sistema de información geográfica

1. APLICACIÓN DE UN SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA
PLANIFICAR CUENCAS HIDROGRÁFICAS1
Para presentar esta metodología de manejo integral de una cuenca se desarrollara
una propuesta que combina tres conocidos modelos cuantitativos implementados
a través de AML: La ecuación Universal de Perdida de Suelo USLE, el de
escorrentia por Curva Número y el modelo de Balance Hídrico, para cuantificar el
estado actual de los recursos naturales del municipio de Chaguaní (Cundinamarca
- Colombia) y deducir su comportamiento futuro ante posibles cambios de
ordenamiento del territorio y de sus actividades productivas. Para tal efecto se
consideró la variación espacio/temporal de los elementos climáticos, edáficos,
relieve , recurso hídrico superficial y actividades productivas, implementando
bases de datos geográficas y de atributos, usando el Sistema de Información
Geográfica ARC/INFO™ estación de Trabajo y ARCVIEW™.
Se emplearon funciones de Superposición, operaciones de tabla y de redes en
formatos vector y raster (con celdas de 50m * 50m); además se trabajaron las
funciones de algebra de mapas y de superficie en formato raster. El proceso
consistio en hacer un inventario edafoclimático de la cuenca hidrográfica,
evaluando las condiciones actuales de pérdida de suelo, impedimentos
agroclimáticos de las actividades productivas con los modelos USLE, escorrentía y
Balance hídrico. Luego se evaluó la aptitud y adaptabilidad de la cuenca ante los
sistemas de producción seleccionados, en función de las características climáticas
de la región, obteniendo las zonas de alta adaptabilidad edafoclimática y tambien
se determinaron las zonas que requieren protección boscosa para garantizar el
equilibrio hídrico de la cuenca.
Los resultados fueron: Mapa de Practicas de conservación recomendadas, mapas
de balances hídricos mensuales para uso actual y propuesto, mapas de
escorrentia mensual y anual para uso actual y propuesto, mapas de isoperiodos

2. de crecimiento para uso actual propuesto, modelo digital de terreno de la zona de
estudio, mapas de adaptabilidad edáfica y climática de 20 cultivos propuestos para
el municipio, mapa de adaptabilidad final para uso del suelo con ubicación de
reforestación, y uso de suelo agrícola con recomendaciones de practicas de
conservación para cada zona.
2 SITUACIÓN GEOGRAFICA
El municipio de Chaguaní está localizado hacia el noroccidente del departamento
de
Cundinamarca (Ver figura 1). Ocupa una extensión aproximada de 14200 ha. Su
cabecera municipal se localiza a 4° 57" latitud norte y a 74°36" longitud oeste.

3. Figura 2. Metodología General de planeación

4. 3. METODOLOGÍA SEGUIDA PARA LA PLANIFICACIÓN AGROHIDROLÓGICA.
La metodología utilizada en el presente proyecto se basa en la aplicación de
conceptos y herramientas SIG a la planificación y ordenamiento territorial con un
enfoque conservacionista tomando la cuenca hidrográfica como unidad de
planificación. El proceso seguido incluyo definir los objetivos y metas que se
pretendieron alcanzar en el análisis, especificar las capas (coberturas) de datos
necesarias para lograr los objetivos y recopilar la información necesaria,
posteriormente se digitalizó en autocad la información geográfica y se tabuló en
hoja electrónica para ingresar los datos atributo en el SIG ARC/INFO. El proceso
completo se muestra en la figura 2.
Figura 3. Metodología para Calcular la ETP usando SIG.

5. La información usada para realizar el estudio, incluye aspectos agronómicos,
hidrológicos, topográficos, meteorológicos y socioeconómicos. Aspectos
geográficos y de atributos fueron obtenidos en entidades del estado como el
Insituto de Hidrología Meteorología y estudios Ambientales (IDEAM), Instituto
Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), Departamento Nacional de Estadística
(DANE), Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR), Comité de
cafeteros de Cundinamarca, junto con otros estudios específicos del municipio.
3.1 CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL EN LA CUENCA
(ETo):
La Evapotranspiración Potencial (ETo) fue calculada por el método de Hargreaves
y Samani (1985).
ETo = 0.0023 *Ra* TD
0.50
(TºC + 17.8) (1)
Donde
ETo y Ra en mm de evaporación de agua, TD y T en grados centigrados.

6. :
Figura 4. Metodología para calcular la Escorrentia Superficial

7. Como la radiación solar extraterrestre (Ra) varía mensualmente en función de la
distancia relativa al sol , declinación solar, ángulo solar, latitud, se construyeron
poligonos de con las estaciones meteorológicas disponibles y se procedió a darle
un valor igual de latitud a cada una de las áreas de los polígonos.
La temperatura media mensual se calculó en función de la altura utilizando un
modelo lineal de variación con la temperatura, Rojas et al (1996), Alvarez (1988).
Ver ecuación 2. La ecuación utilizada es la misma empleada por Alvarez (1988).
T(° C) = 28.97 - 0.0063 * h (2)
Donde T(° C) es la Temperatura media anual en grados centigrados y h se obtiene
del DEM desarrollado. A través de esta ecuación se procedió a asignarle a cada
celda de 50*50m el valor correspondiente a la temperatura mediante el módulo
GRID.
3.2 CÁLCULO DE ESCORRENTÍA
Se procedió a obtener la escorrentía mediante el método del SCS USA (1972),
citado por Ritzema, 1994, para ello se obtuvieron los mapas de Cobertura del
Suelo, Practicas de conservación, grupo Hidrologico de Suelo, condición
hidrológica y pendientes, posteriormente se realizó un álgebra de mapas y se
obtuvo el valor de la curva número (CN) con condición de humedad antecedente
II, esta se modificó de acuerdo con la metodología para otras condiciones de
humedad segun Bethencourt, (1993).
Después de obtener la curva número se procedió a calcular la infiltración potencial
(S), está se halló con información de precipitación máxima en 24 horas,
precipitación total mensual y número de días de precipitación del mes. Este
cálculo se hizo para precipitación media mensual del 25% 50% y 75% de
probabilidad de excedencia y luego usando la ecuación 3 se hallo la escorrentía
media mensual. (ver figura 4).

8. Donde:
Qm75 = Esorrentia mensual para precipitación con el 75% de probabilidad de
excedencia.
Qm50 = Escorrentia mensual para precipitación con el 50% de probabilidad de
excedencia.
Qm25 = Escorrentia mensual para precipitación con el 50% de probabilidad de
excedencia.
3.3 CÁLCULO DEL BALANCE HÍDRICO
En este modelo se asume que en el mes más lluvioso (octubre), el suelo se
encuentra en contenido de humedad a capacidad de campo, es decir tiene el total
de la capacidad de retención de humedad (CRH), el cálculo se inicia en el mes 11
y se continua nuevamente hasta llegar a este, hallando los déficit, contenido de
humedad y excesos por percolación profunda (Martello,1995). Ver figura 5.
3.4.1Mapa de Isoperiodos de Crecimiento: Con el propósito de estimar el periodo
de crecimiento potencial para cultivos en la zona de estudio a partir del modelo de
balance hídrico se calculó el número de dias en que hay humedad disponible para
el desarrollo de cultivos. Posteriormente se generó un mapa de periodo de
crecimiento para cada semestre (Febrero a julio y Agosto a enero).
Despues de calcular el balance hídrico climático para el municipio, con el uso del
suelo actual y propuesto, se procedió a calcular el balance hídrico agrícola para la
opción propuesta, considerando los coeficientes de cultivo para las cuatro fases de
desarrollo de cultivo. Y se determino nuevamente el balance hídrico a partir del
mes de Enero tomando como humedad del mes de Diciembre la correspondiente
a la humedad obtenida del Balance Hidrico Climatico

9. Figura 5. Metodología para calcular el balance hidrico.

10. 3.4 CÁLCULO DE ADAPTABILIDAD POR PÉRDIDAS DE SUELO ACTUALES Y
POTENCIALES.
Dentro de los factores que gobiernan el proceso de erosión de suelos están la
lluvia, la pendiente, el tipo de suelo, la cobertura vegetal y el manejo de la tierra.
Para evaluar la pérdida de suelo (comúnmente utilizada en la planeación
conservacionista de la tierra), se utiliza la ecuación universal de pérdida de suelo )
Albernethy, (1986).
A = R*K*S*L*C*P (4)
Donde:
A, es la cantidad de erosión (ton/ha/año)
R, es el índice de erosividad pluvial (KJ*m
-2
/año*mm/hora)
K, es el índice de erodabilidad del suelo (ton* m
2
*hora/(ha*KJ*mm))
S, es el índice de pendiente
L, índice relacionado con la longitud media de la pendiente en el campo
C, es un índice de la cobertura del cultivo.
P, índice que representa el manejo de tierra o prácticas de conservación.
El proceso va encaminado a determinar la adaptabilidad por pérdida de suelo de
los Típos de Uso del Suelo TUT (ver figura 6), para tal efecto se obtuvo por
reclasificación un mapa de perdida de suelo permisible T (en función de la
profundidad efectiva del suelo) y el mapa de pérdida de suelo en barbecho
continuo (RKLS).
El factor R fue tomado de Montenegro et at (1994) el cual fue realizadopara una
zona aledaña a la zona de estudio. Posteriormente se calculó el mapa de factor C

11. para el uso actual y propuesto ponderando el factor C tomado de tablas, respecto
al % de area de cada típo de cultivo en cada (TUT).
Figura 6. Metodología para calcular las pérdidas de suelo actuales y potenciales.

12. Para ubicar las posibles prácticas de conservación a realizar, se comparó la
pérdida de suelo sin practicas de conservación (R*K*LS*C) contra la perdida de
suelo permisible (T) y si la primera superaba a la segunda se adoptó una de las
siguientes prácticas individuales o combinadas en función de la pendiente (cultivo
en curvas a nivel, cultivo en fajas, terrazas y curvas de nivel), dependiendo de que
práctica fue o no necesaria para llevar la pérdida hasta el nivel permisible. Cuando
se necesitó utilizar terrazas para disminuir la pérdida de suelo, se recalculó el
factor LS necesario para llevar la pérdida a la permisible (Reining et al, 1992).
Si la distancia entre terrazas necesaria para llevar la pérdida de suelo a la
permisible, era menor de 10 m se definió que el terreno deberia estar protegido
necesariamente con bosque protector. Finalmente el mapa de pérdidas de suelo
para el uso propuesto fue calculado, considerando el factor P correspondiente a la
práctica necesaria en cada sitio. El mapa de prácticas de conservación obtenido
sirvió como entrada para el modelo de escorrentía.
3.5 CÁLCULO DE ADAPTABILIDAD EDAFOCLIMÁTICA E IDONEIDAD FINAL
DE LOS TUT
Con el propósito de establecer la idoneidad potencial del Municipio para la
actividad agrícola se adelantó una investigación preliminar de los principales
cultivos que actualmente son la fuente de ingresos de sus habitantes (cultivos
modales). La información fue tomada de las estadisticas URPA del municipio y de
datos conseguidos en la UMATA del Municipio. Esta información permitió revisar
el uso actual del suelo y observar los calendarios de siembra y cosecha, como
también la variación en areas de siembra y sus producciones.
Establecidos los cultivos modales se identificaron cultivos potenciales,
pretendiendo dar alternativas para la diversificación del cultivo de café que
últimamente se ha ido reemplazando por pasturas únicamente. La información
necesaria para establecer los requerimientos de los TUT con los cultivos
identificados fue tomada de TERAN et al (1996) y LOPEZ, A. (1998). Con la base

13. de datos de requerimientos de los TUT así preparada y el inventario
Edafoclimático del municipio se preparó un programa en GRID para calcular la
idoneidad del municipio para 20 cultivos.
El cálculo de adaptabilidad se hizo por enfrentamiento directo celda a celda de los
requerimientos de los cultivos contra la oferta edáfica y climática del municipio.
Los parametros usados para realizar la valoración fueron elementos nutrientes
(N,P2O5, K, Ca, Mg, Na), pendiente , profundidad efectiva, PH y temperatura .
Luego de obtener un mapa de adaptabilidad para cada cultivo considerando estos
parámetros, se preparó un solo mapa (denominado "Adcultivo"), combinando los
20 mapas anteriormente generados. Este mapa se superpuso con el mapa de
rondas de protección (en función del número de orden de arroyos).
Seguidamente el Mapa de Adaptabilidad de Cultivos con rondas de protección se
superpuso con el Mapa de Bosque propuesto por el Modelo de Pérdida de Suelo.
Este mapa así obtenido representa el uso propuesto para explotar adecuadamente
el suelo sin deteriorar el medio (Si se realizan las prácticas de conservación y
reforestación propuestas).
Luego para poder manejar mejor este mapa en los modelos de pérdida de suelo,
escorrentía y Balance Hídrico se reclasificó en Tipos de Uso de Suelo (Cultivos
limpios, semilimpios, permanentes, etc.) El mapa así obtenido sirvió como dato de
entrada al Modelo de Pérdida de Suelo y Escorrentía para el uso propuesto.
Finalmente la adaptabilidad para cultivos se redujo, considerando el período de
crecimiento calculado con el Balance Hídrico Agrícola y se preparó un Mapa con la
Adaptabilidad de cultivos potenciales para el Municipio con recomendaciones de
reforestación, conservación y prácticas de manejo.

14. 4. RESULTADOS
Figura 7. Metodología para calcular la adaptabilidad final de los TUT.

15. Luego del análisis de consistencia y llenado de datos faltantes se obtuviron 3
estaciones con reportes de precipitación y la estación Honda con registros de
temperatura (ver tabla 1):
NRO CODIGO TIPO ESTACIÓN DEPARTAMENTO MUNICIPIO LATITUD LONGITUD M.S.N.M
1 23060144 PM TUSCOLO CUNDINAMARCA GUADUAS 5 04N 74 37W 975
2 2123012 PM LA BELLEZA CUNDINAMARCA CHAGUANÍ 4 59N 74 35W 1200
3 2302502 CO LA
ESPARANZA
TOLIMA HONDA 5 15N 74 45W 222
4 2123007 PM SAN JUAN CUNDINAMARCA SAN JUAN 4 51N 74 38W 1303
Tabla 1. Estaciones seleccionadas para el estudio.
4.1 VARIACIÓN ESPACIAL Y TEMPORAL DE LOS ELEMENTOS CLIMÁTICOS.

16. Figura 8. Variación temporal de la precipitación.
Los métodos utilizados fueron poligonos de thiessen para la precipitación y
variación altitudinal para la temperatura.
4.1.1 Precipitación:. La distribución espacial de la precipitación media total anual,
casi no varia; por ser una zona tan pequeña. Los valores van de 1597 mm/año,
hacia el norte en la estación guaduas, hasta 1303 mm/año en la estación
Chaguaní, pasando por 1327mm/año, hacia el sur en San Juan. El regimen de
lluvia es Bimodal (ver figura 8), presentando cuatro periodos claramente
diferenciados. Dos lluviosos de Febrero a Mayo, con precipitaciones por encima
de 125 mm/mes y de Septiembre a Noviembre, con valores por arriba de 150
mm/mes y dos periodos secos de Diciembre a enero con precipitaciones menores
a 75mm/mes y de Junio a agosto con valores por debajo de 50 mm/mes.

17. 4.1.2 Temperatura: El comportamiento espacial de la temperatura media anual en
Chaguaní oscila entre 29 °C hacia el occidente en el rio Magdalena, hasta 17°C
hacia el oriente en el cerro de pan de azucar .
Para cada subcuenca (ver figura 9), se determinaron algunas características
morfométricas con el proposito de mirar la relación de esta respecto al
comportamiento hídrico de la misma. Igualmente se hizo el Modelo Digital de
Terreno (DTM) del municipio de chaguaní
La importancia del DTM en este estudio radica en la variación altitudinal de la
temperatura y la influencia sobre las pérdidas de suelo que presenta el lugar por
sus características de relieve. Este varía desde plano (con pendientes de 0 –3 %)
a orillas del rio Magdalena hasta fuertemente inclinado (con pendientes mayores
del 75%), en la parte occidental, formada por las veredas Retiro, Melgas,
Montefrio, y alguna parte de Pedregal y Bramaderos. Esta gran variación en
relieve permitió utilizar el DTM para generar el mapa de longitud de pendiente y
mapa de factor LS para ser utilizados en la ecuación USLE.
4.1.2.Evapotranspiración potencial: La evapotranspiración potencial anual en el
municipio de chaguaní, tiene un valor promedio de 2100 mm/año en el valle del rio
magdalena (200 m. s. n. m) a 1500 mm/año en la parte occidental sobre los 1800
m.s.n.m, como se muestra en la figura 10.
4.1.3.MODELO DE ESCORRENTIA:
Para calcular la escorrentia directa, antes de hacer el balance hídrico, se procedió
a implementar el modelo de escorrentia por el método de curva numero del
servicio de conservación de suelos de los estados unidos (SCS).

18. Figura 9 Modelo Digital de terreno (DTM) y subcuencas de la zona de estudio

19. Figura 10. Evapotranspiración potencial anual en mm.
Se utilizó la precipitación con un 75% de probabilidad de excedencia hallando la
escorrentia mensual promedio, considerando el año seco, normal y húmedo;
igualmente se obtuvo la precipitación efectiva mensual, para ser utilizada en el
balance hídrico. Para considerar el efecto en el cambio de almacenamiento de la
cuenca, variando el uso del suelo y las prácticas de manejo, fue computada la
escorrentía con el uso actual y el propuesto (Ver figura 11). Para hacer esto se
cálculó el número de curva en función de las diferentes prácticas de conservación
(si existen o no), clase hidrológica del suelo, uso actual o potencial del suelo,
condición hidrológica, pendiente y humedad del suelo en los cinco dias
antecedentes de lluvia.

20. 1. MODELO DE PÉRDIDA DE SUELO:
El objeto de este modelo es valorar la restricción por pérdida de suelo para la
producción de cultivos, para tal efecto se calculó la pérdida de suelo potencial en
barbecho continuo (figura 12) y la perdida de suelo permisible en función de su
profundidad efectiva. El mapa de perdidas en barbecho continuo se multiplicó por
el factor c ajustado de tablas, en función del uso (actual y propuesto), generando
el mapa de pérdida actual de suelo y pérdida para uso propuesto (figura 14).
Con los anteriores mapas se estableció el criterio para ubicar practicas de
conservación de suelos en función de la pendiente y el típo de cultivo (figura.13).
Cuando la pérdida de suelo era menor que la permisible no se propuso práctica de
conservación, pero cuando la pérdida actual o para uso propuesto superaba la
permisible se adoptó en orden de prioridad curvas a nivel, cultivo por fajas,
terrazas y cultivo en curvas a nivel entre terrazas y por último cuando la pérdida de
suelo era grande, aun con práctica de conservación se propuso que el terreno
deberia estar protegido por bosque para reducir las pérdidas de suelo al mínimo.

21. Figura 11. Variación espacial de la escorrentía anual actual y para el
plan propuesto

22. Figura 12. Pérdidas de suelo en barbecho continuo R*K*L*S en Ton/ha/año.
Figura 13. Prácticas de conservación de suelos recomendada para el uso
propuesto

23. 2. MODELO DE BALANCE HÍDRICO:
El balance hídrico se realizó con la precipitación efectiva calculada con el modelo
de escorrentia y produce la variación espacial y temporal de los excesos por
percolación profunda para el estado actual y uso propuesto, contenido de
humedad actual y uso propuesto y deficit actual y para uso propuesto.
Adicionalmente se calculo el coeficiente Kc como la relación de evapotranspiración
real (ET) a la Potencial(ETo), para uso actual y uso propuesto. Para agilizar los
cálculos se escribió un macro en el módulo grid.
Para mirar el comportamiento espacial y temporal más aproximado de los
anteriores parámetros, para los cultivos del plan propuesto, se hizo un balance
hídrico agrícola, considerando cuatro fases de desarrollo del cultivo
(establecimiento, desarrollo, floración , madurez y finalización del periodo
vegetativo) para los cultivos semestrales(Máiz, tomate frijol), Cultivos
comerciales(Algodón, sorgo) y un coeficiente promedio para los demas cultivos.
Por último el balance hidrico calculo el periodo total de crecimiento, para los dos
semestres agrícolas identificados(febrero a Julio y Agosto a Enero) para el estado
actual, y para estado con uso de suelo propuesto.(figura 15).

24. Figura 14. Perdida de suelo actual y para uso propuesto en
Ton/ha/año.
Figura 15.Distribución espacial del periodo de crecimiento en regimen de secano en los dos
semestres agrícolas del municipio.

25. 3. MODELO DE VALORACIÓN EDAFOCLIMÁTICA DE CULTIVOS:
El proposito del estudio fue planear desde el punto de vista biofísico el municipio,
tratando de dar pautas para la correcta utilización de los recursos sin deteriorar el
medio ambiente, pero propiciando un desarrollo socioeconomico de la región.
Considerando que el municipio es netamente agrícola se implementó una
valoración de adaptabilidad agrícola para 20 cultivos seleccionados. Para agilizar
los cálculos se preparo un programa AML en el modulo GRID, y se agrupo la
valoración por nutrientes, Pendiente, profundidad efectiva, Ph y temperatura.
Finalmente combinando estas valoraciones parciales se obtuvo la valoración
general para cada uno de los 20 cultivos (Figura 16)
Figura 16. Valoración general edafoclimática para los 20 cultivos analizados.

26. Posteriormente los mapas de valoración general de cada cultivo se combinaron en
el módulo GRID con el comando COMBINE. Este mapa fue reclasificado en el
módulo GRID para 14 clases de cultivos. Para mejorar la condición hidrologica del
municipio, fue superpuesto sobre este mapa el grid de rondas de protección
generados alrededor de arroyos. Para localizar bosque protector por restricciones
ambientales, a partir del modelo de pérdida de suelo fue generado el mapa de
bosque, necesario para disminuir las pérdidas de suelo a un nivel aceptable en los
sitios donde por ninguna práctica de conservación se puede disminuir la pérdida y
no es recomendable tener cultivos. El mapa final generado de los anteriores
análisis se puede ver en la figura 17.
Figura 17. Propuesta de ordenamiento, uso y manejo del territorio en la cuenca
hidrográfica de Chaguaní.