Geografía

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Análisis comparativo de la sequía y su relación con la teleconexión en cuencas tropicales de Costa Rica, Colombia y Ecuador, en el período 1975-2014.
(2020) Umaña Leal, Eddy; Birkel Dostal, Christian
Esta investigación pretende brindar un aporte al conocimiento de la sequía en los trópicos mediante el estudio de cinco cuencas ubicadas en tres países: Tempisque-Bebedero (Costa Rica), San Juan (Colombia), Lengupá (Colombia), Paute (Ecuador) y Jubones (Ecuador). El objetivo principal de este estudio es comparar el comportamiento de la sequía de acuerdo a la frecuencia, duración, magnitud e intensidad, así como la relación con la teleconexión. Se utilizaron datos observados de precipitación del período 1975-2014 de 17 estaciones pluviométricas, para calcular el índice estandarizado de precipitación (SPI) a escalas temporales de 3 y 12 meses, con el fin de describir el desarrollo de las sequías agrícolas e hidrológicas. Además, se incluyen datos estandarizados de 9 índices de teleconexión: El Niño 1+2, El Niño 3, El Niño 3.4, El Niño 4, MEI, TNI, PDO, NAO y AMO. Para el análisis de la relación entre el SPI y la teleconexión se utilizaron dos métodos de regresión: regresión lineal múltiple (RLM) y regresión por bosques aleatorios o Random Forest (RF). Se usó el coeficiente de determinación ajustado R2 para medir la relación entre el SPI y los índices de teleconexión. También se determina la importancia relativa de cada índice en el modelo, con el objetivo de identificar los principales fenómenos de teleconexión que influyen en la aparición de las sequías. Los resultados muestran que las sequías de intensidad moderada son más comunes y duraderas en las cuencas ecuatorianas de Jubones y Paute; las sequías de intensidad severa son más frecuentes en las cuencas Paute y Lengupá a escala trimestral, pero se extienden durante más tiempo en la cuenca San Juan. Sin embargo, a escala anual las sequías severas son más duraderas y frecuentes en la cuenca San Juan. Las sequías extremas son más habituales y duraderas en la cuenca Tempisque-Bebedero. La relación entre el SPI y los índices de teleconexión muestran..
Ciencia ciudadana en la gestión territorial integral de la cuenca del río Platanar
(2022) Quesada Mora, Rafael Albeto; Birkel Dostal, Christian
Se evaluó la calidad de aguas superficiales de la cuenca del río Platanar, mediante la armonización de metodologías participativas con la metodología de Ciencia Ciudadana a fin de identificar los componentes que se deben considerar en una cogestión adecuada del recurso hídrico y el manejo de cuencas hidrográficas. La coordinación con la MSC y el OACG de la UCR, facilitó el monitoreo de calidad de aguas superficiales en 13 sitios de observación con 10 grupos de voluntarios. Con tres equipos diferentes se analizaron 13 pruebas de parámetros fisicoquímicos como Temperatura, pH, Turbidez, Oxígeno Disuelto, Demanda Bioquímica de Oxígeno, Nitrato, Fosfato, REDOX, Sólidos Totales Disueltos, Conductividad Eléctrica, Hierro, Cloruro y Alcalinidad. Con base en la normativa costarricense e internacional se analizaron valores permisibles de los parámetros de salud eco sistemática y contacto primario, encontrándose alteraciones en los niveles de concentración de Oxígeno, pH, Nitrato, Fosfato y Hierro, que llevó a un análisis exploratorio de concordancia entre esos niveles y la contextualización morfológica, biofísica y socioeconómica de la cuenca, a partir de la caracterización del sistema. El análisis estadístico y cartográfico se aplicó a los resultados obtenidos en la ejecución de talleres virtuales participativos con los participantes, detectándose posibles fuentes de contaminación hídrica y oportunidades de mejora en la gestión de la cuenca. Con base en estos resultados, se elaboraron y separaron los componentes para la formulación de una propuesta de gestión integral del territorio y del recurso hídrico en la cuenca del río Platanar.
Ciencia ciudadana para la generación de información sobre la calidad de las aguas superficiales en la cuenca del río Tres Amigos: Zona Norte, Costa Rica, 2019
(2020) Blanco Ramírez, Sara; Birkel Dostal, Christian
La ciencia ciudadana es ampliamente entendida en la literatura como una forma de colaboración entre científicos y personas sin una preparación científica profesional, en la generación de nuevo conocimiento relacionado principalmente a procesos ecológicos. Esta investigación desarrolla bajo este enfoque de ciencia ciudadana, un monitoreo de la calidad de las aguas superficiales en la cuenca del río Tres Amigos, en la Zona Norte de Costa Rica. La investigación tiene por objetivo analizar cómo por medio de un ejercicio de ciencia ciudadana se puede generar y aportar conocimiento científico clave a las comunidades, para incidir y fortalecer los procesos locales de toma de decisiones relacionados a la calidad de las aguas superficiales. Para llevar a cabo este monitoreo, se capacitó a actores locales de las comunidades (incluyendo Asadas, Asociaciones de Desarrollo, organizaciones ambientalistas y otras personas de la comunidad) de Venecia y Pital de San Carlos, en el uso de dos herramientas: un equipo sencillo y de bajo costo para la medición de parámetros básicos de calidad del agua, y una aplicación móvil diseñada para este proyecto, la cual permite el registro y la visualización de los datos recolectados. La investigación presenta primero los resultados obtenidos del proceso de recolección de datos de calidad del agua, y los resultados obtenidos de las evaluaciones del proceso hechas con cada uno de los participantes. Seguidamente, se hace una sistematización de la experiencia en la cual se exponen lecciones aprendidas y retos identificados a través de la observación y reflexión de este proceso de ciencia ciudadana. Esta sección también incluye los resultados obtenidos por medio del acompañamiento individual y colectivo que llevó a cabo esta experiencia. Finalmente, se discute sobre el potencial de la ciencia ciudadana para el fortalecimiento de los procesos de toma de decisiones a nivel comunitario...
Dinámica de transporte de sedimentos en la cuenca del río San Lorencito (Reserva Biológica Alberto Manuel Brenes) utilizando sensores de alta resolución temporal, 2015-2016
(2017) Granados Bolaños, Sebastián; Solano Rivera, Vanessa; Birkel Dostal, Christian
La formación geológica de Costa Rica está directamente relacionada con procesos volcánicos en muchas de sus regiones, dichas áreas están sometidas a intensos y constantes procesos climáticos y tectónicos que moldean y forman el relieve. La denudación, los procesos de erosión y transporte de sedimentos en cuencas volcánicas tropicales han sido poco investigados local e internacionalmente. Para generar conocimiento sobre la erosión y transporte de sedimentos en cuencas de origen volcánico se llevó a cabo una exhaustiva investigación que involucró el monitoreo por un lapso de un año (de junio 2015 a junio 2016) en la cuenca del río San Lorencito -una cuenca prístina sin intervención antrópica y protegida por la legislación costarricense (se ubica dentro de la Reserva Biológica Alberto Manuel Brenes) con un tamaño de 3.2 km2- localizada en la Cordillera de Tilarán . Se cuantificaron, utilizando sensores remotos de alta resolución temporal (5 min), variables meteorológicas y la respuesta del río ante eventos de precipitación. Se estudió la geomorfología de la cuenca y las características de los tributarios que forman la red de drenaje de la cuen·ca. Se analizó la composición granulométrica de los sedimentos y se hicieron análisis de suelos en laboratorio. Se pudo demostrar que hay una estrecha relación entre la estacionalidad climática, y la generación y transporte de sedimentos. Los eventos de precipitación con intensidades superiores a 30 mm/h activaron procesos de erosión laminar en las laderas que transportan sedimentos compuestos por arenas de diversas fracciones, limos y materia orgánica, los cuales se mueven a través de caminos preferenciales en ladera. Los patrones de histéresis mostraron que la respuesta de la cuenca es compleja y variable a lo largo del año, además de que difiere con comportamientos descubiertos en cuencas de otras regiones del...
Estimación de las áreas potenciales de recarga hídrica mediante mediciones de infiltración y modelación hidrológica en la microcuenca río Tigre para ayudar a la gestión del agua de la ASADA San Gabriel, San José, Costa Rica, 2016-2017
(2018) Aguilar Brenes, Susana; Ríos Solano, Melissa; Ureña Rodríguez, Alejandro; Birkel Dostal, Christian
La falta de información sobre la ubicación y las limitaciones técnicas para la cuantificación del potencial hídrico de las áreas de recarga imposibilita el óptimo aprovechamiento del recurso por parte de las instituciones encargadas de su manejo (ASADA San Gabriel). Esto impide el desarrollo y aplicación de medidas de protección y conservación de las aguas subterráneas. El estudio realizado en la microcuenca río Tigre pretende aminorar dichas limitantes, a partir de la determinación de la ubicación geográfica de las áreas con potencial de recarga hídrica y la estimación cuantitativa del contenido volumétrico de éstas. Para lo cual se recurrió a la infiltración como principal indicador del proceso de entrada del agua a nivel del subsuelo. Para esto, se consideraron tres etapas fundamentales e interrelacionadas, 1) reconocimiento de variables geoambientales (pendiente, textura de suelo y relieve), y antropogénicas (uso de la tierra) con relación directa al proceso de entrada de agua en el suelo, a fin de determinar la correlación existente entre éstas y los parámetros respectivos de la infiltración, 2) la ejecución de pruebas de infiltración distribuidas sobre el área, que permitieron medir la capacidad de infiltración (Fp) y la conductividad hidráulica saturada (Ksat) y 3) la simulación de los procesos que actúan en la generación de caudal, a partir de un modelo hidrológico que permite estimar los volúmenes de recarga diaria. Los resultados entre 1,72 y 85,4 mm/h para la Fp, y entre los 0,04 y 30,24 mm/h para Ksat, fueron utilizados junto con la textura - la cual mostró mayor correlación con la infiltración - para la determinación de las áreas con mayor potencial de recarga hídrica, determinando que la microcuenca presenta un 71,1% (3,9km2) de zonas de aprovechamiento hídrico. El modelo hidrológico estimó variaciones entre 0 y 36 mm al día de recarga...
Evaluación de la sustentabilidad hídrica de las cuencas Tempisque y Bebedero mediante el modelo Water Evaluation and Planning System (WEAP): Guanacaste, Costa Rica, 1993-2016
(2019) Mena Benavides, Melisa; Birkel Dostal, Christian
Las cuencas Tempisque y Bebedero, al norte de Costa Rica, se caracterizan por una clara estacionalidad lluviosa marcada por una definida estación seca que se extiende de diciembre a mayo. La variabilidad climática natural se ve agravada por fenómenos regionales de océano y atmósfera como el fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur (ENOS) que provoca sequías hidrometeorológicas de gravedad variable en la región costera del Pacífico oriental tropical; así como la ocurrencia de inundaciones que dependen de otros factores a escala climática regional y global. En esta investigación se propone el modelo WEAP (por sus siglas en inglés Water Evaluation and Planning System) como una herramienta para evaluar la disponibilidad de agua, así como el efecto que las demandas sectoriales tienen en disponibilidad. También se discute que tan sustentable es el manejo del agua superficial en las cuencas Tempisque y Bebedero. El caudal seminatural en las cuencas Tempisque y Bebedero se simuló para el periodo entre 1993 a 2016. Las cabeceras de cada cuenca fueron calibradas conforme a la disponibilidad de caudales observados, se calibró la parte alta de las cuencas Tempisque y Bebedero para el periodo entre 1993 a 2003, con énfasis en la calibración de los caudales mínimos, logrando una notoria eficiencia de simulación en la cabecera del río Tempisque (logNSE 0,79). Los resultados de la simulación muestran una adecuada variabilidad intra anual al comprarse con los observados y una clara disminución del caudal entre 1997 y 1998 a causa de la sequía provocada por el fenómeno El Niño. En la sección media y baja de ambas cuencas faltan mediciones de caudal, esto impidió realizar la calibración y en su lugar se definieron los valores paramétricos utilizados en las cabeceras. Del agua superficial concesionada, un 0,48% se utiliza para uso doméstico, un 0,56% para uso turístico y un 89,9 para uso agrícola. Debido a que el agua destinada...
Evaluación espacio-temporal del cambio global, del año 1973 hasta el año 2017, en el Departamento Sur de Haití
(2018) Martínez Martínez, Marco Antonio; Birkel Dostal, Christian
La República de Haití, y más puntualmente, el Departamento Sur, expone en su territorio una serie de problemáticas ambientales que han sido desencadenadas por la nula planificación territorial, derivado, en parte, por el inestable sistema político que tal país presenta. Por su parte, la Isla La Española, ha sufrido fuertes embates por parte de eventos hidrometorológicos y sísmicos, los cuales han producido notables daños, tanto que, han calado enérgicamente en la sociedad haitiana y del Departamento Sur, y que, a su vez, imprime efectos negativos en el ambiente y en la dinámica socio-económica. El objetivo central de este proyecto se enfocó en analizar el cambio global y sus componentes para cuantificar los cambios, su interrelación y su posible determinación causa-efecto para evaluó la hipótesis si el cambio de uso afecta a un cambio climático y su contribución a aumentar la vulnerabilidad global de la población. Por lo tanto, el concepto de cambio global hace alusión a un conjunto de factores físicos y sociales cambiantes en espacio, tiempo y escala, y que las interacciones entre sí dinamizan y dificultan la predicción de una evolución del espacio. Esta investigación fue desarrollada mediante la utilización de aplicaciones en Teledetección y SIGs, con el fin de evaluar la dinámica del cambio de uso de la tierra desde el año 1973 hasta el 2017 con imágenes satelitales. Además, mediado por la necesidad de relacionar variables climáticas (temperatura y precipitación) y socio-económicas (PIB, IDH, y población) con el uso de la tierra, se corrieron fórmulas estadísticas que permitieran establecer una correlación de cuáles factores intervienen en el cambio de uso de la tierra. A cada una de tales variables, se les calculó la tasa de cambio, el cual fue el dato con el que se trabajó en las fórmulas estadísticas. Entonces, los usos de suelo que han...
Evaluación hidrogeomorfológica del síndrome de la corriente urbana (SCU);: Quebrada Negritos, San Pedro de Montes de Oca.
(2023) Salas-Castro, Manfred; Birkel Dostal, Christian
Debido al crecimiento demográfico y al desarrollo de infraestructura urbana, se han producido cambios en el uso del suelo que han alterado las funciones de regulación y el paisaje, afectando el equilibrio del ciclo hidrológico. La impermeabilización del suelo disminuye su capacidad de retención de agua, reduciendo la infiltración y la percolación, afectando los flujos de base en los ríos urbanos. Además, la expansión de la red vial y el sistema de alcantarillado pluvial conectado al cauce, junto con patrones de urbanización están condicionados por las formas del relieve, promueven la escorrentía superficial hacia el cauce principal. En el marco del Síndrome de la Corriente Urbana (SCU) se observaron cambios hidrológicos en la Quebrada Negritos (QN), donde el 83% del área es impermeable y solo el 17% es permeable. Esto implica una conversión rápida de la lluvia en escorrentía y la importancia de las áreas verdes para la retención y regulación de la escorrentía urbana. Mediante técnicas de hidrología isotópica, se cuantificó cuánta agua de lluvia se convierte en precipitación efectiva, contribuyendo hasta un 89% al volumen total del caudal, lo que conlleva problemas como la erosión lateral de las laderas del río e inundaciones y el aumento en la exposición de infraestructura en las zonas aledañas al a QN.
Marco de clasificación de la geomorfología fluvial.
(2022) Mora Mussio, Jasson; Birkel Dostal, Christian
Los marcos de Clasificación Fluviales han permitido caracterizar e interpretar los ríos de una forma estandarizada y ordenada. No obstante, los ambientes fluviales no solo varían en área y perímetro, además en sus procesos de evolución. En esta investigación se expone la aplicación y evaluación entre el Marco de Clasificación de la Geomorfología Fluvial y la metodología de Clasificación de Canales Naturales, propuesta por Rosgen (1994). La cuenca del río San Carlos, una cuenca tropical en Costa Rica, presenta una distribución de variables biofísicas y socioambientales las cuales modifican los cauces fluviales. Los resultados muestran un potencial uso de drones para la geomorfología fluvial. Además, afirman que la metodología del Marco de Clasificación de la Geomorfología Fluvial es más robusta en la parte de interpretación de alta resolución espacial, paisaje fluvial y análisis evolutivos de la cuenca. Mientras que el marco de Canales Naturales es más robusto en procesos de monitoreo y manejo de las cuencas hidrográficas.
Modelado de la intercepción de lluvia basado en el Índice de Área Foliar en agroecosistemas cafetaleros en Poás de Alajuela, Costa Rica, durante los años 2020 y 2021
(2023) Guillén Arroyo, Helber Jesús; Birkel Dostal, Christian
En esta investigación se implementa un modelo de estimación de la pérdida de agua por intercepción de lluvia en cultivos de café en sistemas agro productivos de Costa Rica, a partir de estimaciones del Índice de Área Foliar (LAI por sus siglas en inglés). Para ello se modifica el modelo de Kozak (2007), el cual permite cuantificar la pérdida por intercepción en vegetación agrícola, y posteriormente se aplica en tres lotes cafetaleros de Costa Rica a partir de la información obtenida en campo por medio de estaciones meteorológicas y muestreos. De esa manera se busca representar estadísticamente el desarrollo de este proceso en ecosistemas agroforestales de café en Costa Rica. Lo anterior, permite conocer con detalle la conectividad eco hidrológica de este cultivo, lo cual es una herramienta necesaria para la gestión del agua y para una producción agrícola innovadora. Ya que al conocer la influencia de los cultivos en el ciclo del agua, se promueve el mejoramiento de las prácticas productivas. De esta forma se puede brindar un aporte a la agricultura de precisión o con una producción más sostenible ante los efectos de la variabilidad y el cambio climático. Con esta investigación se plantea la obtención de productos de alta resolución que permitan el análisis del comportamiento de la intercepción de lluvia en cultivos de café, lo cual será una herramienta necesaria para mejorar las prácticas agrícolas en el tema del uso y consumo de agua.
Patrones de distribución espacio-temporal de la humedad del suelo en laderas de la microcuenca del río San Lorenzo
(2019) Chavarría Palma, Andrés David; Birkel Dostal, Christian
Los patrones espaciales y temporales de la humedad en suelos manifiestan gran sintonía con el régimen de lluvia, las propiedades de infiltración en suelos y su distribución, el rol ecohidrológico del bosque y el control topográfico de pendientes. El conocimiento de la dinámica de la humedad en el suelo ayuda a desarrollar balances hidrológicos mejor diseñados que contribuyen a un manejo óptimo de las unidades que conforman la cuenca. En la cabecera de cuenca del Rio San Lorencito (¿S):3,26 km2), Reserva Biológica Alberto Manuel Brenes (¿S):ReBAMB), se encontró que durante la estación lluviosa los contenidos de humedad en el suelo en ambas laderas del río se duplican o más en comparación con la estación seca. La estacionalidad climática es un factor que alterna la predominancia de los procesos hidrológicos en laderas: en estación seca dominan procesos de infiltración y almacenamiento de humedad en las laderas, y en estación lluviosa la activación de flujos laterales subsuperficiales transportados a través de conductos preferenciales. Se registra una alta capacidad de transferencias de agua a través de los suelos de la cuenca debido a altos indicadores de porosidad, conductividad hidráulica, texturas gruesas en las partículas del suelo de las laderas y baja densidad aparente. Además, las zonas de mayor contenido volumétrico de humedad en ambas laderas coinciden en áreas cercanas al río, de menoras pendientes y densa vegetación; mientras que las zonas de menor contenido de humedad se comportan inversamente. La extensión de estas zonas de humedad aumentan su área durante la estación lluviosa, incidiendo en un vínculo más fuerte de conectivdad hidrológica entre ladera y río durante periodos húmedos. Las mediciones de humedad de suelo permitieron construir balances hidrológicos más integrales al incorporar la variabilidad del volumen almacenado en el suelo...
La sequía meteorológica provocada por El Niño y algunos de sus efectos en el sector turismo: América Central, 1950-2014
(2019) Muñoz Jiménez, Rudy Gabriel; Birkel Dostal, Christian
Uso de trazadores isotópicos, mediciones hidrométricas y modelos matemáticos para estimar el tiempo de tránsito del agua, cuenca del río Caño Seco, Coto Brus, Puntarenas, Costa Rica
(2016) Molina Montero, María José; Méndez Blanco, Carlos; Birkel Dostal, Christian
Para comprender los procesos hidrológicos en las cuencas, las aplicaciones con trazadores isotópicos han sido muy útiles en términos de proporcionar nuevos conocimientos. El tiempo de tránsito (TI) del agua permite comprender la capacidad de almacenamiento de un acuífero, estimar tasas y velocidades de escorrentía superficial y subterránea, lo cual tiene distintas aplicaciones, una de ellas es la determinación del tiempo de estadía de contaminantes dentro de la cuenca; además, puede determinar la cantidad máxima de agua que puede ser aprovechada para consumo humano, riego o actividades industriales, sin afectar la dinámica hídrica de la cuenca. De tal manera, este estudio tuvo como objetivo estimar el TT del agua en la cuenca del río Caño Seco (30 km2 ), Pacífico Sur, usando los isótopos estables del agua ¿2H y ¿18O. El TTse calcula por medio de un modelo matemático usando series de tiempo del volumen de lluvia y de ¿2H y ¿18O recolectado diariamente en la lluvia y las aguas del río por más de dos años (de agosto del 2012 a agosto del 2014). En una segunda fase se relaciona el TT con variables climáticas (evapotranspiración, temperatura, humedad relativa, presión barométrica, radiación solar, velocidad y dirección de viento), para comprender mejor su origen y las posibles implicaciones de esto en términos de la calidad de agua. El principal hallazgo de esta investigación es que el TT es variable en el tiempo. Los resultados muestran dos periodos interanuales muy contrastados, los cuales están determinados por la variabilidad climática y el origen de la humedad generadora de las lluvias en la cuenca. El primer periodo va de agosto del 2012 a mayo del 2013, con lluvias inferiores al promedio y con tasas de evapotranspiración elevadas. Este periodo se caracteriza por un TT promedio de 295 días, al contrario del segundo periodo, con un TT promedio de solo...
Zonificación de la amenaza de inundación mediante un levantamiento topográfico con un RPAS y un modelo hidráulico 2D en la microcuenca del río Ocloro, San José, Costa Rica
(2020) Avalos Monge, Alonso; Gamboa Retana, Giancarlo; Birkel Dostal, Christian
Los ríos urbanos de Costa Rica experimentan problemas asociados a la alta urbanización de las cuencas y a las pocas acciones por parte de las entidades gubernamentales que les compete el tema del agua y el riesgo asociado a las inundaciones. Problemas como la basura, la impermeabilización del suelo por el cambio de la cobertura y el depósito de aguas residuales sin ningún tipo de tratamiento a los ríos ha venido a provocar la ocurrencia de inundaciones, y a intensificar la frecuencia y la magnitud de estas en las zonas urbanas. Esta investigación se enmarca en la microcuenca del río Ocloro, microcuenca altamente urbanizada y que sufre de frecuentes inundaciones en el sector de barrio Luján que han afectado a los pobladores desde hace más de 50 años. Estas inundaciones son el resultado a los problemas mencionados anteriormente y que han venido incrementando su impacto a lo largo del tiempo, además de la modificación del cauce sin ningún tipo de estudio en el tramo que se desplaza por este barrio. El estudio gira entorno a un modelado hidráulico con el Flo-2d, una primera parte fue la medición de las características topográficas y del cauce en su sector más modificado, y una segunda, en el análisis del comportamiento de las precipitaciones e inundaciones, para, por último, generar los modelados. Estos se apegaron de una manera muy acorde a lo experimentado en la realidad de la microcuenca, se determinaron tres puntos específicos en barrio Luján que son los responsables del desbordamiento del río y que son producto de modificaciones antrópicas al Ocloro. El río en este sector presenta dos entubamientos que son de un volumen insuficiente para la cantidad de agua que se transporta durante los eventos de precipitación y que producen que el agua se desborde del cauce y afecte a las personas que viven en la microcuenca. El río Ocloro es afectado por aguas residuales, debido a que se presentan micro variaciones en el caudal...