Mountain Hydrology Based on the Water Balance of the Tropical Basin of the Topo River (Tungurahua–Ecuador)
Abstract
:1. Introduction
2. Materials and Methods
2.1. Description of the Study Area
2.1.1. Geology of the Basin
2.1.2. Soil and Land Use in the Topo River Basin
2.2. Water Balance
2.2.1. Hydrometeorological Characterization of the Topo River Basin
2.2.2. Actual Evapotranspiration
2.2.3. Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Crop Coefficient Kc
2.3. Hydrometeorological Dynamics of the Topo River Basin
2.4. Morphometric Characterization of the Topo River Basin
2.5. Relationship of Water Storage with Morphometrics and Hydrometeorology
3. Results
3.1. Water Balance of the Basin
3.2. Potential Relationship of Water Storage with Morphometry and Hydrometeorology
4. Discussion
5. Conclusions
Author Contributions
Funding
Data Availability Statement
Acknowledgments
Conflicts of Interest
References
- Doria, M.; García, M.; Mancilla, G.; Buytaert, W. Estrategias Para el Aumento de la Disponibilidad y Mejoramiento de la Eficiencia Hídrica en América Latina y El Caribe—UNESCO Biblioteca Digital. 2021. Available online: https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000377174 (accessed on 20 October 2024).
- Gaspari, F.J.; Kruse, E.E. Características del comportamiento hidrológico en áreas de llanuras basado en el análisis morfométrico. Caso de estudio: Arroyo del Tala. Provincia de Buenos Aires. Rev. Geol. Apl. Ing. Ambiente 2011, 27, 43–48. [Google Scholar] [CrossRef]
- Crespo, P.; Célleri, R.; Buytaert, W.; Ochoa-Tocachi, B.F.; Cárdenas, I.; Iñiguez, V.; Borja, P.; De Bièvre, B. Impactos del cambio de uso de la tierra sobre la hidrología de los páramos húmedos andinos. In Avances en Investigación Para la Conservación de los Páramos Andinos; Condesan: Lima, Peru, 2014. [Google Scholar]
- Andrés BV, J.; Agustina CB, M.; Philco, E.C.; López, M.F. Características Fisiográficas y Morfométricas de la Cuenca Hidrográfica Carrizal-Chone. Master’s Thesis, Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí, Calceta, Ecuador, 2016. [Google Scholar]
- Bustamante, P.R.; Calleja, L.M.; García, C.M.; Maestre, R.G.; Cantero, J.G.; Sánchez, P.G. Efectos observados en la naturaleza, la fauna y espacios protegidos. Medio Rural. Castilla Mancha 2018, 103. Available online: https://www.castillalamancha.es/sites/default/files/documentos/pdf/20180829/informe_28_08_2018.pdf (accessed on 20 October 2024).
- Duque-Sarango, P.; Cajamarca-Rivadeneira, R.; Wemple, B.C.; Delgado-Fernández, M.E. Estimación del balance hídrico de una cuenca andina tropical. LA GRANJA Rev. Cienc. Vida 2019, 29, 56–69. [Google Scholar]
- Giraldo, N.M.; Torres, C.P.; Toro Á, W. Evaluación del Comportamiento Hídrico de la Ciénaga de Cachimbero, Implementando un Modelo de Balances de flujo. Available online: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=43003906 (accessed on 20 October 2024).
- Méndez, H.; López, R.; Portuguez, J.M. Gestión integrada del agua en Costa Rica. Hacia una nueva ley. Rev. Cienc. Ambient. 2003, 25, 27–37. [Google Scholar] [CrossRef]
- Ayala, M.; León, S. Ecuador Terra Incognita—No. 58—El Sube y Baja del Topo. Available online: https://www.terraecuador.net/revista_58/58_topo.html (accessed on 20 October 2024).
- Auge, M.P.; Wetten, C.; Baudino, G.; Bonorino, A.G.; Gianni, R.; González, N.; Grizinik, M.M.; Hernandez, M.A.; Rodríguez, J.; Sisul, A.C.; et al. Hidrogeología de Argentina. 2006. Available online: https://ri.conicet.gov.ar/handle/11336/76016 (accessed on 20 October 2024).
- Morejón Miranda, Y.M.; Vega Carreño, M.B.; Escarré Esteve, A.; Peralta Vital, J.L.; Quintero Silveiro, A.; González Piedra, J.I. Análisis de balance hídrico en cuencas hidrográficas de la Sierra de los Órganos. Ing. Hidráulica Ambient. 2015, 36, 94–108. [Google Scholar]
- Lalinde JD, H.; Castro, F.E.; Rodríguez, J.E. Sobre el uso adecuado del coeficiente de correlación de Pearson: Definición, propiedades y suposiciones. Arch. Venez. Farmacol. Ter. 2018, 37, 587–595. [Google Scholar]
- Información Espacial Para Aplicaciones Agropecuarias|Ecuador. Available online: https://gis.uazuay.edu.ec/descargas/promsa/ecuador.htm (accessed on 20 October 2024).
- Rivadeneira, J.F. Peces de la Cuenca del Pastaza, Ecuador; Fundación Natura: Panama City, Panama, 2010. [Google Scholar]
- Veintimilla, F. Diseño de Excavación del Túnel de Conducción del Proyecto Hidroeléctrico Topo; Repostorio Digital UCE: Quito, Ecuador, 2015. [Google Scholar]
- Arumí, J.L.; Rivera, D.; Muñoz, E.; Billib, M. Interacciones entre el agua superficial y subterránea en la región del Bío Bío de Chile. Obras Proy. 2012, 12, 4–13. [Google Scholar] [CrossRef]
- Vidal-Romani, J.R.; Twidale, C. Formas y Paisajes Graniticos; Torculo Artes Graficas S.A.L.: Santiago de Compostela, Spain, 1998. [Google Scholar] [CrossRef]
- Novák, V.; Šurda, P. The water retention of a granite rock fragments in High Tatras stony soils. J. Hydrol. Hydromech. 2010, 58, 181–187. [Google Scholar] [CrossRef]
- Aguirre, N. Manual Para el Manejo Sustentable de Cuencas Hidrográficas. Bachelor’s Thesis, Universidad Nacional de Loja, Loja, Ecuador, 2007. Available online: https://www.academia.edu/31926541/Universidad_Nacional_de_Loja (accessed on 20 October 2024).
- Chuncho, G. Páramos del Ecuador, importancia y afectaciones: Una revisión. Bosques Latid. Cero 2019, 9, 71–83. [Google Scholar]
- Hofstede, R.; Coppus, R.; Vásconez, P.M.; Segarra, P.; Wolf, J. El estado de conservación de los páramos de pajonal en el ecuador. Ecotropicos 2002, 15, 3–18. [Google Scholar]
- Vásconez, P.M.; Hofstede, R. Paramos Ecuatorianos. Botánica Económica Los Andes Cent. 2006. Available online: https://beisa.dk/Publications/BEISA%20Book%20pdfer/Capitulo%2006.pdf (accessed on 20 October 2024).
- Izco, J.; Pulgar, Í.; Aguirre, Z.; Santin, F. Estudio florístico de los páramos de pajonal meridionales de Ecuador. Rev. Peru. Biol. 2007, 14, 237–246. [Google Scholar] [CrossRef]
- Romo Rojas, M.G.; Calero Romo, E. Degradación de la vegetación de páramo por efecto de la ganadería en el Parque Nacional Llanganates, Ecuador. Rev. Verde Agroecol. Desenvolv. Sustentável 2022, 17, 27–34. [Google Scholar] [CrossRef]
- Velásquez Restrepo, M.; Poveda Jaramillo, G. Estimación del balance hídrico de la región Pacífica Colombiana. DYNA 2019, 86, 297–306. [Google Scholar] [CrossRef]
- Cuesta, A.; Montoro, A.; Jochum, A.M.; López, P.; Calera, A. Metodología operativa para la obtención del coeficiente de cultivo desde imágenes de satélite. ITEA 2005, 101, 212–224. [Google Scholar]
- Piscoya Perez, L.R. Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (Ndvi) en el Distrito de Puquina, Moquegua. 2019. Available online: https://repositorio.untels.edu.pe/jspui/handle/123456789/144 (accessed on 20 October 2024).
- Mejía, J.F.; Vega Méndez, J.F.; Eddin Abou Asaad, S.M.; Mora de Pinto, E.M. Hidrogeografía de una cuenca de usos múltiples ubicada en la cordillera de la Costa, Venezuela. Cuad. Geogr. Rev. Colomb. Geogr. 2021, 30, 217–238. [Google Scholar] [CrossRef]
- Cunalata, C.; Inga, C.; Recalde, C.; Echeverría, M. Determinación de carbono orgánico total presente en el suelo y la biomasa de los páramos de las comunidades del chimborazo y shobol llinllin en Ecuador. Boletín Grupo Español Carbón 2013, 27, 10–13. [Google Scholar]
- Guerra, F.; González, J. Caracterización morfométrica de la cuenca de la quebrada la Bermeja, San Cristóbal, Estado Táchira, Venezuela. Geoenseñanza 2002, 7, 88–108. [Google Scholar]
- Vargas, H.; Neill, D.; Asanza, M.; Freire-Fierro, A.; Narváez, E. Vegetación y flora del Parque Nacional Llanganates. Biodiversidad en el Parque Nacioanl Llanganates: Un Reporte de las Evaluaciones Ecológicas y Socioeconómicas Rápidas; EcoCiencia, Herbario Nacional del Ecuador, Museo Ecuatoriano de Ciencias Naturales e Instituto Internacional de Recosntrucción Rural: Quito, Ecuador, 2000; Available online: https://www.researchgate.net/publication/237686769_VEGETACION_Y_FLORA_DEL_PARQUE_NACIONAL_LLANGANATES (accessed on 20 October 2024).
- Huezo, L.A. Caracterización Hidrológica y Balance Hídrico de la Microcuenca Santa Inés, Honduras. Ph.D. Thesis, Zamorano Escuela Agrícola Panamericana, Tegucigalpa, Honduras, 2011. Available online: https://bdigital.zamorano.edu/bitstream/11036/407/1/IAD-2011-T015.pdf (accessed on 20 October 2024).
- Cifuentes, M.R.; Rodriguez, C.I.; Ruiz de Galarreta, V.A.; Gabellone, N.A. Dinámica hídrica y balance hidrológico en la cuenca del embalse Lago del Fuerte, Tandil. Archivos 2022, 28, 178. [Google Scholar] [CrossRef]
- Zambrano, X.; Toro, M.; Faréz-Román, V. Distributed water balance with pedotransfer functions for estimating extreme events. Dilemas Contemp. Educ. Política Valores 2021, 8, 2607. [Google Scholar] [CrossRef]
- Municipio de San Francisco Morazán. Informe Hidrológico de la Cuenca del Río Sumpulito; Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales: Santo Domingo, República Dominicana, 2010. [Google Scholar]
- Sánchez Orta, S. Caracterización Morfométrica y Simulación del Balance de la Cuencia. 2010. Available online: http://colposdigital.colpos.mx:8080/xmlui/handle/10521/160 (accessed on 20 October 2024).
- Esteban Mendoza, F.V. Evaluación de los Recursos Hídricos Superficiales en la Microcuenca de Yarumayo—Huánuco. Bachelor’s thesis, Universidad Nacional Hermilio Valdizán, Pillco Marca, Peru, 2016. Available online: https://repositorio.unheval.edu.pe/bitstream/handle/20.500.13080/1541/TAG%2000711%20E92.pdf?sequence=1&isAllowed=y (accessed on 20 October 2024).
- Ramos Fernández, L.; Francés García, F. Utilidad de la precipitación obtenida por satélite en la modelación hidrología aplicada a la cuenca del río Júcar. An. Científicos 2014, 75, 80–89. [Google Scholar] [CrossRef]
- Ibañez Asensio, S.; Moreno Ramón, H.; Gisbert Blanquer, J.M. Métodos Para la Determinación del Coeficiente de Escorrentía. 2011. Available online: https://riunet.upv.es/handle/10251/10781 (accessed on 20 October 2024).
- González Narváez, K.M. Análisis de Vulnerabilidad y Adaptación Frente al Cambio Climático del Sector Ganadero en la Mancomunidad de la Bioregión del Chocó Andino del Noroccidente de Quito, Parroquia Nono. Master’s Thesis, Universidad Andina Simón Bolívar, Quito, Ecuador, 2021. Available online: http://repositorio.uasb.edu.ec/handle/10644/8334 (accessed on 20 October 2024).
- Burbano-Girón, J.; Domínguez, E.; Barón-Ruiz, O. Análisis de la relación entre variables morfométricas y biofísicas en la estimación de características probabilísticas para la oferta hídrica superficial en Colombia. Rev. Acad. Colomb. Cienc. Exactas Físicas Nat. 2016, 40, 514–526. [Google Scholar] [CrossRef]
- Poma-Copa, M.P.; Usca-Tiuquinga, M.R. Estimación del balance hídrico climático (BHC) de las microcuencas del cantón Joya de los Sacha, Orellana. Rev. Científica FIPCAEC (Fom. Investig. Publicación Científico-Técnica Multidiscip.) 2020, 5, 3–26. Available online: https://www.fipcaec.com/index.php/fipcaec/article/view/183/292 (accessed on 20 October 2024).
- Vicuña Cabrera, J.C. Estudio Ambiental del Área de Captación de Agua en la Cuenca del Río Cachi. Cantón Biblián. Plan de Manejo Integral. 2010. Available online: https://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/5429 (accessed on 20 October 2024).
- Lazo, P.X.; Mosquera, G.M.; McDonnell, J.J.; Crespo, P. The role of vegetation, soils, and precipitation on water storage and hydrological services in Andean Páramo catchments. J. Hydrol. 2019, 572, 805–819. [Google Scholar] [CrossRef]
- Peters, N.E.; Aulenbach, B.T. Water storage at the Panola Mountain Research Watershed, Georgia, USA. Hydrol. Process. 2011, 25, 3878–3889. [Google Scholar] [CrossRef]
- Sevilla, L.V.A.; Comerma, G.J.A.; Silva, O. Caracterización de la cuenca del río canoabo en el estado Carabobo, Venezuela. I.: Análisis climático y de producción de agua. Agron. Trop. 2009, 59, 33–44. [Google Scholar]
- Vela Sampedro, D.M. Diseño de un Producto Turístico Para la Conservación y Uso del Patrimonio Cultural del Centro de Turismo Comunitario San Virgilio, Cantón Arajuno, Provincia de Pastaza. Bachelor’s Thesis, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador, 2012. Available online: http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/1839/1/23T0307.pdf (accessed on 20 October 2024).
- Vidal, C.; Romero Aravena, H. Efectos Ambientales de la Urbanización de las Cuencas de los Ríos Bíobío y Andalién Sobre los Riesgos de Inundación y Anegamiento de la Ciudad de Concepción. 2010. Available online: https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/118084 (accessed on 20 October 2024).
- Ruiz, E.D.; Rodríguez, G.V.; Torres, D.T.; Buenrostro, M.F.R.; Gallegos, D.O.P.; Moreno, J.D.H.; Hernández, L.A.A. Efecto de la implementación de acolchados en los componentes del balance hídrico superficial. Jóvenes Cienc. 2022, 16, 1–9. [Google Scholar]
- Herrera Talavera, K.Y.; Moreno Rivas, D.K. Incidencia del Uso de Suelo en el Balance Hídrico de Suelo Propuesto por Schosinsky. Bachelor’s Thesis, Engineer, Universidad Nacional Agraria, Riobamba, Ecuador, 2022. Available online: https://repositorio.una.edu.ni/4601/1/tnp10h565.pdf (accessed on 20 October 2024).
- Busnelli, J.; Horta, L.R. Morfometría de cuencas montanas y metamorfosis fluvial, Tucumán. Rev. Asoc. Geológica Argent. 2014, 71, 11–20. [Google Scholar]
- Jobbágy, E.G.; Nosetto, M.D.; Santoni, C.S.; Baldi, G. El desafío ecohidrológico de las transiciones entre sistemas leñosos y herbáceos en la llanura Chaco-Pampeana. Ecol. Austral 2008, 18, 3. [Google Scholar]
- Pineda, M. Evaluación de Riesgo de Movimientos en Masa en la Subcuenca del Río Caramacate (Estado Aragua) a Través de un Análisis Temporal Multivariado. Master’s Thesis, Universidad Central de Venezuela, Caracas, Venezuela, 2012. [Google Scholar] [CrossRef]
Category | Range | Type | Description |
---|---|---|---|
1 | −n–0.2 | Without vegetation, water, shadows | River-associated soils |
2 | 0.2–0.45 | Soil without cover or sparse vegetation | Urban area soils |
3 | 0.45–0.55 | Sparse vegetation | Grasslands |
4 | 0.55–0.65 | Scattered vegetation | Soils associated with agricultural activities and shrub and herbaceous vegetation |
5 | 065–1 | Forest | Soil with abundant shrub vegetation |
Code | NDVI | Description | Kc = 1.25 * NDVI + 0.2 | Kc | Kc Topo Basin | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Minimum | Maximum | Mean | |||||
1 | −0.96 | −0.0225 | Bodies of water | −1 | 0.17 | −0.62 | 1.14 |
2 | 0.45 | 0.55 | Grasslands | 0.7625 | 0.89 | 0.78 | |
3 | 0.55 | 0.65 | Sparse vegetation | 0.8875 | 1.01 | 0.92 | |
4 | 0.65 | 1 | Forest | 1.0125 | 1.45 | 1.23 |
Data | Legend | Unit | Value |
---|---|---|---|
Landscape type | - | - | Mountain |
Relief | - | - | Rugged |
Soil texture | - | - | Silty clay (lower basin) |
Geological formation | - | - | Tena, Napo, Hollín |
Soil taxonomy | - | - | Inceptisols, andisols |
Altitude | - | m.a.s.l. | 1291–4809 |
Land use | - | - | Forest, herbaceous and shrubby vegetation, grasslands |
Mean slope of the basin | MS | % | 45 |
Lagoon area | Al | Km2 | 1.52 |
Basin area | A | Km2 | 370.24 |
Basin perimeter | P | Km | 104.81 |
Axial length | L | Km | 32.05 |
Basin relief | Hc | m | 3518 |
Total drainage length | Ct | Km | 943.11 |
Main river length | Cm | Km | 45 |
Number of sixth-order streams | N6 | - | 1 |
Drainage density | Dd | Km/Km2 | 2.14 |
Main channel slope | SI | % | 5 |
Elongation | E | - | 0.74 |
Compactness | C | - | 0.5 |
Stream frequency | Fn | - | 3.12 |
Total sinuosity coefficient | SI | - | 1.40 |
Number of streams | Nr | - | 2540 |
Elongation index | Ias | - | 1.60 |
Number of bends | CN | - | 72.43 |
Shape factor | IF | - | 0.43 |
Basin circularity | C | - | 0.5 |
Average width | Ap | Km | 20 |
Asymmetry index | Ias | - | 1.7 |
Gravelius compactness coefficient | Kc | - | 1.4 |
Bifurcation ratio | Rb | - | 4.5 |
Basin | S [mm] | Prec [mm] | ET [mm] | A [km2] | PM [%] | Alt [m.a.s.l.] | CM [km] | Dd [km/km2] | Kc | P [Km] | IF |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Topo | 9.12 | 4658.63 | 533 | 370.24 | 45 | 3518 | 45 | 2.14 | 1.4 | 104.81 | 0.4 |
Santa Inés | 383 | 1354 | 762 | 20 | 10 | 1010 | 11 | 1 | - | 27 | - |
Del embalse lago del fuerte | 146 | 849 | 703 | 19.94 | 5.41 | 289 | - | 1.24 | 1.51 | - | 0.8 |
Río Blanco | 161.33 | - | - | 104.12 | 1.4 | 333 | 23.77 | 0.23 | 2.23 | 80.65 | 0.2 |
Sumpulito | 360.74 | 2125.4 | 1104.34 | 40.07 | 7.84 | 1332 | 12.29 | 1.89 | 1.94 | 43.65 | 0.5 |
Tres Valles | 736.64 | 1161.94 | - | 3958.61 | 15.26 | 350 | 187.93 | - | 2.15 | 473.36 | 0.1 |
Yarumayo | 51.74 | 1082.31 | 826.21 | 416.58 | 22.29 | 3731 | 13.9 | 1.21 | 1.43 | 104.2 | - |
PC | - | −0.4 | 0.6 | 0.8 | −0.4 | −0.6 | 0.7 | −0.1 | 0.7 | 0.7 | −0.5 |
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García-Andrade, E.; Mora, D.E.; Mendoza, D.E.; Páez-Bimos, S. Mountain Hydrology Based on the Water Balance of the Tropical Basin of the Topo River (Tungurahua–Ecuador). Water 2024, 16, 3227. https://doi.org/10.3390/w16223227
García-Andrade E, Mora DE, Mendoza DE, Páez-Bimos S. Mountain Hydrology Based on the Water Balance of the Tropical Basin of the Topo River (Tungurahua–Ecuador). Water. 2024; 16(22):3227. https://doi.org/10.3390/w16223227
Chicago/Turabian StyleGarcía-Andrade, Erick, Diego E. Mora, Daniel E. Mendoza, and Sebastián Páez-Bimos. 2024. "Mountain Hydrology Based on the Water Balance of the Tropical Basin of the Topo River (Tungurahua–Ecuador)" Water 16, no. 22: 3227. https://doi.org/10.3390/w16223227