View
3
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Proyecto de Adaptación al Impacto del Retroceso
Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales, (praa)
ARTICULO TECNICO
ESTUDIO DE
DISPONIBILIDAD DE
AGUA
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad
de agua y evolución de los impactos asociados al
cambio climático en la parte alta de la cuenca del río
Guayllabamba y en las microcuencas Papallacta y
Antisana
Por favor citar este documento como se indica a continuación:
Secretaría General de la Comunidad Andina, Ministerio del Ambiente (Ecuador) / Proyecto de
Adaptación al Impacto del Retroceso Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales
(PRAA), Fondo para la Protección del Agua (FONAG), 2012. Artículo Técnico - Disponibilidad
de Agua. Quito, EC. 10p.
Artículo Técnico
Estudio de Disponibilidad de Agua
NEWVI Integral Solutions Cía. Ltda
Junio del 2012
Quito - Ecuador, Junio del 2012
Elaborado por:
Ángel Muñoz, Asesor en cambio y variabilidad climáticos.
Con el apoyo técnico de:
Cecibel Campos, especialista en SIG.
Xavier Coello, especialista hidrólogo.
Fiscalización:
Jacqueline Cisneros, Coordinadora Programa Gestión del Agua – FONAG
Instituciones que contribuyeron:
Ministerio del Ambiente del Ecuador (MAE)
Proyecto de Adaptación al Impacto del Retroceso Acelerado de Glaciares en los
Andes Tropicales (PRAA)
Fondo para la Protección del Agua (FONAG)
Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS)
Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI)
Empresa Eléctrica Quito (EEQ-SA)
Contenido
Resumen ............................................................................................................................ 1
Introducción........................................................................................................................ 1
Cambio y Variabilidad Climática en Ecuador ...................................................................... 2
Metodología y Datos .......................................................................................................... 4
Resultados del Estudio ....................................................................................................... 6
Conclusiones ...................................................................................................................... 8
Bibliografía ......................................................................................................................... 9
Listado de imágenes ........................................................................................................ 10
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 1
DISPONIBILIDAD PRESENTE Y FUTURA DEL RECURSO HÍDRICO EN
CUENCAS ANDINAS ECUATORIANAS
Elaborado por: Ángel G. Muñoz S.
Resumen
El proyecto Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua y evolución de
los impactos asociados al cambio climático en la parte alta de la cuenca del río
Guayllabamba y en las microcuencas Papallacta y Antisana, ha diseñado un portal de
acceso público que permite conocer los resultados del estudio en términos de la
disponibilidad del recurso hídrico para el presente y para distintas condiciones probables
del futuro de las microcuencas Pita, San Pedro, Papallacta y Antisana. Se considera
tanto la oferta natural como la demanda existente en la zona de estudio, ofreciendo un
abanico de posibles combinaciones para estimar la disponibilidad futura, que involucra
casos de demanda igual a la del presente y de demanda incrementada. Uno de los
productos de mayor utilidad es el de estrés hídrico, que involucra un índice construido
especialmente para estimar si los requerimientos hídricos en un sector determinado son
satisfechos o no, y en qué medida.
Introducción
La oferta natural de los recursos hídricos en una región dada, depende de una compleja
relación entre múltiples agentes climáticos. Tomando en cuenta la orografía, ubicación
geográfica y la época del año, los distintos factores se combinan para originar el clima
correspondiente. Discernir el efecto particular de cada uno de ellos no es,
frecuentemente, una tarea sencilla, y por ello desde un punto de vista operativo, lo que
suele hacerse es estudiar directamente el resultado de todas estas interacciones:
estudiar la evolución espacio-temporal del observable físico de interés.
Naturalmente, el comportamiento de las variables climáticas es distinto para diferentes
escalas de tiempo. Si bien es fundamental entender el papel que el Cambio Climático
[IPCC, 2007] ejerce en determinadas variables, especialmente las hidrológicas en lo que
respecta a este trabajo, lo es también el comprender cuál es la variabilidad natural
propia, y cómo ambos aspectos interactúan entre sí para explicar el comportamiento
observado de, por ejemplo, las precipitaciones.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 2
Este tipo de estudios es de capital importancia [SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2010, por
Muñoz], dado que si sólo se consideran lo efectos (normalmente analizados en términos
de tendencias de incremento o decremento a largo plazo de una variable en particular)
asociados al Cambio Climático, y se obvia el papel de la Variabilidad Climática como
moduladora (amplificadora, atenuadora) de los efectos de aquél, podrían establecerse
medidas inadecuadas de adaptación para un período de tiempo en particular y para una
región en particular. Para detalles ver [Greene, Goddard y Cousin, 2011; SGCA,
MAE/PRAA, FONAG, 2010, por Muñoz],
El presente documento tiene por objeto discutir los resultados recientes del empleo de
un modelo hidrológico (calibrado con observaciones locales), que ha mostrado ser
exitoso para la zona de estudio [De Bievre y Coello, 2008], en aras de evaluar la
disponibilidad del recurso hídrico para el futuro cercano (10-20 años). El mismo se ha
ejecutado con un conjunto con datos actualizados, tanto del ciclo hidrológico como de
información socio-económica. De este modo es posible ofrecer no sólo la disponibilidad
natural, sino también un análisis de la oferta y demanda presente y futura (bajo 3
panoramas posibles), considerando especialmente la posibilidad de ocurrencia de
estrés hídrico en distintas zonas.
Cambio y Variabilidad Climática en Ecuador
Como se ha mencionado, no sólo es importante considerar el efecto que el Cambio
Climático, como señal de fondo con tiempos característicos del orden del siglo, ejerce
sobre la disponibilidad del recurso hídrico. Dado que las variables hidrológicas
dependen también de señales a distintas escalas temporales que normalmente se
asocian a Variabilidad Climática, es fundamental incluir el efecto de las mismas en los
análisis que conlleven al establecimiento de políticas públicas.
Si bien no hay aún consenso en la comunidad científica sobre cómo proceder al
respecto, una vía que parece cada vez más plausible es la identificación, mediante filtros
matemáticos, de las señales climáticas a distintas escalas. En breve, una vez
detectadas las señales de variabilidad interanual, interdecadal y la tendencia de Cambio
Climático se procede a cuantificar el peso específico de cada una y, a partir de los ciclos
de variación, identificar si para los próximos años (10-20) se estará en un período por
encima o por debajo de la normal, y en qué magnitud. La Imagen 1, tomada de [SGCA-
MAE/PRAA, Muñoz, Macías y García, 2010] muestra resultados preliminares al respecto
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 3
para la zona de estudio completa. A juzgar por el comportamiento anterior en la imagen,
la serie de tiempo decadal sugiere que entre el 2011 y 2020 podría presentarse un
período completo bajo la normal, modulado por la señal intraestacional-interanual, que
aparece como mucho más difícil de predecir, todo sobre un fondo de cambio climático
que apunta a un incremento estadísticamente significativo del caudal.
Este análisis no excluye los resultados obtenidos anteriormente y ya reportados en
[[SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2011, por Muñoz],], que básicamente sugieren:
1.- Para el largo plazo (2071-2099), un aumento en la intensidad de las precipitaciones
para básicamente toda la Región Interandina.
2.- En el corto plazo (2015-2039) el modelo TL959 [Kusunoki et al., 2008; SGCA-
MAE/PRAA, Muñoz, 2010b; SGCA-MAE/PRAA, Chimborazo, Guitarra y Muñoz, 2010]
prevé para la Región Interandina tanto incrementos como decrementos de intensidad
de precipitación, dependiendo de la ubicación (ver Imagen 2).
Imagen 1. Tendencia lineal, variabilidad interdecadal e interanual para caudales (m3/s) de la micro cuenca de Papallacta, en Ecuador. Fuente: SGCA-MAE/PRAA [Muñoz, Macías y García, 2010].
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 4
Imagen 2. Delta (Futuro-Presente) de intensidad de precipitación (%) para el TL959. Fuente: SGCA-
MAE/PRAA [Muñoz, 2010b].
Estos resultados constituyen un marco de referencia para sus respectivos períodos y
escalas, que se toman en consideración con los correspondientes cuidados.
Metodología y Datos
El modelo empleado [De Bievre y Coello, 2008] considera tanto la oferta natural como
la demanda neta presente en la zona de estudio. El caudal neto disponible (la oferta-
demanda) se calcula mediante el balance hídrico asociado a los caudales natural,
captado y de retorno. En este estudio se ha considerado no sólo el estado presente de
la disponibilidad de agua, sino que se han considerado casos perturbados del presente
como futuros probables.
Para el período presente, el caudal natural se calcula identificando primero regiones
hidrográficamente homogéneas (llamadas hidrozonas en adelante) y se procede a
construir el hidrograma unitario para cada una de ellas. La calibración del modelo hace
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 5
uso de observaciones de precipitación y caudales mensuales actualizadas y con control
de calidad y homogeneización [SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012a, por Muñoz]. A partir
de la información de la dirección de flujo obtenida de la topografía, el modelo provee
mapas geo-referenciados de caudales naturales medios y observados el 80% de las
veces, considerando inclusive las escorrentías provenientes de glaciares en la zona de
estudio. En el caso de la demanda, los insumos para su cálculo hacen uso de los
reportes de captaciones y retornos asociados a los diversos consumos presentes en la
región: agua potable, riegos, hidroelectricidad e industrias. A partir del caudal natural y
la demanda, se obtiene la disponibilidad hídrica neta, y es también posible poseer un
índice de estrés hídrico definido por De Bievre y Coello [2008].
Imagen 3. . Aspecto general del menú de selección de productos asociados a disponibilidad del recurso hídrico en el portal GIS.
Las proyecciones del futuro se construyen en términos de variaciones del campo de
precipitaciones y de demanda del presente, a saber: sin cambios con respecto al período
presente, casos con incrementos y casos con decrementos. Para la precipitación, a
partir de un análisis de variabilidad climática y su interacción con la señal de cambio
climático, se escogió una cota de variación de 10%, para detalles ver [SGCA,
MAE/PRAA, FONAG, 2012b, por Muñoz]. Para la demanda, luego de revisar los
resultados de Cisneros y Burneo [2008] y los datos de los últimos censos en Ecuador,
se seleccionaron sólo los casos con demanda actual o incrementada, en la que el
incremento se hace de modo espacialmente homogéneo en la demanda total de cada
cuenca, pero el valor del aumento depende de las actividades y población presentes,
oscilando entre 8% y 15% según la cuenca. Como resultado se obtienen 6 distintos
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 6
casos posibles para el futuro, uno de ellos siendo idéntico al presente (precipitación
actual con demanda actual). Los resultados resumidos se discuten en la siguiente
sección, y con mayor detalle por Muñoz y Torres [2012].
Resultados del Estudio
En el portal de productos del Proyecto bajo la sección de “Disponibilidad de Agua”, es
posible encontrar (ver Imagen 3) los mapas geo-referenciados para el presente y las
proyecciones futuras de oferta natural (escorrentía, Qmedio, Q80), oferta-demanda, estrés
hídrico y consulta por puntos.
La escorrentía no es más que la lámina de agua (en mm) de lluvia no infiltrada en el
suelo de la cuenca. Los caudales medios (Qmedio) y caudales de probabilidad de
excedencia del 80% en el tiempo (Q80) están medidos en m3/s, y corresponden a la
media aritmética del caudal y al valor del flujo que será igualado o sobrepasado el 80%
de las veces cada año, respectivamente.
Imagen 4. Estrés hídrico para casos con demanda neta presente. Izquierda: precipitación disminuida en 10%. Centro: precipitación presente. Derecha: precipitación incrementada en 10%.
(Azul: sin estrés; verde: estrés ligero; amarillo: moderado; naranja: alto; rojo: severo)
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 7
Imagen 5. Igual que la Imagen4 pero para demanda incrementada.
Los mapas de oferta-demanda se presentan en m3/s como la diferencia neta de la oferta
total menos la demanda total, y dan una idea formal de la disponibilidad del recurso
hídrico para el período en consideración y la ubicación de interés.
El estrés hídrico, por su parte, está definido siguiendo el índice sugerido por De Bievre
y Coello [2008], quienes lo dividen en 5 categorías (sin estrés, estrés ligero, moderado,
alto y severo) fundamentándose en la diferencia entre el consumo de agua y los
caudales Qmedio y Q80 (para detalles ver obra citada).
Finalmente la aplicación web tiene un menú que permite visualizar y comparar
resultados de los distintos productos para un punto dado, simplemente haciendo click
sobre el mapa. Dependiendo de la variable, los productos están disponibles a escala
mensual o para el período medio presente o futuro.
El análisis del estrés hídrico (Figuras 4 y 5) con los datos actualizados, un producto de
gran interés para los tomadores de decisión, revela para el presente (Imagen4, centro)
algunos tramos con estrés entre alto y severo (color naranja y rojo) en San Pedro,
Guayllabamba Alta y Media, Pisque y en menor grado en Pita. Los tramos más largos
corresponden a estrés alto afectando, en Guayllabamba Alta, principalmente El Quinche
y Guayllabamba, y en Pisque a Cayambe, Shimpis, Cangahua, Tabacundo y Malchingui.
Amplios tramos con estrés moderado (en amarillo) son visibles sobre todo en San Pedro,
Pita, en Pisque y Guayllabamba Alta. Múltiples secciones aparecen también con estrés
hídrico ligero (en verde), siendo particularmente de interés los tramos que alimentan a
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 8
las centrales hidroeléctricas de Nayón, Cumbayá y Guangopolo. Las zonas de mayor
estrés responden a las concesiones asociadas a industrias, riego e hidroeléctricas en
los tramos mencionados. Para Quito, se muestra estrés moderado en el sur y ligero al
norte.
Las proyecciones futuras del estrés hídrico pueden clasificarse en dos tipos, de
demanda igual a la del presente (Imagen4) y de demanda incrementada (Imagen 5). La
proyección menos optimista de todas corresponde a un decremento de la precipitación
y un incremento en la demanda (Imagen5, izquierda). En ella puede apreciarse que el
estrés tiende en general a acentuarse o bien con tramos que presentan mayor
severidad, o bien con tramos más largos con la misma severidad (o ambos). Sin
embargo, en determinados sectores el estrés es más ligero que en el caso presente,
debido en parte a la existencia de un número menorde tramos secundarios, por lo que
ríos principales tienen mayor caudal para satisfacer la demanda requerida. El caso más
optimista (Imagen4, derecha) muestra tramos con mejoras en el estrés para Pisque,
Guayllabamba Alto y Medio, pero en general no presenta diferencias importantes con
respecto al estrés del caso presente.
Conclusiones
Se ha presentado un resumen de los resultados obtenidos para el presente y futuro con
el modelo de oferta y demanda ejecutado en el proyecto, haciendo especial énfasis en
el estrés hídrico. Con respecto al presente, dado que estos productos corresponden a
un comportamiento medio para el período considerado, es posible que en la época seca
(húmeda) del año y en determinados sectores el estrés mensual podría ser al menos
una categoría más (menos) severa que la presentada en los mapas. Los resultados
poseen incertidumbres asociadas a información climática, demanda y uso de suelo,
entre otros.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 9
Bibliografía
SGCA-MAE/PRAA, Chimborazo, O., Guitarra, S. y Muñoz, Á.G., 2010: Informe Final
Análisis de Nuevas Salidas del Modelo TL959. Proyectos MAE-INAMHI. Quito. 430 pp.
Cisneros, F. y Burneo, D., 2008: Análisis de Estrategias para la Gestión de Demanda y
Oferta de los Recursos Hídricos y Evaluación de su Factibilidad Financiera-Económica
en la Cuenca Alta del Río Guayllabamba. Proyecto UICN-SUR-BID-FONAG. Quito.
Ecuador.
De Bievre, B. y Coello, X., 2008: Diagnóstico del balance entre oferta y demanda hídrica,
Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur,
Ecuador.
SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012: Portal de productos FONAG_GIS. Url:
http://186.66.127.99:8082/fonagiis/index.swf
Greene, A.M., L. Goddard and R. Cousin, Web Tool Deconstructs Variability in
Twentieth-Century Climate, EosTrans.AGU (92)45, Nov 2011, 397-398
Kusunoki, Sh., Yoshimura, J., Yoshimura, H., Mizuta, R., Oouchi,K. y Noda, A.,2008:
Global Warming Projection by an Atmospheric Global Model with 20-km Grid, Journal
ref: Journal of Disaster Research, 3 (1), pp. 4-14.
SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012a por Muñoz, Á.G.,: Informe Final del Proceso de
Homogeneización de Datos del Proyecto FONAG-MAE. Ecuador.
SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012b por Muñoz, Á.G.,: Análisis de la Variabilidad
Climática Actual y Escenarios de Cambio Climático. Proyecto FONAG-MAE. Quito.
Ecuador.
SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012 por Muñoz, Á.G. y Torres, W.: Informe Final del
Módulo de Disponibilidad Hídrica del Proyecto FONAG-MAE. Quito. Ecuador
SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2011 por Muñoz, Á.G.,: Informe de Avance Módulo de
Cambio y Variabilidad Climático. Proyecto PRAA-FONAG-NewVI. Quito. 18pp.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 10
SGCA-MAE/PRAA, Muñoz, Á.G., 2010: Validación y Análisis de Consenso de Modelos
de Escenarios de Cambio Climático para Ecuador, Informe Final. Proyectos MAE-
INAMHI. Quito. 131 pp.
Muñoz, Á.G., Recalde, C., Cadema, J., Núñez, A., Díaz-Lobatón, J., 2010: Análisis
Estadístico con FClimdex de índices climáticos para Ecuador. Informe Final. Proyectos
MAE-INAMHI. Quito. 71pp.
Listado de imágenes
Imagen 1. Tendencia lineal, variabilidad interdecadal e interanual para caudales (m3/s)
de la micro cuenca de Papallacta, en Ecuador. Fuente: [Muñoz, Macías y García, 2010].
..................................................................................................................................... 3
Imagen 2. Delta (Futuro-Presente) de intensidad de precipitación (%) para el TL959.
Fuente: [Muñoz, 2010b]. ............................................................................................... 4
Imagen 3. . Aspecto general del menú de selección de productos asociados a
disponibilidad del recurso hídrico en el portal GIS. ....................................................... 5
Imagen 4. Estrés hídrico para casos con demanda neta presente. Izquierda:
precipitación disminuida en 10%. Centro: precipitación presente. Derecha: precipitación
incrementada en 10%. (Azul: sin estrés; verde: estrés ligero; amarillo: moderado;
naranja: alto; rojo: severo) ............................................................................................ 6
Imagen 5. Igual que la Imagen4 pero para demanda incrementada. ............................. 7
Recommended