Study area

Sis-Icán River basin, located in southwestern Guatemala. The Icán River is a coastal river that originates in the Sierra Madre mountains, on the slopes of the Santo Tomás volcano (Suchitepéquez), and flows into the Pacific Ocean. It runs parallel to the Sis River, also in Suchitepéquez, which connects with the Sis Chiquito and Se rivers before joining the Icán River. The Sis-Icán River basin covers a total area of 919 km².

Data collection

Meteorological, hydrometric, and spatial information was collected from various institutional and field sources:

Instruments and software

The following tools were used for processing and analyzing the information:

Biophysical and morphometric characterization of the basin

The biophysical and morphometric characterization of the basin was carried out in detail based on fieldwork and spatial analysis with ArcGIS (Cobeña et al., 2023COBEÑA, M.M.; ZAMBRANO, M.B.; REYES, W.C.; CARRIEL, J.P.; ARROBO, J.R.; FLORES, N.Z.: “Caracterización hidrológica de la microcuenca del estero Hondo, cantón La Maná, Ecuador”, Revista Ciencia y Tecnología, 16(2): 35-48, 2023, ISSN: 1390-4043.). This included:

Climatological and hydrological characterization

To characterize the hydroclimatic regime of the basin and quantify the availability of water resources, the following analyses were performed:

Statistical and stochastic analysis of extreme flow rates

In order to determine design flows for different return scenarios and evaluate the probability of extreme hydrological events, a statistical and stochastic analysis of maximum flows was developed using the following procedures:

Hydraulic modeling and flood zoning

To evaluate the hydraulic behavior of the channels under extreme events and to delimit the areas susceptible to flooding in the basin, a hydraulic model was developed with HEC-RAS Vallejo et al. (2024)VALLEJO, V.D.P.; REYES, Z.J.L.; TENESACA, S.M.E.; ALARCÓN, L.J.R.: “Modelación Hidráulica HEC-RAS para la Estimación y Simulación de Inundaciones en la Quebrada Cunduana, Riobamba”, Revista Científica INGENIAR: Ingeniería, Tecnología e Investigación. ISSN: 2697-3693., 7(14): 344-366, 2024, ISSN: 2697-3693. and subsequent zoning in ArcGIS, considering the following aspects:

Analysis of the biophysical and morphometric characteristics of the basin

The study of biophysical aspects identified three relief ranges in the Sis-Icán River basin: 25-50%, 12-25%, and 0-12%. The steepest slopes (25-50%), located in the upper part, comprise 4.48 km², equivalent to 0.48% of the total area. The drainage network is subdivided into the sub-basins of the Icán, Sis, Nimá, and Seco rivers, which converge in the El Tulate estuary to the south. Geologically, volcanic formations and alluvial deposits (Qa), typical of the Guatemalan Pacific slope, predominate.

Soil analysis, based on previous studies, identified eight soil series, with the Ixtán (Ix) series being the most representative. This soil has a loamy texture, low stoniness, good drainage, high fertility, and a significant mineralogical component, conditions that enhance agricultural productivity. Consistent with these characteristics, land use reflects intense human interaction: annual agriculture, grazing, and rubber cultivation cover approximately 70% of the watershed, with sugarcane plantations, emblematic of the southern coast of Guatemala, being particularly prominent (Vásquez et al., 2025VÁSQUEZ, V.; SCHUEFTAN, A.; HORN, A.A.: “Persistencia de los paisajes rurales: los conjuntos arquitectónicos productivos de la cuenca del río San Pedro, Región de los Ríos, Chile”, Contexto: Revista de la Facultad de Arquitectura Universidad Autónoma de Nuevo León, 19(30): 32-52, 2025, ISSN: 2007-1639.).

In geomorphological terms, plains, fills, floodplains, and alluvial fans were identified. These units are linked to depositional surfaces, shaped by fluvial and aeolian action. The northern part, dominated by the Santo Tomás volcano and its slopes of volcanic material, adds complexity to the landscape, while a marshland zone develops at the Pacific outlet. This geomorphological configuration, characterized by its alluvial nature, is common in Pacific basins, where fluvial transport from the highlands generates water accumulation over extensive areas of the middle and lower reaches (García et al., 2021GARCÍA, W.; DELFÍN, M.; LEDEZMA, M.; ARÉVALO, B.: “Integrando métodos de evaluación de riesgos de deslizamientos e inundaciones en cuencas del Tunari y zona de Alto Cochabamba”, Acta Nova, 10(1): 61-95, 2021, ISSN: 1683-0789.).

Morphometric analysis

Morphometric analysis determined that the Sis-Icán basin has a total area of 929.89 km² and a perimeter of 156.49 km (Sandoval y Rodríguez, 2021SANDOVAL, J.T.R.; RODRÍGUEZ, A.S.: “Análisis morfométrico y biofísico en la cuenca del río Talgua, Honduras”, Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 5(6): 12024-12042, 2021, ISSN: 2707-2215.). The average altitude and average slope of the basin were calculated at 3.35%, indicating a predominantly gentle topography. A comparative analysis with the neighboring Ocosito River basin reveals significant contrasts in their hydrological behavior. While the Ocosito basin has a shape factor of 4.34 (classified as rounded), which implies a rapid hydrological response with high flows over short periods, the Sis-Icán basin exhibits a shape factor of 0.15. This low value is characteristic of an elongated morphology, which favors predominantly parallel runoff and a more moderate hydrological response, with outflows occurring over a longer period (Moretto y Gentili, 2024MORETTO, B.; GENTILI, J.O.: “Morfometría de una cuenca serrana no aforada: el caso del arroyo Sauce Corto (Buenos Aires, Argentina)”, Investigaciones Geográficas: Una mirada desde el sur, (68): 88-102, 2024, ISSN: 0719-5370.).

Regarding drainage density, the Sis-Icán basin has a low value (0.60 km/km²), similar to that of the Ocosito basin. This similarity is attributed to the nature of the soil composition, typical of coastal areas with high infiltration capacity and primary permeability (Villón, 2024VILLÓN, M.: Hidrología, Ed. Editorial Tecnológica de Costa Rica, Costa Rica, 2024.). The low average slope of the basin (3%) limits drainage capacity and the rate of surface water runoff.

Furthermore, the analysis of geomorphological changes in the Icán River reveals a significant displacement of its river mouth and a reduction in its opening cross-section, attributable to sedimentation processes. This dynamic contrasts with the stability observed at the mouth of the Tulate Estuary, a key aspect for the management of the river's mouth.

Climatological and hydrological analysis

Climatological analysis revealed a marked precipitation gradient across the basin. In the upper reaches, the maximum annual precipitation was 5259.8 mm (2021) and the minimum was 2821.4 mm (2018), with an annual average of 397.3 mm and peak rainfall in June. The middle reaches recorded an exceptional peak of 6313.0 mm in 2010, associated with Tropical Storm Agatha. In the lower reaches, maximums reached 1100.4 mm (2021) and minimums 856.8 mm (2018). The average annual temperature showed little variation: 26.1 °C in the upper reaches, 25.8 °C in the middle reaches, and 27.4 °C in the lower reaches. In all areas, precipitation exceeded evapotranspiration, generating annual water surpluses (Maldonado et al., 2021MALDONADO, T.; ALFARO, E.J.; HIDALGO, H.G.: “Análisis de los conglomerados de precipitación y sus cambios estacionales sobre América Central para el período 1976-2015”, Revista de Matemática Teoría y Aplicaciones, 28(2): 337-362, 2021, ISSN: 1409-2433, DOI: http://dx.doi.org/10.15517/rmta.v28i2.42322. ).

Nahualate River basin, consistent patterns are observed. Precipitation in the middle or foothills of the Nahualate (up to 3000 mm annually) is similar to that of the middle zone of the Sis-Icán basin (3661 mm annually). Likewise, in the lower reaches, the ranges are comparable (500-1000 mm in Nahualate and 972 mm in Sis-Icán). This similarity suggests that the climatic behavior responds to regional factors, such as the collision of Pacific and North winds, which generate condensation points and river recharge in the upper and middle reaches of both basins (Rodríguez et al., 2023RODRÍGUEZ, C.C.; GARFIAS, J.; MARTEL, R.; NAVARRO-DE LEÓN, I.: “Estimación espacio-temporal de la distribución de la recarga potencial en el Valle de Toluca”, Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 75(2), 2023, ISSN: 1405-3322, DOI: https://doi.org/10.18268/bsgm2023v75n2a080523. ).

Analysis of surface runoff and water supply

The analysis of surface runoff, based on records (2003-2022) from hydrometric stations, shows the transition of high-volume rivers from the upper to the lower reaches. The La Franja station (middle section) recorded a maximum flow of 6230.29 m³/s in the 2010-2011 period and a minimum of 1956.35 m³/s in 2004-2005. Meanwhile, the La Máquina station (middle-lower section) reported a maximum of 4886.56 m³/s in 2005-2006 and a minimum of 789.12 m³/s in 2017-2018.

Based on these data, an average surface water supply of 506 million m³/year was calculated for the entire basin. However, the specific calculations of this research, which incorporate more detailed runoff analyses, refine this figure to 497 million m³/year. This supply is distributed as follows: 336 million m³/year for the Icán River and 160 million m³/year for the Sis River.

Delving deeper into the discrepancy with INSIVUMEH data: When comparing these values with the water supply of 30,053 million m³/year reported by INSIVUMEH for the entire Pacific slope, a substantial discrepancy emerges. This difference, rather than a contradiction, stems from different scales of analysis. While the INSIVUMEH data includes all the basins draining into the Pacific (a much larger area), this study is limited to the micro-scale of the Sis-Icán basin. Therefore, the comparison underscores the importance of using data at the appropriate scale for local water resource management and avoids extrapolations that could lead to an overestimation of water availability in a specific territory (Moran et al., 2024MORAN, G.M.R.; GUERRERO, C.J.M.; MIELES, G.J.W.; CABRERA, V.C.A.: “Evaluación de Indicadores para la Gestión Integrada de Recursos Hídricos en Cuencas Hidrográficas”, Journal of Economic and Social Science Research, 4(4): 25-38, 2024, ISSN: 2953-6790, DOI: https://doi.org/10.55813/gaea/jessr/v4/n4/12. ).

Regarding flow rates, the historical average reported for the basin is 33.74 m³/s (Olivet y Tobar, 2023OLIVET, E.J.R.; TOBAR, M.S.: “Análisis de la Incidencia de los Casos de Asfixia por Sumersión en Guatemala (2018-2022)”, Revista Científica Diálogo Forense, 4(7), 2023, ISSN: 2789-8458.). However, the most recent records from this study indicate variability that places the current average flow rate at 15.75 m³/s. This difference is explained by the inclusion in the historical series of years with seasonal anomalies and periods of lower precipitation, which directly impacts the representativeness of the average flow rate. For risk management, a maximum design flow rate of 188.51 m³/s was determined for a 100-year return period, a crucial reference value for infrastructure planning and the delineation of hazard zones.

Water balance analysis

The application of Schosinsky 's methodology allowed for the quantification of the water balance by zones (Table 1). The results show a remarkable capacity for generating water resources, although with marked differences between the parts of the basin.

In the upper reaches, the Suchitepéquez and Samayac soils (silty loams, with a high infiltration capacity of 412 mm/day) and an average root depth of 1500 mm (forests and coffee plantations) favor a surface runoff of 1416.87 mm/year (40% of the precipitation) and a potential recharge of 425.73 mm/year (12%). These values, considered moderate to high, confirm this area as a key water recharge zone (Saldaña et al., 2023SALDAÑA, E.R.; OTALVAREZ, H.R.; HERRERA, G.J.D.: “Oferta hídrica superficial mediante el método lluvia-escorrentía, caso de estudio humedal el Gallinazo, Aguachica (Cesar-Colombia)”, RIAA, 14(1): 10, 2023, ISSN: 2145-6453, DOI: https://doi.org/10.22490/21456453.5959. ).

The middle section, dominated by Mazatenango and Cuyotenango soils (silty loams, infiltration rate of 320 mm/day) and sugarcane cultivation (roots infiltration rate of 1300 mm), exhibits the highest generation of surface runoff at 1810.04 mm/year, representing 44% of the total precipitation (PP) and the highest potential recharge in the basin (561.28 mm/year; 14%). This local maximum in recharge is attributed to a favorable combination of factors: still abundant rainfall, soils with good permeability, and a topography that, although less steep than in the upper section, facilitates infiltration before the water concentrates in the watercourses.

In the lower reaches, the Ixtán soil (clay texture, infiltration rate of 245 mm/day) and the corn and bean crops (shallow roots, 250 mm) limit infiltration. Furthermore, potential evapotranspiration (1561.73 mm/year) exceeds precipitation (971.93 mm/year). As a result, surface runoff (337.52 mm/year; 35% of potential precipitation) and potential recharge (270.12 mm/year; 17%) are numerically lower. Despite this, due to its size and topographic characteristics, this area provides a significant water reserve, both surface and groundwater, which sustains ecosystems and productive activities.

In global terms, the Sis-Icán basin generates a total of 3564.43 mm/year of surface runoff and a potential recharge capacity of 1257.13 mm/year, confirming its importance as a reservoir and water regulator on the Pacific slope.

Analysis of hydraulic modeling, flood zoning and risk management

The application of the HEC-RAS model allowed for the simulation of river flooding under 50- and 100-year return period scenarios, using the Pearson III and Gumbel distributions for inflow rates. The modeling confirmed that energy losses in the analyzed reaches are due to flow contractions and expansions, a typical phenomenon in channels with variable geometry (Gutiérrez et al., 2022GUTIÉRREZ, G.J.V.; RUBIÑOS, P.J.E.; FERNÁNDEZ, R.D.S.; RAMÍREZ, A.C.; ROBLERO, H.R.; GUTIÉRREZ, G.F.G.; ROMERO, S.M.E.: “Modelación hidráulica en Iber para prevención de inundaciones en la cuenca Tesechoacán”, Revista mexicana de ciencias forestales, 13(71): 159-181, 2022, ISSN: 2007-1132, DOI: https://doi.org/10.29298/rmcf.v13i71.1238. ). Both probability distributions proved reliable for long-term predictions, consistently identifying flood-prone areas in the middle reaches of the Sis and Icán rivers, as well as in the El Tulate estuary.

The final zoning (Figure 1), resulting from the integration of flood maps (for an extreme flow of 928 m³/s) with geomorphological information and land use data, determined that 64% of the total basin area is classified as high flood hazard, 14.39% as medium hazard, and 21.5% as low hazard (Table 2). This zoning map was qualitatively validated by comparison with the IARNA hazard mapping, finding a good correspondence in the areas of greatest risk.

The detailed analysis identified 11 critical high-risk areas requiring priority intervention (Table 2). These include villages, farms, community centers, and urban sections whose vulnerability necessitates the development and implementation of an emergency plan. Based on these findings, the following risk management measures are proposed:

This study therefore provides valuable and scientifically based information so that local and municipal authorities can plan and implement preventive and response measures, thereby reducing the vulnerability of communities to the risk of flooding (Boza y Tenorio, 2021BOZA, A.A.; TENORIO, A.C.: “Determinación de zonas inundables con HEC-RAS en zonas de la Cordillera Central de los Andes. Microcuenca del río Saraus-río La Llanga. Celendín”, Instituto de investigación. Fac. minas metal. cienc. geogr: 181-187, 2021.)

Área de estudio

La investigación se desarrolló en la cuenca de los ríos Sis e Icán, ubicada en el suroccidente de Guatemala. El río Icán es un río costero que nace en la Sierra Madre, en las laderas del volcán de Santo Tomás (Suchitepéquez), y desemboca en el océano Pacífico. Discurre de forma paralela al río Sis también en Suchitepéquez, el cual conecta con los ríos Sis Chiquito y Se, antes de desembocar en el río Icán. La cuenca del río Sis-Icán abarca una superficie total de 919 km².

Recopilación de datos

Se recopiló información meteorológica, hidrométrica y espacial de diversas fuentes institucionales y de campo:

Instrumentos y software

Para el procesamiento y análisis de la información se emplearon las siguientes herramientas:

Caracterización biofísica y morfométrica de la cuenca

La caracterización biofísica y morfométrica de la cuenca se realizó de forma detallada a partir de trabajo de campo y el análisis espacial con ArcGIS (Cobeña et al., 2023COBEÑA, M.M.; ZAMBRANO, M.B.; REYES, W.C.; CARRIEL, J.P.; ARROBO, J.R.; FLORES, N.Z.: “Caracterización hidrológica de la microcuenca del estero Hondo, cantón La Maná, Ecuador”, Revista Ciencia y Tecnología, 16(2): 35-48, 2023, ISSN: 1390-4043.). Esto incluyó:

Caracterización climatológica e hidrológica

Para caracterizar el régimen hidroclimático de la cuenca y cuantificar la disponibilidad del recurso hídrico, se realizaron los siguientes análisis:

Análisis estadístico y estocástico de caudales extremos

Con el propósito de determinar caudales de diseño para distintos escenarios de retorno y evaluar la probabilidad de eventos hidrológicos extremos, se desarrolló un análisis estadístico y estocástico de caudales máximos mediante los siguientes procedimientos:

Modelación hidráulica y zonificación de inundaciones

Para evaluar el comportamiento hidráulico de los cauces ante eventos extremos y delimitar las zonas susceptibles a inundación en la cuenca, se desarrolló una modelación hidráulica con HEC-RAS Vallejo et al. (2024)VALLEJO, V.D.P.; REYES, Z.J.L.; TENESACA, S.M.E.; ALARCÓN, L.J.R.: “Modelación Hidráulica HEC-RAS para la Estimación y Simulación de Inundaciones en la Quebrada Cunduana, Riobamba”, Revista Científica INGENIAR: Ingeniería, Tecnología e Investigación. ISSN: 2697-3693., 7(14): 344-366, 2024, ISSN: 2697-3693. y posterior zonificación en ArcGIS, considerando los siguientes aspectos:

Análisis de las características biofísicas y morfométricas de la cuenca

El estudio de aspectos biofísicos identificó tres rangos de relieve en la cuenca de los ríos Sis-Icán: 25-50 %, 12-25 % y 0-12 %. Las pendientes más pronunciadas (25-50 %), ubicadas en la parte alta, comprenden 4,48 km², equivalentes al 0,48 % del área total. La red de drenaje se subdivide en las subcuencas de los ríos Icán, Sis, Nimá y Seco, que confluyen en el estero El Tulate al sur. Geológicamente, predominan formaciones volcánicas y depósitos aluviales (Qa), típicos de la vertiente del Pacífico guatemalteco.

El análisis edafológico, basado en estudios previos, identificó ocho series de suelo, siendo la serie Ixtán (Ix) la más representativa. Este suelo presenta textura franca, baja pedregosidad, buen drenaje, alta fertilidad y un importante componente mineralógico, condiciones que potencian la productividad agrícola. En coherencia con estas características, los usos del suelo reflejan una intensa interacción antrópica: la agricultura anual, el pastoreo y el cultivo de hule abarcan aproximadamente el 70 % de la cuenca, destacando las plantaciones de caña de azúcar, emblemáticas de la costa sur de Guatemala (Vásquez et al., 2025VÁSQUEZ, V.; SCHUEFTAN, A.; HORN, A.A.: “Persistencia de los paisajes rurales: los conjuntos arquitectónicos productivos de la cuenca del río San Pedro, Región de los Ríos, Chile”, Contexto: Revista de la Facultad de Arquitectura Universidad Autónoma de Nuevo León, 19(30): 32-52, 2025, ISSN: 2007-1639.).

En términos geomorfológicos, se identificaron planicies, rellenos, llanuras y abanicos aluviales. Estas unidades están vinculadas a superficies de deposición, modeladas por la acción fluvial y eólica. La parte Norte, dominada por el volcán Santo Tomás y sus laderas de material volcánico, añade complejidad al paisaje, mientras que en la desembocadura hacia el Pacífico se desarrolla una zona de marisma. Esta configuración geomorfológica, caracterizada por su naturaleza aluvial, es común en las cuencas del Pacífico, donde el transporte fluvial desde las tierras altas genera acumulaciones hídricas en extensas superficies de las partes media y baja (García et al., 2021GARCÍA, W.; DELFÍN, M.; LEDEZMA, M.; ARÉVALO, B.: “Integrando métodos de evaluación de riesgos de deslizamientos e inundaciones en cuencas del Tunari y zona de Alto Cochabamba”, Acta Nova, 10(1): 61-95, 2021, ISSN: 1683-0789.).

Análisis morfométrico

El análisis morfométrico determinó que la cuenca Sis-Icán posee un área total de 929,89 km² y un perímetro de 156,49 km (Sandoval y Rodríguez, 2021SANDOVAL, J.T.R.; RODRÍGUEZ, A.S.: “Análisis morfométrico y biofísico en la cuenca del río Talgua, Honduras”, Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 5(6): 12024-12042, 2021, ISSN: 2707-2215.). La altitud media y la pendiente promedio de la cuenca se calcularon en 3,35 %, indicando un relieve predominantemente suave. Un análisis comparativo con la cuenca vecina del río Ocosito revela contrastes significativos en su comportamiento hidrológico. Mientras que la cuenca del Ocosito presenta un factor de forma de 4,34 (clasificada como redondeada), lo que implica una respuesta hidrológica rápida con caudales elevados en periodos cortos, la cuenca Sis-Icán exhibe un factor de forma de 0,15. Este valor tan bajo es característico de una morfología alargada, que propicia escurrimientos predominantemente paralelos y una respuesta hidrológica más moderada, con caudales de salida más prolongados en el tiempo (Moretto y Gentili, 2024MORETTO, B.; GENTILI, J.O.: “Morfometría de una cuenca serrana no aforada: el caso del arroyo Sauce Corto (Buenos Aires, Argentina)”, Investigaciones Geográficas: Una mirada desde el sur, (68): 88-102, 2024, ISSN: 0719-5370.).

En cuanto a la densidad de drenaje, la cuenca Sis-Icán presenta un valor bajo (0,60 km/km²), similar al de la cuenca del Ocosito. Esta similitud se atribuye a la naturaleza del material de composición, típico de áreas costeras con alta capacidad de infiltración y permeabilidad primaria (Villón, 2024VILLÓN, M.: Hidrología, Ed. Editorial Tecnológica de Costa Rica, Costa Rica, 2024.). La baja pendiente media de la cuenca (3 %) limita la capacidad de avenamiento y la velocidad de la recepción superficial del agua.

Por otra parte, el análisis de los cambios geomorfológicos en el río Icán evidencia un desplazamiento significativo de su bocabarra y una reducción en su sección de apertura, atribuibles a procesos de sedimentación. Esta dinámica contrasta con la estabilidad observada en la bocabarra del Estero Tulate, un aspecto clave para la gestión de la desembocadura.

Análisis climatológico e hidrológico

El análisis climatológico reveló un marcado gradiente de precipitación a lo largo de la cuenca. En la parte alta, la precipitación anual máxima fue de 5259,8 mm (año 2021) y la mínima de 2821,4 mm (año 2018), con un promedio anual de 397,3 mm y máximos en junio. La zona media registró un pico excepcional de 6313,0 mm en 2010, asociado a la tormenta tropical Agatha. En la parte baja, los máximos alcanzaron 1100,4 mm (2021) y los mínimos 856,8 mm (2018). La temperatura media anual mostró poca variación: 26,1 °C en la parte alta, 25,8 °C en la media y 27,4 °C en la baja. En todas las zonas, la precipitación superó a la evapotranspiración, generando excedentes hídricos anuales (Maldonado et al., 2021MALDONADO, T.; ALFARO, E.J.; HIDALGO, H.G.: “Análisis de los conglomerados de precipitación y sus cambios estacionales sobre América Central para el período 1976-2015”, Revista de Matemática Teoría y Aplicaciones, 28(2): 337-362, 2021, ISSN: 1409-2433, DOI: http://dx.doi.org/10.15517/rmta.v28i2.42322. ).

Al comparar estos resultados con la cuenca adyacente del río Nahualate, se observan patrones consistentes. La precipitación en la parte media o bocacosta del Nahualate (hasta 3000 mm anuales) es similar a la de la zona media de la Sis-Icán (3661 mm anuales). De igual forma, en la parte baja, los rangos son comparables (500-1000 mm en Nahualate y 972 mm en Sis-Icán). Esta similitud sugiere que el comportamiento climático responde a factores regionales, como el choque de vientos del Pacífico y del Norte, que generan puntos de condensación y recarga fluvial en las partes altas y medias de ambas cuencas (Rodríguez et al., 2023RODRÍGUEZ, C.C.; GARFIAS, J.; MARTEL, R.; NAVARRO-DE LEÓN, I.: “Estimación espacio-temporal de la distribución de la recarga potencial en el Valle de Toluca”, Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 75(2), 2023, ISSN: 1405-3322, DOI: https://doi.org/10.18268/bsgm2023v75n2a080523. ).

Análisis de la escorrentía superficial y la oferta hídrica

El análisis de escorrentía superficial, basado en los registros (2003-2022) de las estaciones hidrométricas, muestra la transición de ríos caudalosos desde la parte alta hacia la baja. La estación La Franja (parte media) registró un caudal máximo de 6230,29 m³/s en el periodo 2010-2011 y un mínimo de 1956,35 m³/s en 2004-2005. Por su parte, la estación La Máquina (parte media-baja) reportó un máximo de 4886,56 m³/s en 2005-2006 y un mínimo de 789,12 m³/s en 2017-2018.

A partir de estos datos, se calculó una oferta hídrica superficial promedio de 506 millones de m³/año para el conjunto de la cuenca. Sin embargo, los cálculos específicos de esta investigación, que integran análisis más detallados de escorrentía, precisan esta cifra en 497 millones de m³/año. Esta oferta se distribuye en 336 millones de m³/año para el río Icán y 160 millones de m³/año para el río Sis.

Profundizando en la discrepancia con datos de INSIVUMEH: Al contrastar estos valores con la oferta hídrica de 30053 millones de m³/año, reportado por INSIVUMEH para toda la vertiente del Pacífico, surge una discrepancia sustancial. Esta diferencia, más que una contradicción, obedece a escalas de análisis distintas. Mientras que el dato de INSIVUMEH integra la totalidad de las cuencas que drenan al Pacífico (un área mucho mayor), el presente estudio se circunscribe a la microescala de la cuenca Sis-Icán. La comparación, por tanto, subraya la importancia de utilizar datos a la escala adecuada para la gestión local del recurso y evita extrapolaciones que podrían llevar a una sobreestimación de la disponibilidad hídrica en un territorio específico (Moran et al., 2024MORAN, G.M.R.; GUERRERO, C.J.M.; MIELES, G.J.W.; CABRERA, V.C.A.: “Evaluación de Indicadores para la Gestión Integrada de Recursos Hídricos en Cuencas Hidrográficas”, Journal of Economic and Social Science Research, 4(4): 25-38, 2024, ISSN: 2953-6790, DOI: https://doi.org/10.55813/gaea/jessr/v4/n4/12. ).

En cuanto a los caudales, el valor promedio histórico reportado para la cuenca es de 33,74 m³/s (Olivet y Tobar, 2023OLIVET, E.J.R.; TOBAR, M.S.: “Análisis de la Incidencia de los Casos de Asfixia por Sumersión en Guatemala (2018-2022)”, Revista Científica Diálogo Forense, 4(7), 2023, ISSN: 2789-8458.). No obstante, los registros más recientes de esta investigación indican una variabilidad que sitúa el caudal promedio actual en 15,75 m³/s. Esta diferencia se explica por la inclusión en la serie histórica de años con anomalías estacionales y periodos de menor precipitación, lo que impacta directamente en la representatividad del caudal medio. Para la gestión del riesgo, se determinó un caudal máximo de diseño de 188,51 m³/s para un período de retorno de 100 años, un valor de referencia crucial para la planificación de infraestructura y la delimitación de zonas de amenaza.

Análisis del balance hídrico

La aplicación de la metodología de Schosinsky permitió cuantificar el balance hídrico por zonas (Tabla 1). Los resultados muestran una notable capacidad de generación de recurso hídrico, aunque con marcadas diferencias entre las partes de la cuenca.

En la parte alta, los suelos Suchitepéquez y Samayac (francos limosos, con alta capacidad de infiltración de 412 mm/día) y una profundidad radicular promedio de 1500 mm (bosques y café) favorecen una escorrentía superficial de 1416,87 mm/año (40 % de la precipitación) y una recarga potencial de 425,73 mm/año (12 %). Estos valores, considerados de moderados a altos, confirman a esta zona como un área clave de recarga hídrica (Saldaña et al., 2023SALDAÑA, E.R.; OTALVAREZ, H.R.; HERRERA, G.J.D.: “Oferta hídrica superficial mediante el método lluvia-escorrentía, caso de estudio humedal el Gallinazo, Aguachica (Cesar-Colombia)”, RIAA, 14(1): 10, 2023, ISSN: 2145-6453, DOI: https://doi.org/10.22490/21456453.5959. ).

La parte media, dominada por suelos Mazatenango y Cuyotenango (francos limosos, infiltración de 320 mm/día) y el cultivo de caña de azúcar (raíces de 1300 mm), presenta la mayor generación de escorrentía superficial con 1810,04 mm/año; representando el 44 % de la de la precipitación total (PP) y la recarga potencial más alta de la cuenca (561,28 mm/año; 14 %). Este máximo local en la recarga se atribuye a una combinación favorable de factores: una precipitación aún abundante, suelos con buena permeabilidad y una topografía que, aunque menos pronunciada que en la parte alta, facilita la infiltración antes de que el agua se concentre en los cauces.

En la parte baja, el suelo Ixtán (textura arcillosa, infiltración de 245 mm/día) y los cultivos de maíz y frijol (raíces someras de 250 mm) limitan la infiltración. A esto se suma que la evapotranspiración potencial (1561,73 mm/año) supera a la precipitación (971,93 mm/año). Como resultado, la escorrentía superficial (337,52 mm/año; 35 % de la PP) y la recarga potencial (270,12 mm/año; 17 %) son numéricamente menores. A pesar de ello, por su extensión y características de relieve, esta zona provee una reserva hídrica importante, tanto superficial como subterránea, que sostiene ecosistemas y actividades productivas.

En términos globales, la cuenca Sis-Icán genera un total de 3564,43 mm/año de escorrentía superficial y una capacidad de 1257,13 mm/año de recarga potencial, confirmando su importancia como reservorio y regulador hídrico en la vertiente del Pacífico.

Análisis de la modelación hidráulica, zonificación de inundaciones y gestión del riesgo

La aplicación del modelo HEC-RAS permitió simular el desbordamiento de los ríos bajo escenarios de período de retorno de 50 y 100 años, utilizando las distribuciones de Pearson III y Gumbel para los caudales de entrada. La modelación confirmó que las pérdidas de energía en los tramos analizados se deben a las contracciones y expansiones del flujo, un fenómeno típico en cauces con geometría variable (Gutiérrez et al., 2022GUTIÉRREZ, G.J.V.; RUBIÑOS, P.J.E.; FERNÁNDEZ, R.D.S.; RAMÍREZ, A.C.; ROBLERO, H.R.; GUTIÉRREZ, G.F.G.; ROMERO, S.M.E.: “Modelación hidráulica en Iber para prevención de inundaciones en la cuenca Tesechoacán”, Revista mexicana de ciencias forestales, 13(71): 159-181, 2022, ISSN: 2007-1132, DOI: https://doi.org/10.29298/rmcf.v13i71.1238. ). Ambas distribuciones de probabilidad demostraron ser confiables para predicciones a largo plazo, identificando consistentemente las áreas susceptibles a inundaciones en la parte media de los ríos Sis e Icán, así como en el estero El Tulate.

La zonificación final (Figura 1), producto de la integración de los mapas de inundación (para un caudal extremo de 928 m³/s) con la información geomorfológica y los usos del suelo, determinó que el 64 % del área total de la cuenca se clasifica como de amenaza alta de inundación, el 14,39 % como amenaza media y el 21,5 % como amenaza baja (Tabla 2). Este mapa de zonificación se validó cualitativamente mediante comparación con la cartografía de amenazas del IARNA, encontrando una buena correspondencia en las áreas de mayor peligro.

El análisis detallado permitió identificar 11 puntos críticos de alta amenaza que requieren intervención prioritaria (Tabla 2). Estos incluyen aldeas, fincas, centros comunitarios y tramos urbanos cuya vulnerabilidad exige la formulación e implementación de un plan de emergencia. A partir de estos resultados, se proponen las siguientes medidas de gestión de riesgos:

Este estudio proporciona, por tanto, información valiosa y con base científica para que las autoridades locales y municipales puedan planificar e implementar medidas preventivas y de respuesta, reduciendo así la vulnerabilidad de las comunidades ante el riesgo de inundaciones (Boza y Tenorio, 2021BOZA, A.A.; TENORIO, A.C.: “Determinación de zonas inundables con HEC-RAS en zonas de la Cordillera Central de los Andes. Microcuenca del río Saraus-río La Llanga. Celendín”, Instituto de investigación. Fac. minas metal. cienc. geogr: 181-187, 2021.).