Quito, 15 de setiembre 2009 IRD 2 · Daniela Vallejos (2008) => cf. presentación Cadier jun-2009 => trabajo Ruben Basantes PRAA => otros limites: 1965? 1993? … Datos meteo precipitacion:

Quito, 15 de setiembre 2009

Modelación Oferta Demanda Hídrica- descripción y avances de los estudios

en la cuenca alta del Guayllabamba y la zona de abastecimiento de Quito -

JC. Pouget, P. Le Goulven, R. Calvez, UMR G-EAU Proyecto AguAndesJ. Serrano, G. Pila, D. Proaño, M. Calispa, Estudiantes IRD-EPN

Colaboración: FONAG, IMAGE/EPN, EMAAP-Q, INAMHI, SENAGUA, SEI-US…

IRD

Estudio de los caudales ecológicos

2

IRD

13 setiembre - Charlotte se fue

3 IRD

Plan

• Introducción sobre los modelos de confrontación oferta demanda y las herramientas de apoyo a la GIRH

• Area de estudio de la cuenca alta del Guayllabamba y zona de abastecimiento de Quito

• Ejemplo de modelación de la oferta• Necesidad de afinar los parámetros de la oferta• Propuesta de modelación de la demanda• Necesidad de afinar los parámetros de la demanda, en particular de

los usos de riego • Avances de caracterización de las subcuencas, de la variabilidad y

evolucíon de la demanda• Objetivo a corto plazo de calibración de los modelos• Discusión sobre los modelos oferta demanda para representar las

dinamicas de variación y de evolución y enfrentar los retos de la GIRH en relación con los cambios globales

4

IRD

Componentes GRH y Modelos

3 grandes funcionalides :• Representación de un sistema con

objetos y su desarrollo en el espacio y en el tiempo

• Simulación del funcionamiento sobre series temporales representativas de una variabilidad o de una evolución

• Evaluación de los resultados y de la durabilidad

Importanciá de la integración :• Gestión de la oferta• Gestión de la demanda

Impactos

Distribución

GESTIÓN

INFRAESTRUCTURAS

CUENCAS USOS

Retorno

Demandas

Contexto tecnológico y socio-económico

Aportes

Ofertas

Clima, precipitaciones,evaporaciones

5 IRD

WEAP y la Planificación

You can click and drag elements of the water system from the legend onto the schematic directly.

Use the menu to do standard functions such as creating new areas and saving.

Your can zoom your schematic in or out by sliding the bar here.

GIS layers can be added here.

Use the View bar to switch between your data and its results.

• Provee una estructura común y transparente para organizar la información de recursos hídricos a cualquier nivel deseado –cuenca local, regional o río internacional

• Fácilmente se pueden desarrollar escenarios para explorar posibles futuros del agua

• Las implicancias de distintas políticas pueden ser evaluadas

6

IRD

Uso de la herramienta WEAP

IRD


IRD

Cuenca alta del Guayllabamba y zona de abastecimiento de Quito

Cuencasamazónicas

Cotopaxi

Antisana

Cayambe

QUITO

GuayllabambaGuayllabamba

9

EsmeraldasEsmeraldas

ProyectoRíos Orientales

2010-2055

Area de estudio

IRD

Area de estudio

10

• Cuenca Alta del Guayllabamba

• Área: 6448 Km2• Ciudades• Ríos

IRD

Area de estudio

11


• Área: 6448 Km2• Ciudades• Ríos• Estaciones

Hidrológicas

IRD

Area de estudio

12

• Zonas de Riego • Sitios de Demanda


• Área: 6448 Km2• Ciudades• Ríos• Estaciones

Hidrológicas

IRD

Abastecimiento de la hoya de Quito

13

Importancia de los glaciares y sobre todo de los páramos

IRD

Modelización hidrológica de glaciares y de páramos en relación con la oferta de agua de la hoya de Quito=> Caso del Antisana – Mica, estudios IRD, INAMHI, EMAAP-Q=> uso del modelo glaciar desarrollado en Perú en el proyecto Banco mundial, IRD, SEI-US

Ejemplo de modelación hidrológica

=> pruebas del modelo lluvia –caudal (2 reservorios) de WEAP para la representación de los páramos=> necesidad de otra conceptualización por el paso de tiempo mensual ?=> pruebas de diferente modos de espacialización

- Calibración lluvia-caudal sobre el período 2004 – 2007- Simulación sobre el período 1956 (1965) – 2007

=> validación de la representación de la evolución glaciar 14

IRD

Área de Estudio

15

Producción de agua para el Distrito

Metropolitano de Quito

≈ 7.2 m3/s (fuente EMAAP-Q)

Mas de 60% viene de las cuencas amazonicas

Sistema Papallacta≈ 3 m3/s

Sistema Antisana -Mica

≈ 1.5 m3/s

Cuenca alta del Guayllabamba

Vertiente pacifico

Cotopaxi

Cayambe

Antisana

IRD

Definición de Cuencas

Jatunhuaycu

Crespos

Humboldt

Antisana

Diguchi

Mica

16

Quito

Fuentes:IGM , Escala 1:50000, WGS 1984

SIRH Guayllabamba alto – FONAG…Definición de cuencas: Roger Calvez

Homogenización con Rubén Basantes - PRAA?

Quito

IRD

Glaciares y Páramos

IRD

Modulo Glaciar en WEAP

Ei=1 hasta n bandas de elevacion

j=1, zona glaciar

j=2, zona no glaciar

m=banda de elevacion mas baja con glaciar

CATCHMENT Object in WEAP

Streamflow Measurement orManagement Point

i=1

j=1 j=1 j=1

j=2

j=2

j=2

j=2

i=m

i=n

EiEm

Em+1

i=m+1

En

Ai, j=2Ai, j=1

RUNOFF in WEAP Elevation BandDelimiter

SubwatershedGlacier

18

IRD

Balance de Masa Anual

VPliq

VQsnow

VQice

ΔVliqΔVsnow

SinitialVice

t=1, Año 1Condiciones Iniciales

t=12, Año 1

ΔMwater

ΔVice 12,,,12,, ==

= Δ=Δ∑ tTglacier

n

miitTice VV

snow if T<To

liq if T>To

j=1

j=1

19 IRD

Cambio en Área Glaciar

i=1

j=1

j=1 j=1

j=2

j=2

j=2

j=2

i=m

i=n

i=m+1

Ai, j=2 Ai, j=1

b

tTglaciertTglacier

tTglacier c

VV

A3

12,,0,,

12,,1000

==

=

Δ+

=

0,,12,,12,, === −=Δ tTglaciertTglaciertTglacier AAA

⎪⎩

⎪⎨

⎧

>Δ+>Δ+≥Δ+

<Δ+=

===

======

===

==

itTglacieritTi

tTglaciermitTitTglaciermitT

tTglaciermitT

mitT

MaxAAAMaxAAAMaxAAA

AAA

12,,1,0,

12,,,0,12,,,0,

12,,,0,

,12,

,0,

0,0

Calculo cambio área glaciar y asignación a banda i=m

20

IRD

Datos hidro-meteo 2004-2007

Crespos(4520 m)

Humboldt(4010 m)

La Mica(3930 m)

21

Mica

Fuente general de los datos mensuales:Informes Antisana 2004..2007

Caudal: Estaciones Humboldt, CresposPrecipitacion: P5..P11 + correlacionTemperatura: SAMA, ORE

Informe 2007, Gradiente -0.6°C/100mVelocidad del viento: SAMA, ORE

Informe 2007 => reanalisisHumedad relativa, nebulosidad: SAMA, ORE

Informe 2007 => promedio interanual

IRD

Espacializacion en catchments – 500m

22

4500 m

5000 m

5500 m

4000 m

0%68%21%11%15.207HUMBOLDT

0%0%46%54%2.670CRESPOS

19%74%5%2%138.584ANTISANA

0%0%8%92%0.194HUM_5000

0%14%84%2%2.238HUM_4500

0%100%0%0%10.104HUM_4010

0%0%0%100%0.183CRE_5500

0%0%0%100%1.085CRE_5000

0%0%71%29%1.402CRE_4520

PastosPáramosArenalesGlaciarArea km2Codigo

Crespos

Humboldt

Fuente: TNC 2007

IRD

Espacializacion catchments – 250-125 m

23

4500 m

cada 125 m

4000 m4250 m

0%0%86%14%0.324CRE_5625

0%16%84%0%1.915CRE_5375

0%99%1%0%4.583CRE_5250

0%100%0%0%5.522CRE_5125

0%0%99%1%0.183CRE_5000

0%0%7%93%0.509CRE_4875

0%0%0%100%0.576CRE_4750

0%0%59%41%0.968CRE_4625

0%0%100%0%0.434CRE_4520

PastosPáramosArenalesGlaciarArea km2Codigo

5625 mCrespos

Humboldt

Fuente: TNC 2007

IRD

Simulaciones 1956 (1965) - 2007

Fuente limites glaciares 1956:Daniela Vallejos (2008)=> cf. presentación Cadier jun-2009 => trabajo Ruben Basantes PRAA=> otros limites: 1965? 1993? …

Datos meteoprecipitacion: reconst. con estaciontemperatura: reanilisis…

2468%86%% glaciar

1.8222.284area glaciar km2

20051956Año

Ejemplo Crespos

IRD

Afinar los parámetros de la oferta

25

Est. pluviométricas

Est. hidrológicas

E. Mafla, F. Cisneros, 2008 - GIRH-HQ F.1, jan-2008

Hydrological areasproduction

volume / unit

regulation

glaciers excellent excellent

paramos very good excellent

Andean forests very good excellent

farm areas low medium

erosion areas medium bad

urban areas high none

Ejemplo Representación del estudio UICN-FONAG 2008

IRD


26

Estudio UICN-FONAG 2008 => nivel mensual promedio interanual

IRD


27

• Homogeneización de los datos: Identificación de los errores sistemáticos en las series anuales y mensuales, verificación de los diagnósticos en el campo y corrección de los datos. Análisis por el vector regional

• Análisis climático• Regionalización: Análisis espacial de las series climáticas (lluvia y ETP)

mediante el vector regional. Definir regiones climáticas homogéneas y calcular sus vectores representativos. Analizar las relaciones con la altitud y elaborar mapas regionales parar poder generar en cualquier punto de la cuenca series cronológicas de lluvia y ETP.

• Evolución: Análisis de las series cronológicas de lluvia y ETP para detectar tendencias o rupturas según los métodos estadísticos clásicos sobre varios parámetros

• => series temporales mensuales de 1963 hasta 2006 de lluvia, temperatura…

• Base de datos operacional, con valores medidas, coregidas, completadas

IRD

Representación de las demandas

28

IRD

• Diferentes sistemas de riego (Públicos y Privados).

• Concesiones, Acequias, Canales, Tomas de Agua.

• Derivaciones entre subcuencas.

Probemática representación demanda

29 IRD

Ejemplo de Espacialización del

estudio UICN-FONAG 2008

• Puntos de Concesiones de Riego


30

IRD

1.3 Ejemplo del San Pedro


31 IRD

Agrupación yEspacialización


32

IRD

Ejemplo Representación del estudio UICN-FONAG 2008

• Reclasificación de la cobertura vegetal.• Multiplicación de Eto por los Kc.• Al mes de mayor requerimiento se le asigna la suma de los

caudales concesionados, los otros varían en función de su Etp.

02468

101214161820

Enero

Febrero

Marzo AbrilMayo

Junio Ju

lio

Agosto

Septiembre

Octubre

Noviembre

Diciembre

San PedroPita

Machángara

PisqueGuayllabamba Medio

Guayllabamba Bajo

Representación estacional

33 IRD

Ejemplo representación en WEAP de una Variación Estacional


34

IRD

Ejemplo del Esquema WEAP de presentación del San Pedro - Pita


35 IRD

• Esta representación es independiente de variables climáticas (precipitación, temperatura, viento, etc.) áreas de las zonas de riego, así como características de suelo y cobertura vegetal.

• Solo considera un caudal medio anual.• La demanda de agua no varía a lo largo de los años, lo cual

implica que no habrían años secos, en los cuales debería variar la demanda.

• El retorno de agua hacia los causes de los ríos es predefinido.

Desventajas

Ventajas

• Muy simple de representar


36

IRD

Ejemplo de modelación en WEAP de la Demanda de Riego

Representación con balance hídrica

37 IRDEjemplo de representación en WEAP de un catchment de Riego


38

IRD

• El caudal de retorno no es predefinido.• Considera variables climáticas (precipitación, temperatura, viento,

etc.) áreas de las zonas de riego, así como características de suelo y cobertura vegetal.

Ventajas

Desventajas

• No se puede definir directamente las concesiones dentro de un Catchment.


IRD

Representación de la demanda con variación estacional de las concesiones y con Balance Hídrico

Representación mixta

40

IRD

Afinar los parámetros de la demanda

• Analizar el funcionamiento de las infraestructuras de captación asícomo la variabilidad y la evolución de caudales realmente derivados en zonas piloto ubicadas en las cuencas del Pita y San Pedro

• Estudio IRD-INERHI 1993 => ZARI 01 = 2,8 m³/s, ZARI 04 = 2,7• Estudio UICN-FONAG 2008 => ZARI 01 = 5,9 m³/s, ZARI 04 = 2

• => metodología• Recopilación de los datos existentes: Infraestructura, Caudales

derivados, Características de usos => Estudio IRD-INERHI 1993• Verificación del inventario anterior por:

- Recorrido de campo - Análisis de imágenes satelitales.

• Observación de los caudales derivados realmente en bocatomas • Instalación de regletas a la entrada de los perímetros de riego • Aforos simultaneo en tramos representativos

IRD Fuente: Codecame, Valenzuela 2005

0.4%1.0%0.6%45.1%5.5%47.3%365.63total

0.7%0.2%0.3%34.1%9.2%55.4%198.93San Pedro

0.0%2.0%0.9%58.2%1.2%37.7%166.69Jambeli

UrbanoTierra erosionada

Plantacion forestalParamosBosqueAgricolaArea

(km2)

Covertura de suelos - 1956

IRD Fuente: Codecame, Valenzuela 2005

2.6%2.9%3.1%27.3%4.7%59.4%365.63total

4.7%2.2%1.4%23.3%8.3%60.1%198.93San Pedro

0.1%3.7%5.1%32.1%0.4%58.6%166.69Jambeli


Plantacion forestalParamosBosqueAgricolaArea

(km2)


IRD

3.4%1.4%3.1%25.8%7.3%59.0%375.66total

6.3%0.7%3.2%20.8%10.7%58.7%202.570San Pedro

0.0%2.2%3.1%31.7%3.3%59.4%173.086Jambeli


Plantacion forestal

ParamosBosqueAgricolaArea(km2)

Fuente: TNC-FONAG 2007


IRD

Caracterización de las subcuencas

45

• Procesar y corregir los datos del SIG de los rios

IRD


46

• Identificar los puntos de manejo y control, los cuales incluyen todos los puntos de la cuenca donde existe medición de caudales, reservorios existentes o futuros, lagunas naturales manejadas para producción hidroeléctrica, puntos de extracción de agua hacia canales, y puntos de retorno de agua desde canales

• => definición de las subcuencas

IRD


47

• El área de cada subcuenca aguas arriba de los puntos de manejo se intercepta con las bandas de elevación y con las capas de cobertura vegetal.

• Cada subcuenca/banda de elevación es representada en WEAP como un objeto hidrológico denominado catchment.

• Cada catchment se representa con su área distribuida en porcentajes de cobertura de suelo

IRD


48




IRD


49




IRD

Calibrar los parámetros de los modelos oferta demanda de 1963 hasta 2006 al nivel mensual en subcuencas altas en la zona pilota de Pita y San Pedro

Objetivos a corto plazo

50

IRD

Objetivos a corto plazo

51

• Experimentar varias maneras de cortar el espacio de la cuenca

• Calibrar los modelos sobre toda la cuenca alta del Guayllabamba al nivel mensual de 1963 hasta 2006

IRD

Evaluación de los escenarios futuros

52

Global modeling

Regional downscaling

Rainfall & runoff

Impact analysis

How many simulations?

How to consolidate the results?

IRD

Cambio climático - indicadores

Muchos glaciares están desapareciendo en los Andes

53

2000 20051994Ejemplo Chacaltaya (Bolivia, 16°S) – © Bernard Francou

-1600

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Cum

ulat

ive

leng

th e

volu

tion

(m)

-400000

-350000

-300000

-250000

-200000

-150000

-100000

-50000

0

Cum

ulat

ive

area

evo

lutio

n (m

²)

antizana 15Aantizana15byanamareybroggipastoruriuruashrajuCajapZongo (area)Charquini-S (area)Chacaltaya (area)

Retiro de 10 glaciares en los Andes (1940-2004) Bolivia,

Peru, Ecuador

Fuente Francou & al 2007

IRD

Cambio climático - Retos

Reciente estudio del IPCC =>• Aumento de la temperatura >> aumento de la ET >> aumento de

la demanda en periodos secos.• Aumento P y Q media anual en latitudes altas y en areas tropicales

húmedas - reducción en latitudes medias• Acentuación de los contrastes y de los fenómenos extremos :

extensión de las areas de sequias, aumento de frecuencia de las canículas y fuertes precipitaciones.

• Disminución de las reservas de agua contenidas en glaciare y cuberturas de nieve

• Riesgo de extinción de 20% o 30% de las especies de plantas y animales

54

IRD

Discusión

Afinar los datos, sobre todo de usos de riego

Mejoramiento de la representación glaciar?

Necesidad de otra conceptualización del

funcionamiento de los páramos? Datos? Colaboraciones?

Extensión atoda la zona del Antizana

=> Proyectos PRAA, EMAAP=> disponibilidad de datos?

55Cotopaxi

Cayambe

Antisana

IRD

Herramientas y retos de la GIRH

• Elaboración de escenarios de tendencias o crisis (oferta, demanda) por uso de modelos de previsión (plurianual o estacional) tanto en ciencias físicas como en sociales

• Uso de modelos de simulación para (1) examinar las consecuencias de los escenarios (2) verificar la eficiencia de las medidas correctivas (reglas, nuevas obras, …).

• Uso de modelos de comportamiento como soporte de concertación y resolución de conflictos.

• Concertación entre organizaciones de gestión, entidades científicas y universidades, para elaborar modelos adaptados, sus usos convenientes y la capacitación del personal técnico

56

IRD

Herramientas y retos de la GIRH

Evaluación de las dinamicas de las demandas

Evaluación de los escenarios futuros

Evaluación de las dinamicas de los recursos

GESTIÓN

OBRAS HIDRAULICAS

CUENCAS USOS

Impactos

AportesPartición y

distribución

Retornó

Ofertas

Demandas

Contexto tecnológico y socio-económico

Clima, precipitaciones,evaporaciones

BASES DE DATOSINSTITUCIONES

SIRH

BD local Mapas Web

Admin

Internet Usuario

57 IRD

Study DefinitionSpatial Boundary System ComponentsTime Horizon Network Configuration

EvaluationWater Sufficiency Ecosystem RequirementsPollutant Loadings Sensitivity Analysis

Current AccountsDemand Pollutant GenerationReservoir Characteristics Resources and SuppliesRiver Simulation Wastewater Treatment

ScenariosDemographic and Economic ActivityPatterns of Water Use, Pollution GenerationWater System InfrastructureHydropowerAllocation, Pricing and Environmental PolicyComponent CostsHydrology

Proceso de los estudios

IRD


59 IRD


6060

60

IRD

References

• Ayabaca, E., “Agua Potable para el Distrito Metropolitano de Quito hasta el año 2055”, Primer congreso internacional en Agua Potable y Saneamiento, 27, 28 et 29 sep. 2006, Ibarra, Ecuador, (2006), 26 p.

• De Bievre, B., Coello, X., “Caracterización de la demanda hídrica”, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hidricos en la Hoya de Quito, UICN-Sur, Ecuador, ago. 2007, 33 p.

• De Bievre, B., Coello, X., De Keizer, O., Maljaars, P., “Modelo hidrológico de la hoya de Quito”, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hidricos en la Hoya de Quito, UICN-Sur, Ecuador, feb. 2008, 31 p.

• Fossati O., Calvez R., 2006. Requerimientos cientificos para caudales ecologicos en rios del sistema Papallacta, Ecuador, Rapport IRD, Montpellier, 10-juil-2006, 22 p.

• Francou, B. & Vincent, C., “Les glaciers à l'épreuve du climat”, coédition IRD / Belin, ISBN 9782701146416, (2007), 276 p.

• Mafla, E., “Evaluación de los Requerimientos para el Sistema de Información sobre Recursos Hídricos”, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hidricos en la Hoya de Quito, UICN-Sur, Ecuador, 2007, 25 p.

• Pouget J.C., 2008. Construcción orientada a objetos de modelos de apoyo a la gestión de los recursos hídricos. IV Jornadas de Ingeniería de Sistemas Informáticos y de Computación - ISIC 2008, Hotel Quito, 14 noviembre 2008, 9 p. (published junio-2009)

• Pouget J.C., Calvez R., Le Goulven P., Lloret P., Villacis M., 2008. Challenges of water resources planning in the Andes - The case of Quito in Ecuador. XIIIth World Water Congress, Montpellier, France, 1-4 September 2008, 14 p.

• Villacis, M., “Ressources en eau glaciaire dans les Andes d’Equateur en relation avec les variations du climat : Cas du volcan Antisana”, Thèse Université Montpellier 2, (2008), 219 p.

• Yates, D., Sieber, J., Purkey, D., Hubert-Lee, A., “WEAP21 – A demand-, priority-, and preference-driven, water planning model”, Water International, Vol. 30, No. 4, (2005), p. 487-500.

61

Documents

Quito, 15 de setiembre 2009 IRD 2 · Daniela Vallejos (2008) => cf. presentación Cadier jun-2009 => trabajo Ruben Basantes PRAA => otros limites: 1965? 1993? … Datos meteo precipitacion: