Régimen de precipitación en la cuenca de Huarinilla-Cotapata, La Paz-Bolivia

Precipitation regimen in the Huarinilla-Cotapata basin, La Paz-Bolivia

Jorge Molina Carpio

Instituto de Hidráulica e Hidrología, Universidad Mayor de San Andrés, La Paz - Bolivia jmolina_ihh@acelerate.com

Resumen

Se ha estudiado el régimen de precipitación en la cuenca del río Huarinilla mediante el análisis de registros de ocho estaciones pluviométricas instaladas a partir de 1995. Esta cuenca está situada en la falda oriental de la cordillera de Los Andes entre los 5.600 y 1.100 m. Forma parte de la región de Los Yungas y es en su mayor parte área protegida. Por lo corto del periodo de registro y con el objeto de inferir el comportamiento a largo plazo, se realizó un análisis estadístico usando una estación próxima a la cuenca, que cuenta con un periodo de registro mucho más largo. Los resultados indican que la precipitación supera los 3.000 mm/año en la mayor parte de la región de bosque nublado, con lluvias continuas y de intensidad moderada. En las regiones de páramo yungueño y bosque húmedo montañoso la precipitación está en el rango de 1.500 a 2.200 mm/año. Se observa también una gran variación espacial, que se relaciona con la gran complejidad del relieve.

Palabras clave: Clima, régimen pluviométrico, Andes orientales, bosque nublado.

Abstract

The precipitation regime in the Huarinilla river basin was studied through the analysis of data collected by eight rainfall gauges installed since 1995. The basin is located on the humid eastern side of the Andes, between 5.600 and 1.100 m. As the period of measurement was short and with the aim of inferring the long term pattern, a statistical analysis was carried out using a gauge with a much longer record. The results obtained show that total annual precipitation exceeds 3.000 mm in most of the cloud forest region, where the rain is continuous and of moderate intensity. It is in the range of 1.500 to 2.200 mm/year in the “paramo yungueño” and mountain forest regions. A great spatial variability was observed, which is associated with the complex relief.

Key words: Climate, precipitation regime, Eastern andes, cloud forest.

Introducción

En esta región, la mayor parte de la precipitación cae durante el verano, entre diciembre y marzo, coincidiendo con la inflexión hacia el sur de la Zona Intertropical de Convergencia (ZITC). Lo esencial del vapor precipitable se origina en el Atlántico, que es reciclado ampliamente por evapotranspiración en la Amazonía y transportado por los vientos alisios del este/noreste. Estos vientos se desvían a lo largo de los Andes siguiendo la dirección sureste de la cadena montañosa. Al mismo tiempo se observa al sur y sobre el Altiplano la formación de un centro de alta presión (“alta de Bolivia”) en la troposfera superior. Durante el invierno este anticiclón desaparece y la ZCIT se mueve hacia el norte, lo que coincide con una menor disponibilidad de agua en la atmósfera. Como consecuencia de este comportamiento estacional y espacial, el vector medio anual de flujo de vapor de agua al pie de los Andes tiene sentido sur/sureste o lo que es lo mismo, las masas de aire húmedo ingresan a la región por el norte/noroeste (Zeng 1999).

Con frecuencia, la falta de registros meteorológicos en regiones montañosas húmedas se debe a las dificultades de acceso y a la escasa población, lo que ha sido el caso de la cuenca del río Huarinilla. Sin embargo, a partir de 1995 se instalaron los primeros pluviómetros a lo largo de la nueva carretera Cotapata-Santa Bárbara, que se desarrolla por el sector sur de la cuenca. En diciembre de 1996 y debido a los requerimientos de otro proyecto de infraestructura de desarrollo hidroenergético de la cuenca del río Coroico, se instalaron cuatro pluviómetros en la parte alta al oeste de la cuenca. Se cuenta entonces con 5-8 años de registros insuficientes para definir un comportamiento a largo plazo o distribuciones de frecuencia estables. Sin embargo, los datos existentes fueron contrastados con los de la estación climatológica de Chulumani, que cuenta con cerca de 40 años de información continua. En base a ello, se realizó un primer análisis del régimen de precipitación en la cuenca, cuyos resultados se presentan en este trabajo.

Área de estudio

La cuenca del río Huarinilla (figura 1, en coordenadas geográficas), que aguas abajo se denomina río Coroico, se encuentra ubicada en el departamento de La Paz. Forma parte de la cuenca andina del río Beni y por tanto de la cuenca amazónica. Las cumbres de la Cordillera Real, de 6.000 m del altitud, la separan del Altiplano a 3.800 m, situado 25 km al suroeste, donde la precipitación es de solamente 600 mm/año. Entre la planicie amazónica situada 200 km al noreste y la cuenca de Huarinilla, se ubican los valles y serranías (con una altitud máxima de 2.500 m) de los Yungas húmedos. Las coordenadas límite de la cuenca son: 68°02’ y 16°20’ al sudoeste, 68° 03’y 16°05’al noroeste, 67°43’ y 16°10’ al noreste y 67°47’y 16°18’al sudeste.

Los 490 km² de superficie de la cuenca cubren un rango altitudinal de 4.500 m, desde 5.519 m en el sector occidental a 1.100 msnm en el extremo oriental, donde el curso del río principal cambia bruscamente hacia el norte. Dos cadenas montañosas, cuya altitud desciende de oeste a este delimitan la cuenca por el norte y el sur (ver figura 2 en coordenadas UTM PSAD56).

Debido precisamente a ese rango, existen al menos cuatro regiones ecológicas, la pradera altoandina húmeda entre 4.900 y 4.200 m, la pradera parámica o páramo yungueño entre los 4.200 y 3.400 m, el bosque nublado de ceja entre 3.400 y 2.400 m y el bosque húmedo montañoso de Yungas por debajo de los 2.400 m (Ribera 1995). Por encima de los 4.900 m, se encuentra el desierto helado periglaciar. El área ha tenido actividad humana desde épocas precolombinas, pero actualmente esa actividad es de intensidad moderada y concentrada en la parte central y baja del valle del río Huarinilla. Una importante proporción del área permanece inalterada o poco intervenida debido a la dificultad de acceso y la topografía abrupta.

Las condiciones físicas descritas y la variedad climática han dado origen a una gran biodiversidad, con la presencia no sólo de un gran número de especies de flora y fauna, sino un alto grado de endemismo (Ribera 1995), lo que unido a su importancia arqueológica y potencial turístico, impulsó la creación del Parque Nacional y Area Natural de Manejo Integrado Cotapata, que cubre no sólo la cuenca del Huarinilla, sino una parte de la cuenca del río Cielo-Jahuira al norte, con una extensión total de 600 km².

La puesta en marcha de varios proyectos de infraestructura ha aumentado las presiones y riesgos sobre el área, pero al mismo tiempo ha permitido disponer de los primeros registros climatológicos. La tabla 1 y figura 2 describen la ubicación geográfica, altitud, cuenca y subcuenca hidrológica y región ecológica a la que pertenecen las ocho estaciones. Cuatro de ellas se encuentran próximas al trazo de la nueva carretera entre 3.200 y 1.100 m. Las otras cuatro se ubican en las subcuencas de los ríos Chucura y Tiquimani entre 3.850 y 2.150 m. Los pluviómetros instalados son de tipo convencional: superficie de recepción 200 cm², colocados a 1.5 m del suelo.

Métodos

Para el análisis se usó el año hidrológico de septiembre a agosto. Se aplicó el método del vector regional para analizar la consistencia de los datos y para evaluar si las estaciones exhiben un mismo comportamiento regional. Este método crea un vector de índices de precipitación anual, correspondientes a una estación ficticia, en base a la información de las estaciones consideradas en el estudio. La hipótesis de partida es que las estaciones pertenecen a una misma zona climática y tienen totales anuales de precipitación seudoproporcionales (cualquiera sea la fluctuación climática de la zona). Esta hipótesis es la misma en que se basa el método de la doble acumulada.

En base a los resultados del vector regional, se recurrió a correlación y regresión múltiple entre estaciones para completar y eventualmente corregir la información a nivel mensual. Los datos a nivel mensual de las ochos estaciones entre 1.995 y 2.000 fueron comparados con los de la estación de Chulumani para el mismo periodo. No se pudo utilizar la estación de Coroico, a pesar de ser más próxima a la cuenca de Huarinilla, por no disponer de registros para el periodo de análisis. La estación de Chulumani dejó de funcionar a fines del 2000, por lo que la comparación solo pudo extenderse hasta el año hidrológico 1999-2000. Se incluye también un análisis preliminar sobre el número de días de lluvia y la precipitación máxima en 24 horas.

Resultados

Los vectores de la última columna de la tabla 2 reflejan el comportamiento regional de un año determinado con respecto a la media del periodo de siete años. Un valor de 1 corresponde a una precipitación igual a la media del periodo. Se observa que en los años 1996-97, 2000-01 y 200102, la precipitación estuvo por encima del promedio 1995-2002. En los cuatro años restantes, la precipitación estuvo por debajo de la media, con un mínimo para el año hidrológico 1997-98.

Con el objeto de analizar si existe una relación entre la precipitación anual y el fenómeno de El Niño (ENSO), se calculó la desviación anual centralizada del vector regional. Un valor negativo indica un año seco.

La figura 3 muestra las medias cuatrimestrales del índice de oscilación sur (SOI) y la desviación anual centrada sobre el segundo cuatrimestre, para los siete años de estudio. Un SOI fuertemente negativo indica la presencia de El Niño, como es el caso del año 1997-98, que correspondió al Niño más fuerte desde 1982-83. Efectivamente ese año la precipitación estuvo claramente por debajo de la media en la cuenca de Huarinilla. Sin embargo, esa relación no se observa para los otros años: se tienen SOI negativos para los años más lluviosos 1996-97 y 2001-02, aunque en el primer caso el SOI fue positivo durante el primer semestre. El SOI positivo (La Niña) de 1998-99 correspondió a un año ligeramente deficitario en la cuenca. Zeng (1999) encontró una correlación positiva (ª0.6) entre la precipitación sobre el conjunto de la Amazonía y el índice SOI, considerando un retraso de 3 meses de la precipitación con respecto al SOI. Sin embargo, al sudoeste de la Amazonía en la cuenca del río Madera, donde se ubica el área de estudio, la correlación es nula e incluso negativa.

La tabla 3 muestra la precipitación anual para cada una de las estaciones. Los números en cursiva indican años con datos corregidos o completados. La estación de Área Industrial dejó de funcionar en abril de 2000 y la de Nogalani en diciembre de 2001.

Para las estaciones de Sanja Pampa, Chucura, Challapampa y Choro sólo se dispuso de un año de información (estas estaciones continúan funcionando). Los datos de la tabla 3 ayudan a explicar las diferencias de comportamiento de la estación de Chuspipata, evidenciadas a través del vector regional. Por ejemplo, el año 1999-00 Chuspipata registró una precipitación casi 10% superior a su promedio del periodo, frente al valor de 0.95 del vector regional (tabla 2).

La tabla 4 muestra los promedios mensuales de precipitación del periodo 1995-00 (5 años) en las primeras cuatro estaciones, así como el promedio del mismo periodo y el de largo plazo (38 años) en Chulumani.

No se observan diferencias significativas en el comportamiento mensual ni estacional de las cinco estaciones. Existe estacionalidad, pero menos marcada que en otras regiones del país. En promedio, el 54.3% de la precipitación se produce entre diciembre y marzo, el 14.5% entre mayo y agosto y el 31.2% en los restantes cuatro meses, valores que están dentro del rango de registros en la región de los Yungas.

El mes de menor precipitación es julio y enero el de mayor precipitación, excepto en Huarinilla. Las estaciones de bosque nublado (Chuspipata y Area Industrial) no son menos estacionales que las otras: se observa que Chuspipata registra en enero un porcentaje más alto de la lluvia anual.

La tabla 5 muestra el número medio de días de lluvia durante el periodo de estudio. El total medio anual para la estación de Chuspipata (267 días) es el más alto registrado en el país, superando incluso a las estaciones del pie de monte en el Chapare, que reciben precipitaciones del orden de 5.000 mm/año. Es también superior a la media de Chulumani (109 días/año), que es muy próxima a la media de 108 días/año estimada por Calle (1999) para la región de los Yungas. A nivel mensual, se observa que en las estaciones de Área Industrial y Chuspipata llueve casi todos los días entre diciembre y marzo. El mes con menos días lluviosos, julio, es también el de menor precipitación.

Durante el periodo de estudio, la precipitación máxima registrada en 24 horas fue de 78.5 mm en Área Industrial, 128 mm en Chuspipata, 101.1 mm en Nogalani y 120 mm en Huarinilla. Para Chuspipata se tienen tres registros diarios superiores a 100 mm en siete años, en Huarinilla dos, Nogalani uno y en Área Industrial ninguno. Estos valores muestran que las precipitaciones máximas no son muy intensas en relación a la magnitud de la precipitación anual, lo que es común a la mayor parte de la región de los Yungas (en Chulumani no se tuvieron registros superiores a 100 mm durante el periodo 1965-94). Por contraste, en La Jota, una estación representativa del Chapare donde llueve un promedio de 4.300 mm/año, casi todos los años se tienen uno o más registros superiores a 100 mm/día y la máxima histórica es de 390 mm/día. Valores similares se presentan en Rurrenabaque, Beni, donde sólo llueve 2.200 mm/año.

Discusión

La tabla 3 muestra que el promedio de precipitaciones del periodo 1995-00 en la estación de referencia de Chulumani fue de 1.459 mm, 6.8% superior al promedio interanual del periodo 1962-2000 (38 años), que fue de 1.366 mm. Sin embargo, el comportamiento fue muy diferente en cada uno de esos años. Mientras que en los años 1995-96, 1997-98, 1999-2000 la precipitación estuvo ligeramente por debajo de la media, el año 1998-99 fue húmedo y el año 1996-97 fue el más lluvioso de todo el periodo de funcionamiento de la estación de Chulumani.

La figura 5 muestra esos valores en relación a la altitud de las estaciones, todas ubicadas sobre la ladera sur. Se observa un incremento de la precipitación con la altitud, con un máximo aparente a los 3.000 m, aunque debe notarse que tanto Chuspipata como Área Industrial están ubicadas sobre la divisoria de cuenca o sea, sobre cumbres.

En las áreas húmedas montañosas de los trópicos y a escala sinóptica, la precipitación se ve favorecida por la ascensión forzada de las masas de aire húmedo y caliente debido al efecto de barrera de la cadena montañosa, lo que provoca que al elevarse y enfriarse, el aire se sature y se produzca condensación (Barry 1992). Bajo este mecanismo, cabe esperar que en la ladera expuesta a los vientos húmedos predominantes (vertiente húmeda), la precipitación se incremente con la altitud, hasta alcanzar un máximo y luego decrecer, si la montaña es suficientemente alta. El máximo de precipitación (Pmáx) coincide con la base nubosa, donde se produce el número y tamaño máximo de las gotas precipitables. Alpert (citado por Barry 1992) estableció una expresión que relaciona la altitud, donde se sitúa ese máximo con el gradiente térmico altitudinal y la altura de la montaña. Para una atmósfera saturada y un gradiente de 6.5ºC km-1, la altitud límite de Pmáx es de 3.800 m, según su expresión. El decrecimiento posterior de la precipitación se asocia a que el aire más frío a altitudes superiores retiene menos humedad. En cambio, la ladera opuesta al abrigo del viento, recibe generalmente menos precipitación (efecto de sombra de lluvia).

A escala local, se observan otros efectos orográficos de carácter térmico. Por ejemplo, el calentamiento diurno de las laderas provoca un viento ladera arriba durante el día y el enfriamiento nocturno un viento ladera abajo durante la noche. Los vientos en dirección del valle principal tienen un comportamiento similar. Es también frecuente la formación de neblina orográfica a cierta altitud.

La descripción anterior parece corresponder a la ladera sur de la cuenca de Huarinilla, expuesta a los frentes de aire húmedo proveniente del norte y que tiene detrás una cadena montañosa que se extiende de oeste a este, es decir perpendicularmente al flujo regional predominante. Sin embargo, la cadena montañosa que limita la cuenca por el norte es de similar altitud, lo que parece indicar que las masas de aire amazónico la atraviesan manteniendo un contenido de vapor precipitable suficiente para provocar las fuertes precipitaciones en la ladera sur de Huarinilla e incluso en el valle del río Unduavi (ver figura 2). El efecto de sombra de lluvia se percibe recién más al sur, en la cuenca del río La Paz, donde las precipitaciones disminuyen a menos de 900 mm/año. Debe también tomarse en cuenta que a 16∞ S la ladera sur de Huarinilla recibe más radiación solar que la ladera norte, un efecto incrementado por el hecho de que el invierno austral coincide con la estación seca y de menos nubosidad. La presencia de bosque de neblina en la ladera norte de los profundos valles de los ríos Huarinilla y Unduavi indica que la precipitación es de la misma magnitud que en la ladera sur y/o que la evapotranspiración potencial es menor.

La figura 6 muestra la relación precipitación-altitud siguiendo el valle del río principal para el año 1996-97, usando los datos de cuatro estaciones: Huarinilla, Choro, Challapampa y Chucura. A diferencia de la figura 5, no se observa un gradiente altitudinal de precipitación en el rango de 1.100 a 3.555 m de esas estaciones. Se hace notar que: a) los datos corresponden a un solo año hidrológico, que además fue húmedo; b) la pendiente longitudinal media del valle es del orden del 8%, muy inferior a la transversal de las laderas (25% y más), donde se forman acantilados casi verticales en algunos puntos. A la derecha de la figura 6 se muestra la misma relación en el valle contiguo del río Zongo, situado al oeste de Huarinilla, usando el promedio 1971-98 de nueve estaciones pluviométricas situadas junto al río principal. Se observa que entre 1.400 y 2.700 m, la precipitación varía muy poco de 2.000 mm/año.

Los registros más altos de las estaciones de Cahua (1.195 m) y Huaji (945 m), situadas 15 km al norte de la cuenca de Huarinilla, 1son atribuibles a un efecto orográfico local: entre las dos estaciones el valle sufre un fuerte cambio de dirección y aparece la primera cadena montañosa de más de 4.000 m, en posición casi frontal a la dirección del flujo que sube por ese valle. Por encima de los 3.000 m (estaciones de Botijlaca y Plataforma), se observa un decrecimiento de la precipitación con la altitud. En el valle de Zongo, que sigue una dirección norte/noreste (casi perpendicular a Huarinilla), no se cuentan con registros que permitan evaluar el comportamiento de la precipitación en dirección transversal al valle. Sin embargo, los datos hidrométricos y de balance hídrico presentados por Caballero (2000) hacen suponer que la precipitación aumenta ladera arriba.

Los registros de algunas estaciones hidrométricas instaladas por Electropaz a partir de diciembre de 1996 en la cuenca del río Chucura ilustran otro problema. Durante el periodo enero-diciembre 1997, en la estación hidrométrica de Challapampa (ver figura 2) sobre el río Chucura, que controla una cuenca de 105 km² de superficie, se midió un volumen de escurrimiento equivalente a una lámina de 2.308 mm. Durante ese mismo periodo, las tres estaciones pluviométricas situadas en esa cuenca (Sanja Pampa, Chucura y Challapampa) registraron una precipitación promedio de solamente 1.587 mm, es decir que aparentemente el escurrimiento superó a la precipitación en aproximadamente 45%. Esta anomalía fue atribuida a posibles problemas en la medición de la precipitación en las tres estaciones pluviométricas. Los datos presentados sugieren que la causa principal es que las estaciones están ubicadas de tal manera que no representan la pluviometría media en la cuenca, al estar ubicadas en fondos de valle, que reciben menos precipitación que las laderas y cumbres adyacentes. También es probable que exista un aporte de agua proveniente de la niebla, que no es registrado por los pluviómetros convencionales (Bruijnzeel & Proctor 1995), además de una posible subestimación en la medición de la precipitación con estos aparatos, especialmente en presencia de viento.

Conclusiones

Los datos presentados muestran que el relieve, extremadamente complejo, de los valles andinos húmedos conocidos como Yungas, influye más que la altitud sobre parámetros climáticos como la circulación del viento, radiación solar y en particular, precipitación. La orientación de las cadenas montañosas y su disección por valles profundos crea un complejo patrón de facetas en las laderas, con grandes variaciones en la precipitación y otros parámetros climáticos sobre distancias cortas.

Para el área de estudio, se encontró que la precipitación media anual en el bosque nublado de Huarinilla-Cotapata supera los 3.000 mm/año, mientras que en el bosque montañoso yungueño estaría entre los 1.500 y 2.200 mm/año, rango que probablemente también se aplique al páramo yungueño. Los datos de la estación de Nogalani sugieren que, desde el punto de vista de la precipitación, hay una zona de transición entre ecoregiones. Otros datos (número de días de lluvia y precipitaciones máximas en 24 horas) muestran que el régimen de precipitación en las zonas de bosque nublado y bosque yungueño, se caracteriza por lluvias continuas pero no muy intensas. No se pudo establecer una relación clara entre la precipitación anual en la cuenca de Huarinilla y los fenómenos ENSO.

Desde el punto de vista del balance hídrico de cuenca, la información presentada muestra que la ubicación de estaciones pluviométricas en lugares próximos al fondo de los valles lleva a una subestimación de la precipitación en el área de estudio, si se usan los métodos tradicionales de cálculo espacial de ese parámetro. Algo similar ocurre para el conjunto de la cuenca del río Coroico/Huarinilla hasta la estación de Santa Rita de Buenos Aires (4.590 km²), donde la lámina de escurrimiento supera a la precipitación calculada con los datos existentes y esos métodos. Las importantes consecuencias prácticas que de ello se derivan, justifican más investigaciones y la búsqueda de métodos que combinen los datos pluviométricos existentes, con parámetros topográficos derivados de modelos digitales de elevación y con mapas de vegetación a escala detallada.

Agradecimientos

Al SENAMHI, la supervisión del proyecto Cotapata-Santa Bárbara y los ingenieros Edwin Yujra y Silvia Molina por brindar datos pluviométricos.

Referencias

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