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Los recursos hídricos nacionales ante el
cambio climático
Gmo. Enrique Ortega Gil
Octubre 2012
2° Congreso Nacional de Investigación en Cambio Climático Programa de Investigación en Cambio Climático
1. Evaluación de la vulnerabilidad del sistema de presas del río Grijalva ante los impactos del Cambio climático. II – INE.
2. Comentarios sobre la propuesta de Agenda futura de Investigación Climática
1
1. Evaluación de la vulnerabilidad del sistema de presas del río Grijalva ante los impactos del Cambio climático
2
Cuenca y sistema de presas del río Grijalva
Efectos del Cambio del Clima (CC)
Identificar impactos del CC
Definir opciones de adaptación que mitiguen los efectos del CC en los
sectores dependientes del agua
Evaluar la vulnerabilidad de los sistemas usuarios del agua y la población
expuesta a inundaciones ante la variación de la disponibilidad y lluvias
extremas provocadas por el CC
Objetivos
3
Efectos en generación
hidroeléctrica, bosques y otras
actividades
Medidas de adaptación:
Sistemas humanos y
naturales
Sistemas de infraestructura
hidráulica
CC Modelos para Escenarios
Global Nacional Sureste
T temperatura P lluvia
T
P
Revisión bibliográfica: Cambio del Clima (CC) y recursos hídricos
T
P
Volumen (V) de agua disponible y Generación (G)
en las presas del Grijalva con CC
T
P V
G
Bases datos , Estudios y Planes hidráulicos del Grijalva
Reducción máxima:
V G
T P
Tirante (h) del nivel del agua desde desembocadura hasta 100 km aguas arriba con 2 m de sobre elevación del mar
h h
Revisión de los bordos del cauce Samaria
4
Metodología
5
Cuenca – subregiones hidrológicas, subcuencas y ríos principales
Subregiones hidrológicas
Subcuencas hidrológicas
Ríos principales
Clave
6
Cuenca – subcuencas y ríos principales
Subregiones hidrológicas
Cuencas hidrológicas
Ríos principales
Clave
7
Vasos de almacenamiento de las presas hidroeléctricas
Subregiones hidrológicas
Cuencas hidrológicas
Ríos principales
Clave
Presas hidroeléctricas
8
Topografía
100 msnm
1,000 msnm
2,000 msnm
9
Climas
Lluvias en verano (w); w2 +húmedo w1 intermedio w0 +seco Lluvias abundantes todo el año (f); m mes más frío.
10
Lluvia media anual
LLUVIA MEDIA ANUAL mm
600 a 800 mm
800 a 1200 mm
1200 a 1500 mm
1500 a 2000 mm
2000 a 2500 mm
2500 a 4000 mm
mas de 4000 mm
Tendencias de temperaturas máximas
Comparación de series de tiempo promedio en las áreas para porcentaje de días cuando Tmáx > 90% (TX90p). 1951-2002.
Se observa una tendencia de incremento de T moderada.
0
5
10
15
20
25
30
19
51
19
53
19
55
19
57
19
59
19
61
19
63
19
65
19
67
19
69
19
71
19
73
19
75
19
77
19
79
19
81
19
83
19
85
19
87
19
89
19
91
19
93
19
95
19
97
19
99
20
01
Po
rce
nta
je d
e d
ías
si T
X >
pe
rce
nti
l 90
(%
)
PROMEDIO GRIJALVA 5 per. media móvil (PROMEDIO GRIJALVA)
20
21
22
23
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
°C
Mes
Promedio mensual de la temperatura media °C
≈ 2 °C
Temperaturas medias mensuales en °C. 1981-2005. Cuenca Alta y Media del río Grijalva.
11
Tendencias de lluvias medias
Tendencias de lluvia anual total en días húmedos. 1951-2002. Cuenca Alta y Media del río Grijalva.
No se observa una tendencia de aumento de lluvia. Zona de transición.
12
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
mm
Angostura Chicoasén Malpaso Peñitas
Lluvia media mensual mm. 1951-2008.
800
900
1,000
1,100
1,200
1,300
1,400
1,500
1,600
1,700
1,800
19
47
19
50
19
53
19
56
19
59
19
62
19
65
19
68
19
71
19
74
19
77
19
80
19
83
19
86
19
89
19
92
19
95
19
98
20
01
PR
EC
IPIT
AC
IÓN
TO
TAL D
ÍAS
HÚ
ME
DO
S (
mm
)
PROMEDIO GRIJALVA 5 per. media móvil (PROMEDIO GRIJALVA)
Día húmedo: lluvia ≥ 1 mm
Lluvias máximas en 24 h
2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000
0
200
400
600
800
1000
1200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
LLU
VIA
MÁ
XIM
A E
N 2
4 h
mm
-Ln(Ln(Tr/(Tr-1)))
7001 7010 7024 7063 7090 7127 7150 7180 7224 7330 7350
7002 7011 7026 7067 7094 7135 7155 7183 7226 7335 7008
7014 7037 7070 7099 7137 7159 7190 7230 7339 7009 7021
7054 7084 7119 7139 7161 7236 7344 Tr años
Angostura. Ajuste Gumbel.
2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
LLU
VIA
MÁ
XIM
A E
N 2
4 h
mm
-Ln(Ln(Tr/(Tr-1)))
7362 7015 7035 7097 7142 7238 7362 7016
7050 7330 7148 7343 7363 7023 7069 7102
7156 7355 7027 7093 7123 7178 7360 Tr años
Periodos de retorno Periodos de retorno
Malpaso. Ajuste Gumbel.
13
Valores en mm
Lluvias máximas en 24 h
14
Lluvias máximas en 24 h con Tr= 100 años
ANGOSTURA 48%CHICOASÉN 19%
MALPASO 36%
PEÑITAS 45%
0.1
1
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
GA
STO
UN
ITA
RIO
q (
m^3
/s/k
m^2
)
ÁREA DE LA CUENCA km^2
ENVOLVENTE CREAGER REGIÓN GRIJALVA - USUMACINTA q Tr=10,000 años
Gastos máximos
Comparación de gastos de diseño de los vertedores de las presas con los gastos máximos regionales
15
Énfasis económico
B1 Mundo: convergente Economía: con base en servicios e información, crecimiento menor que en A1 Población: igual que A1 Gobernabilidad: soluciones globales a la sustentabilidad económica, social y ambiental Tecnología: limpia y eficiente en el uso de recursos
A1 Mundo: orientado al mercado Economía: mayor crecimiento por persona Población: máxima en 2050, declina después Gobernabilidad: interacciones regionales fuertes, convergencia en el ingreso Tecnología: tres grupos de escenarios:
A1F: uso intensivo de fósiles A1T: fuentes de energía no fósil
A1B: balance en todas las fuentes
Inte
grac
ión
glo
bal
Énfasis ambiental
Énfa
sis
regi
on
al
B2 Mundo: soluciones locales Economía: crecimiento por persona intermedio Población: con incremento continuo, pero con tasa menor que A2 Gobernabilidad: soluciones locales y regionales a la protección ambiental y a la equidad social Tecnología: desarrollo más rápido que A2, menos rápido y más diverso que A1 y B1
A2 Mundo: diferenciado Economía: orientada regionalmente, crecimiento por persona más bajo Población: con incremento continuo Gobernabilidad: preservación de las identidades locales Tecnología: desarrollo fragmentado y muy retrasado.
Escenarios del cambio climático
16
Escenarios de cambio climático para el sur de México
Para el estudio se utilizaron los escenarios regionales generados de ensambles de modelos regionalizados mediante la técnica conocida como Regresión por Componentes Principales (PCR). Como resultado se obtuvieron mapas de las proyecciones de los escenarios A1B y A2 para los períodos 2010-2030 y 2031-2050, para los cambios de la T y las anomalías de la P media . Con base en los resultados se obtuvieron las zonas con valores comunes que se indican a continuación, tanto para los cambios de la temperatura, como para la lluvia.
17
Zonificación para escenarios
Alta
Media
Baja
Escenarios de cambio climático para el sur de México
Para el estudio se utilizaron los escenarios regionales generados de ensambles de modelos regionalizados mediante la técnica conocida como Regresión por Componentes Principales (PCR).
Grijalva – Usumacinta (Zonas)
Alta Media y baja
Alta Media Baja
Escenario Año Incremento de temperatura
°C
Anomalía de la lluvia % de la
media anual
A1B 2030 0.9 1.1 -3.8 -3.0 2050 1.6 1.4 -6.7 -5.3 -3.8
RESUMEN DEL ESCENARIO A1B EN EL GRIJALVA - USUMACINTA
18
Grijalva – Usumacinta (Lluvia %, Temperatura °C)
Escenario Año Alta Media Baja
A1B 2030 -3.8, 0.9 -3.0, 1.1 -3.0, 1.1
2050 -6.7, 1.6 -5.3, 1.4 -3.8, 1.4
19
Máxima Lluvia Diaria (Pd)
27071
07001
27070
ELEVACIONES SOBRE EL NIVEL MEDIO DEL MAR EN METROS
Tendencias de extremos
Con base en la técnica de Generadores Estocásticos de Tiempo Meteorológico (GETM), se obtuvieron los valores máximos de la Pd, los cuales muestran una disminución media del 9% en la PTr=100 años. Se supone un decremento en los Qmáx del mismo orden.
2 5 10 25 50 100100
120
140
160
180
200
220
240
0 1 2 3 4 5
Llu
via
máx
ima
en
24
h (
mm
)
Tr (años)
Estación 27071 Histórica 27071-A1B-2025 27071-A1B-2050 Tr AÑOS
2 5 10 25 50 10070
80
90
100
110
120
130
140
150
0 1 2 3 4 5
Llu
via
máx
ima
en
24
h (
mm
)
Tr (años)
Estación-07001 Histórica 7001-A1B-2025 7001-A1B-2050 Tr AÑOS
2 5 10 25 50 100160
210
260
310
360
0 1 2 3 4 5
Llu
via
má
xim
a e
n 2
4 h
(m
m)
Tr (años)
Estación-27070 Histórica 27070-A1B-2025 27070-A1B-2050 Tr AÑOS
Sistema de presas
55%
1%
39%
5% Capacidad Total 23,829 Mm3
Sistema de presas hidroeléctricas más importante del país en cuanto a generación eléctrica . Capacidad efectiva instalada 4,800 MW.
Sistema hidroeléctrico del río Grijalva
-
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
4,500
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
V (M
illones
de me
tros cú
bicos)
ANGOSTURA CHICOASÉN MALPASO PEÑITAS
Volúmenes de escurrimiento por cuenca propia Mm3. 1952-2008.
20
-
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
16,000
18,000
20,000
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
GENE
RACIÓ
N DE E
NERG
ÍA ELÉ
CTRIC
A GWh
GRIJALVA HISTÓRICO GRIJALVA SIMULADO
GEN. MEDIA HISTÓRICO 11,600 GWhGEN. MEDIA SIMULADO 11,940 GWh
MODELO DE SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE PRESAS DEL RÍO GRIJALVA
1. Datos mensuales: presas, volúmenes de escurrimiento y políticas de operación
2. Calibración con producción de generación de energía y los volúmenes derramados.
WEAP
Calibración del modelo
Histórico
Simulado
21
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
4,500
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Mil
lon
es d
e m
3
ESCURRIMIENTO TOTAL REGISTRADO
ESCURRIMIENTO TOTAL SIMULADO
1. Datos mensuales: lluvia, temperatura, humedad, viento, uso del suelo, infiltración, presas y políticas de operación
2. Calibración con volúmenes escurridos
Relación Lluvia - escurrimiento
Volúmenes medios anuales Total histórico 20,070 Mm3
Total simulado 19,950 Mm3
MODELO DE SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE PRESAS DEL RÍO GRIJALVA
22
1. Hipótesis: el modelo calibrado para Lluvia – Escurrimiento es la opción base, sin cambio de clima.
2. Para apreciar los efectos del Cambio del Clima, del resumen del Escenario A1B se obtuvo: o El incremento de la Temperatura tiene un rango de +0.9 a +1.6 °C o El decremento máximo de la Precipitación es de -6.7 %
En consecuencia, se definieron los rangos siguientes y las claves de las coordenadas (P y T).
Efectos del Cambio del Clima. A1B.
DECREMENTO
LLUVIA ANUAL %
ASCENSO
TEMPERATURA
MEDIA ANUAL °C
5
0.5
1
1.5
2
10
0.5
1
1.5
2
El análisis se realizó para cada presa y para el sistema general.
23
Reducción máxima V= 13 % Reducción máxima G= 17%
Tarifa media $1.70 / kWh
Pérdida CFE= $ 3,611 millones/año
100%98%97%95%94%92%90%88%86%84%82%
99%98%96%94%93%91%89%87%85%83%81%
98%97%95%94%92%91%89%87%85%83%81%
97%96%94%93%91%90%88%86%84%82%80%
97%95%93%92%90%89%87%85%83%81%79%
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-10% -5% 0%
DE
LTA
T °
C
DELTA LLUVIA
GRIJALVA (Volúmenes de entrada en miles Mm^3)
100%98%97%95%94%92%90%88%86%84%82%
99%98%96%94%93%91%89%87%85%83%81%
98%97%95%94%92%91%89%87%85%83%81%
97%96%94%93%91%90%88%86%84%82%80%
97%95%93%92%90%89%87%85%83%81%79%
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-10% -5% 0%
DE
LTA
T °
C
DELTA LLUVIA
GRIJALVA (Volúmenes de entrada en miles Mm^3)(Volúmenes de entrada en porcentaje)
85%
90% 95%
80%
100%98%96%94%92%90%88%86%85%83%81%
99%97%95%93%91%89%87%85%83%82%80%
98%96%94%92%90%88%86%84%82%81%79%
96%94%93%91%89%87%85%83%81%80%78%
95%93%91%90%88%86%84%82%80%79%77%
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-10% -5% 0%
DE
LTA
T °
C
DELTA LLUVIA
GRIJALVA Generación miles GWh(Generación en porcentaje)
85%
90%
95%
80%
Volúmenes escurridos % Generación eléctrica % Grijalva. A1B.
Grijalva – Usumacinta (Lluvia, Temperatura)
Escenario Año
Alto Medio Bajo
A1B
2030-3.8, 0.9 -3.0, 1.1 -3.0, 1.1
2050-6.7, 1.6 -5.3, 1.4 -3.8, 1.4
x
●
+
x
+
●
x
●
x
+
24
El decremento en el volumen escurrido alcanza un
máximo en Chicoasén del 16% del volumen medio anual
y la disminución mayor en la generación hidroeléctrica
se observa en Malpaso (21%).
No hay una conclusión final sobre el incremento global medio del nivel del mar (NM) de los últimos 100 años. La incertidumbre es grande, por la escasez de estaciones y porque los cálculos tienen diferencias regionales en las tendencias. El IPCC proyecta al final del siglo un ascenso de 60 cm del NM, valor que ha dado lugar a un debate científico. Por ello, se supusieron tres elevaciones del NM para la zona costera de Tabasco y se generaron secciones para aplicar el modelo unidimensional de cálculo de flujo permanente del II-UNAM para los gastos de 500, 1,000, 4,000 y 6,500 m3/s.
25
Efecto de la elevación del mar
-6
0
6
12
18
24
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
CO
TA, m
DISTANCIA DESDE EL MAR, km
CAUCE SAMARIA (Q 6,500 m3/s Yo= 2m)
Fondo del cauce BORDOS SLA Q=6500 m3/s Yo 2m
A B C D E F G H I
OXIACAQUE
Zona lagunar
La zona de Villahermosa no se afecta,
pero la zona lagunar requiere estudio de medidas de protección.
Villahermosa
26
Efecto de la elevación del mar
Conclusiones
• En todos los escenarios el incremento de la temperatura se observa en dos zonas de la
cuenca, la alta –hasta Angostura – y el resto. Los valores mayores se tienen en la zona
media y baja.
•Los decrementos mayores de la lluvia se tienen en la cuenca alta y en menor medida en la
parte baja. En la parte media de la cuenca no se observa variación.
•En el escenario A1B (2050):
Se proyecta un incremento de la temperatura media anual de 1.6°C, así como un
decremento de la lluvia anual de 5% en la parte alta. En la cuenca media no hay
variación y en la cuenca baja el decremento es de 2.5%.
El decremento en el volumen escurrido alcanza un máximo en Chicoasén del 16%
del volumen medio anual y la disminución mayor en la generación hidroeléctrica se
observa en Malpaso (21%).
La reducción de la generación en todo el sistema del Grijalva se estima en una
pérdida anual de $3,600 millones.
27
•Los valores máximos de la lluvia diaria indican una disminución del 9% en la lluvia máxima
con Tr=100 años. El decremento en los gastos máximos (Qmáx) será del mismo orden, por lo
que no hay necesidad de revisar los Qmáx de vertedores y bordos.
•Por la elevación del mar en el rango de 0 a +2 m la zona de Villahermosa no se afecta, pero
es necesario revisar las medidas de protección en 45 km desde la costa de la llanura de
inundación.
Conclusiones
28
•Del estudio de la cuenca del río Grijalva se desprenden las medidas de adaptación
siguientes:
oLa operación mejorada de las presas del sistema de presas del río Grijalva acoplada
con un sistema confiable de información hidrometeorológica.
oPrever una capacidad adicional de generación para enfrentar la disminución en la
generación hidroeléctrica y efectuar una revisión de los bordos en la cuenca baja.
Comentarios sobre la propuesta de Agenda futura de Investigación Climática
29
Comentarios sobre la propuesta de Agenda futura de Investigación Climática
•Reducción de incertidumbres de los modelos para generar escenarios del cambio
climático, así como de eventos extremos, En particular, el impacto del cambio del clima en
los ciclones tropicales y en los gastos máximos en el sureste.
•Actualizar la cartera de proyectos hidroeléctricos en la cuenca y revisar los plazos de
puesta en marcha.
•Avanzar en los proyectos integrales de manejo de cuencas y selvas para aplicar cuanto
antes prácticas mejores de conservación de los recursos.
•Estudiar y definir la zonificación de la llanura costera para implantar seguros contra daños
por inundaciones y otras medidas no estructurales.
•Prevenir impactos en otros sectores, por ejemplo el sector salud.
•Intensificar la divulgación de estudios y resultados de las investigaciones sobre el cambio
climático.
Estudios y acciones complementarias
30