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HERRAMIENTAS PARA TOMAR DECISIONES ROBUSTAS EN LA PLANIFICACIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS, INCORPORANDO ESCENARIOS DE CAMBIO CLIMÁTICO

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Paso 3: Construya el Modelo

El tercer paso se subdivide en 4 etapas, las cuales desarrollaremos en las siguientes páginas.

  1. Búsqueda y recopilación de información
  2. Sistematización y procesamiento de datos
  3. Desarrollo del modelo WEAP
  4. Calibración del modelo

Temas para profundizar:

Fuentes de datos hidrometeorológicos

Las agencias estatales que brindan servicios climáticos son las instituciones competentes de la gestión de información meteorológica e hidrológica, salvo algunas excepciones. Estos se encargan de la operación y mantenimiento de la red nacional de estaciones; centralizan, procesan y divulgan la información; norman y regulan la instalación, operación y mantenimiento de las estaciones mencionadas, entre otras. En Colombia es el IDEAM quien realiza las funciones mencionadas y en Perú el SENAMHI para temas climáticos y la ANA en la gestión del agua. Estas instituciones administran un archivo nacional de información, que generalmente tiene acceso limitado.

Aunque en los casos de Chira-Piura y Quilca-Chili se utilizó la información oficial que brinda el SENAMHI y la ANA, en casos como Chinchiná en Colombia se utilizaron también otras fuentes de información tales como la Central Hidroeléctrica de Caldas (CHEC) y la del centro de investigaciones del café de Colombia (CENICAFE).

Además, existen otras fuentes de información hidroclimática de libre disponibilidad que se encuentran en la web y que aportan en el conocimiento de la información existente en la zona del proyecto; el empleo de dicha información demanda que el usuario tome las debidas seguridades y asuma la responsabilidad de su uso.

Cuadro 7: Fuentes de información hidroclimática en la web

Institución

Descripción de la información obtenida

Tutiempo Network, S.L.

· Información climática en más de 9000 estaciones de todos los países del mundo.

· Medias anuales, medias mensuales e información histórica a nivel diario.

AccuWeather

Información horaria y minuto a minuto del tiempo a nivel global.

International Research Institute for Climate and Society

Almacén de datos a nivel global de libre disponibilidad. Contiene datos estacionales, mensuales, promedios de 5 días y en algunos casos diarios.

AQUASTAT

Es una herramienta de información climática que ofrece datos sobre la latitud, la longitud y la altura de la localidad escogida y las variables climáticas (precipitación, número de días de lluvia, Temperatura ºC, otros).

Plataforma agroclimática cafetera de Cenicafé

Actualmente, se puede acceder, en tiempo cercano al real, a las variables climáticas monitoreadas por estaciones automáticas distribuidas en la zona cafetera colombiana

Sistema de Información Ambiental Marina (SIAM)

Información hidrológica de apoyo a la investigación y la gestión marina y costera.

Sistema Nacional de Información Ambiental (SINIA), Perú

No se ha podido establecer la conexión.

Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI), Perú

· Relación de estaciones hidroclimatológicas de la red nacional

· Condiciones del tiempo actual

· Análisis del clima y su variabilidad

Sistema Nacional de Información de los Recursos Hídricos (SNIRH), Perú

Fuentes de agua, hidrometría, pluviometría, niveles de embalses, disponibilidad hídrica, etc.

Fuente: Silva Y., 2014

Modelos hidrológicos

Un modelo hidrológico es una representación simplificada de los fenómenos que ocurren durante el ciclo hidrológico tales como precipitación, evaporación, escorrentía y otros (Chow et al., 1994). El modelo representa el sistema hidrológico en forma abstracta, mediante un conjunto de ecuaciones que relacionan las variables de entrada y de salida. Estas variables pueden ser funciones del espacio y del tiempo, y también pueden ser variables probabilísticas o aleatorias que no tienen un valor fijo en un punto particular del espacio y del tiempo.

Flores et al. (2012), afirman que existen diferentes tipos de modelos hidrológicos y de gestión. Estos modelos simulan los componentes terrestres del ciclo hidrológico utilizando como datos de ingreso (inputs) los datos climáticos y las características de una cuenca, dando como resultado (outputs) otro grupo de variables tales como el caudal en el río o la recarga de acuíferos. Los modelos de lluvia-escorrentía pueden también suministrar información sobre evapotranspiración, cambio en la humedad en el suelo, escorrentía superficial y carga de contaminantes (Ver Cuadro 8). La muestra este sistema y detalla las entradas y salidas de información del modelo.

Figura 11: Sistema del modelamiento hidrológico

Figura 11: Sistema del modelamiento hidrológico

Fuente: Flores et. al., 2012

Actualmente los modelos hidrológicos pueden constituir una herramienta para el apoyo en la toma de decisiones. Existen tres retos clave que los planificadores de recursos hídricos enfrentan para la planeación en la identificación y manejo del riesgo al cambio climático. Primero, el impacto potencial del cambio climático debe ser reflejado en las herramientas de planeación usadas para evaluar el manejo del recurso agua. Segundo, el marco de planeación debe reconocer apropiadamente la incertidumbre que el cambio climático introduce. Finalmente, para desarrollar una estrategia exitosa de manejo para mejorar el desempeño del sistema, el marco debe evaluar estrategias dinámicas que pueden incluir acciones a corto plazo y acciones diferidas que pueden ser implementadas según las condiciones lo permitan. El presenta una lista de modelos hidrológicos que se pueden emplear con este fin.

A diferencia de otros modelos de recursos hídricos típicos basados en modelación hidrológica externa, WEAP es un modelo forzado por variables climáticas, capaz de incorporar modelos generales de circulación regionalizados a escala de cuenca. Por estas características, WEAP permite realizar estudios de cambio climático, en los que estima cambios en la oferta de agua (cambios proyectados en la precipitación, por ejemplo) y en la demanda de agua (cambios en la demanda por evaporación en cultivos por ejemplo), los cuales producirán un balance de agua diferente a nivel de cuenca[1].

Además de simular los cambios en el clima, WEAP ofrece la posibilidad de analizar un amplio rango de temas e incertidumbres a las que se ven enfrentados los planificadores de recursos hídricos: las condiciones de la cuenca, las proyecciones de demanda, condiciones regulatorias, objetivos de operación e infraestructura disponible.

Cuadro 8: Modelos hidrológicos

Modelos

Descripción

Aplicación

WEAP[2]

Water Evaluation and Planning system

(Sistema de evaluación y planeación de agua)

Desarrollado por Stockholm Environmental Institute (SEI), WEAP es una herramienta de modelación para la planificación y distribución de agua. Apoya la planificación de recursos hídricos realizando un balance de la oferta de agua (generada a través de módulos físicos de tipo hidrológico a escala de subcuenca) con la demanda de agua, caracterizada por un sistema de distribución de variabilidad espacial y temporal con diferencias en las prioridades de demanda y oferta.

—  Planificación a alto nivel, a escalas locales o regionales

—  Manejo de demanda

—  Distribución de agua

—  Evaluación de infraestructura

—  Incorpora el cambio climático en su análisis

SWAT

Soil and Water Assesment Tool

Herramienta de evaluación de suelos y agua

SWAT es un modelo continuo de tiempo (conformado a largo plazo), que no está diseñado para simular un solo acontecimiento de flujo detallado. Requiere información climática específica, propiedades de suelos, topografía, vegetación y prácticas de manejo de tierra que acontecen en las cuencas para analizar estas como datos de entrada. Modela procesos físicos asociados con el movimiento del agua, de sedimentos, crecimiento de cultivos, ciclo de nutrientes, etc.

Puede predecir los efectos que tienen las distintas decisiones de manejo en la calidad del agua, sedimentos, nutrientes y cargas de pesticidas en cuencas sin monitoreo. Considera complejos constituyentes de la calidad del agua.

· Precipitación-escorrentía, ruteo en el río a escala temporal diaria.

· Se enfoca principalmente en el suministro del balance de aguas.

MODSIM[3]

Este modelo tiene la capacidad de incorporar simultáneamente la complejidad física, hidrológica y los aspectos institucionales y administrativos del manejo de una cuenca, incluyendo los derechos de agua. Fue desarrollado inicialmente por el doctor John Labadie  de la universidad de Colorado  State (CSU) en la mitad de los años 70’s y ha sido utilizado en diversas partes de mundo.

· Permite simular una gran variedad de sistemas de configuración de red de cauces y condiciones de operación.

· Modela Cauce – Acuífero

· Análisis de los derechos de agua en el curso natural y almacenamientos

Hydro - BID[4]

El Hydro-BID utiliza la estructura de los datos y las topologías de red de cuencas y corrientes de la AHD. Éste incorpora datos de uso de tierras, tipos de suelos, precipitaciones y temperatura dentro del área de estudio, así como los flujos de corrientes observados para usarlos en calibración. La salida se genera como una serie de tiempo de proyecciones de flujos de agua, en escala diaria o mensual. El sistema tiene una interfaz de usuario para aceptar la entrada/input del modelo, así como también para mostrar un resumen gráfico y tabular de los outputs

El Sistema de simulación Hydro-BID incluye módulos de análisis hidrológico y climático para estimar la disponibilidad (volúmenes y caudales) de agua dulce a escalas regional, de cuencas y de sub-cuencas. Incluirá también los análisis económicos y las herramientas de soporte de decisiones para estimar los costos y beneficios de las medidas de adaptación y ayudar a los responsables de tomar decisiones en escoger entre diseños alternativos de proyectos de infraestructura así como entre políticas de gestión de recursos hídricos.

MIKE SHE[5]

MIKE SHE es uno de las pocas herramientas de modelización integrada aguas superficiales/acuíferos. MIKE SHE incluye modelos de procesos para flujo superficial, flujo en zona no saturada, evapotranspiración basada en la vegetación, flujos subterráneos, y flujo en canal totalmente dinámico. Es un marco de modelización modular que incluye tanto procesos simples como los procesos más avanzados

· Hidrología integrada de cuencas

· Uso conjunto de aguas subterráneas y superficiales

· Gestión de riesgos y sequías

· Gestión y restauración de humedales

· Gestión de llanuras de inundación

· Inundación inducida por aguas subterráneas

· Uso de suelos y cambio climático

· Recuperación de aguas subterráneas.

El modelo WEAP

El modelo WEAP (Water Evaluation and Planning System) es un instrumento diseñado para la planificación de recursos hídricos, balanceando la oferta de agua la cual es generada a través de modelos físicos de tipo hidrológicos a escala de cuenca; con la demanda de agua la cual es representada por un sistema de distribución de variabilidad espacial y temporal con diferencias en las prioridades de demanda y oferta. Y como se mencionó anteriormente, WEAP es un modelo forzado por variables climáticas y está diseñado para distribuir el agua entre los diferentes usos, es por eso que tiene las condiciones para incluir en el modelamiento el cambio climático, así como la oferta y demanda condicionada por éste.

Actualmente, WEAP permite escoger entre 5 métodos de simulación de procesos hidrológicos, que son:

  • Irrigation demand only (simplified coefficient method)
  • Lluvia-Escorrentía (método del coeficiente simplificado)
  • MABIA método[6] (FAO 56, Kc dual)
  • Crecimiento de las plantas (diario, CO2, efectos del estrés en el agua y la temperatura) y
  • Lluvia-Escorrentía (Método de humedad de suelo) o método de humedad de suelo (en español).

Cada uno de ellos tiene distintas capacidades, de manera que, puedan ser útiles a diversas condiciones, tanto climáticas, geográficas y de gestión de los recursos hídricos para determinada zona de estudio.

 

Para el caso de las cuencas Chira-Piura y Quillca-Chili, el método empleado para el modelo WEAP fue el de Humedad de suelo porque representa mejor las condiciones de dicha cuenca.  Este método exige más cantidad de información (climática, geográfica, infraestructura hidráulica y reglas de operación), pero se considera que representa mejor el comportamiento hidrológico y de gestión de los recursos hídricos.

La estimación de los componentes del balance hidrológico se realiza en cada una de las unidades espaciales básicas que deben identificarse en el modelo. Estas unidades básicas de modelación se denominan “catchments”, son subcuencas y deben ser delimitadas (UCC-SEI, 2009). En la Figura 12 se observan los elementos hidrológicos que emplea WEAP para realizar el método de humedad de suelo.

El proceso se realiza en cada catchment, el cual es dividido en dos capas de suelo. En la capa superior del suelo se simula la evapotranspiración considerando la irrigación tanto en sectores agrícolas como en los no agrícolas, el escurrimiento y el interflujo poco profundo, así como cambios de humedad en la tierra. Este método permite la caracterización del uso de la tierra y/o tipos de impactos en el proceso del suelo. El flujo base del río y los cambios de humedad en el suelo son simulados en la capa más baja.

  

Figura 12: Elementos hidrológicos modelados en WEAP

Figura 12: Elementos hidrológicos modelados en WEAP

Fuente: UCC, SEI, 2009

 

[1] Guía metodológica para la modelación hidrológica y de recursos hídricos con el modelo WEAP. UCCH-SEI, 2009.

[2] UCC-SEI, 2009

[3] Modelos matemáticos en hidrología, UNALM, 2004.

[4] Banco Interamericano de Desarrollo, Departamento de infraestructura y medio ambiente, 2014.

[5] Introducción a la modelización distribuida mediante MIKE SHE, Luis de Celis, 2012.

[6] Deriva de una serie de herramientas de software desarrolladas por un centro de investigación en Túnez

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