Red Básica para determinación de la sequía en la cuenca de Lerma

AMH XXIII CONGRESO NACIONAL DE H IDRÁULICA

PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 AMH

RED BÁSICA EN LA EVALUACIÓN Y SEGUIMIENTO DE LA SEQUÍA METEOROLÓGICA

García Beltrán Alba Nélida1, Villalobos de Alba Ángel Alfonso1, Júnez Ferreira Hugo E.1 y

Moreno Simental Obed Cuauhtémoc2 1Universidad Autónoma de Zacatecas. Av. Ramón López Velarde No. 801, Carretera a la Bufa, Zacatecas,

Zacatecas, México. C.P. 98000 2Estudiante, Universidad Autónoma de Zacatecas. Av. Ramón López Velarde No. 801, Carretera a la Bufa,

Zacatecas, Zacatecas, México. C.P. 98000

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Introducción

La sequía es un fenómeno que se desarrolla lentamente, por lo

tanto, no hay una razón que justifique la aparición por sorpresa

de una sequía. Para la sequía como para todos los fenómenos

acumulativos, es necesario un monitoreo constante. Uno de los

objetivos del monitoreo es detectar cambios y tendencias a

largo plazo, con el fin de permitir el desarrollo e

implementación de indicadores de alerta temprana. Por otro

lado, el monitoreo además permite evaluar la eficacia de las

acciones de regulación y mitigación de eventos extremos como

son las sequías e inundaciones que afectan constantemente al

territorio mexicano.

Para poder dar seguimiento y evaluar el desarrollo de la Sequía

meteorológica es necesario contar con una red básica de

estaciones climatológica, por ello en este trabajo se presenta

una metodología para la definición de esta red a partir de los

datos medidos por las distintas instituciones que llevan a cabo

esta función. Para la definición de esta red se consideraron datos

de precipitación diaria que cumplieron con los requisitos de

calidad de información como son: longitud de información, que

la estación estuviera en funcionamiento, porcentaje mínimo de

ausencia de información.

Cabe destacar que el presente trabajo se enmarca dentro del

Programa de Medidas Preventivas y de Mitigación de la Sequía

para la cuenca del Río Lerma que se desarrolló durante el 2013

en México.

La cuenca del río Lerma, que se localiza en la parte central de

México, abarcando una extensión de 53,591.3 km2. En ella

habita el 11% de la población nacional, y abarca territorios de

cinco estados. Cabe destacar, que el presente trabajo se enmarca

dentro del Programa de Medidas Preventivas y de Mitigación

de la Sequía que se desarrollaron durante el 2013 en México.

Metodología

La metodología que se siguió para determinar la red básica de

información pluviométrica es la siguiente:1) Se recopilaron los

registros de las estaciones pluviométricas que se encuentran de

dentro de la Cuenca Lerma y en la periferia de la misma. 2) Se

realizó un análisis de la información disponible y debido a la

cantidad de información por analizar, 3) Se desarrolló un

programa Visual Basic.net 2010 con framework 4,

desarrollándose bajo el paradigma orientado a eventos. Con

varios módulos, que realizan una tarea específica y permiten la

interacción con el usuario. 4) Se presentan las estaciones que

conforman dicha red, su localización geográfica y su longitud

de registro.

Recopilación y análisis de la información

Para poder recopilar la información se consultaron las bases de

datos pluviométricos de las distintas dependencias, la base de

datos del Sistema Meteorológico Nacional agrupa la mayor

cantidad de información disponible para la cuenca del Río

Lerma.

Dentro del área de estudio se identificaron 433 estaciones, pero

al analizar los datos se observó que un gran número de

estaciones presentaron periodos largos de ausencia de

información por lo que se procedió a seleccionar aquellas

estaciones que cumplieran los siguientes requisitos:

1) Que la estación estuviera funcionando, con el fin de poder

ser utilizada para el seguimiento de la sequía meteorológica

2) Que la longitud del registro fuera de al menos 30 años, con

el fin de ´poder evaluar las sequías históricas

3) Que el porcentaje de ausencia de información fuera menor

o igual al 15%, con el fin de no perder representatividad en

los datos

4) Que representaran la variabilidad espacial de la sequía

En la imagen 1.1 se puede observar las 433 estaciones, cada una

con su periodo, su año de inicio y su año final de operación, se

observa que son muy irregulares en periodos ya que unas

estaciones, son recientes otras son muy viejas y ya no operan,

entonces con los requisitos antes mencionados quedará una red

básica que sea uniforme y donde se pueda dar seguimiento al

monitoreo. En la imagen 1.2 se muestra las estaciones

espacialmente de la cuenca de Lerma con una densidad de una

estación por cada 124 km2.



Imagen 1.1 Gráfica de apertura y cierre de las 433 estaciones

Imagen 1.2 Localización de las 433 estaciones en la cuenca de Lerma

Procesamiento de los datos

Al momento de revisar los datos de registro de las estaciones,

se notó que estos archivos están catalogados por estado tienen

un formato similar, que son la estación, el día, año y mes que se

está registrando con el valor de lluvia registrada, esto por

estación y para todos los años, de tal manera que la información

se vuelve difícil de manipular, ya que son miles y miles de

datos.

Los datos de entrada para el sistema, son los datos históricos sin

modificar de todas las estaciones por estado, son los datos que

provienen de las bases de datos proporcionadas por la Conagua.

Además como datos de entrada también se tiene un listado de

todas las estaciones que se encuentran en la cuenca de Lerma,

con sus datos como la clave, la ubicación, el nombre y varios

parámetros más.

El funcionamiento de la aplicación se describe a continuación:

1.1 Pantalla de inicio

Al inicio el sistema se presenta de forma predeterminada las

tablas con datos de las estaciones climatológicas de la cuenca,

en este caso, la cuenca del Lerma, Figura 1.

Imagen 1.3 Menú de inicio



1.2 Botón Abrir

La acción que desencadena este botón es que nos abre un

archivo en forma de tabla (.csv), que es el tipo de archivo que

se utiliza para la información de las estaciones por estado.

Imagen 1.4 Botón abrir

1.3 Información de precipitaciones por estado

Cuando se abre el archivo, se muestra en el sistema la

información del estado seleccionado, se puede observar que es

una tabla donde se ve el identificador de la estación, su año, mes

y los valores para cada día del mes.

Imagen 1.5 Datos de archivo

1.4 Sumatoria

El botón de sumatoria, recorre los registros diarios para cada

mes y la suma quitando las ausencias de valor (-99999), y en la

misma tabla añade una columna al final para mostrar el

resultado para cada mes.

Imagen 1.6 Sumatoria

1.5 Año y Mes

En las tablas de la información de cada estado de estaciones

climatológicas, viene el año y mes unido, el botón de

“desconcatenar”, separa en cada campo año y mes y los añade

al final de la misma tabla donde está la información por estado.

Imagen 1.7 Año y mes

1.6 Validar Registros

El botón de validar registros, realiza la acción de checar cada

registro diario por mes y comprueba que cada mes este

completo, si está completo añade un campo al último de la tabla,

indicando esto mismo, también comprueba si hay más de 10

registros sin valor en un mismo mes, el valor del mes es no

valido y lo añade en un campo al final de la tabla.

Imagen 1.8 Validar Registros

1.7 Separar Estaciones

Hace una lista de estaciones de la información a nivel estado de

la cual se está manejando.

Imagen 1.9 Separar Estaciones

1.8 Dar formato a la tabla

Para un mejor manejo de los datos, la tabla con la información

de todos los registros a nivel de estado, se le cambia el tipo de

dato con el botón de Preparar Tabla.



Imagen 1.10 Formato

1.9 Media del día por estación

Saca el valor medio para cada día del año de cada estación.

Imagen 1.11 Media

1.10 Reemplazo de valores no válidos

Remplaza los valores no validos (-99999) del día con valores

de la media del día calculado en el paso anterior siempre y

cuando el mes sea válido.

Imagen 1.12 Reemplazo de valores no válidos

1.11 Ausencia de valor por estado

Este evento toma los años y meses de inicio y final, hace una

resta del año final menos el año inicial y son los años teóricos,

se cuenta los años y meses reales de cada estación y se saca el

porcentaje de ausencia de información dividiendo los meses

teóricos entre los meses reales multiplicados por 100, esto para

todas las estaciones en el estado.

Imagen 1.13 Ausencia de valor por estado

1.12 Ausencia de valor por Cuenca

Hace la misma rutina pero esto solamente para las registros que

tenemos en la tabla de Estaciones para la cuenca.

Imagen 1.14 Ausencia de valor por estado

1.13 Filtrar con parámetros variables

No todas las estaciones se pueden seleccionar para hacer el

análisis que se requiere debido a la ausencia de información.

Para solucionar este problema, se hace una consulta con base

en distintos parámetros: porcentaje de ausencia de información,

periodo del registro a evaluar y año final.

Imagen 1.15 Filtro



1.14 Suma final

Suma todos los valores diarios de cada mes y los agrega al final

de la tabla.

Imagen 1.16 Suma final

1.15 Seleccionar estaciones

Según sea el archivo de entrada y para la cuenca que se está

haciendo el análisis, va a filtrar la tabla de todas las estaciones

de Lerma con las de todo el Estado que se escogió para el

archivo de entrada, mostrando en la tabla las coordenadas de la

estación, el identificador, año, mes y el valor del registro.

Imagen 1.17 Encuentra estaciones

1.16 Tabla de datos con los registros finales de las estaciones

Muestra una tabla con los registros seleccionados según el filtro

con los parámetros que se pusieron, y que están dentro de la

cuenca.

Imagen 1.18 Registros finales

1.17 Preparación del archivo “.dat”

Para preparar el archivo de salida, se debe depurarlo y quitar

todos aquellos valores que no sirvan, tales como años

incompletos.

Imagen 1.19 Preparacion de los archivos

Después del proceso completo que hace el sistema, los datos

de salida del mismo son los archivos .dat, estos después se

introducen a una rutina que saca el SPI de cada uno de los

archivos.

También de salida se tiene la red de 122 estaciones seleccionada

bajo los parámetros solicitados.



Resultados

Después de haber procesado los miles de datos de las estaciones

meteorológicas de una manera fácil, rápida y eficaz con la

aplicación, se obtuvieron un total de 122 estaciones de las 433

existentes en la cuenca Lerma. Con el establecimiento de esta

red fue posible procesar los datos de lluvia diarios para obtener

los mapas espaciales y temporales del seguimiento de la sequía

en esa región y para distintos periodos de agregación.

En la siguiente grafica de apertura y cierre, se muestra el

periodo de cada estación de la red básica obtenida, esto con los

parámetros que se establecieron desde el principio, que son 30

años al menos de datos históricos, se puede observar que a

comparación de la primera gráfica de apertura y cierre donde se

mostraba todas las estaciones de la cuenca, ahora se puede notar

que es más uniforme la información.

Imagen 2.1 Gráfica de apertura y cierre de las 122 estaciones.

Cabe destacar que con los datos de esta red básica se obtiene

una representación espacial mejor definida sobre la evolución

de las sequías que la que presenta Monitor de Sequías en

México, que contemplan 39 estaciones para toda la cuenca de

Lerma.

En la imagen siguiente se nota la ubicación espacial de las

estaciones de la red básica obtenida, estas se muestran con un

punto negro, las estaciones que utiliza el Monitor de Sequía en

México esta con un punto rojo, aparte de que en la red básica

cuenta con mayor número de estaciones, también están

repartidas en toda la cuenca, con una estación por cada 439

km2, en comparación de que con el Monitor es una estación

por cada 1374 km2.

Imagen 2.2 Localización de las 122 estaciones de la red básica y 39 de SMN en la cuenca de Lerma



En las siguientes imágenes se muestra la distribución espacial

de la sequía por medio del SPI, en Julio de 1989 para un periodo

de agregación de 24 meses, en la imagen 2.3 se observa la

distribución de la sequía para la red básica y en la imagen 2.4

para el Servicio Meteorológico Nacional.

Imagen 2.3 SPI, 1989-7-24

Imagen 2.4 SPI, 1989-7-24 SMN

En estas imágenes se ve la diferencia entre tener una red básica

donde con más información que se tenga bajo un periodo mejor

van a ser los resultados, esto, al tener más estaciones dispersas

en la cuenca y con información útil y completa, por ejemplo, en

donde en algunos municipios bajo el SMN ya se encuentran en

sequía excepcional, bajo la red básica están en sequía extrema

esta diferencia radica en las acciones que se deben tomar para

la mitigación de esta

Conclusiones

El 71% de las estaciones que se encuentran en la cuenca de

Lerma no se consideraron adecuadas para hacer la evaluación

de las sequías históricas y el seguimiento de las mismas ya que

la información está incompleta, porque dejaron de funcionar o

porque su longitud de registro es muy corta.

De tal manera que la red básica para la cuenca del Rio Lerma,

quedó integrada por 122 estaciones. El manejo masivo de la

información climatológica hizo necesario el desarrollo de un

programa que permitió el procesamiento fiable, sistemático y

oportuno de cada una de las estaciones. La red básica representa

mejor la variabilidad espacial y temporal de la sequía que el

utiliza el Servicio Meteorológico Nacional. Cabe destacar, que

tanto la metodología como la aplicación que se generaron

pueden ser aplicables a cualquier otra región de México.



Referencias

Villalobos, A. (2007) Índice de precipitación estandarizado.

Análisis y seguimiento de distintos tipos de sequía en la cuenca

del río Júcar. Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de

Valencia.

Comisión Nacional del Agua, CONAGUA. (2013) Programa

de Medidas Preventivas y de Mitigación de la Sequía.

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