UNIVERSIDAD VERACRUZANA Instituto de Investigaciones Forestales Servicios ambientales hidrológicos proporcionados por los ecosistemas forestales de la cuenca del río Misantla, Veracruz. TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: Maestro en Ciencias en Ecología Forestal PRESENTA: Biol. Leonardo Daniel Rodríguez Hernández Comité Tutorial: Dr. Armando Aparicio Rentería Dr. Edward Allan Ellis Dr. Rey Acosta Barradas Dra. Patricia Gerez Fernández XALAPA, OCTUBRE, 02016 INDICE I.- INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 8 II.- MARCO TEORICO .......................................................................................... 10 II.1.- Cuencas hidrográficas ............................................................................... 10 II.1.1.- La cuenca hidrológica como un sistema complejo .............................. 13 II.1.2.- Bienes y servicios ambientales ........................................................... 15 II.1.3.- Servicios Ambientales hidrológicos ..................................................... 17 II.1.4.- Importancia del bosque para la conservación del agua ...................... 18 II.2.- Modelación hidrológica .............................................................................. 19 II.2.1.- Herramienta de evaluación del suelo y agua SWAT ........................... 21 III.- JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 25 III.1.- Fenómenos hidrometeorológicos en el Estado de Veracruz .................... 25 III.1.1.- Cuenca del río Misantla y su vulnerabilidad ante efectos hidrometeorológicos extremos ....................................................................... 26 IV.- PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN .............................................................. 30 V.- OBJETIVOS .................................................................................................... 30 VI.- ÁREA DE ESTUDIO ....................................................................................... 31 VI.1.- Características Físicas ............................................................................. 32 VI.2.- Características Biológicas ........................................................................ 41 VI.3.- Características Socioeconómicas ............................................................ 47 VII.- METODOLOGÍA ............................................................................................ 54 VII.1.- Integración y procesamiento de datos ..................................................... 54 VII.2.- Validación de la herramienta SWAT ........................................................ 62 VII.3.- Análisis por escenario ............................................................................. 63 VIII.- RESULTADOS ............................................................................................. 66 VIII.1.- Balance hidrológico ................................................................................ 71 VIII.1.1.- Precipitación .................................................................................... 76 VIII.1.2.- Escurrimientos ................................................................................. 78 VIII.1.3.- Percolación ...................................................................................... 83 1 VIII.1.4.- Evapotranspiración .......................................................................... 85 VIII.1.5.- Producción de agua ......................................................................... 87 VIII.1.6.- Gasto medio .................................................................................... 90 VIII.1.7.- Producción de sedimentos............................................................... 91 VIII.1.8.- Sedimentos transportados por el agua ............................................ 94 VIII.2.- Escenarios de cambio de uso de suelo .................................................. 95 IX.- DISCUSIÓN .................................................................................................... 98 X.- CONCLUSIONES .......................................................................................... 105 XI.- BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ 106 XII.- ANEXOS ...................................................................................................... 124 2 INDICE DE FIGURAS Figura 1.- Esquema representativo de una Cuenca hidrográfica ................................................... 11 Figura 2.- Zonificación funcional de una cuenca. .......................................................................... 12 Figura 3.- La cuenca hidrográfica concebida como un sistema complejo y sus elementos. ........... 14 Figura 4.- Representación esquemática del ciclo del agua. .......................................................... 17 Figura 5.- Eventos hidrometeorológicos acumulados en el Estado de Veracruz por año. .............. 25 Figura 6.- Aspecto y trayecto de los huracanes y tormentas que han afectado la cuenca del río Misantla ............................................................................................................................... 27 Figura 7.- Daños a la infraestructura municipal causados por el arrastre de sedimentos. .............. 29 Figura 8.- Ubicación de la cuenca del Río Misantla con respecto a los límites municipales. .......... 31 Figura 9.- Perfil de la cuenca del río Misantla elaborado con la herramienta 3D Analyst Tools de ArcGis 10.1.. ........................................................................................................................ 33 Figura 10.- Topografia de la cuenca del Río Misantla elaborada con ArcGis 10.1.. ...................... 34 Figura 11.- Red hidrologica de la cuenca del Río Misantla.. .......................................................... 38 Figura 12.- Precipitaciones promedios mensuales de las estaciones meteorológicas empleadas en la modelación hidrológica..................................................................................................... 39 Figura 13.- Temperaturas maximas registradas mensuales de las estaciones meteorológicas empleadas en la modelación hidrológica. ............................................................................. 39 Figura 14.- Temperaturas minimas registradas mensuales de las estaciones meteorológicas empleadas en la modelación hidrológica. ............................................................................. 40 Figura 15.- Uso de suelo y vegetación de la Cuenca del Río Misantla. ......................................... 42 Figura 16.- Número de habitantes por municipio dentro de los límites de la Cuenca del Río Misantla. .............................................................................................................................. 48 Figura 17.- Tipo de servicios con los que cuentan los hogares de la cuenca del río Misantla.. ...... 50 Figura 18.- Superficie sembrada en hectáreas por cultivos de la cuenca del río Misantla. ............ 51 Figura 19.- Superficie sembrada en hectáreas por municipio de la cuenca del río Misantla. .......... 51 Figura 20.- Población económicamente activa y ocupada de las comunidades de la cuenca del río Misantla. .............................................................................................................................. 53 Figura 21.- Procesamiento de la herramienta SWAT de acuerdo a la guía del usuario y el manual teórico de la herramienta SWAT 2012.. ................................................................................ 56 Figura 22.- Ubicación de las estaciones meteorológicas empleadas para la generación de bases de datos de entrada en la simulación con SWAT.. .................................................................... 59 Figura 23.- Procesamiento de las capas de información para la creación de las bases de datos de entrada de SWAT. ............................................................................................................... 61 Figura 24.- Selección y procesamiento para la creación de las bases de datos de salida de SWAT.. ............................................................................................................................................ 61 3 Figura 25.- Gastos medios simulados por SWAT y gastos medios reales tomados del sistema BANDAS.............................................................................................................................. 62 Figura 26.- Relación de los Gastos medios mensuales simulados y reales para la validación de SWAT. ................................................................................................................................. 63 Figura 27.- Uso de suelo y vegetación del escenario real (a) y deforestado (b) ............................. 64 Figura 28.- Uso de suelo y vegetación de los escenarios real (a) y reforestado (b) ....................... 65 Figura 29.- Subcuencas (a) y Unidades de Respuesta Hidrológica HRU (b) modeladas por SWAT. ............................................................................................................................................ 66 Figura 30.- Zonificación funcional de la cuenca del rio Misantla distribuida por subcuencas modeladas por SWAT.. ........................................................................................................ 67 Figura 31.- Porcentaje de las pendientes