Analisis de la variabilidad climatica en la cuenca del Rio de la Plata atraves de sus caudales

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1 Analisis de la variabilidad climatica en la cuenca del Rio de la Plata atraves de sus caudales Abstract Garcia, N. O.(*) Y Vargas, W. M.(**) (*) Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas Universidad Nacional del Litoral - R. Argentina (**) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires - CONICET - R. Argentina The climatic variability over the Río de la Plata Basin is analyzed using the changes of the values of the river floods. These are considered as the representative of the climatic inputs integrated over a surface and, therefore, with more information about the climatic variability than the one given by the scarce punctual records of precipitation and temperature. The hydrological time series used are arranged by the mean monthly and yearly floods at selected gauge stations on the main rivers of the hydrographic system. The gauge stations were selected because of the stability of the cross-sections and the quality and availability of the data in the period In order to proof the existence of changes and trends in the flood time series, the test of Mann was used; it shown trend changes in 1970/72. To study the jumps of the mean for different subperiods, the method of the cumulative deviations was used; he shown jumps in the 1970/73 period for the annual series, but below the critical level for growth. Considering this time series analysis, indicators of normal variability and indicators of trends due to regional natural motives and to anthropogenic causes was detected, and also another signs of randomless within the zone of the mentioned basin. 1.- Introduccion La aspiración de este trabajo es ampliar el conocimiento de la variabilidad climática de la región documentando la misma a través de los escurrimientos. Los registros de caudales ya han sido utilizados con éxito en trabajos con fines de prognosis en otras cuencas hidrográficas, pero en la Cuenca del Plata solamente han sido utilizados superficialmente, pese a que por su carácter de filtro temporal y espacial de la precipitación, las relaciones que se establecen son más estables. 2.- Metodologia Y Datos Se consideraron las series mensuales para visualizar tendencias, ciclos y variabilidades encubiertas por la variación estacional o la marcha anual de la descarga. A partir del momento que se efectuaron los cierres con represas, en estas se realizaron correcciones mediante la expresión: Caudal real = Descarga + Diferencia de volumen Resulta entonces, que el escaso efecto de las represas en los caudales medios mensuales y anuales es debido a las características de las obras de infraestructura que las transforman en centrales de paso con poca capacidad de regulación. Esto implica que los valores medios pueden variar mucho de un año al otro en función de: la variabilidad de la precipitación, el estado de la vegetación, las condiciones del suelo, etc Selección de las series de caudales. El proceso de selección de las series de caudales está basado en la estabilidad de las secciones de aforo y en la confiabilidad demostrada por las mediciones ante los test de coherencia y consistencia aplicados (test de Komolgorov-Smirnov y de caudales acumulados, cuando las series fueron tratadas individualmente, y curvas de doble masa y de caudales doble acumuladas, desplazadas en el tiempo, para el caso de estaciones sucesivas ubicadas sobre el mismo curso de agua) Métodos de análisis En primer lugar se analizaron las series de caudales obtenidos en: Jupiá, Guairá, Itaipú, Posadas y Corrientes sobre el río Paraná; Rosana sobre el río Paranápanema; Puerto Bermejo sobre el río Paraguay; y Santo Tomé, Paso de los Libres y Monte Caseros sobre el río Uruguay. La aleatoriedad de las series se estudió mediante el método del periodograma acumulado (Anderson, 1977), verificándose que éstas siguen un proceso de ruido blanco. La búsqueda de tendencias en las series de caudales se realizó aplicando el test de Mann (Sneyers, 1975), que permite visualizar los puntos de cambio en una serie presuntamente no estacionaria; y los saltos en la media por medio del test de las desviaciones acumuladas (Sneyers, 1975). 213

2 3.- Resultados obtenidos 3.1. Régimen mensual del río Paraná El comportamiento del río Paraná, para las series de caudales medios mensuales del período simultáneo 1931/92 (Fig.1) es homogéneo en toda su extensión, y cualquiera de las estaciones muestra los rasgos esenciales de la onda anual. Figura 1. Caudales medios mensuales Figura 2. Caudales medios mensuales del río Paraná en el período 1931/ 92. de los afluentes en el período 1931/ Régimen mensual de los afluentes Los afluentes del río Paraná muestran características bien diferenciadas entre ellos, y no sólo por la magnitud de sus derrames que es totalmente distinta, sino en el caso de algunas coincidencias entre los ríos Paraguay e Iguazú (Fig. 2). El régimen del río Paraguay es muy regular y muestra crecidas en el mes de junio, con estiajes bien definidos en septiembre y octubre. La sección de Puerto Bermejo, ubicada pocos kilómetros antes de su desembocadura, es la más apta para aforar (Motor Columbus y Asociados, 1979). En su cuenca superior existe una región con grandes pantanos, que alcanzan una superficie que supera los km2, denominada El Pantanal, que regula las descargas. Por esta razón al analizar la variabilidad espacial de esta cuenca se hace necesario utilizar registros de precipitaciones, comparando las estaciones de norte a sur (Fig. 3). En las dos estaciones pluviométricas del norte (Cáceres y Corumbá) se puede observar una onda anual bien definida, asociada a la declinación del sol, con un máximo en enero y un mínimo en julio. Puerto Casado y Asunción tienen su mínimo en agosto, pero con valores mensuales de precipitación ligeramente mayores a los observados durante la estación seca de Cáceres y Corumbá. Los máximos de las estaciones del sur corresponden a una temporada de lluvias que se extiende desde octubre hasta abril, con dos máximos levemente marcados: en marzo y noviembre en Puerto Casado, mientras que Asunción los muestra en enero y marzo. QMM (m3/s) MAR MAY JUL SET NOV Months Santo TomÒ Paso de los Libres Monte Caseros Figura 3. Marcha anual de las precipitaciones Corumbá, Pto. Casado y Asunción. Figura 4. Caudales medios mensuales del río en en Cáceres, el período 1931/92 del río Uruguay. 214

3 Otro de los afluentes que se pone en evidencia en los caudales del río Paraná es el río Iguazú. De este río sólo se dispuso de 17 años de datos de caudales en Capanema ( ), sin embargo esto fué suficiente para comprender las perturbaciones que produce la variabilidad de sus caudales (Fig. 2) en el río Paraná. La marcha anual de los caudales en Capanema, durante el período estudiado, manifestó una gran variabilidad intra-anual, con un estiaje bien definido desde diciembre hasta abril, un máximo principal desde mayo hasta julio y otro secundario en el mes de noviembre. El río Paranápanema, en Rosana, es el tercero de los afluentes del río Paraná que se analizó en el presente trabajo. Su variabilidad intra-anual se muestra en la figura 2. Este río tiene estiajes entre abril y septiembre, aunque con pequeñas crecidas en el mes de julio Régimen mensual del río Uruguay Es el único río de importancia que no tiene una relación directa con el río Paraná, siendo su única coincidencia la desembocadura junto a áste en el Río de la Plata. En el período 1931/92 (Fig. 4), pueden observarse dos épocas de caudales máximos, que culminan en octubre, separados por un corto período de caudales más bajos durante el mes de agosto. El estiaje de este río se manifesta durante los meses de verano, de diciembre a marzo, con caudales que están muy por debajo de lo observado en las temporadas de crecidas. Aquí, también se puede ver una total coincidencia entre las estaciones de aforo del rio, por lo que es indistinto tomar cualquiera de ellas. 3.4 Régimen de la región La cuenca superior del río Paraná, al norte de la cuenca del río Paranápanema, muestra gran homogeneidad. Esto resultados se graficaron en las figura 5 para analizar la relación lluvia - caudal. En ellas se comprueba que esta relación mantiene prácticamente constante su estructura, tanto cualitativa como cuantitativamente, por lo que a esta región se la puede considerar como unidad hidroclimática independiente. Esta última figura insinúa que, si se dispusiera de datos de caudales en la cuenca de los rios Grande y Tieté cada una de ellas podría mostrar características particulares dando lugar a una mayor discriminación climática. Con los datos disponibles para el presente trabajo, es muy buena aproximación considerar la región al norte de Jupiá como climáticamente homogénea, dentro de la alta cuenca del río Paraná PP (mm) QMM (m3/s) (Miles) Vacaría Cruz Alta Bagé Figura 5 - Relación lluvia-caudal precipitaciones aguas arriba de Jupiá Vs. caudales en Jupiá.. Figura 6 - Relación lluvia-caudal precipitaciones en cuenca del río Uruguay Vs. caudales Vs. M. Caseros. Finalmente, al analizar los datos de caudales y pluviométricos de las estaciones de la alta y baja cuenca del río Uruguay se puede ver que la cuenca de este río constituye una sola región hidroclimática (Fig. 6). Por lo expuesto, han sido definidas 5 regiones con características hidroclimáticas propias en la cuenca del río Paraná, dos en la cuenca del río Paraguay y la de la cuenca del río Uruguay (Fig. 7). 215

4 Figura 7. Distribución de las 8 regiones hídricas definidas (derecha) Variabilidad temporal Para estudiar la variabilidad temporal se analizó, como se indica más arriba, mediante la búsqueda de cambios de tendencia y saltos en la la media Tendencias Aplicando el test de Mann se observa que el rasgo más sobresaliente de las series de caudales medios anuales es la coincidencia casi total en las fechas detectadas como de cambios en la tendencia en las medias (Tabla 2). Tabla 2.- Test de tendencias en la media (de Mann) Tabla 3. Test de las desviaciones acumuladas Los resultados de la aplicación del test de Mann (tabla 2) también pueden ser expresados graficamente, como se ve en la figura 8 para la estación Posadas, donde se ponen en evidencia las fechas clave de los cambios de tendencia. En la figura resulta sintomático el hecho de que la tendencia iniciada en 1971 parece no revertirse, por lo que podría pensarse en una manifestación de cambio más que una fluctuación climática de largo plazo. Figura 11.- Tendencia en la media anual de los caudales del río Paraná, en Posadas, durante el período 1904/ Saltos en la media El test de las desviaciones acumulas (Tabla 2), muestra los años de salto en las medias. 4.- Conclusiones Los resultados del estudio de la variabilidad espacial indican que la cuenca es altamente heterogénea desde el punto de vista hidroclimático. Así es que se han detectado 8 regiones con distintas características hídricas. Aplicados los tests para el salto en la media (Desviaciones acumuladas (Q)) la prueba dió, en principio, indicaciones de saltos en la medias entre los años 1970 y 1972, para la mayoría de las estaciones investigadas. 216

5 Aplicando el test de Mann se observa que el rasgo más sobresaliente de las series de toda la Cuenca es la coincidencia en la fechas centradas en 1970/71 para un cambio de tendencia, asi como 1944 cumpliendo una función en el mismo sentido. 5.- Referencias Anderson, O.D.; 1977: Time Series Analysis and Forecasting,Butter worths. Ande-Electrobras; 1974: Estudio del río Paran : Informe final, factibilidad. Ap ndice A: Hidrología y Meteorología, 426 pp., Asunción-Río de Janeiro. Buishand, T.A.; 1982: Some methods for testing the homogeneity of rainfall records, J. Hydro. 58, García, N.O.; Storani, B.C. y Moyano, M.C.; 1992: Estudio de las fluctuaciones climáticas a trav s de series hidrológicas en grandes cuencas hidrográficas. Anales del I Congreso Iberoamericano de Meteorología, pp , 1 al 9 de octubre, Salamanca y Cáceres, España. Hoffmann, J.A.J.; 1975: Atlas Climático de América del Sur, Vol. 1. Organización Meteorológica Mundial, UNESCO, Ginebra. Motor Columbus y Asociados; 1979: Estudio de crecidas rios Paraná y Paraguay, Vol I, 425 pp., Buenos Aires-Asunción. Sneyers, R., 1975: Sur L'analyse statistique des séries d'observations, Technical Note Nro.143, WMO., Geneve. Ven Te Chow, 1964: Handbook of Applied Hidrology, McGraw Hill. 217