Modelación hidrológica para evaluar los niveles de erosión hídrica y producción de sedimentos en diferentes usos y coberturas de la tierra y su efecto en la calidad del agua en la subcuenca del río San Francisco, cuenca del lago de Atitlán, Guatemala

Abstract

El estudio se realizó en la subcuenca del río San Francisco en la cuenca del lago de Atitlán en el altiplano occidental de Guatemala. Cuenta con un área de 67.8 km2 y un perímetro de 58.6 km, precipitación media anual de 1441.9 mm, caudal promedio de 1.7 m3 .s-1, pendiente media de 42%, elevación máxima de 2,670 msnm y elevación mínima de 1,568 msnm. Su territorio es dominado por vegetación arbustiva baja, uso agrícola y cobertura forestal, 36.2%, 31.8% y 26.4% respectivamente. El objetivo del estudio fue evaluar los niveles de erosión y producción de sedimentos en diferentes usos de la tierra y su efecto en el recurso hídrico; utilizando para ello el modelo hidrológico SWAT (Soil and Water Assessment Tool); el cual, para realizar la simulación, requirió parámetros de entrada como registros climáticos, propiedades fisicoquímicas de suelos, topografía y uso actual de la tierra. Para la determinación de la calidad del agua, se utilizó el Índice de Calidad de Agua “The National Sanitation Foundation” ICA-NSF que integró los parámetros siguientes: Oxígeno disuelto, pH, temperatura, sólidos disueltos totales, turbidez, DBO5, nitratos, fosfatos y coliformes fecales. Los resultados derivados del estudio demuestran que el 50% del área total de la subcuenca del río San Francisco se ubica en la categoría de erosión moderada y severa, mostrando un promedio anual de erosión de 18.9 t ha-1 año-1 y una producción anual promedio de sedimentos que ingresan al lago de Atitlán de 12,694.4 toneladas. Los valores más altos de erosión se encontraron en combinaciones de usos convencionales y rango de pendientes; a nivel de coberturas, resaltan el maíz, vegetación arbustiva baja y hortalizas que alcanzaron proporciones de 54%, 27% y 16% respectivamente. Los rangos de pendientes donde se originó mayor erosión fueron entre el 30% y > 60% (escarpado a muy escarpado). El aporte de erosión en cobertura forestal y los demás usos estuvo por debajo del 3%, incluso en pendientes altas donde fue solamente el 2%. El balance hídrico efectuado para la subcuenca fue positivo (66 mm); lo que significa que al sistema hidrológico de la subcuenca ingresa más agua de la que sale. Los resultados del análisis de calidad de agua demuestran diferencias estadísticas significativas de la calidad del agua en el factor espacial (zonas) (p=<0.0001) y en el factor temporal (época) (p=0.0052). Los valores promedio fueron: zona alta 73.5 (buena calidad), zona media 63.7 (calidad regular) y zona baja 53.2 (calidad regular), siendo el valor promedio superior en época seca 66.6 (calidad regular) que en la época lluviosa (60.2). El análisis de regresión con el algoritmo Random Forest indicó que la varianza explicada por el mejor modelo seleccionado fue de 76.6% y que las variables importantes y significativas que determinan la calidad del agua fueron: uso urbano, variable espacial “Y”, y el uso bosque. Se concluyó que la erosión y sedimentos, covariando con las demás variables, no tienen un efecto significativo (%IncMSE= 12.3; Z= -3.3) en el deterioro de la calidad del agua en el río San Francisco.