioquímicas, el agua tiene muchas otras funciones dentro de los ecosistemas. 
Algunos ejemplos son la regulación del clima, limpieza de contaminantes, hábitat de 
especies, transporte de nutrientes y otros (Daily, 1997). Esto sin mencionar su 
importancia económica y social como en la agricultura, pesca, turismo y salud 
(UNESCO, 2003). 
 
La existencia de agua depende de muchos elementos y factores que tienen roles 
fundamentales en el flujo de agua y, por ende, en la oferta de bienes y servicios 
hidrológicos. Para comprender el ciclo hidrológico se necesita comprender las 
relaciones biofísicas entre el agua, los elementos bióticos y abióticos, y factores 
climáticos y antropogénicos. Esta es la base para conservar los recursos y servicios 
hidrológicos de los que depende la vida de todas las especies. 
 
Como herramientas de ayuda para el análisis de los recursos hídricos se utilizan 
programas de modelación hidrológica que utilizan variables temporales y espaciales 
para simular el flujo de agua, así como las entradas y salidas, de un área determinada 
grande o pequeña. En general, estos programas tienen por objeto predecir el 
comportamiento de una cuenca en términos de cantidad y/o calidad a corto o largo 
plazo considerando diferentes factores, según el modelo. 
 
Existe una gran variedad de programas de modelación hidrológica de diferentes 
características, disponibilidad y costos. Muchos de estos programas están asociados a 
sistemas de información georreferenciada, que permiten un manejo más efectivo y 
procesamiento rápido de los datos. Los criterios de selección del modelo hidrológico 
dependerán de los objetivos del estudio y de las características del área de estudio. 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 5
1.1. Ciclo hidrológico y sus relaciones 
 
El flujo de agua o ciclo hidrológico es el proceso mediante el que el agua en la 
atmósfera precipita cayendo en la tierra, cuerpos de agua y zonas glaciares y regresa 
nuevamente a la atmósfera por medio de la transpiración de las plantas y evaporación 
de los cuerpos de agua, formando nubes de vapor de agua para iniciar el ciclo 
nuevamente (Gayoso, 2000). 
 
Este es uno de los procesos naturales de los cuales depende la existencia de los 
diferentes ecosistemas y formas de vida, ya que de este dependen los demás ciclos 
biogeoquímicos que mantienen el flujo de materia y energía entre las especies 
vivientes (Daily, 1997). 
 
El ciclo del agua depende de una serie de factores bióticos, abióticos y climáticos 
cuyas características facilitan o dificultan el flujo de agua de la tierra a la atmósfera y 
viceversa. Entre algunos de los elementos que participan de manera directa o 
indirecta en el ciclo hidrológico están: los suelos, topografía, cobertura vegetal, clima, 
cuerpos de agua, sol y otros (Gayoso, 2000). 
 
Cualquier cambio en alguno de estos elementos ocasionará efectos positivos o 
negativos en el movimiento del agua como se describe en los siguientes puntos. 
 
1.1.1. Agua clima 
 
De manera muy especial, el clima y el ciclo hidrológico guardan una estrecha relación 
en su papel como reguladores del flujo de materia y energía en la tierra. 
 
La palabra clima hace referencia a una serie de fenómenos atmosféricos como 
temperatura, régimen de lluvias y estacional, vientos dominantes, humedad relativa, la 
insolación, presión atmosférica, nubosidad y precipitaciones. 
 
Los parámetros climáticos varían complejamente en tres dimensiones: latitud, 
longitud y topografía de elevación. A escala regional, la temperatura varía con la 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 6
latitud, exibiendo un grandiente norte sur fuerte. La temperatura también varía 
predeciblement con la elevación por medio de lapsos (Spreen 1947), pero es afectada 
por la proximidad a la costa, con un efecto moderado (Bryan, B., n.d.). 
 
La precipitación también varía con la latitud pero de un modo más complejo que la 
temperatura debido a los efectos continentales, masas de aire y cinturones de presión. 
De manera muy general, altas precipitaciones ocurren a latitudes ecuatoriales y bajas 
precipitaciones ocurren las partes fuera de los trópicos. La distancia a las costas 
también afecta la precipitación debido a que las masas de aire cercanas a la costa 
tienden a ganar mucha humedad del mar. La precipitación también varía de manera 
compleja con la elevación hasta la línea permanente de nieve, arriba de la cual la 
precipitación es mínima (Bryan, B., n.d.). 
 
Sin embargo, algunos estudios, como el realizado por Craig (n.d.) acerca de las 
Relaciones entre Acumulaciones de Elevación y Precipitación Mensual de las Faldas 
de la Montañas Alberta, demuestran una relación lineal entre la precipitación y la 
elevación. 
 
Todos estos parámetros a los que hace referencia el clima juegan un papel en el ciclo 
hidrológico y afectan la calidad y cantidad de agua y por ende el uso de los recursos 
hídricos. (UNESCO, 2003). 
 
1.1.2. Agua- suelo 
 
Formado por rocas, minerales, material orgánico y otros compuestos químicos, el 
suelo tiene funciones de gran importancia como proveer del medio para el crecimiento 
(agua, minerales, soporte) de las plantas, consumo de desechos y restos de plantas 
muertas, reciclaje de nutrientes, participación en la regulación del flujo de gases 
invernaderos y absorción de agua. 
 
Es de interés de este estudio destacar la capacidad de los suelos de absorber el agua 
proveniente de las precipitaciones (infiltración) poniéndolas a disposición de las 
plantas y recargando los cuerpos de aguas superficiales y subterráneos. Dependiendo 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 7
de determinadas características de los suelos se verán favorecidos los procesos de 
infiltración o escurrimiento de agua, afectando la calidad y los flujos de agua. 
 
Las características de los suelos dependen de cinco factores: clima, organismos vivos 
y plantas, topografía, naturaleza del material y la edad de suelo. Las características de 
los suelos que son determinantes en la infiltración de agua son la textura, porosidad, 
contenido de materia orgánica (estabilidad estructural) y características químicas. 
Otros indicadores de la calidad de los suelos son: la resistencia mecánica, densidad 
aparente y status físico (capacidad de ofrecer agua y aire a las raíces) (Leguía, 2004). 
 
La textura de los suelos o tamaño de las partículas influye en la velocidad de 
movimiento del agua, la capacidad de almacenarse y la susceptibilidad del suelo a la 
erosión y saturación. 
 
Los suelos arenosos permiten la rápida infiltración pero no retienen mucha agua y se 
erosionan con facilidad. Por otro lado, los suelos de arcilla de fina textura tienen baja 
velocidad de percolación pero altas capacidades de almacenamientos que los hacen 
susceptibles a la saturación. Los suelos de textura limosa, tienen una capacidad de 
infiltración intermedia entre los dos ya mencionados. 
 
 
Figura 1. Curvas de velocidad de infiltración según la textura de suelo 
(Pizarro, R. et al. Módulo 3. Curvas de infiltración. Sociedad Estándares de 
Ingeniería para Aguas y Suelos LTDA) 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 8
Sin embargo, según una recopilación de literatura científica realizada por Pereira 
(n.d.), el tipo de material arenoso presenta mayor valor de almacenamiento específico 
que la grava, ellimo y la arcilla, en orden descendente. 
 
En cuanto a la estabilidad estructural de los suelos, se ve favorecida con la formación 
de agregados. Estos agregados controlan el movimiento y retención de agua y aire en 
el suelo con lo que esta característica también es de relevancia. 
 
1.1.3. Agua-vegetación 
 
De los factores que afectan el escurrimiento directo y la erosión, la cobertura vegetal 
es el que tiene mayor influencia. Pequeñas variaciones en ella, con respecto al resto de 
los factores (clima, suelo, relieve y manejo), ocasionan mayores porcentajes de 
variación en las tasas de escurrimiento y pérdida de suelo (Silva, n.d). 
 
Las plantas y sus residuos protegen los suelos interceptando las gotas de agua y 
disminuyendo la fuerza con la que estas chocan con el suelo. De este modo, se evita 
la compactación y formación de costra en los suelos; efectos que disminuyen la 
infiltración y aumentan los escurrimientos (Leguía, 2004). 
 
El hecho que las gotas se tarden más tiempo en alcanzar el suelo al correr por los 
troncos y hojas de los árboles evita que el suelo se sature de agua tan rápidamente, por 
ejemplo en el caso de una fuerte lluvia; mitigando la posibilidad de inundaciones y 
desbordamientos. 
 
Otro proceso de gran influencia es el de transpiración de las plantas, la que consiste en 
la liberación de parte del agua que han tomado del suelo aportando vapor de agua a la 
atmósfera que regresará nuevamente a la tierra. 
 
Las plantas también protegen a los suelos de los rayos del sol, disminuyendo la 
cantidad de agua que se evapora y permitiendo la recarga de aguas subterráneas y 
superficiales. Además, mantiene un microclima que propicia el hábitat de los 
microorganismos descomponedores de residuos. 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 9
Adicionalmente, las hojas de las plantas aportan importante proporción de material 
orgánico a los suelos que favorece la formación de agregados dándole mayor 
estabilidad estructural y porosidad. El material orgánico protege los suelos de la 
erosión y aumenta su capacidad de retención de agua favoreciendo la infiltración de 
agua. 
 
En resumen, el porcentaje y ubicación de la cobertura del suelo influye en la cantidad 
de energía disponible para mover el agua y otros materiales. Se ha demostrado que la 
textura, porosidad y contenido de material orgánico es mayor en los suelos de 
ecosistemas boscosos que en suelos agrícolas (Leguía, 2004). Es por esto que las 
cuencas hidrográficas forestadas disipan la energía asociada con las lluvias, mientras 
que las cuencas con suelos desnudos y cobertura de tipo antropogénica tienen menos 
habilidad para protegerse. 
 
Por otro lado, el porcentaje de la superficie que es impermeable, debido a la 
urbanización y carreteras, influye en el volumen de agua que escurre e incrementa la 
cantidad de sedimentos movidos. La cuencas con suelos susceptibles a erosión 
tienden a tener mayor potencial de pérdida del suelo y acarreo de sedimentos que 
suelos no erosionables (n.a, n.d (AGWA’S tutorial 1)). 
 
Aunque en términos generales la vegetación minimiza los efectos erosivos y 
escurrimientos y favorece la infiltración y recarga de aguas superficiales y 
subterráneas, el grado de protección e influencia en el ciclo hidrológico varía 
dependiendo del tipo de vegetación, características y uso del suelo. 
 
Muchos estudios se han realizado para investigar las diferencias del efecto de los 
diferentes tipos de vegetación. En Macapo, Cojedes, Venezuela se encontró que el 
bosque produce mayor escorrentía que las sabanas y que aunque la producción de 
sedimentos es igual en ambos ecosistemas, la torrencialidad y erosividad subsecuente 
es mayor para el bosque (Silva, nd). 
 
Otro estudio demostró que existe una diferencia entre la humedad de suelo de las 
praderas y los bosques dependiendo de la estación. La humedad de las praderas y 
arbustos resultó mayor que la de los bosques, como consecuencia de que la humedad 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 10
de las praderas es mayor al inicio del período de crecimiento, pero menor al final. Por 
otro lado, no se presentaron diferencias en la intercepción de precipitación entre estos 
dos tipos de vegetación. Este hecho se debe a la mayor área por unidad de masa de 
las finas hojas de los pastizales en comparación a las hojas gruesas y tallos de los 
árboles. Esto significa que la humedad de los bosques es menos heterogenea que la 
de las praderas durante distintos períodos de crecimientos y estaciones climáticas. 
(James, 2003). 
 
Por otro lado, Jiménez (n.d.), presenta datos de intercepción de dosel y hojarasca, de 
cuatro tipo de coberturas de la cuenca río Jalapa en Honduras, en los que la 
intercepción del bosque de pino supera a la de roble, café de sombra latifoliada y 
pasto, en ese orden. Sin embargo, es importante mencionar que la lluvia efectiva fue 
menor para el bosque de pino y mayor para el pasto. 
 
Tabla 1. Intercepción de diferentes clases de coberturas de suelo 
 
Intercepción 
Tratamiento 
Dosel Hojarasca Total 
Lluvia 
efectiva 
Bosque de pino (Pinus 
oocarpa) 60.6 3.7 64.3 35.7 
Roble (Quercus 
peduncularis) 55.7 1.6 57.3 42.7 
Café + sombra 
latifoliada (Coffea 
arabica) 56.7 0.6 57.3 42.7 
Pasto (Hyparrhenia 
rufa) 9.7 x 9.7 90.3 
Fuente: (Jiménez, n.d.) 
 
En lo que a infiltración se refiere, en la tabla 2 se presentan datos obtenidos de una 
recopilación de Jiménez (fuente original Suárez de Castro (1980)). 
 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 11
Tabla 2. Infiltración de diferentes tipos de vegetación 
 
Cobertura 
Vegetal 
% Eficiencia- 
Infiltración 
Bosque 68.9 
Matorral x 
Pasto 24.7 
Cultivos 
Agrícolas**maíz, 
acahual, duraznos x 
Suelo Desnudo 6.3 
Total 100 
Fuente: (Jiménez, Francisco, n.d.). 
1.1.3.1. Los bosques y selvas 
 
Los bosques son ecosistemas conformados por árboles, arbustos y plantas. En la 
República Mexicana, alrededor del 30% de la superficie está cubierta por bosques de 
diferentes tipos. Entre los tipos de bosques que caracterizan a México se pueden 
mencionar: bosques de coníferas, pino, abetos, encino y mesófilo, tropicales (o selvas) 
y bosques de niebla (SEMARNAT, 2003). 
 
Los bosques y selvas ofrecen diversos servicios ambientales: captura de carbono, 
conservación de la biodiversidad, regulación del clima. Es interés de este estudio 
resaltar los servicios hidrológicos (mantenimiento de la calidad y cantidad de agua) 
este tipo de vegetación. 
 
Existen mitos y realidades acerca de los servicios hidrológicos de los bosques. En 
algunos casos, ciertos beneficios se perciben dependiendo de ciertas condiciones; 
como el tipo de bosque, extensión, intensidad, pendiente y muchos otros factores. 
Algunos ejemplos son el incremento de flujo anual de agua, que se cumple en el caso 
de los bosques nublados; el incremento de la precipitación, que se puede dar a escala 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 12
continental (Pagiola, 2003) y reducción de inundaciones, que se puede percibir a 
pequeñas escala o en eventos de poca intensidad (Porras, 2003). 
 
Por otro lado, otras relaciones son aún inciertas, como la relación entre el bosque y el 
aumento del flujo de agua en la época seca (Pagiola, 2003). 
 
Diversos estudios han comprobado que los bosques tienen influencia en la reducción 
de escurrimientos, mejora de la capacidad de infiltración de los suelos y menor 
erosión, favoreciendo la recarga de cuerpos de agua superficiales y acuíferos (INE, 
2002). Evidencia de estas afirmaciones, podría considerarse el hecho de que a pesar 
de cubrir una pequeña porción de la superficieterrestre (6%), los bosques captan casi 
un 50% de toda la lluvia del planeta (SEMARNAT, 2003). 
 
En México, la importancia hidrológica de los bosques queda sentada en el marco legal 
de incentivo de protección, establecido mediante el pago por servicios hidrológicos. 
Las zonas de elegibilidad para este tipo de programas deben tener cuando menos el 
80% de su superficie total de cubierta forestal de bosques y selvas. La clasificación 
de los tipos de ecosistemas considerados en el sistema de pagos son dos: bosque 
mesófilo de montaña (bosque nublado) y otros bosques o selvas (CONAFOR, 2004) 
 
Sin embargo, a pesar de los beneficios que los bosques y selvas han demostrado tener 
en términos de servicios ecológicos, es importante tener en cuenta, que para 
comprender su influencia en los servicios hidrológicos hay que considerar múltiples 
factores (como las pendientes, tipos de suelo y parámetros climáticos) y no se deben 
asumir como un hecho sin previo diagnóstico, más sí utilizarse como guía. 
 
En general, los servicios y beneficios hidrológicos que ofrecen los bosques y selvas 
son (SEMARNAT, 2003): 
• El mantenimiento de la capacidad de recarga de los mantos acuíferos, 
• El mantenimiento de la calidad de agua: control de cantidad de nutrientes 
como fósforo y nitrógeno, cantidad de químicos y control de salinidad. 
• La reducción de la carga de sedimentos cuenca abajo, 
• La reducción de las corrientes durante los eventos extremos de precipitación, 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 13
• La conservación de manantiales 
• El mayor volumen de agua superficial disponible en época de secas y 
• La reducción del riesgo de inundaciones 
• Regulación de la tabla de agua/salinidad 
• Mantenimiento de hábitats acuáticos 
Lamentablemente, estos ecosistemas están siendo duramente golpeados por el hombre 
a nivel mundial. En México, se ha reportado una disminución de las cobertura 
boscosa del 29% en los últimos 50 años. Muchas de las áreas restantes están 
considerablemente alteradas y se estima que el 86% del territorio está afectado por la 
erosión (SEMARNAT, 2003). Las causas de su destrucción se pueden resumir en 
sobreexplotación y destrucción por deforestación e incendios para convertir áreas 
boscosas en áreas de cultivos y pastizales, tal como es el caso de la Sierra Gorda de 
Querétaro. 
 
1.1.3.2. Cambios de uso de suelo 
 
El uso del suelo es una característica superficial de las cuencas hidrográficas que tiene 
un efecto en los procesos de la infiltración, evapotranspiración y erosión; y por ende, 
en la calidad y cantidad de agua (Burns, I.S. et al., n.d.) 
 
La deforestación, sobrepastoreo y prácticas agrícolas inadecuadas han deteriorado los 
suelos enormemente, afectando no sólo la productividad de estas actividades 
económicas sino también la calidad y cantidad de agua. 
 
La agricultura reduce el contenido de materia orgánica en los suelos en un 25 % o 
más, a la vez, reduce la fuente de aporte de residuos de las plantas e incrementa la 
descomposición por elevadas temperaturas, aireación y humedad. 
 
Las prácticas ganaderas inadecuadas ocasionan la compactación de los suelos 
producto de exceso de la capacidad de carga, disminuyendo la infiltración y 
favoreciendo la erosión. En ocasiones, las heces de los animales pueden ser fuentes 
de contaminación a los cuerpos de aguas. 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 14
Estudios de simulación de lluvia, conducidos en sitios representativos de pastizales 
semiáridos del norte de México, indican que la variabilidad de las características del 
suelo, relacionadas con la intensidad de pastoreo y morfología de los suelos, puede 
afectar el potencial de generación de escurrimientos superficiales y la tasa de erosión 
hídrica. En este estudio, la primera característica se representa por el valor de una 
curva numérica, cuyos valores superiores se observaron en el sitio donde el suelo es 
poco profundo (sobrepastoreados) y de textura menos arenosa (Ibarra, 1999). 
 
En resumen, estudios como los realizados por Leguía (n.d.) y Silva (n.d.) han 
demostrado que los cambios de vegetación, resultan en alteraciones en el ciclo 
hidrológico, incremento de los escurrimientos y erosión, pérdida de nutrientes, 
disminución de la porosidad y capacidad de infiltración y de recarga de agua de los 
suelos, así como alteraciones a los reservorios de aguas subsuperficiales. 
 
El grado de impacto del uso del suelo sobre el régimen hidrológico también está 
sujeto a la variabilidad espacial y temporal y al tamaño del área en cuestión. Un 
estudio realizado por Faúres (n.d.) afirma que en cuencas de gran tamaño, los 
procesos de erosión naturales tienen mayor impacto en el transporte de sedimentos 
que las prácticas inadecuadas del uso de la tierra. A continuación se presenta una 
tabla comparativa de estimados empíricos de las escalas de las cuencas a las cuales 
impactos típicos del uso de la tierra pueden ser observados (ver tabla 3): 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 15
Tabla 3. Comparativa de estimados empíricos de impactos típicos del uso de la 
tierra en cuencas de diferentes escalas 
 
Tamaño de la cuenca en km2 Impacto Observable 
del uso de la tierra 
en: 
Pequeña 
0.1-10 
Mediana 
10-100 
Grande 
Mayor de 100 
Flujo promedio X - - 
Flujo pico X - - 
Flujo base X - - 
Recarga de acuíferos X - - 
Transporte de 
sedimento 
X - - 
Patógenos X - - 
Nutrientes X X X 
Salinidad X X X 
Pesticidas X X X 
Fuente: (Faures, n.d.) 
 
De estos datos, Faures sugiere que el impacto sobre el régimen hidrológico (flujo de 
distribución, transporte de sedimentos, etc) es más visible en cuencas pequeñas, 
mientras que el impacto en la calidad del agua puede ser medido en cuencas grandes 
debido al efecto acumulativo. 
 
1.2. Modelación hidrológica: algunas consideraciones 
 
La modelación hidrológica es la simulación del flujo de agua de un área mediante 
programas computacionales. Estos representan generalmente: entradas, demandas, 
pérdidas, almacenaje e interrupciones de flujo. 
 
Los modelos de cuencas hidrológicas tienen cinco componentes básicos: procesos 
hidrológicos (cuenca) y sus características, datos de entrada, ecuaciones, condiciones 
iniciales y de frontera y datos de salida. Estos son generalmente clasificados en base 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 16
al método que usan para describir los procesos hidrológicos, escalas espaciales y 
temporales, y condiciones específicas o usos objeto de su diseño (Burns, I.S., et al, 
n.d.). 
 
En base a la forma en que trata o maneja los componentes espaciales, los modelos de 
cuencas se pueden dividir en dos tipos: modelos concentrados y distribuidos. Los 
modelos de parámetros concentrados o concentrados consideran una cuenca como una 
sola unidad y no consideran la variabilidad espacial en los procesos, entradas, 
condiciones de frontera o propiedades hidrológicas de la cuenca. En contraste, los 
modelos distribuidos consideran (idealmente) variabilidad espacial en la cuenca 
resolviendo las ecuaciones para cada píxel del grid (Burns, I.S., et al, n.d.). 
 
Ninguno de estos dos extremos es ideal. El primero es una simplificación gruesa, 
mientras que el segundo requiere de gran cantidad de datos no obtenibles. Como 
resultado, se han combinado ambos, subdividiendo la cuenca en elementos más 
pequeños con propiedades hidrológicas similares que pueden ser descritas por medio 
de parámetros conjuntos. Este tipo de modelos se les conoce con el nombre de 
parcialmente distribuidos o cuasi-distribuidos (Burns, I.S., et al, n.d.). 
 
Por otro lado, la descripción del proceso hidrológicopuede ser determinístico, 
estocástico o combinado (Burns, I.S., et al, n.d.). 
 
Los modelos determinísticos no utilizan variables aleatorias y para cada grupo de 
datos de entrada el modelo dará resultados arreglados y repetibles. Las ecuaciones 
que describen los procesos hidrológicos y de erosión en un modelo determinístico 
deben ser de prioridad en la selección de un modelo (Burns et al., n.d.). Los modelos 
con ecuaciones basadas fundamentalmente en principios físicos o métodos empíricos 
robustos son los más ampliamente usados en simulación computacional de producción 
de sedimentos y escurrimientos superficial (Burns et al., n.d.). 
 
Por el contrario, los modelos estocásticos usan distribuciones para cada variable para 
general valores aleatorios para el modelo de entrada. Por esta razón, el resultado es 
aleatorio con su propia distribución y puede ser presentado como un rango de valores 
con límites de confidencia (Burns et al., n.d.). 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 17
La gran mayoría de los modelos de cuencas son determinísticos (por ejemplo SWAT). 
Los modelos estocásticos puros no son reales. Sin embargo, la generación de 
variables estocásticas es comúnmente utilizada para optimizar modelos o determinar 
la sensibilidad de modelos a varias variables de entrada. Si sólo partes del modelo son 
descritas por las leyes de probabilidad, entonces se hace referencia a un cuasi-
determinístico, cuasi-estocástico o mezclado (Burns et al., n.d.). 
 
1.2.1. Escala espacial y temporal 
 
La variable espacial para la que un modelo es diseñado es importante en el proceso de 
simulación y tratamiento de datos. El escurrimiento en cuencas mayores de 1,000 
km2 es dominado por el almacenaje de agua en los canales. A diferencia de lo que 
sucede en cuencas pequeñas, menos de 100 km2, donde domina el flujo sobre la tierra. 
En el caso de cuencas intermedias, la homogeneidad y promedio hidrológico del 
proceso juegan un papel determinante (Burns, I.S., et al, n.d.). 
 
La escala espacial es un criterio de selección del modelo ya que las características de 
almacenaje varían dependiendo de la misma. En cuencas grandes con redes y fases 
de canales, es dominante el almacenaje en los canales. Estas cuencas no son tan 
sensibles a lluvias de alta intensidad pero de poca duración. Sin embargo, en cuencas 
pequeñas es dominante la fase del suelo y el flujo superficial. Estas cuencas tienen 
una fase de canal menor y son muy sensibles a lluvias de alta intensidad y poca 
duración (Burns, I.S., et al, n.d.). 
 
De igual manera, los procesos hidrológicos ocurren a diferentes escalas de tiempo: un 
evento, diarias, anuales. Para un solo evento, los modelos no generan condiciones de 
humedad del suelo inter- tormenta, de manera que esta información debe ser proveída 
como una condición inicial para correr el modelo. Este tipo de modelo debe ser usado 
para eventos de corta duración o para finalizar el diseño de prácticas de manejos 
técnicamente complejos estructurales y no estructurales (Burns, I.S., et al, n.d.). 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 18
1.2.2. Sistemas de información georreferenciadas 
 
La utilización de sistemas de información georreferenciada (SIG) en un proceso de 
modelación hidrológica tiene como propósito la adquisición y preparación de datos 
espaciales y la presentación y despliegue de resultados. Uno de los fines de utilizar el 
SIG es facilitar la realización de cálculos cuantitativos y el manejo y análisis de gran 
cantidad de información. 
 
El empleo de un SIG con un modelo hidrológico requiere de tres pasos: construcción 
de la base de datos espacial, generación de coberturas temáticas requeridas por el 
modelo y desarrollo de una interfase de comunicación entre el modelo y el SIG 
(Domínguez et al., n.d.). 
 
En cualquier campo de manejo de recursos naturales los componentes necesarios de 
operación de un SIG son: la vegetación, suelo, topografía, hidrografía y zonas 
climáticas. En el ámbito de aplicaciones hidrológicas la descripción topográfica de la 
cuenca es una de las más importantes; de esta se deriva del modelo de elevación 
digital (DEM). El DEM contiene información para definir la red de drenaje 
superficial y la cuenca de captación, así como la pendiente del terreno y las áreas 
tributarias (Domínguez et al., n.d.) 
 
Las aplicaciones generales de un SIG son variadas, desde evaluaciones de patrones de 
cambio de una variable con respecto al tiempo, reclasificación datos, evaluación de 
efectos potenciales de un factor ambiental, determinación de atributos topográficos y 
predicción de la respuesta de una cuenca ante un evento hidrológico como es el caso 
de este estudio (Domínguez et al., n.d.). 
 
Los resultados que se pueden obtener varían según ciertas características del modelo; 
algunos ejemplos son, cálculo de hidrogramas, cálculos de redes de drenaje y 
acumulación de flujo, desarrollo de sistemas de expertos que permitan la planeación y 
operación óptima de recursos hidráulicos regionales o de un sistema de control de 
avenidas (Domínguez et al, n.d.) 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 19
1.3. Modelación hidrológica con AGWA 
 
Existen un gran número y variedad de programas de modelación hidrológica de 
diferentes características y requerimientos. Algunos muy específicos aplicados para 
conocer la calidad del agua y otros más amplios que arrojan resultados tanto de la 
calidad como disponibilidad de agua. 
 
Conocer las características básicas del modelo hidrológico así como los procesos 
hidrológicos, escalas temporales y espaciales y el objeto y condiciones de su diseño, 
son algunas de las consideraciones primordiales en la selección adecuada y el alcance 
exitoso de los objetivos de un proyecto. 
 
Los criterios y modelos considerados para el desarrollo de este proyecto se detallan en 
la sección de la metodología, resultando el modelo AGWA como el elegido para la 
simulación de la Reserva. 
 
AGWA es una extensión de ArcView y una herramienta o sistema multipropósito de 
modelación hidrológica usada para recursos hídricos, uso del suelo y manejo de 
recursos naturales. Utiliza dos modelos hidrológicos: KINEROS y SWAT, 
desarrollados por el U.S. Agricultural Research Service. Ambos modelos son 
modelos determinísticos. El primero es un modelo diseñado para un evento y para 
cuencas pequeñas (aproximadamente 100 km2), mientras que el segundo es un modelo 
de simulación a largo término para cuencas de gran tamaño (Burns et al., n.d.). 
 
AGWA cuenta con una interfase para ambos modelos que permite obtener una 
respuesta rápida. Utiliza modelos de elevación digital, grids de cobertura de suelo, 
datos de suelo, precipitación y clima. 
 
A continuación un diagrama que muestra la aplicación y resultados esperados de cada 
modelo (ver figura 2) 
 
Con el uso de este modelo, se espera poder analizar el comportamiento hidrológico en 
términos de calidad y cantidad de agua de la Reserva, así como identificar las áreas 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 20
de recarga y simular los cambios en el régimen hidrológico en base a variaciones del 
uso de la tierra. 
 
 
 
Figura 2. Diagrama de flujo que presenta el esqueleto general de uso de 
KINEROS y SWAT en AGWA. 
(Burns, I.S., et al, n.d.) 
 
 
 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 21
1.4. Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro 
 
La información que a continuación se presenta, referente a la descripción de la Sierra 
Grorda de Querétaro, fue obtenida del Plan de Manejo de esta área natural protegida(INE, 1997). 
 
1.4.1. Características generales 
 
La Reserva de La Biosfera Sierra Gorda de Querétaro es un área Natural Protegida 
que fue declarada formalmente el 19 de mayo de 1997, en gran parte, gracias a los 
esfuerzos de sus habitantes. Está ubicada entre los paralelos 20° 50’ y 21° 45’ de 
latitud norte y los meridianos 98° 50’ y 100° 10’ de longitud oeste. Políticamente está 
ubicada en el estado de Querétaro, representando el 32% del territorio total de este 
estado (ver figura 3.). 
 
Cuenta con 383,567-44-87.5 ha de extensión divididas en 11 zonas núcleo y una zona 
de amortiguamiento. Las zonas núcleo abarcan una extensión de 24,803-35-87.5 y la 
zona de amortiguamiento tiene una extensión de 358,764-09-00 ha. 
 
Los límites de la Reserva de La Biosfera Sierra Gorda son: al Norte con el río Santa 
María, al Sureste con el río Moctezuma, al Oeste con la sierra formada por cerro El 
Toro, cerro Ojo de Agua y cerro El Infiernillo y al Sur con el río Victoria – Xichú – 
Extóraz – Santa Clara hasta la intersección con el río Moctezuma. 
 
La Reserva abarca la totalidad de los municipios de Arroyo Seco, Jalpan de Serra y 
Landa de Matamoros, el 88.03% de Pinal de Amoles y el 69.7% de Peñamiller (ver 
figura 4). 
 
La Reserva ocupa la mayor parte de la Sierra Gorda, la cual forma parte de la Sierra 
Madre Oriental y cubre la mitad norte del estado de Querétaro, el oeste del estado 
Guanajuato y una pequeña porción de San Luis Potosí (por la región de Xilitla). 
Existen sólo 2 vías de acceso bien establecidas para entrar a la Reserva y ambas son 
carreteras asfaltadas: La Carretera Federal 120 San Juan del río – Querétaro – Xilitla – 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 22
San Luis Potosí, que comunica a la Sierra Gorda con el resto del estado de Querétaro, 
con el centro del país y con la Huasteca Potosina; y la Carretera Federal 69 que 
comunica con el centro del estado de San Luis Potosí y es el camino que lleva hacia la 
ciudad de Río Verde, San Luis Potosí, y de ahí hacia el norte del país. Existen, 
además, otros caminos de terracería que dan acceso a la Reserva. 
 
 
 
Figura 3. División estatal y la Reserva Sierra Gorda de Querétaro 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 23
 
 
Figura 4. Municipios de la Reserva Sierra Gorda de Querétaro 
 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 24
1.4.2. Características abióticas 
1.4.2.1. Litología y geomorfología 
 
Las características estructurales, litológicas y geomorfológicas presentes en el área 
evidencian los diferentes eventos geológicos que modelaron a través del tiempo el 
paisaje característico de la Sierra Gorda. 
 
El proceso geológico más evidente es el de la orogenia, causado por esfuerzos 
tectónicos compresivos y distensivos que dieron lugar a la formación de la 
denominada provincia fisiográfica Sierra Madre Oriental. Esta provincia ocupa una 
extensión de 5,000 km2 en la porción norte del estado de Querétaro, y los sistemas 
fluviales del río Santa María y del río Moctezuma (potentes tributarios del Río 
Pánuco) la cortan de tajo a través de imponentes cañones, delimitando a la 
denominada Subprovincia de Carso Huasteco. Dentro de esta Subprovincia de la 
Sierra Madre Oriental, se ubica la Reserva de la Biosfera Sierra Gorda de Querétaro 
que ocupa el 76.68 % de la misma. 
 
Las topoformas que caracterizan a la Reserva son: Sierras de laderas convexas, 
Sierras de laderas abruptas; Cañones; y Llanuras intermontanas. 
 
Al oeste predominan laderas convexas con pendientes de 12 a 70%. En la parte este y 
sur, sierras de laderas abruptas, con pendientes de 12 a 70%. Los cañones presentan 
pendientes de 40 a más de 70%. Finalmente, se localizan llanuras intermontanas en 
una pequeña porción del noroeste de Arroyo Seco, con pendientes del orden del 12 al 
40%. 
 
La topografía de la Sierra Gorda Queretana es abrupta, de 300 a 3,100 msnm, con una 
altitud media predominante entre los 1,300 y los 2,400 msnm, caracterizada por 
elevaciones como los cerros de Jasso y el de La Media Luna (2,420 msnm). Este 
último está ubicado al suroeste de la Reserva. Al oeste se encuentra el cerro de la 
Tembladera (1,880 msnm) y al este el cerro de Otates (1,450 msnm), cerro del Pelón 
(1,400 msnm), La Tinaja, San Pedro y Piletas. 
 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 25
Entre los cerros más elevados se pueden mencionar el Cerro de La Calentura y de La 
Pingüica, en el municipio de Pinal de Amoles, con alturas de 3,060 y 3,100 msnm, 
respectivamente. Cabe mencionar que el cerro de La Pingüica forma parte del 
parteaguas entre la subcuenca del Tamuín y la subcuenca del río Extóraz, 
perteneciente éste al Moctezuma. 
 
La llanuras intermontanas se presentan a altitudes entre 600 y 900 msnm, con una 
altitud promedio de 750 msnm y una extensión entre 5 y 7 km2, donde se han 
desarrollado distintos asentamientos humanos y la agricultura. En el municipio de 
Arroyo Seco desde la comunidad de El Salitrillo hasta Concá; se localiza el municipio 
de Jalpan de Serra. Este se extiende desde la localidad del mismo nombre 
comprendiendo a las localidades de Tancama, Carrera de Tancama y Saldiveña, 
además de Tancoyol, Saucillo y otras; en el municipio de Landa de Matamoros, desde 
la cabecera municipal hasta la Vuelta y en el Valle de Guadalupe, Tres Lagunas y 
Tilaco. 
 
1.4.2.2. Geología 
 
La región está conformada por diferentes eventos sedimentarios que se ven reflejados 
en los ambientes de formación de plataforma y de cuenca que han sufrido 
movimientos tectónicos, causando plegamientos y fallas geológicas tanto normales 
como inversas. Estas estructuras geológicas determinan la presencia de un complejo 
relieve. 
 
La mayor parte de la Sierra Gorda pertenece a la denominada plataforma Valles San 
Luis Potosí, que durante el cretácico y el terciario se vio afectada por distintos 
esfuerzos tectónicos de la Orogenia Laramide. La deformación de la plataforma 
Valles San Luis determina un patrón estructural orientado de noroeste a sureste 
representado por numerosos plegamientos recumbentes de considerable amplitud 
expuestos en rocas del cretácico. Este patrón estructural está representado por dos 
estilos de deformación: uno sobre rocas calcáreas-arcillosas y arcillo-arenosas de 
estratificación delgada, representado por las formaciones Soyatal, Mexcala y Trancas; 
y el otro en rocas calcáreas de estratificación mediana a gruesa que constituye la 
Capítulo I. Antecedentes 
_____________________________________________________________________ 
 26
formación El Abra. Esta última, por lo general, presenta estructuras anticlinales 
amplias con abundantes diasclasas y fracturas, además de fallas normales de poca y 
mediana extensión. Esta formación favorece el desarrollo del paisaje cárstico. 
 
En la Reserva predominan rocas del cretácico inferior de la era Mesozoica, con 
litología de tipo roca sedimentaria y conglomerados. La formación Las Trancas son 
las rocas más antiguas que afloran en la Sierra Gorda, estas son del jurásico superior 
al cretácico inferior y subyacen a la formación El Abra. Se la encuentra en los núcleos 
del anticlinorio El Piñón y de los anticlinales cerro de Yesca y Bonanza, parcialmente 
aflora en los ríos Extóraz y Santa María. 
 
En el anticlinal del Cerro de la Yesca la formación Trancas consiste de 3 cuerpos. El 
inferior está compuesto por pizarras calcáreas carbonosas de color gris oscuro, el 
cuerpo medio de calizas claras con estratificación de mediana a gruesa, de 50 m de 
espesor y el cuerpo superior formado de filitas interestratificadas con capas muy 
delgadas de caliza arcillosa. Esta formación subyace discordantemente