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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
n_gabel@hotmail.com, avillalo57@hotmail.com, hejunez@hotmail.com, ic_obedms@outlook.com
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.
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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
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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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