INTRODUCCIÓN

De acuerdo con el IPCC (2007), el cambio climático se refiere a las alteraciones en el estado del clima, que pueden ser identificadas por cambios en la media o variabilidad de sus propiedades y que persiste por un periodo extenso, típicamente décadas o más. ^{UNFCCC (2007)} lo atribuye directa o indirectamente a la actividad humana, la cual altera la composición global de la atmósfera y que es adicional a la variabi lidad natural del clima observada en periodos comparables de tiempo. Independientemente de las variables que lo producen, resulta evidente (según datos de IPCC (2007) y ^{UNFCCC (2007)}) que en la mayor par te del planeta se está presentando un aumento en las temperaturas. Datos del IPCC (2007) sostienen que las regiones de Norteamérica, Groenlandia, África, Europa y Asia, han presentado (de 1970 a 2004) aumentos de temperatura de 0.2 hasta 3.5 °C. ^{Meehl et al. (2007)} afir maron que como resultado del calentamiento global, el tipo, frecuencia e intensidad de eventos extremos como ciclones tropicales, inundacio nes, sequías e intensas precipitaciones, aumentarán, aunados a incre mentos de temperatura relativamente pequeños.

Para el caso de México, el ^{IMTA (2010)} presentó mapas con las precipitaciones esperadas en el contexto del cambio climático a escala regional en los cuales se observan anomalías de hasta -45% en las precipitaciones invernales y de -35 a -40% para las veraniegas hacia el año 2098. ^{Christensen et al. (2007)} pronosticaron para la península de Baja California disminuciones en la precipitación media anual de 5 a 10%; a su vez, ^{Gay et al. (2006)} propusieron variaciones de precipita ción de entre -3% y -9% para el año 2050. Por su parte, el INE (2012) pronosticó que la precipitación total anual disminuirá hacia el 2020 en tre 0 y 15% y para el 2080 entre 5 y 20%, en tanto que la temperatura media anual aumentará entre 2 y 4 °C para el mismo periodo.

Aun cuando los modelos numéricos (modelo global de circulación general de la atmósfera (AGCM, por sus siglas en inglés) en el Módu lo de Variabilidad Climática Regional, el modelo norteamericano del Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL-R30), modelo del Ca nadian Climate Center (CCCM), entre otros, muestran una tendencia hacia escenarios de sequía en general para la península de Baja Cali fornia, los datos registrados por las estaciones meteorológicas locali zadas dentro de la cuenca de los Comondú y la Purísima, obtenidos del ^{SMN (2012b}, ^2012c) indican una tendencia a la alza en la frecuencia de precipitaciones extremas. Para el caso de la región de los Comon dú el riesgo es evidente, toda vez que la población y su zona rural se encuentran ubicados en el lecho y terrazas del arroyo con el mismo nombre, flanqueado por elevaciones topográficas hasta de 200 m por arriba de las zonas bajas, motivo por el cual es imprescindible conocer la respuesta del arroyo ante eventos extremos de precipitación con el fin de promover medidas que permitan salvaguardar a la población y la economía del lugar.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio. La región de los Comondú se encuentra conformada por dos poblaciones principales: San José y San Miguel de Comondú, cuyas zonas urbanas y rurales se encuentran ubicadas en una cañada de aproximadamente 16 km de longitud y 800 m de ancho. Los habi tantes de ambas poblaciones se dedican a la ganadería y agricultura principalmente. La región se localiza 135 km al norte de Ciudad Cons titución, por la carretera Ciudad Insurgentes, BCS Desde la ciudad de Loreto se puede acceder a los Comondú a través de una brecha que los conecta con el poblado de San Javier (Fig. 1). La región de los Comon dú se encuentra ubicada dentro de la cuenca Mezquital-Comondú, con 5001.11 km² de área y cuyo principal afluente es el arroyo Comondú. ^{INEGI (1996)} propuso un coeficiente de escurrimiento para el área de estudio de 0 a 5% en las zonas bajas y 5 a 10% en los zonas serranas.

Figura 1 Localización del área de estudio (entre San José y San Miguel de Comondú, BCS., México) y del sistema de drenaje superficial. 

La sierra La Giganta está constituida principalmente por rocas ex trusivas y epiclásticas del Mioceno pertenecientes a la formación Co mondú (^{Heim et al., 1922}); presenta rocas volcánicas de composición andesítica y tobas riolíticas (^{Hausback, 1984}) con algunas alternancias de estratos epiclásticos (^{Aranda-Gómez & Pérez Venzor, 1988}). Hacia el norte de los Comondú se manifiestan una serie de aparatos volcáni cos que originaron derrames de composición basáltica (^{SGM, 2000}) y fueron fechados por ^{Sawlan y Smith (1984)} en 3.59 +/- 0.12 ma que cubren discordantemente a la formación Comondú. Hacia el noreste de los Comondú se pueden apreciar claramente algunos de dichos eventos volcánicos, producidos por un derrame basáltico que bloqueó las anti guas corrientes que bajaban de la sierra La Giganta, dando origen a un total de once lagunas temporales, localmente llamadas llanos. Hacia el oeste, las rocas de la citada formación tienden a estar cubiertas por se cuencias de sedimentos poco consolidados a consolidados de edades que van del Pleistoceno al Holoceno. Los sedimentos no consolidados corresponden a depósitos aluviales y eólicos (^{INEGI, 1996}).

Clima. De acuerdo con la clasificación climática desarrollada por ^{Köppen (1936)}, en el área predominan dos tipos de clima: en la cuenca, un clima muy árido y semicálido tipo BWh(x’), con una temperatura media anual entre 18 y 20 °C. La temperatura del mes más frío es menor a 18 °C; mientras que en las zonas bajas cerca de la desembo cadura, predomina un clima muy árido y cálido tipo BW(h’)(x’), con una temperatura media anual de 22.6 ºC. La temperatura media mensual varía de 17.6 ºC en enero a 28.6 ºC en agosto (^{García & CONABIO, 1998}; ^{SMN, 2013b}).

Las lluvias en el estado de Baja California Sur ocurren principal mente en verano debido al efecto de ciclones tropicales y en menor grado en invierno. Según ^{CONAGUA (2015)}, la proporción entre las llu vias veraniegas e invernales es de 70 y 30%, respectivamente. En la estación climatológica “Comondú” se registran en promedio 170.7 mm de precipitación al año, 1466.1 mm de evaporación potencial anual y 3.7 días con neblinas (^{SMN, 2013b}). El mes con mayor precipitación es septiembre con 45.05 mm en promedio y la menor precipitación corresponde a junio con sólo 0.18 mm (^{SMN, 2013b}). En la Figura 2 se presenta el valor máximo anual de la precipitación ocurrida en 24 horas (^{SMN, 2012a}). En la década 2000-2010 la precipitación diaria máxima observada alcanzó casi 240 mm, mientras que en las siete décadas anteriores ningún registro llegó a 90 mm.

Figura 2 Promedio diario y máximo de precipitación en 24 horas por década-mes (registrado en la estación meteorológica 3008 Comondú, BCS., México); datos tomados de ^{SMN (2012a)}. 

Vegetación riparia. La vegetación riparia en el arroyo Comondú co rresponde a dos asociaciones nativas y a cultivos: en el palmar domi na Washingtonia robusta H. Wendland (palma real), acompañada por especies como Vallesia glabra (Cav.) Link (otatave); Acacia farnesia na (Linnaeus) Willdenow; Ambrosia ambrosioides (Cav.) W.W. Payne y Cercidium praecox (Ruiz & Pav.) Harms (palo brea) (^{Jiménez & Salinas, 2007}). La segunda asociación nativa se integra por dos gramíneas ar bustivas denominadas comúnmente carrizos (Phragmites communis Trin. y Arundo donax Linneo) que se establecen en la orilla del cuerpo de agua y que se acompañan por otras hierbas acuáticas, principal mente de la familia de las ciperáceas y otras gramíneas (^{Jiménez & Salinas, 2007}).

Además existen áreas de cultivo donde dominan el dátil (Phoenix dactylifera Linneo), el mango (Mangifera indica, Linneo) y diversos cítri cos (Citrus spp.) que representan especies perennes de la herencia de los cultivos introducidos por misioneros jesuitas (1697-1768) (^{Ortega Santos, 2015}). ^{Routson (2012)} presentó un listado (levantado en enero del 2010) del área cultivada total de 65.6 ha, donde reconoció a 19 especies introducidas por la misión San José de Comondú de un total de 42 especies de cultivos perennes, pertenecientes a diecinueve fa milias. Sólo en pocos lugares de la península se conservó la vegetación introducida por los misioneros; las inundaciones pueden provocar su desaparición del oasis.

La vegetación circundante del oasis corresponde al matorral sar cocaule; entre los elementos relevantes de su elenco florístico se pue de mencionar a Olneya tesota A. Gray 1855 (Fabaceae) y Amoreuxia palmatifida Moc. et Sessé ex DC., Prodr. 2: 638-639. 1825. (Cochlos permaceae), por ser especies incluidas en la NOM-059, así como Cylin dropuntia alcahes var. gigantensis F. A. C. Weber 1895 (Cactaceae) (^{Ji ménez & Salinas, 2007}).

Para la realización de los cálculos requeridos para el análisis de las respuestas del sistema hidrológico al cambio climático, el trabajo se realizó en tres etapas:

Análisis numérico. Para el análisis de la precipitación se tomó en con sideración la estación climatológica “Comondú” (3008), localizada dentro del poblado de San José de Comondú y operada por el Servicio Meteo rológico Nacional. Según la base de datos de ^{SMN (2012a)}, la estación climatológica se encuentra a una altura de 300 m sobre el nivel del mar. Los registros del clima iniciaron en el año 1938 y han permitido contar con información de variables relevantes para analizar los procesos am bientales en la zona. La forma más común de representar el carácter pro babilístico de las precipitaciones es en términos de un periodo de retorno (recurrencia), que se interpreta como el lapso que en promedio transcurre entre la ocurrencia de fenómenos de cierta intensidad. Para dicho efecto, se realizó un análisis estadístico de la estación meteorológica Comondú, con la finalidad de definir las lluvias máximas esperadas en diferentes periodos de retorno para determinar los caudales correspondientes a los periodos de retorno de 20, 50, 100, 500 y 1000 años.

El análisis estadístico se realizó utilizando el Software AX en su versión 1.05, elaborado por el Centro Nacional de Prevención de Desas tres (CENAPRED) y la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) (^{Jiménez Espinosa, et al., 1997}). Dicho programa ajusta distintas funciones de probabilidad a muestras de da tos y calcula el error estándar de cada una de las mismas respecto a las de la muestra de estudio. A partir de las condiciones climáticas de la región, se definió el método Doble Gumbel como el más adecuado para su aplicación al modelo, porque considera la precipitación como una mezcla constituida por precipitaciones convectivas y de origen ci clónico (^{Yáñez-Bautista, 2012}). Una vez identificados los tiempos de retorno se utilizó el modelo HEC-1 para calcular los escurrimientos en respuesta a la precipitación sobre la cuenca hidrológica, que el modelo representa como un sistema de elementos hidrológicos interconec tados. Los elementos incluyen subcuencas, uniones o confluencia de cauces, reservorios, fuentes y derivaciones, para los cuales se asignan atributos y parámetros. HEC-1 es un programa numérico de modela ción de cuencas que contiene varios métodos, con los cuales se simu lan escurrimientos superficiales y flujos en sistemas río-reservorios. El modelo hidrológico aunado a la estimación del posible daño por inun dación provee las bases para la evaluación de proyectos de control de inundaciones (^{Feldman &, Goldman, 1981}). El resultado del proceso de modelación es el cálculo de hidrogramas hipotéticos de escurrimiento para una localidad específica. Para calcular el tiempo de retraso (el intervalo de tiempo entre el centro de masa de la lluvia en exceso y el máximo flujo resultante), se utilizó el método Tulsa Rural (^{USACE, 1990}), el cual se expresa con la siguiente fórmula:

Los análisis hidrológico e hidráulico fueron realizados por medio de los programas HEC-1 y HEC-RAS (^{USACE, 1990}, ²⁰¹⁰). El modelo digital de elevaciones (MDE) fue generado por medio de datos topo gráficos en ASTER GDEM con el fin de definir zonas de inundación con escenarios de lluvias extremas. ASTER es un instrumento satelital de imágenes construido por el Ministerio de Economía, Comercio e Indus tria de Japón (METI) y operado por la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio de los EE. UU. Las imágenes son recopila das en 14 bandas espectrales a través de tres telescopios separados y sistemas de sensores. ASTER GDEM es producido mediante el proce samiento automático de las 1.5 millones de imágenes disponibles en la base de datos ASTER, incluyendo la correlación estereográfica para producir escenas individuales denominadas ASTER GDEM Masking de nubes con el fin de remover los pixeles que éstas representan, y así facilitar la remoción de interferencias y la corrección de valores incom pletos (NASA, 2009). El modelo digital de elevaciones (MDE) generado con base al ASTER GDEM tiene una resolución nominal de 30 m en planimetría y brinda resultados satisfactorios para la modelación hidro dinámica (^{Werner, 2001}; ^{Wang, 2012}).

Se utilizó el programa de parametrización topográfica TOPAZ (^{Gar brecht & Martz, 1997}) para la delimitación de las cuencas hidrográficas, el cálculo de los parámetros morfométricos y la definición de redes de drenaje. TOPAZ es una herramienta de análisis que provee procesa miento y evaluación de DEM en formato raster para identificar rasgos topográficos (^{Martz, 2002}). Se generó asimismo la planta topográfica refinada para el área del arroyo, sobre la cual se definieron secciones perpendiculares a la línea de flujo del arroyo, rasgo indispensable para la modelación hidráulica. La integración de los datos generados se rea lizó mediante el modelo hidráulico HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centers River Analysis System), un software integrado que permite rea lizar simulaciones hidráulicas unidimensionales para flujos de corrien tes permanentes y variables (^{USACE, 2010}). Mediante dicho software se puede modelar el comportamiento de un escurrimiento en respuesta a la topografía, puentes, bordos y presas. El modelo HEC-RAS usa como base la Fórmula de Manning:

Para la delimitación de áreas inundables se realizaron los siguien tes pasos: para la preparación geométrica del modelo se empleó la ex tensión GEO-RAS, creando una red triangular (TIN) mediante curvas de nivel a 1 m de equidistancia. Se definió el cauce principal, la dirección de flujo, secciones transversales cada 50 m para el cauce principal, los bordos y límites del arroyo. Una vez construidas las geometrías se ingresaron los escurrimientos generados por el modelo HEC-1, el cual se ejecutó en modalidad supercrítica. Con la información obtenida se definieron las zonas de inundación para cada tiempo de retorno. Los mapas resultantes se presentan en la Figura 6.

RESULTADOS

En la Tabla 1 se presentan los parámetros morfométricos, obtenidos por medio del programa TOPAZ para la cuenca Comondú y las subcuencas 1, 2, 3 y 4 (Fig. 1). Al inicio del arroyo Comondú se observa (subcuencas 1,2,3) una pendiente media del cauce principal de 25%, lo cual indica un relieve escarpado (con excepción de la subcuenca 2) que propicia altas velocidades del caudal en caso de tormentas al ingresar al arroyo Comondú (subcuenca 4).

Tabla 1 Parámetros morfométricos de la Cuenca Mesquital-Comondú, Baja California Sur, México y de sus subcuencas. 

^*)Longitud del cauce principal (km)

En la Figura 3a se presenta en un diagrama de caja (boxplot) las diez precipitaciones máximas (en 24 horas) por década y en la Figura 3b la precipitación diaria máxima, analizada por décadas. Según los datos del ^{SMN (2012c)}, la precipitación máxima diaria refleja un aumento en la intensidad de lluvias observadas en la última década (2001-2010), en comparación con las precipitaciones de las seis décadas anteriores.

Figuras 3a-b a) Diez precipitaciones máximas (en 24 horas) por década representada en un diagrama de caja (box plot). b) Precipitacion total anual, representada en un diagrama de caja (box plot). 

Las lluvias más intensas ocurren en el verano, entre los meses de agosto y octubre, corroborando la proporción entre lluvias veraniegas e invernales definida por CNA (2002). Aunque la temporada de huraca nes empieza para la región en mayo y termina en noviembre, las llu vias más intensas ocurren entre agosto y octubre (57%), mientras que las invernales entre diciembre y enero (38%). De acuerdo con el ^{SMN (2013a)}, las tres lluvias más intensas de la última década ocurrieron en los años 2006, 2001 y 2009 siempre en septiembre y fueron de 140, 200 y 217 mm (Fig. 2). De los cálculos de tiempos de retorno, utilizando las bases de datos de precipitaciones diarias de ^{SMN (2012b)}, se obtu vieron los valores que se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 Datos resultantes del análisis climático (estacion meteorológica 3008 Comondú (BCS, México) y modelación hidráulica entre San José y San Miguel de Comondú. 

Comparados el análisis estadístico y el cálculo de tiempo de re torno, resulta evidente que los eventos extremos de precipitación (en 24 horas) sugieren una tendencia al alza que los acerca a los tiempos de retorno de 1000 años. Para el caso de la estación meteorológica Comondú, la precipitaciones de 200 y 217 mm, registrados en 2001 y 2009, estuvieron a sólo 45 y 28 mm por debajo del evento calculado para 1000 años. De seguir las tendencias pronosticadas, los datos es tudiados indicarían que en un periodo de tiempo relativamente corto, se pudiera presentar una mayor frecuencia de eventos similares o in clusive por encima del evento de 1000 años. Lo antes expuesto implica que un incremento importante de los caudales conllevaría mayor riesgo de las zonas de inundación, las cuales en el caso de la región de los Comondú se encuentran ocupadas por zonas urbanas y rurales. Los caudales resultantes del análisis hidrológico, calculados a partir de los tiempos de retorno con el modelo hidrológico, se muestran en la Tabla 2, por su parte, la Figura 4 muestra el hidrograma obtenido para cada uno de estos caudales.

Figura 4 Hidrogramas resultantes de la modelación hidrológica a distintos tiempos de retorno (arroyo Comondú, aguas arriba de San José de Comondú, BCS., México). 

Debido a la fisiografía característica del área de estudio, en la cual el arroyo se encuentra flanqueado por fuertes elevaciones topográficas, el impacto de un aumento del caudal en el arroyo se reflejaría con mayor intensidad en la magnitud del flujo superficial, velocidad y altura, que en un aumento del área de inundación (ver Tabla 2). Los caudales resultantes de los eventos simulados muestran un importante aumento de los niveles en el drenaje de la cuenca. A partir del cálculo para un evento de 1000 años, las zonas más estrechas del cauce del arroyo Comondú alcanzarían velocidades de hasta 15 m s-1 (Fig. 5a) y niveles hasta de 4.2 m sobre el lecho del arroyo (Fig. 5b).

Figuras 5a-b a) Velocidad del agua (en m/s) alcanzada por el escurrimiento de 1000 años a lo largo del trayecto modelado (entre los manantiales de San José de Comondú y San Miguel de Comondú, BCS., México. b) Profundidad hidráulica alcanzada por el escurrimiento de 1000 años a lo largo del trayecto modelado (entre los manantiales de San José de Comondú y San Miguel de Comondú). 

La Figura 6 muestra los efectos en el arroyo Comondú en un mapa ante diferentes eventos de precipitación, donde se puede apreciar que la respuesta del arroyo es de un incremento en el área de inundación. Al tomar como referencia un área de inundación de 0.845 km², lo cual corresponde a una lluvia máxima en 24 horas para un tiempo de retor no de 2 años (40 mm de lluvia), se aumentaría la zona afectada hasta 10.1% respecto al tiempo de retorno de 10 años, de 34.0% para 100 años, 42.7% para 500 años y 47.2% para 1000 años. La ocurrencia de un evento de 1000 años generaría importantes afectaciones en las poblaciones de los Comondú; según el mapa de la cañada del oasis propuesto por ^{Tenza et al. (2013)} se afectarían cerca de 86,864 m² en la zona urbana y 201,570 m² en la zona de cultivo.

Figuras 6a-d Áreas de inundación según las seis escenarios en la región de Los Comondú, Baja California Sur, México. a) Zona entre los manatiales y San José de Comondú. b) Area de San Jose de Comondú. c) Área entre San José de Comondú y San Miguel de Comondú. d) Área de San Miguel de Comondú. 

DISCUSIÓN

El cambio climático, ya sea como un resultante de actividades antro pogénicas o como parte de un ciclo natural, es un fenómeno real y medido que está ocurriendo a nivel global. Diversos modelos se han realizado con el fin de cuantificar por regiones los efectos del cambio climático. Para el caso de la región de estudio, los pronósticos elabora dos por ^{Christensen et al. (2007)}, ^{Gay et al. (2006)} e INE (2012), indican una tendencia a la sequía y diminución de la precipitación anual. Sin embargo, en los Comondú el promedio anual de precipitación presenta la tendencia a una ligera alza, lo que contrasta con el pronóstico de la precipitación por los modelos AGCM, GFDL-R30, CCCM (ver Introduc ción). En este contexto, los datos del ^{SMN (2012c)} reflejan un aumento significativo en la intensidad de lluvias extremas observadas en la últi ma década (2001-2010), con respecto a las precipitaciones observadas en las seis décadas anteriores (Fig. 3). Este tipo de inconsistencias, al parecer, obedecen al nivel de detalle de los modelos, por lo cual se requieren análisis y modelaciones hidráulicas a nivel local, con el fin de conocer a detalle la forma en la que el cambio climático se manifiesta en determinadas poblaciones y/o regiones.

Para el caso de los Comondú, se observa una clara tendencia a la alza en los datos de precipitación extrema de 24 horas, que se acercan al evento de los 1000 años, lo cual implica que el peligro de inunda ciones en la zonas pobladas y de cultivos aumenta considerablemente. La falta de mediciones actuales del escurrimiento en el estado de Baja California Sur dificulta un análisis preciso de los efectos del cambio cli mático. Por lo anterior, es de suma importancia medir los escurrimien tos y continuar realizando modelos climáticos e hidráulicos para poder cuantificar los efectos locales que se pudieran esperar ante el fenóme no extremo de escurrimiento y así tomar las medidas adecuadas en lo científico, técnico, social y económico para proteger y salvaguardar a las poblaciones de esta región, con base en la incidencia, magnitud y precipitaciones de los ciclones.