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Herramientas de Decisión para
Evaluar Vulnerabilidades y
Estrategias de Adaptación al
Cambio Climático
Sector Recursos Hídricos
Sebastián Vicuña
University of California, Berkeley/SEI
CGE Hands-on Training Workshop on V&A Assessments for the Latin
America and the Caribbean Region
Asunción, Paraguay, 14-18 August 2006
Presentación
 Adaptación y Vulnerabilidad con respecto a
los recursos hídricos.
 Implicancias del cambio climático para los
recursos hídricos
 Herramientas/Modelos
 Presentación del Modelo WEAP
 Rol de Análisis Multi-Criterio (AMC)
Evaluación Efectiva de V&A
 Definiendo una evaluación de V&A
 A menudo V&A en el sector hídrico se enfoca
mas en el análisis que en la evaluación
 Por qué? Porque el enfoque se hace en los
impactos biofísicos, Ej.: respuesta
hidrológica, producción de cosecha, uso de
tierra, etc.
 Sin embargo la evaluación es un proceso
integrado que requiere la interfaz de la
ciencias físicas y sociales y las políticas
públicas.
 Preguntas generales
 Que es lo que la evaluación esta tratando de
influenciar?
 Como puede ser mas efectiva la interfaz
ciencia/política?
 Como podrían los participantes ser más eficientes
en el proceso?
 Problemas
 Los participantes llegan con objetivos/experiencias
distintas.
 Estas diferencias a menudo llevan al disentimiento
/diferencias de opinión - aquí es cuando MCA puede
ayudar en la priorización
Evaluación Efectiva de V&A
(continuación)
Evaluación Efectiva de V&A
(continuación)
 Para que tenga valor, el proceso de evaluación requiere de:
 Relevancia
 Credibilidad
 Legitimidad
 Participación Consistente
 Un proceso Interdisciplinario
 El proceso de evaluación a menudo requiere de una
herramienta
 La herramienta es usualmente un modelo o serie de
modelos
 Estos modelos sirven como interfaz
 Esta interfaz es un puente para el diálogo entre científicos y
los políticos.
El Sector de Recursos Hídricos
Los distintos usos del Agua
Cantidad de Agua
Calidad del Agua
Temporalidad de los flujos
Regulación
Agua para la agricultura
Agua para los hogares
Agua para la industria
Agua para naturaleza
Agua para recreación
Recursos de Agua desde la
Perspectiva de Servicios
 No solo una evaluación de las
relaciones entre lluvia y escorrentía
(caudal en los ríos)
 Sino que mas bien una evaluación de
los impactos potenciales del
calentamiento global en los bienes y
servicios que proveen los sistemas de
agua dulce
Recursos de Agua- Un Sector
Crítico de V&A
 Debe considerar tanto los sistemas
manejados como los naturales
 Actividades humanas afectan ambos
sistemas
Ejemplo: Agricultura Ejemplo: Humedales
Sistema naturalPresión
Externa
Sistema de Estado
Poco control del Proceso
Sistemas
Manejados
Presión
Externa Producto,utilidad/bien
o servicio
Proceso de Control
“Presiones Externas” Hidrológicas
relacionadas al Cambio Climático
 Cantidad de Precipitación
 Incremento del promedio global
 Diferencias regionales marcadas
 Aumento de la Temperatura
 Cambio en la temporalidad de los flujos
 Retirada de glaciares
 Frecuencia e intensidad de Precipitación
 Menor frecuencia, mayor intensidad (Trenberth et al.,
2003)
 Evaporación y transpiración
 Incremento en la evaporación total
 Complejidades regionales debido a las interacciones
de planta/atmósfera
Presiones Específicas:
Escorrentía Anual
Arnell., 2003
Cambios en la escorrentía anual (escenario A2)
Presiones Específicas:
Escorrentía Anual
Arnell., 2003
Cambios en la escorrentía anual (escenario A2)
Cambios en la escorrentía anual (escenario A2)
Presiones Específicas:
Escorrentía Anual
Arnell., 2003
Presiones Específicas: temporalidad
de los caudales
Stewart et al., 2004
Tendencia en la temporalidad de caudales en el Oeste
de América del Norte
Analogía con el Oeste en América del Norte
http://plasma.nationalgeographic.com/mapmachine/index.html
Analogía con el Oeste en América del
Norte
http://plasma.nationalgeographic.com/mapmachine/index.html
Presiones Específicas: temporalidad
de los caudales
0
50
100
150
200
250
OCT NOV DEC JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP
Flujo(TAF)
Flujo Historico Flujo con CC Demanda
Flujos
desperdiciados
Flujos
inexistentes
Primavera/Verano
Cambios en los caudales en ríos en el Oeste
Americano bajo Cambio Climático
Presiones Específicas:
Retirada de glaciares
Comunicación Nacional del
Perú a la UNFCCC
Francou et al., 2000
Retroceso del glaciar Broggi
Glaciar en 1979 y 1997
Fluctuación del frente de 4 glaciares en Perú
Evolución del glaciar Chacaltaya (Bolivia)
Presiones Específicas:
Retirada de glaciares
 Los flujos en épocas secas dependen de las aguas de
deshielo
 Probable disminución de volúmenes y llegada mas
temprana de flujos
 Implicaciones en la producción de hidroelectricidad,
demandas agrícolas, calidad de agua en los ríos, y
necesidades de los ecosistemas
Presiones Específicas:
Condiciones Climáticas Extremas
 El impacto de la variabilidad climática (El Niño/Niña
Oscilación Sur) en la disponibilidad de agua y todos los
sectores económicos en varios países de la región. (e.g.
Perú, Ecuador, América Central) (IPCC 2001).
 Algunos modelos climáticos indican mayor frecuencia en
condiciones climáticas tipo El Niño con incremento de
las concentraciones de gases de efecto invernadero.
(Meehl y Washington 1996; Trenberth y Hoar, 1997).
Presiones Específicas:
Condiciones Climáticas Extremas
Arnell., 2003
Cambios en los extremos para los 2050s, bajo HadCM3
Presiones Específicas:
Condiciones Climáticas Extremas
Arnell., 1999
Cambios en los extremos para los 2050s, bajo HadCM3
Ejemplos de Adaptación en
los Recursos Hídricos
 Construcción/modificación de la Infraestructura
física
 Revestimiento de Canales
 Canaletas/Conductos cerrados en vez de canales
abiertos
 Integrando reservorios separados dentro de un solo
sistema
 Incrementar la altura de la pared de la presa
 Incremento del tamaño del canal
 Remoción de los sedimentos de los reservorios para
un mayor almacenamiento
 Transferencia de agua entre cuencas
Ejemplos de Adaptación en
los Recursos Hídricos (continuación)
 Manejo adaptable de los sistemas
existentes de suministro de agua
 Cambio en las reglas de operación
 Uso conjuntivo de las reservas de agua
superficiales y subsuperficiales
 Sistema de operación de reservorios
físicamente integrados
 Suministro/demanda coordinada
Ejemplos de Adaptación en
los Recursos Hídricos (continuación)
 Políticas, conservación, eficiencia y tecnología
 Doméstica

Re-utilización de agua residencial y municipal

Reparación de pérdidas

Recolección de agua de lluvia para uso no potable

Aparatos de bajo consumo

Sistema de suministro dual (potable y no potable)
 Agrícola

Temporalidad de irrigación y eficiencia

Revestimiento de canales, cierre de conductos

Drenaje re utilizado, utilización de desperdicios de
efluentes del agua.

Cultivos de alto valor con bajo consumo de agua

Sistema riego por goteo, micro-spray, baja energía,
aplicación precisa de sistemas de irrigación

Cosechas con tolerancia a la sal que pueden utilizar
agua drenada
Ejemplos de Adaptación –
Suministro de Agua (continuación)
 Políticas, conservación, eficiencia y tecnología
(continuación)
 Industria

Re utilización de agua y reciclado

Cierre de ciclo y/o enfriamiento del aire

Turbinas hidroeléctricas más eficientes

Pozos de enfriamiento, torres humedecidas y torres secas
 Energía hidroeléctrica

Re operación del Reservorio/Embalse

Cogeneración (uso beneficiario del calor de los flujos de
descarga)

Reservorios adicionales y estaciones hidroeléctrica

Baja velocidad de cabecera del río de la planta hidroeléctrica

Transferencias a otras actividades impulsados por efectos de
precios del mercado.

Utilizar el precio del agua para cambiar el uso del agua entre
sectores
Herramientas para el Estudio
de V&A de Recursos Hídricos
 Que herramientas están disponibles para
entender las vulnerabilidades de los
recursos hídricos y para evaluar posibles
estrategias de adaptación?
 Como pueden los actores locales
comprometerse en estos procesos?
Tipos de Modelos de Recursos
Hídricos
 Hidráulico: modelos de procesos biofísicos que
describen el flujo en ríos, inundaciones entre otros
 Hidrología: procesos que relacionan precipitación y
escorrentía
 Planificación: modelos de los sistemas de recursos
hídricos
Que modelo?...
Que preguntas esta tratando de responder?
Modelo Hidráulico
 Preguntas criticas
 Cuan rápido, cuan profundo fluye el río (efectos de
inundaciones)
 Como los cambios en el caudal y la morfología de los
canales impactan el transporte de sedimentos y los
servicios que provee (habitas para peces, recreación,
etc.).
Modelo Hidrológico
 Preguntas criticas
 Como es la relación entre precipitación y caudal en
el río?
 Cuales son los caminos que sigue el agua a través
de la cuenca?
 Como afectan estos movimientos la magnitud,
temporalidad, duración y frecuencia de caudales en
el río, así como la calidad de las aguas?
Modelo de Planificación
 Preguntas criticas
 Como deber ser distribuida el agua entre varios usos en
momentos de déficit?
 Como deben restringirse las operaciones de los sistemas para
proteger los servicios que provee el río?
 Como debe operarse la infraestructura en el sistema (ej,
reservorios/embalses, obras de extracción de agua) para lograr el
máximo beneficio (económico, social, ecológico)?
 Como cambian la distribución, operación y restricciones de
operación si nuevas estrategias de manejo son introducidas al
sistema?
Operacionales e hidráulicos
HEC
 HEC-HMS – lluvia-escorrentía
en base a evento (provee de
información a HEC-RAS para
hacer mapeos 1-d de
inundación)
 HEC-RAS – una dimensión
flujo intransiente o transiente
 HEC-ResSim – modelación de
operación de embalses
WaterWare
RiverWare
MIKE11
Delft3d
Herramientas para usar en la Evaluación:
Modelos de Agua Referenciales
Modelos Hidráulicos
HEC-HMS escala de
cuenca, simulación
hidrológica en base a
evento, de los
procesos lluvia-
escorrentía
 Procesos lluvia-
precipitación de
corta duración para
pequeñas cuencas
 Gratis, se puede
bajar de la web
Herramientas para usar en la Evaluación:
Modelos de Agua Referenciales (continuación)
Planificación/hidrología
 WEAP21
 Aquarius
 SWAT
 IRAS (Interactive
River and Aquifer
Simulation)
 RIBASIM
 MIKE 21 and BASIN
Enfoque Actual – Implicancias del Cambio
Climático en la Planificación e Hidrología
 Modelos de planificación/hidrología
seleccionados: deben poder usarse en un
PC, con amplia documentación, facilidad de
uso, gratis (o gratis para los países en
desarrollo) …
 Aquarius
 SWAT (Soil Water Assessment Tool)
 WEAP21 (Water Evaluation and Planning)
Modelos de Manejo de Aguas
e Hidrológicos/Físicos
 Ventaja de AQUARIUS:
Posee criterios de
eficiencia económica para
redistribuir los flujos en el
río hasta que los retornos
marginales para todos los
usos del agua sean iguales
 No puede recibir
información climática
directamente – los caudales
deben ser prescritos por el
usuario
 Enfoque económico
Modelos de Manejo de Aguas
e Hidrológicos/Físicos (continuación)
 Ventaja de SWAT: 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 lado de suministro del
balance de aguas
Modelos de Manejo de Aguas e
Hidrológicos/Físicos (continuación)
Ventaja de WEAP21:
Integra sin quiebres los
procesos hidrológicos en la
cuenca con el sistema de
manejo de recursos
hídricos
 Puede recibir directamente
información climática
 Basado en una visión holística
e integrada del manejo de los
recursos de agua (integrated
water resources management
-IWRM) – oferta y demanda de
agua
Vision General de WEAP
Hidrología y planificación
Ejemplos y ejercicios en la
planificación para la
distribución de agua
Escenarios
Agregando hidrología al
modelo
Interfaz con el Usuario
Escala
Datos requeridos y recursos
Calibración y validación
Resultados
Licencia y registro
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WEAP y la Planificación
 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
Usos de WEAP
 Investigación de Políticas
 Distribuciones de agua alternativos
 Cambio Climático
 Cambio en el uso de tierra
 Planificación de la Infraestructura
 Construcción de Capacidad
 Negociación
 Participación de los distintos actores
Las capacidades de WEAP
 Lo que puede hacer
 Planificación a alto
nivel a escalas locales
o regionales
 Manejo de demanda
 Distribución de agua
 Evaluación de
infraestructura
Lo que no puede hacer
 Operaciones a escalas
menores que diarias
 Optimización de la
oferta y demanda (ej.
minimización de costos
o maximización de
bienestar social)
Un Sistema Simple en
WEAP21
60
40
Una restricción en la
infraestructura
70
30
10 Insatisf.
Una restricción regulatoria
70
30
10 Insatisf.
RI Satisf.
0
40
60
10 Insatisf.
Diferentes Prioridades
Por ejemplo, la demanda
de grandes productores (70
unidades) puede ser la
Prioridad numero 1 en un
escenario, mientras que
las demandas de menores
productores (40 unidades)
puede ser la Prioridad
numero 1 en otro
escenario..
30
10
90
0
Diferentes Preferencias
Por ejemplo un usuario
central puede preferir
tomar agua desde un
tributario debido a
menores costos de
bombeo
WEAP es conducido por los
Escenarios
 El editor de escenario realmente acomoda los
análisis de:
 Escenarios de Cambio Climático y supuestos
 Supuestos en las demandas futuras
 Supuestos en los futuros desarrollos de la cuenca
Futuro y Escenarios: Por que?
 Escenarios: una manera sistemática de pensar
acerca del futuro
 Para ganar un mejor entendimiento de las
posibles implicancias de las decisiones (o las no-
decisiones) a través de los distintas escalas
espaciales y temporales
 Para apoyar la toma de decisiones
Fuerzas Impulsoras
Demografía
• Numero de personas
• Urbanización
• Vejez
Economía
• Integración con la economía global
Social
• Aumento en la inequidad
• Pobreza persistente
Cultural
• Esparcimiento de valores de
consumismo e individualismo
• Reacción nacionalista y religiosa
Tecnología
• Tecnología de la computación y la
información
• Biotecnología
• Miniaturización
Medio Ambiente/Clima
• Aumento de los stress globales
• Degradación local
• Algo de remediación en los países
mas ricos
Instituciones
• Instituciones globales
• Gobiernos democrático
• Rol de la sociedad civil en la toma
de decisiones
Quienes son los Actores?
 Gobierno
 Sector Privado
 Sociedad Civil
 El Publico
 Granjeros ricos
 Granjeros pobres
 Urbes
 Ambientalistas
 O?
Considerar las Fuentes de
Incertidumbre
Ignorancia
El Entendimiento es limitado
Sorpresa
Lo inesperado y nuevo puede alterar las direcciones
Volición
Las decisiones humas importan
Pronostico y Mirada
Retrospectiva
?
?
A donde va la sociedad?
pronostico
retrospectiva
A donde queremos ir?
Como llegamos allá?
S t u d y D e f in it io n
S p a t ia l B o u n d a r y S y s t e m C o m p o n e n t s
T im e H o r iz o n N e t w o r k C o n f ig u r a t io n
E v a lu a t io n
W a t e r S u f f ic ie n c y E c o s y s t e m R e q u ir e m e n t s
P o llu t a n t L o a d in g s S e n s it iv it y A n a ly s is
C u r r e n t A c c o u n t s
D e m a n d P o llu t a n t G e n e r a t io n
R e s e r v o ir C h a r a c t e r is t ic s R e s o u r c e s a n d S u p p lie s
R iv e r S im u la t io n W a s t e w a t e r T r e a t m e n t
S c e n a r i o s
D e m o g r a p h ic a n d E c o n o m ic A c t iv it y
P a t t e r n s o f W a t e r U s e , P o llu t io n G e n e r a t io n
W a t e r S y s t e m I n f r a s t r u c t u r e
H y d r o p o w e r
A llo c a t io n , P r ic in g a n d E n v ir o n m e n t a l P o lic y
C o m p o n e n t C o s t s
H y d r o lo g y
Estructura de WEAP
Barra de
Menú
5 Vistas
Principales
You can click and drag elements of the
water system from the legend onto the
schematic directly.
Use the menu to do standard
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WEAP: Interfaz con el
Usuario
Idiomas:
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Se pueden crear múltiples escenarios y usar
esta ventana para cambiar entre ellos.
Uso de la
barra de Vistas
para cambiar
entre tus
análisi
sy resultados
La información esta organizada
en una estructura de árbol que-
se puede editar aquí
Tu información
aparece aquí
ya sea de
manera
grafica o
como tabla.
Entrar o editar
la información
tipeando aquí
Requerimientos de Datos
 WEAP le permite al usuario determinar el nivel
de complejidad deseado
 Dependiendo de las preguntas que tienen que
ser abordadas
 La disponibilidad de datos
Desde lo simple…
Hasta lo complejo….
Requerimientos de datos:
Oferta de Agua
 Oferta de agua definida por el usuario (caudal en
determinados ríos dados como series de tiempo)
 Series de tiempo de caudal en río (cabecera) m3
/s
 Red de ríos (conectividad)
 Alternativamente la oferta puede ser calculada a
través del modulo hidrológico (dejar que la cuenca
genere el caudal en el río)
 Atributos de la cuenca

Área, tipo cubierta. . .
 Climatología

Precipitación, temperatura, velocidad del viento, y
humedad relativa
Caudales y Demandas son
prescritas por el usuario
Dejar que el Clima Maneje la Hidrología
El Modulo Hidrológico
2-Baldes en WEAP
Smax
Rd
z1
Interflow =
f(z1,ks, 1-f)
Percolation =
f(z1,ks,f)
Baseflow =
f(z2,drainage_rate)
Et= f(z1,kc, , PET)
Pe = f(P, Snow Accum,
Melt rate)
Plant
Canopy
P
z2
L
u
Surface Runoff =
f(Pe,z1,1/LAI)
Sw
Dw
Existe un Modelo 2-Baldes
por tipo de Suelo
Marco Analítico de Hidrología
Integrada/Manejo de Aguas en WEAP21
Requerimientos de Datos:
Demanda
 Datos para la demanda de agua: multi-
sectorial
 Demanda municipal e industrial

Agregada por sector económico (manufactura,
turismo, etc.)

Desagregada por población (ej., uso por
persona, uso por grupo socioeconómico)
 Demandas en la agricultura

Agregado por área (# hectáreas, uso anual de
agua por hectárea)

Desagregado por requisitos para cada cosecha
 Demandas de los ecosistemas (caudales
mínimos ecológicos)
Requerimientos de datos (continuación)
Agricultura
Industria
Municipal
Algodón
Arroz
Trigo
...
Energía
Petróleo
Papel
...
Ciudad del Sur
Ciudad oriental
...
Irrigación
...
Enfriamiento
Procesos
Otros
Familia única
Multi-familiar
...
Tendido
Aspersión
Goteo
Standard
Eficiente
...
Cocina
Baño
Ducha
Toilet
...
SECTOR SUBSECTOR USO FINAL APARATO
Ejemplos donde encontrar Datos
Conocimiento local!
Clima
http://www.ncdc.noaa.gov/cgi-bin/res40.pl
http://ingrid.ldgo.columbia.edu/SOURCES/.NOAA/.NCDC/.GCPS/.MONTHLY/.STATION/
Hidrología (Global Runoff Data Center)
www.grdc.bafg.de
GIS
http://data.geocomm.com/catalog/
Recursos generales
www.weap21.org
Calibración y Validación
 Criteria para evaluar el modelo
 Caudales a lo largo del cauce principal y
tributarios
 Almacenaje en reservorio y descargas
 Trasvases de aguas desde otras cuencas
 Demanda y entrega de agua a la Agricultura
 Demanda y entrega de agua a los sectores
municipal e industrial
 Tendencia y niveles de agua almacenado en
los acuíferos
Modelando Caudal en Ríos
Mirando a los Resultados
Seleccione aquí los
resultados para ver,
incluyendo el escenario.
Cambie aquí las
unidades y sub
categorías de
resultados, y
cambie el estilo
del grafico
Seleccione aquí
el año
Y que hacer después?
 Como pueden usarse los resultados de
WEAP, o cualquier otro modelo de recursos
hídricos, ser organizados y analizados de
manera de priorizar y seleccionar las
estrategias de adaptación apropiadas?...
Análisis multi-criterio impulsado por la
participación de los actores relevantes
puede ayudar…
Análisis Multi-Criterio
(Multi-criteria Analysis /MCA)
 Cualquier método usado para determinar
preferencias entre opciones alternativas,
cuando las alternativas pueden lograr
distintos objetivos
 Es particularmente útil en situaciones donde
un único criterio es insuficiente, y permite a
quienes toman las decisiones tomar en
cuenta una serie de factores relevantes
MCA: Alcance
 Todos los sectores, regiones, estilos de vida,
ecosistemas, etc.
 Ha sido usado extensamente en la
planificación de recursos hídricos, manejo de
zonas costeras, desarrollo agrícola, y
procesos de participación ciudadana
MCA: Resultados claves
 La mejor opción o…
 Una lista reducida con las opciones
preferidas o…
 Una caracterización de las
posibilidades aceptables e
inaceptables
MCA: Datos claves
 Criteria de evaluación
 Medidas relevantes para cada criterio
MCA–WEAP: Motivacion
 Desarrollar una herramienta de computador
interactiva en el computador para facilitar la
evaluación multi-criterio de distintas opciones de
recursos hídricos en un contexto de participación de
los actores relevantes
 Diseñado específicamente para ser usado en
conjunto con los resultados del modelo WEAP y un
proceso de participación de los actores relevantes
para desarrollar, ponderar y aplicar criterios de
evaluación a distintas opciones de adaptación
MCA–WEAP: Historia
 MCA-WEAP es in nuevo modelo basado en macros de
Excel, desarrollado a partir de los NAPAssess, una
herramienta desarrollada por SEI para ser usada por
Sudan y Yemen en sus procesos NAPA
 Ahora ha sido reformulada para enfocarse exclusivamente
en las opciones de adaptación en torno al agua – usado
hasta el momento en los estudios del Netherlands Climate
Assistance Program (NCAP)
 Asegurar adecuada representación de los actores relevantes
 Identificar estrategias de adaptación de CC
 Establecer criteria especifica a cada país para evaluar y
priorizar opciones
 Dar recomendaciones de iniciativas de adaptación basadas
en consensos
 Fuente abierta, y todavía una versión BETA!
MCA–WEAP: Capacidades
 Organiza el proceso de análisis multi-criterio
al:
 Almacenar toda la información relevante del
proyecto en un sola plataforma
 Apoyar un proceso transparente y de fácil
entendimiento para desarrollar, ponderar, y
aplicar los criterios de evaluación
 Producir una lista ordenada de alternativas
MCA–WEAP: Etapas
 Evaluar las vulnerabilidades claves
 Identificar los actores claves
 Identificar las potenciales estrategias de adaptación
 Desarrollar un proceso impulsado por los actores
relevantes de evaluación de los criterios para
determinar las puntos de conflicto/compensaciones
 Asignar importancia relativa a los criterios
 Priorizar las opciones de adaptación que mejor
cumplan las necesidades de los mas vulnerables
Licencia para WEAP
 Ir a www.weap21.org y registrarse para una
licencia nueva (gratis para los gobiernos,
universidades, y organizaciones sin fines de
lucro en países en desarrollo)
 Registrar WEAP bajo la ventana de Help en
el menú y seleccionar “Register WEAP”

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Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en Recursos Hídricos

  • 1. Herramientas de Decisión para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático Sector Recursos Hídricos Sebastián Vicuña University of California, Berkeley/SEI CGE Hands-on Training Workshop on V&A Assessments for the Latin America and the Caribbean Region Asunción, Paraguay, 14-18 August 2006
  • 2. Presentación  Adaptación y Vulnerabilidad con respecto a los recursos hídricos.  Implicancias del cambio climático para los recursos hídricos  Herramientas/Modelos  Presentación del Modelo WEAP  Rol de Análisis Multi-Criterio (AMC)
  • 3. Evaluación Efectiva de V&A  Definiendo una evaluación de V&A  A menudo V&A en el sector hídrico se enfoca mas en el análisis que en la evaluación  Por qué? Porque el enfoque se hace en los impactos biofísicos, Ej.: respuesta hidrológica, producción de cosecha, uso de tierra, etc.  Sin embargo la evaluación es un proceso integrado que requiere la interfaz de la ciencias físicas y sociales y las políticas públicas.
  • 4.  Preguntas generales  Que es lo que la evaluación esta tratando de influenciar?  Como puede ser mas efectiva la interfaz ciencia/política?  Como podrían los participantes ser más eficientes en el proceso?  Problemas  Los participantes llegan con objetivos/experiencias distintas.  Estas diferencias a menudo llevan al disentimiento /diferencias de opinión - aquí es cuando MCA puede ayudar en la priorización Evaluación Efectiva de V&A (continuación)
  • 5. Evaluación Efectiva de V&A (continuación)  Para que tenga valor, el proceso de evaluación requiere de:  Relevancia  Credibilidad  Legitimidad  Participación Consistente  Un proceso Interdisciplinario  El proceso de evaluación a menudo requiere de una herramienta  La herramienta es usualmente un modelo o serie de modelos  Estos modelos sirven como interfaz  Esta interfaz es un puente para el diálogo entre científicos y los políticos.
  • 6. El Sector de Recursos Hídricos Los distintos usos del Agua Cantidad de Agua Calidad del Agua Temporalidad de los flujos Regulación Agua para la agricultura Agua para los hogares Agua para la industria Agua para naturaleza Agua para recreación
  • 7. Recursos de Agua desde la Perspectiva de Servicios  No solo una evaluación de las relaciones entre lluvia y escorrentía (caudal en los ríos)  Sino que mas bien una evaluación de los impactos potenciales del calentamiento global en los bienes y servicios que proveen los sistemas de agua dulce
  • 8. Recursos de Agua- Un Sector Crítico de V&A  Debe considerar tanto los sistemas manejados como los naturales  Actividades humanas afectan ambos sistemas Ejemplo: Agricultura Ejemplo: Humedales Sistema naturalPresión Externa Sistema de Estado Poco control del Proceso Sistemas Manejados Presión Externa Producto,utilidad/bien o servicio Proceso de Control
  • 9. “Presiones Externas” Hidrológicas relacionadas al Cambio Climático  Cantidad de Precipitación  Incremento del promedio global  Diferencias regionales marcadas  Aumento de la Temperatura  Cambio en la temporalidad de los flujos  Retirada de glaciares  Frecuencia e intensidad de Precipitación  Menor frecuencia, mayor intensidad (Trenberth et al., 2003)  Evaporación y transpiración  Incremento en la evaporación total  Complejidades regionales debido a las interacciones de planta/atmósfera
  • 10. Presiones Específicas: Escorrentía Anual Arnell., 2003 Cambios en la escorrentía anual (escenario A2)
  • 11. Presiones Específicas: Escorrentía Anual Arnell., 2003 Cambios en la escorrentía anual (escenario A2)
  • 12. Cambios en la escorrentía anual (escenario A2) Presiones Específicas: Escorrentía Anual Arnell., 2003
  • 13. Presiones Específicas: temporalidad de los caudales Stewart et al., 2004 Tendencia en la temporalidad de caudales en el Oeste de América del Norte
  • 14. Analogía con el Oeste en América del Norte http://plasma.nationalgeographic.com/mapmachine/index.html
  • 15. Analogía con el Oeste en América del Norte http://plasma.nationalgeographic.com/mapmachine/index.html
  • 16. Presiones Específicas: temporalidad de los caudales 0 50 100 150 200 250 OCT NOV DEC JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP Flujo(TAF) Flujo Historico Flujo con CC Demanda Flujos desperdiciados Flujos inexistentes Primavera/Verano Cambios en los caudales en ríos en el Oeste Americano bajo Cambio Climático
  • 17. Presiones Específicas: Retirada de glaciares Comunicación Nacional del Perú a la UNFCCC Francou et al., 2000 Retroceso del glaciar Broggi Glaciar en 1979 y 1997 Fluctuación del frente de 4 glaciares en Perú Evolución del glaciar Chacaltaya (Bolivia)
  • 18. Presiones Específicas: Retirada de glaciares  Los flujos en épocas secas dependen de las aguas de deshielo  Probable disminución de volúmenes y llegada mas temprana de flujos  Implicaciones en la producción de hidroelectricidad, demandas agrícolas, calidad de agua en los ríos, y necesidades de los ecosistemas
  • 19. Presiones Específicas: Condiciones Climáticas Extremas  El impacto de la variabilidad climática (El Niño/Niña Oscilación Sur) en la disponibilidad de agua y todos los sectores económicos en varios países de la región. (e.g. Perú, Ecuador, América Central) (IPCC 2001).  Algunos modelos climáticos indican mayor frecuencia en condiciones climáticas tipo El Niño con incremento de las concentraciones de gases de efecto invernadero. (Meehl y Washington 1996; Trenberth y Hoar, 1997).
  • 20. Presiones Específicas: Condiciones Climáticas Extremas Arnell., 2003 Cambios en los extremos para los 2050s, bajo HadCM3
  • 21. Presiones Específicas: Condiciones Climáticas Extremas Arnell., 1999 Cambios en los extremos para los 2050s, bajo HadCM3
  • 22. Ejemplos de Adaptación en los Recursos Hídricos  Construcción/modificación de la Infraestructura física  Revestimiento de Canales  Canaletas/Conductos cerrados en vez de canales abiertos  Integrando reservorios separados dentro de un solo sistema  Incrementar la altura de la pared de la presa  Incremento del tamaño del canal  Remoción de los sedimentos de los reservorios para un mayor almacenamiento  Transferencia de agua entre cuencas
  • 23. Ejemplos de Adaptación en los Recursos Hídricos (continuación)  Manejo adaptable de los sistemas existentes de suministro de agua  Cambio en las reglas de operación  Uso conjuntivo de las reservas de agua superficiales y subsuperficiales  Sistema de operación de reservorios físicamente integrados  Suministro/demanda coordinada
  • 24. Ejemplos de Adaptación en los Recursos Hídricos (continuación)  Políticas, conservación, eficiencia y tecnología  Doméstica  Re-utilización de agua residencial y municipal  Reparación de pérdidas  Recolección de agua de lluvia para uso no potable  Aparatos de bajo consumo  Sistema de suministro dual (potable y no potable)  Agrícola  Temporalidad de irrigación y eficiencia  Revestimiento de canales, cierre de conductos  Drenaje re utilizado, utilización de desperdicios de efluentes del agua.  Cultivos de alto valor con bajo consumo de agua  Sistema riego por goteo, micro-spray, baja energía, aplicación precisa de sistemas de irrigación  Cosechas con tolerancia a la sal que pueden utilizar agua drenada
  • 25. Ejemplos de Adaptación – Suministro de Agua (continuación)  Políticas, conservación, eficiencia y tecnología (continuación)  Industria  Re utilización de agua y reciclado  Cierre de ciclo y/o enfriamiento del aire  Turbinas hidroeléctricas más eficientes  Pozos de enfriamiento, torres humedecidas y torres secas  Energía hidroeléctrica  Re operación del Reservorio/Embalse  Cogeneración (uso beneficiario del calor de los flujos de descarga)  Reservorios adicionales y estaciones hidroeléctrica  Baja velocidad de cabecera del río de la planta hidroeléctrica  Transferencias a otras actividades impulsados por efectos de precios del mercado.  Utilizar el precio del agua para cambiar el uso del agua entre sectores
  • 26. Herramientas para el Estudio de V&A de Recursos Hídricos  Que herramientas están disponibles para entender las vulnerabilidades de los recursos hídricos y para evaluar posibles estrategias de adaptación?  Como pueden los actores locales comprometerse en estos procesos?
  • 27. Tipos de Modelos de Recursos Hídricos  Hidráulico: modelos de procesos biofísicos que describen el flujo en ríos, inundaciones entre otros  Hidrología: procesos que relacionan precipitación y escorrentía  Planificación: modelos de los sistemas de recursos hídricos Que modelo?... Que preguntas esta tratando de responder?
  • 28. Modelo Hidráulico  Preguntas criticas  Cuan rápido, cuan profundo fluye el río (efectos de inundaciones)  Como los cambios en el caudal y la morfología de los canales impactan el transporte de sedimentos y los servicios que provee (habitas para peces, recreación, etc.).
  • 29. Modelo Hidrológico  Preguntas criticas  Como es la relación entre precipitación y caudal en el río?  Cuales son los caminos que sigue el agua a través de la cuenca?  Como afectan estos movimientos la magnitud, temporalidad, duración y frecuencia de caudales en el río, así como la calidad de las aguas?
  • 30. Modelo de Planificación  Preguntas criticas  Como deber ser distribuida el agua entre varios usos en momentos de déficit?  Como deben restringirse las operaciones de los sistemas para proteger los servicios que provee el río?  Como debe operarse la infraestructura en el sistema (ej, reservorios/embalses, obras de extracción de agua) para lograr el máximo beneficio (económico, social, ecológico)?  Como cambian la distribución, operación y restricciones de operación si nuevas estrategias de manejo son introducidas al sistema?
  • 31. Operacionales e hidráulicos HEC  HEC-HMS – lluvia-escorrentía en base a evento (provee de información a HEC-RAS para hacer mapeos 1-d de inundación)  HEC-RAS – una dimensión flujo intransiente o transiente  HEC-ResSim – modelación de operación de embalses WaterWare RiverWare MIKE11 Delft3d Herramientas para usar en la Evaluación: Modelos de Agua Referenciales
  • 32. Modelos Hidráulicos HEC-HMS escala de cuenca, simulación hidrológica en base a evento, de los procesos lluvia- escorrentía  Procesos lluvia- precipitación de corta duración para pequeñas cuencas  Gratis, se puede bajar de la web
  • 33. Herramientas para usar en la Evaluación: Modelos de Agua Referenciales (continuación) Planificación/hidrología  WEAP21  Aquarius  SWAT  IRAS (Interactive River and Aquifer Simulation)  RIBASIM  MIKE 21 and BASIN
  • 34. Enfoque Actual – Implicancias del Cambio Climático en la Planificación e Hidrología  Modelos de planificación/hidrología seleccionados: deben poder usarse en un PC, con amplia documentación, facilidad de uso, gratis (o gratis para los países en desarrollo) …  Aquarius  SWAT (Soil Water Assessment Tool)  WEAP21 (Water Evaluation and Planning)
  • 35. Modelos de Manejo de Aguas e Hidrológicos/Físicos  Ventaja de AQUARIUS: Posee criterios de eficiencia económica para redistribuir los flujos en el río hasta que los retornos marginales para todos los usos del agua sean iguales  No puede recibir información climática directamente – los caudales deben ser prescritos por el usuario  Enfoque económico
  • 36. Modelos de Manejo de Aguas e Hidrológicos/Físicos (continuación)  Ventaja de SWAT: 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 lado de suministro del balance de aguas
  • 37. Modelos de Manejo de Aguas e Hidrológicos/Físicos (continuación) Ventaja de WEAP21: Integra sin quiebres los procesos hidrológicos en la cuenca con el sistema de manejo de recursos hídricos  Puede recibir directamente información climática  Basado en una visión holística e integrada del manejo de los recursos de agua (integrated water resources management -IWRM) – oferta y demanda de agua
  • 38. Vision General de WEAP Hidrología y planificación Ejemplos y ejercicios en la planificación para la distribución de agua Escenarios Agregando hidrología al modelo Interfaz con el Usuario Escala Datos requeridos y recursos Calibración y validación Resultados Licencia y registro You can create multiple scenariosanduse this boxto switchbetweenthem. Use the Viewbarto switch between your analysis and its results. Dataare organized ina tree structurethatyou editbyright- clicking here. Yourdata are shown hereas eithera graph or a table. Enteroredit yourdataby typing it here.
  • 39. WEAP y la Planificación  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
  • 40. Usos de WEAP  Investigación de Políticas  Distribuciones de agua alternativos  Cambio Climático  Cambio en el uso de tierra  Planificación de la Infraestructura  Construcción de Capacidad  Negociación  Participación de los distintos actores
  • 41. Las capacidades de WEAP  Lo que puede hacer  Planificación a alto nivel a escalas locales o regionales  Manejo de demanda  Distribución de agua  Evaluación de infraestructura Lo que no puede hacer  Operaciones a escalas menores que diarias  Optimización de la oferta y demanda (ej. minimización de costos o maximización de bienestar social)
  • 42. Un Sistema Simple en WEAP21 60 40
  • 43. Una restricción en la infraestructura 70 30 10 Insatisf.
  • 45. 0 40 60 10 Insatisf. Diferentes Prioridades Por ejemplo, la demanda de grandes productores (70 unidades) puede ser la Prioridad numero 1 en un escenario, mientras que las demandas de menores productores (40 unidades) puede ser la Prioridad numero 1 en otro escenario..
  • 46. 30 10 90 0 Diferentes Preferencias Por ejemplo un usuario central puede preferir tomar agua desde un tributario debido a menores costos de bombeo
  • 47. WEAP es conducido por los Escenarios  El editor de escenario realmente acomoda los análisis de:  Escenarios de Cambio Climático y supuestos  Supuestos en las demandas futuras  Supuestos en los futuros desarrollos de la cuenca
  • 48. Futuro y Escenarios: Por que?  Escenarios: una manera sistemática de pensar acerca del futuro  Para ganar un mejor entendimiento de las posibles implicancias de las decisiones (o las no- decisiones) a través de los distintas escalas espaciales y temporales  Para apoyar la toma de decisiones
  • 49. Fuerzas Impulsoras Demografía • Numero de personas • Urbanización • Vejez Economía • Integración con la economía global Social • Aumento en la inequidad • Pobreza persistente Cultural • Esparcimiento de valores de consumismo e individualismo • Reacción nacionalista y religiosa Tecnología • Tecnología de la computación y la información • Biotecnología • Miniaturización Medio Ambiente/Clima • Aumento de los stress globales • Degradación local • Algo de remediación en los países mas ricos Instituciones • Instituciones globales • Gobiernos democrático • Rol de la sociedad civil en la toma de decisiones
  • 50. Quienes son los Actores?  Gobierno  Sector Privado  Sociedad Civil  El Publico  Granjeros ricos  Granjeros pobres  Urbes  Ambientalistas  O?
  • 51. Considerar las Fuentes de Incertidumbre Ignorancia El Entendimiento es limitado Sorpresa Lo inesperado y nuevo puede alterar las direcciones Volición Las decisiones humas importan
  • 52. Pronostico y Mirada Retrospectiva ? ? A donde va la sociedad? pronostico retrospectiva A donde queremos ir? Como llegamos allá?
  • 53. S t u d y D e f in it io n S p a t ia l B o u n d a r y S y s t e m C o m p o n e n t s T im e H o r iz o n N e t w o r k C o n f ig u r a t io n E v a lu a t io n W a t e r S u f f ic ie n c y E c o s y s t e m R e q u ir e m e n t s P o llu t a n t L o a d in g s S e n s it iv it y A n a ly s is C u r r e n t A c c o u n t s D e m a n d P o llu t a n t G e n e r a t io n R e s e r v o ir C h a r a c t e r is t ic s R e s o u r c e s a n d S u p p lie s R iv e r S im u la t io n W a s t e w a t e r T r e a t m e n t S c e n a r i o s D e m o g r a p h ic a n d E c o n o m ic A c t iv it y P a t t e r n s o f W a t e r U s e , P o llu t io n G e n e r a t io n W a t e r S y s t e m I n f r a s t r u c t u r e H y d r o p o w e r A llo c a t io n , P r ic in g a n d E n v ir o n m e n t a l P o lic y C o m p o n e n t C o s t s H y d r o lo g y
  • 54. Estructura de WEAP Barra de Menú 5 Vistas Principales
  • 55. 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. WEAP: Interfaz con el Usuario Idiomas: Solo la Interfaz Ingles Francés Chino Español
  • 56. Se pueden crear múltiples escenarios y usar esta ventana para cambiar entre ellos. Uso de la barra de Vistas para cambiar entre tus análisi sy resultados La información esta organizada en una estructura de árbol que- se puede editar aquí Tu información aparece aquí ya sea de manera grafica o como tabla. Entrar o editar la información tipeando aquí
  • 57. Requerimientos de Datos  WEAP le permite al usuario determinar el nivel de complejidad deseado  Dependiendo de las preguntas que tienen que ser abordadas  La disponibilidad de datos
  • 60. Requerimientos de datos: Oferta de Agua  Oferta de agua definida por el usuario (caudal en determinados ríos dados como series de tiempo)  Series de tiempo de caudal en río (cabecera) m3 /s  Red de ríos (conectividad)  Alternativamente la oferta puede ser calculada a través del modulo hidrológico (dejar que la cuenca genere el caudal en el río)  Atributos de la cuenca  Área, tipo cubierta. . .  Climatología  Precipitación, temperatura, velocidad del viento, y humedad relativa
  • 61. Caudales y Demandas son prescritas por el usuario
  • 62. Dejar que el Clima Maneje la Hidrología
  • 63. El Modulo Hidrológico 2-Baldes en WEAP Smax Rd z1 Interflow = f(z1,ks, 1-f) Percolation = f(z1,ks,f) Baseflow = f(z2,drainage_rate) Et= f(z1,kc, , PET) Pe = f(P, Snow Accum, Melt rate) Plant Canopy P z2 L u Surface Runoff = f(Pe,z1,1/LAI) Sw Dw
  • 64. Existe un Modelo 2-Baldes por tipo de Suelo
  • 65. Marco Analítico de Hidrología Integrada/Manejo de Aguas en WEAP21
  • 66. Requerimientos de Datos: Demanda  Datos para la demanda de agua: multi- sectorial  Demanda municipal e industrial  Agregada por sector económico (manufactura, turismo, etc.)  Desagregada por población (ej., uso por persona, uso por grupo socioeconómico)  Demandas en la agricultura  Agregado por área (# hectáreas, uso anual de agua por hectárea)  Desagregado por requisitos para cada cosecha  Demandas de los ecosistemas (caudales mínimos ecológicos)
  • 67. Requerimientos de datos (continuación) Agricultura Industria Municipal Algodón Arroz Trigo ... Energía Petróleo Papel ... Ciudad del Sur Ciudad oriental ... Irrigación ... Enfriamiento Procesos Otros Familia única Multi-familiar ... Tendido Aspersión Goteo Standard Eficiente ... Cocina Baño Ducha Toilet ... SECTOR SUBSECTOR USO FINAL APARATO
  • 68. Ejemplos donde encontrar Datos Conocimiento local! Clima http://www.ncdc.noaa.gov/cgi-bin/res40.pl http://ingrid.ldgo.columbia.edu/SOURCES/.NOAA/.NCDC/.GCPS/.MONTHLY/.STATION/ Hidrología (Global Runoff Data Center) www.grdc.bafg.de GIS http://data.geocomm.com/catalog/ Recursos generales www.weap21.org
  • 69. Calibración y Validación  Criteria para evaluar el modelo  Caudales a lo largo del cauce principal y tributarios  Almacenaje en reservorio y descargas  Trasvases de aguas desde otras cuencas  Demanda y entrega de agua a la Agricultura  Demanda y entrega de agua a los sectores municipal e industrial  Tendencia y niveles de agua almacenado en los acuíferos
  • 71. Mirando a los Resultados Seleccione aquí los resultados para ver, incluyendo el escenario. Cambie aquí las unidades y sub categorías de resultados, y cambie el estilo del grafico Seleccione aquí el año
  • 72. Y que hacer después?  Como pueden usarse los resultados de WEAP, o cualquier otro modelo de recursos hídricos, ser organizados y analizados de manera de priorizar y seleccionar las estrategias de adaptación apropiadas?... Análisis multi-criterio impulsado por la participación de los actores relevantes puede ayudar…
  • 73. Análisis Multi-Criterio (Multi-criteria Analysis /MCA)  Cualquier método usado para determinar preferencias entre opciones alternativas, cuando las alternativas pueden lograr distintos objetivos  Es particularmente útil en situaciones donde un único criterio es insuficiente, y permite a quienes toman las decisiones tomar en cuenta una serie de factores relevantes
  • 74. MCA: Alcance  Todos los sectores, regiones, estilos de vida, ecosistemas, etc.  Ha sido usado extensamente en la planificación de recursos hídricos, manejo de zonas costeras, desarrollo agrícola, y procesos de participación ciudadana
  • 75. MCA: Resultados claves  La mejor opción o…  Una lista reducida con las opciones preferidas o…  Una caracterización de las posibilidades aceptables e inaceptables
  • 76. MCA: Datos claves  Criteria de evaluación  Medidas relevantes para cada criterio
  • 77. MCA–WEAP: Motivacion  Desarrollar una herramienta de computador interactiva en el computador para facilitar la evaluación multi-criterio de distintas opciones de recursos hídricos en un contexto de participación de los actores relevantes  Diseñado específicamente para ser usado en conjunto con los resultados del modelo WEAP y un proceso de participación de los actores relevantes para desarrollar, ponderar y aplicar criterios de evaluación a distintas opciones de adaptación
  • 78. MCA–WEAP: Historia  MCA-WEAP es in nuevo modelo basado en macros de Excel, desarrollado a partir de los NAPAssess, una herramienta desarrollada por SEI para ser usada por Sudan y Yemen en sus procesos NAPA  Ahora ha sido reformulada para enfocarse exclusivamente en las opciones de adaptación en torno al agua – usado hasta el momento en los estudios del Netherlands Climate Assistance Program (NCAP)  Asegurar adecuada representación de los actores relevantes  Identificar estrategias de adaptación de CC  Establecer criteria especifica a cada país para evaluar y priorizar opciones  Dar recomendaciones de iniciativas de adaptación basadas en consensos  Fuente abierta, y todavía una versión BETA!
  • 79. MCA–WEAP: Capacidades  Organiza el proceso de análisis multi-criterio al:  Almacenar toda la información relevante del proyecto en un sola plataforma  Apoyar un proceso transparente y de fácil entendimiento para desarrollar, ponderar, y aplicar los criterios de evaluación  Producir una lista ordenada de alternativas
  • 80. MCA–WEAP: Etapas  Evaluar las vulnerabilidades claves  Identificar los actores claves  Identificar las potenciales estrategias de adaptación  Desarrollar un proceso impulsado por los actores relevantes de evaluación de los criterios para determinar las puntos de conflicto/compensaciones  Asignar importancia relativa a los criterios  Priorizar las opciones de adaptación que mejor cumplan las necesidades de los mas vulnerables
  • 81.
  • 82. Licencia para WEAP  Ir a www.weap21.org y registrarse para una licencia nueva (gratis para los gobiernos, universidades, y organizaciones sin fines de lucro en países en desarrollo)  Registrar WEAP bajo la ventana de Help en el menú y seleccionar “Register WEAP”

Notas del editor

  1. Referencias completas pueden encontrarse en el Capitulo 11, Bibliografía, del Handbook.
  2. La presentación de los recursos hídricos esta dividida en circo partes principales. Primero, una revisión de los conceptos de V&A para el sector de recursos hídricos: evaluación de V&A es más que solamente mirar a los efectos de la respuesta hidrológica de las cuencas al cambio climático, sino que también una metodología más holística que intente mirar al ciclo hidrológico en términos de la respuesta física y los manejos potenciales a la luz de esta respuesta. Después la evaluación de V&A asociado al cambio climático normalmente comienza con un análisis del ciclo hidrológico. Introduciremos algunos de los conceptos generales en como tomar en cuenta los cambios en la hidrologia de una cuenca para la evaluación de V&A. Introduciremos el concepto de el sector de recursos hídricos como proveedor de servicios. Estos pueden incluir agua para irrigación, agua para sector residencial e industria, agua para la protección medioambiental, y cuencas para control de inundaciones. Se mencionan herramientas y modeles disponibles para la evaluación de V&A, con énfasis en una herramienta de recursos de agua en particular, el Water Evaluation and Planning Model (WEAP21.org). Finalmente, discutiremos el uso de Análisis Multi-Criterio como una herramienta para facilitar la priorización de potenciales estrategias de adaptación.
  3. V&A en el sector de recursos hídricos es mas que solamente mirar a las respuesta hidrológica de una cuenca a los impactos del cambio climático. La evaluación debe mirar más allá de la respuesta puramente física a los estímulos climáticos; debe tomar en cuenta como la sociedad puede responder a estos impactos. Para llevar a cabo esto, debemos desarrollar herramientas integradoras que tomen en cuenta todos los aspectos del ciclo hidrológico, incluyendo la intervención humana en el ciclo. La evaluación de V&A debe incluir tanto los procesos hidrológicos como los componentes de manejo de cuencas desarrolladas.
  4. Hemos introducido preguntas generales con respecto a la evaluación de V&A en el sector de recursos hídricos. Muy a menudo las evaluaciones solamente miran las la vulnerabilidad hidrológica (ej., como científicos, tendemos a “vivir en una burbuja,” y nos restringimos a interactuar solamente con otros especialistas en recursos hídricos). Si es que nuestro trabajo de V&A quiere ser creíble, debemos llevarlo afuera al mundo de las políticas publicas, y al hacerlo, nuestro trabajo tiene que ser creíble, legitimo, y relevante.
  5. El proceso de V&A debe ser interdisciplinario. Las herramientas apropiadas se necesitan como una interfaz entre los científicos llevando a cabo la investigación y quienes diseñan las políticas quines intentan lograr cambios.
  6. Cuando miramos a la planificación de recursos hídricos estamos mirando a como balancear la demanda para agricultura, industria, uso domestico, naturaleza, y recreación. Estamos hablando no solo acerca de cantidad sino que también calidad, temporalidad de los flujos, y las regulaciones implicadas.
  7. Queremos enfatizar que esto no es solamente acerca de caudales – queremos mirar a como el agua sale desde una cuenca – que hace el agua después – como provee los servicios a los distintos usuarios, incluyendo sector residencial, industria, biodiversidad, etc. Como esta el sistema manejado y regulado?
  8. Distinguimos entre dos contextos hidrológicos: El primero son los sistemas hidrológicos manejados, donde hay algún nivel de control sobre el proceso hidrológico. Por ejemplo, el uso de agua para irrigación es un proceso controlado, que conlleva bienes y servicios, pero que también puede conllevar a la degradación de otros servicios (ej., humedales pueden ser drenados para crear áreas agrícolas). En sistemas sin manejo, adonde no hay intervención humana en los ciclos hidrológicos, los sistemas naturales dominan. Los servicios continúan siendo proveídos por los sistemas naturales, como la biodiversidad, que puede por ejemplo brindar oportunidades para ver vida silvestre. Un humedal también sirve como un absorbedor que puede proveer medios naturales de purificación y control de inundaciones.
  9. Las próximas diapositivas darán una Mirada a la vulnerabilidad de la hidrología al cambio climático. Un cambio que parece el más probable es que el promedio global de precipitación va a aumentar en la medida que la temperatura aumenta. Evaporación va a aumentar con el calentamiento porque una atmósfera mas caliente tiene mayor capacidad para contener humedad. Esta capacidad esta gobernada con la ecuación exponencial de Clausius-Claperyon, que estipula que por un aumento de 1°C en la temperatura de la atmósfera, la capacidad de contener húmeda en la atmósfera aumenta un 7%. Por ejemplo, Trenberth et al. (2003) tienen la hipótesis de que, en promedio, la precipitación va a tender a ser menos frecuente, pero más intensa cuando ocurra, implicando más incidencia de inundaciones y sequías, con los impactos resultantes in el almacenamiento de agua. Sus argumentos se basan en la premisa de que las tasas de precipitación local y regional es bastante mayor que las tasas de evaporación y por lo tanto depende en la convergencia de fuentes de humedad a escalas regionales a continentales. Ellos predicen que la intensidad de precipitación debería aumentar a una tasa similar que el aumento de la concentración de humedad en la atmósfera, es decir 7% C°-1 con el calentamiento. Esto implica que los cambios en las tasas de precipitación, cuando llueve estaría en desacuerdo con el 1%-2% C°-1 para los aumentos de precipitación totales recién discutidos. Esto implica que debería haber una disminución en las lluvias ligeras y moderadas, y/o una disminución de la frecuencia de eventos de precipitación. Esto significa que pueden haber menos pero más intensas lluvias.
  10. Fuente: Arnell, 2003. Diferentes modelos de circulación global (GCMs) predicen diferentes condiciones para la escorrentía anual, diferentes respuestas.
  11. Source: Arnell, 2003. Mirando en mas detalles a los impactos que se predicen para América Latina. Cambios en la escorrentía en el año 2050 como cambio porcentual comparado con el periodo 1961-1990. Vemos por ejemplo que el modelo HadCM3 predice aumentos en la escorrentía anual en la mayoría de las regiones en América Latina.
  12. Source: Arnell, 2003. Pero por otra parte el modelo GFDL predice aumentos importantes en la escorrentía anual. Grandes incertidumbres.
  13. Impactos en la temporalidad de los caudales. Impactos en el Oeste Norteamericano.
  14. Claras analogías entre el Oeste de América del Norte y regiones aledañas a los Andes.
  15. Claras analogías entre el Oeste de América del Norte y regiones aledañas a los Andes.
  16. Cambios en la temporalidad de los caudales tiene claros impactos en la operación de sistemas.
  17. El retroceso de los glaciares ha venido sucediendo progresivamente durante los últimos 60 años en ciertas regiones en Sudamérica y va a tener un impacto sustancial en la disponibilidad de recursos de agua dulce.
  18. El agua de deshielo de los glaciares provee de agua dulce durante los periodos críticos en las épocas secas y la disminución del volumen de los glaciares va a cambiar el volumen y la temporalidad de los flujos de deshielo, impactando la producción de hidroelectricidad, irrigación y ecosistemas de agua dulce.
  19. En cuencas manejadas, una lista de las potenciales estrategias de adaptación se presenta a continuación. Estas incluyen tanto modificaciones a los componentes físicos de las cuencas, como opciones de manejo. Las que se presentan acá son las adaptaciones por el lado de la oferta de agua.
  20. Estas son las adaptaciones desde la perspectiva de la demanda.
  21. La metodología presentada a la UNFCCC se enfoca en modelos de recursos hídricos como herramientas para la evaluación de V&A.
  22. Los dos componentes principales de un modelo de recursos hídricos en una cuenca tales como WEAP son la hidrología y la planificación. Dado un grupo de parámetros específicos a una cuenca, estas son las preguntas que un modelo hidrológico trata de responder.
  23. Agregamos ahora los factores humanos al modelo que afectan la menara en que el agua es usada en la cuenca. Estos son algunas de las preguntas que se pueden analizar con un modelo de recursos hídricos como WEAP.
  24. HEC: http://www.hec.usace.army.mil/ WaterWare: http://www.ess.co.at/WATERWARE/ RiverWare: http://cadswes.colorado.edu/riverware/ MIKE 11: http://www.dhisoftware.com/mikebasin/Download/ Delft3d: http://www.wldelft.nl/soft/intro/
  25. Los modelos HEC se preocupan más de los problemas hidráulicos, modelando a escalas menores que diarias. Estos modelos se usan para obtener escorrentía – usado para estudios de inundaciones, inundaciones de ciudades, etc. El Hydrologic Modeling System (HMS) esta diseñado para similar los procesos de precipitación-escorrentía en las cuencas.
  26. WEAP21: http://WEAP21.org Aquarius: http://www.fs.fed.us/rm/value/docs/aquadoc01.pdf SWAT: http://www.brc.tamus.edu/swat/ IRAS: http://www.cfe.cornell.edu/research/urbanwater/project%20description/General/IRAS.HTM RIBASIM: http://www.wldelft.nl/soft/ribasim/ (river basin model) MIKE 21 and BASIN: http://www.dhisoftware.com/mikebasin/Download/
  27. Estos son los modelos de los que vamos a hablar más. El enfoque de este taller es en la planificación y la hidrología, no en la hidráulica. Estos modelos son gratis, tienen Buena documentación, y son relativamente fácil de usar. Trataremos más acerca de WEAP, información de los otros modelos puede ser obtenida de la Web. Algunos requieren licencia.
  28. Aquarius es un modelo de optimización que use conocimiento perfecto del futuro. Este grafico representa la frontera de optimización. El modelo es impulsado por criterios operacionales de eficiencia económica que requieren que la distribución de los flujos de un río hasta que los retornos marginales para todos los usos de agua sean iguales. Esto sucede al examinar sistemáticamente, usando un técnica de optimización no lineal, la factibilidad de redistribuir agua almacenada no usada o valorada marginalmente y descargas a favor de usos alternativos. Porque los componentes de los sistemas de agua pueden ser interpretados como objetos de una red de flujos, el modelo considera cada componente como un nodo equivalente o estructura en el ambiente de programación.
  29. SWAT se aboca a estudiar problemas de manejo de aguas simples, con más énfasis en la parte del suministro. De manera somera se preocupa de la perspectiva de la demanda de agua. Objetivos del Modelo. Predecir el efecto de las decisiones de manejo en la calidad del agua, cargas de sedimentos, nutrientes, y pesticidas con razonable certeza en grandes cuencas sin monitoreo de flujos. Componentes del Modelo. Condiciones climáticas, escorrentía superficial, flujos de retorno, percolación, ET, perdidas de transmisión, almacenaje en reservorios, lagunas, crecimiento de las plantas e irrigación, flujos subterráneos, ruteo del agua a lo largo del rió, cargas de nutrientes y pesticidas, transferencias de agua.
  30. WEAP21 tiene muchas ventajas. A pesar de ser principalmente un modelo de recursos hídricos a nivel de cuenca que mira a la oferta, demanda, e infraestructura, también tiene un modelo hidrológico que puede determinar la escorrentía además de tener capacidades de tipo “cropwat”. Este va a ser el modelo de énfasis en este taller.
  31. Las próximas diapositivas muestran como el agua es distribuida y rastreada en el modelo WEAP21. WEAP opera en simples principios de contabilidad de balance de agua. Leyenda: Circulo rojo = sitio de demanda Línea azul = río (las flechas apuntan aguas abajo – el valor arriba en azul representa el caudal en la cabecera del río) Línea verde = arco de transmisión (lleva agua desde la oferta hacia la demanda) Línea negra = representa donde el agua esta fluyendo y cuanta. En este ejemplo, 100 unidades de agua están llegando a desde el nacimiento del río, 40 unidades son tomadas desde el río para satisfacer la demanda, dejando 60 unidades aguas abajo en el río.
  32. Ahora en este ejemplo introducimos una restricción en la infraestructura en el arco de transmisión (el máximo permitido es 30 unidades). De nuevo, 100 unidades de agua son suministradas por el río. A pesar de que la demanda solo esta pidiendo 40 unidades, solo va a recibir 30 unidades por la restricción en el arco de transmisión. Esto deja 70 unidades aguas abajo en el río.
  33. En este otro ejemplo hay un requisito de flujos mínimos aguas debajo de 70 unidades de agua. No hay restricción en el arco de transmisión, pero los requisitos de flujo tienen una prioridad mayor que el sitio de demanda. Aquí 100 unidades son suministradas en la cabecera del río; la prioridad esta en los requisitos de flujo aguas debajo de 70 unidades, lo que deja solo 30 unidades para ser usadas en el sitio de demanda. La demanda es insatisfecha por 10 unidades.
  34. Este otro ejemplo muestra el sistema de prioridad en WEAP21. Cada sitio de demanda se le asigna una cierta prioridad (representada en el esquema por el número negro dentro del círculo rojo). Usos con mayor prioridad reciben agua entes que usos con menor prioridad. El agua se distribuirá equitativamente dentro de los sitios de demanda que tengan la misma prioridad. En este esquema el usuario que demanda menos agua (granjero pequeño) tiene una prioridad mayor. Debido a que solo 100 unidades de agua son suministradas, la mayor demanda (gran granjero) queda insatisfecha por 10 unidades. Si es que el gran granjero tuviera una prioridad mayor entonces el granjero pequeño recibiría sólo 30 unidades (un déficit de 10 unidades).
  35. Este ejemplo muestra como se manejan las prioridades en el suministro de agua en WEAP21. Acabamos de ver como una demanda va a tener una prioridad sobre todo el sistema. Si es que un sitio de demanda estuviera conectado a más de una fuente de abastecimiento, puede preferir una fuente sobre la otra. Por ejemplo, el sitio de demanda en el esquema esta conectado a dos fuentes de suministro diferentes (dos ríos). Prefiere recibir la mayor cantidad de agua posible desde el río 1 (30 unidades en la cabecera). Dado a que el río 1 solo puede administrar 30 unidades, la demanda en este sitio va a recibir sus 10 unidades restantes desde el río 2 (100 unidades en la cabecera). Las preferencias pueden variar debido a razones como calidad del agua, costos, razones políticas, etc.
  36. Pero por supuesto, el futuro es altamente incierto. Hay tres tipos de incertidumbre: Ignorancia – nuestro entendimiento de las condiciones actuales y de las fuerzas causando cambios esta lejos de estar completo. Sorpresa – la posibilidad de eventos inesperados y comportamientos novedosos de los sistemas físicos y sociales introducen incertidumbre adicional. Volición – el futuro esta sujeto a las decisiones humanas que aun no han sido tomadas, de hecho, decisiones que pueden ser influenciadas por el mismo proceso de estudiar el futuro.
  37. Algunos escenarios miran hacia adelante – llamados “forecasts o predicciones”. Ellos describen como las condiciones futuras pueden desarrollarse a partir de las condiciones actuales y las fuerzas impulsoras. Las proyecciones tipo “business-as-usual” son predicciones. Ellos generalmente se enfocan en la continuación de las tendencias actuales y relaciones hacia el futuro. Pero escenarios que predicen quiebre y crisis también son predicciones, donde el analista proyecta el quiebre de la continuidad y la integridad estructural del sistema. Otros escenarios son llamado “backcasts o retrospectivos”. Ellos difieren de las predicciones al partir con una imagen del futuro. Desde ahí tienen que buscar posibles caminos para llegar a esa imagen. Los escenarios retrospectivos son muy útiles para estudios de desarrollo sostenible. Con estudios retrospectivos podemos preguntar: Adonde queremos ir? Y: Como llegamos allá? Por ejemplo, en un estudio de sostenabilidad en uso de agua podemos imaginar el futuro de una cuenca donde hay inversión en infraestructura, uso más eficiente del agua y reglas de distribución del agua que balanceen entre los distintos usuarios y requisitos ambientales. Después, podemos explorar los cambios en las políticas, valores y tecnologías que nos pueden llevar allá.
  38. Todas las aplicaciones en WEAP siguen una estructura similar: La Definición del estudio define el marco de tiempo, las fronteras espaciales, los componentes del sistema y la configuración del problema. Las Cuentas Actuales representa el caso base de las condiciones actuales en el sistema, incluyendo demandas, cargas de contaminantes, recursos y ofertas. Los Escenarios pueden ser ahí construidos, típicamente con un escenario base desarrollado a partir de las tendencias actuales y políticas, que puede ser contrastado con escenarios alternativos. Grupos alternativas de supuestos futuros basados en políticas, costos y factores que afectan las demandas, cargas de contaminantes, oferta de agua e hidrología. Finalmente los escenarios pueden ser evaluados con respecto a la suficiencia de agua, costos y beneficios, compatibilidad con metas ambientales y sensibilidad a la incertidumbre en variables claves.
  39. La estructura de WEAP incluye una barra de menú que provee acceso a la mayoría de las funciones importantes del programa, tales como la creación de una nueva área, guardar la información y resultados y programar los parámetros generales para el estudio. Además, WEAP esta estructurado en un grupo de cinco “vistas” del área. Estas vistas están listados como iconos gráficos en la “View Bar”, localizada a la izquierda de la pantalla. Haciendo Click en un icono de la View Bar permite seleccionar alguna de las vistas. Para las vistas de Resultados y Vista General o Overviews, WEAP calcula los escenarios antes de mostrar la vista, si es que han habido cambios en el sistema o los escenarios.
  40. La Vista Esquemática es el punto de partida para todas las actividades en WEAP. Una característica central en WEAP es que su interfaz grafica del tipo “drag and drop” permite una gran facilidad para describir y visualizar las características físicas de los sistemas de suministro y demanda de agua. Esta disposición espacial se llama schematic o esquema. Se puede crear, editar y visualizar en la Vista Esquemática. Capas de GIS pueden agregarse para proporcionar más claridad e impacto. La Vista Esquemática provee de acceso a través de un solo click a todo al análisis—hacienda un click derecho en cualquier elemento en el esquema da acceso a toda la información y resultados.
  41. La Vista de Datos es el lugar donde se puede crear las estructuras de datos, modelos y supuestos en WEAP. En la Vista de Datos, la pantalla se divide en cuatro paneles. En el de arriba a la izquierda, un árbol jerárquico es usado para crear y organizar las estructuras de datos bajo las seis categorías principales que son Supuestos Claves, Sitios de Demanda, Hidrología, Oferta y Recursos y Recursos, Medioambiente y Otros Supuestos. El árbol también se usa para seleccionar la información que se debe modificar, la cual se muestra a la derecha de la pantalla. Por ejemplo, hacienda click en la rama de la estructura “Sitios de a la izquierda de la pantalla, mostrara la información de todos los sitios de demanda a la derecha de la pantalla. Arriba y a la derecha de la pantalla, una tabla de entrada de datos se usa para modificar la información y crear las relaciones de modelación. La información que se ingrese aquí se muestra gráficamente en el panel de abajo a la derecha.
  42. WEAP permite a los usuarios especificar distintos fuentes de agua, incluyendo fuentes superficiales y subterráneas. Otros componentes de suministro incluyen tomas de agua y embalses. Finalmente, otras fuentes de agua pueden estar disponibles, tales como plantas de desalación o transferencias entre cuencas. WEAP requiere información en el suministro y demanda de agua. El suministro de agua puede ser dado como una serie de tiempo de caudales, o el modulo físico hidrológico puede ser usado para generar los flujos dinámicamente.
  43. Una aplicación de WEAP en la región de Sadah de Yemen mirando al impacto de niveles de aguas subterráneas en declive en pequeño sectores rurales y la cosecha de lluvia como posibles estrategias de adaptación.
  44. Una aplicación de WEAP en la cuenca del Rio Hai de Beijing, mirando a temas de competencia de agua entre Beijing y usuarios rurales pobres aguas arriba quienes comparten la cuenca.
  45. WEAP permite a los usuarios especificar distintos fuentes de agua, incluyendo fuentes superficiales y subterráneas. Otros componentes de suministro incluyen tomas de agua y embalses. Finalmente, otras fuentes de agua pueden estar disponibles, tales como plantas de desalación o transferencias entre cuencas. WEAP requiere información en el suministro y demanda de agua. El suministro de agua puede ser dado como una serie de tiempo de caudales, o el modulo físico hidrológico puede ser usado para generar los flujos dinámicamente.
  46. Un ejemplo simple con suministros y demandas de agua prescritos por el usuario
  47. Agregamos la hidrología, dejando que el uso de tierra en la cuenca y las propiedades físicas determinan la división entre precipitación, escorrentía, infiltración y evapotranspiración. La hidrología se ve afectada por el cambio climático – temperatura, humedad relativa, precipitación, como las demandas de agua por pastizales y la irrigación de vegetales van a cambiar.
  48. Este esquema representa como WEAP traduce la precipitación a escorrentía superficial, flujos ínter superficiales y flujos bases. Este es un modelo hidrológico estilizado, parametrizado y limitado. Se computan balances de agua en las subcuencas de manera estilizada – detalles sobre los parámetros se pueden revisar en los materiales de apoyo. Escorrentía desde el almacenamiento superior ocurre como flujo directo, superficial, flujos intermedios, mientras que el flujo base se origina solo desde al almacenamiento inferior. P = precipitación Et = evapotranspiración Pe = precipitación efectiva Sw = capacidad de almacenamiento superior (zona de raíces) Dw = capacidad de almacenamiento inferior (zona profundas) Z1 = promedio a largo plazo del almacenamiento en la zona de raíces (porcentaje de la capacidad total disponible; % of Sw) Z2 = promedio a largo plazo del almacenamiento en la zona profunda (porcentaje de la capacidad total disponible; % of Dw)
  49. Cada tipo de suelo es analizado con el modelo de 2 baldes (i.e., hay parámetros asociados a cada tipo de suelo- ej. Sw[Capacidad de la Zona de Raíces] = 400 mm para árboles, 300 mm para pasto, y 350 mm para pastizales).
  50. Esta es una vista transversal (arriba) y de planta (abajo) de una cuenca, describiendo como la cuenca puede ser subdividida entre el sector de la cabecera del río y las zonas de inundación por ejemplo. Una cuenca puede ser dividida de acuerdo a criterios geológicos, geomorfológicos, tipo de suelo.
  51. Water demand calculations are one of WEAP21’s strengths. Demands can be aggregated or disaggregated according to a user’s available data and level of detail needed. El cálculo de demanda de agua es una de las fortalezas de WEAP21. Las demandas pueden ser agregadas o desagregadas de acuerdo la información disponible para el usuario y el nivel de detalle que se necesita. Un sitio de demanda se define de mejor manera como un grupo de usuarios que comparten un sistema de distribución físico, que están dentro de una misma región, o que comparten un punto de toma de agua. Se tiene que decidir si es que se quiere agregar demandas en sitios de demanda agregados (ej., provincias) o separar los usos claves de agua entre los sitios de demanda individuales. Se pueden definir sitios de demanda de acuerdo a las siguientes tipos de categorías: ciudades principales o provincias usuarios individuales que manejan un punto de descarga superficial o desde in acuífero, tal como una industria distritos de irrigación demandas que retornan flujos a una planta de tratamiento única proveedoras de agua potable
  52. Se puede adaptar la estructura de la información a los objetivos de uno, basado en la disponibilidad de información, los tipos de análisis que se quieran conducir, y las unidades preferidas. Notar también que se pueden crear diferentes niveles de desagregación en cada sitio de demanda y en cada sector. Tipos de desagregación: Sector: Un ejemplo de clasificación incluye agricultura, industria, domestico urbano y domestico rural. Las categorías sectoriales pueden ser usadas flexiblemente para corresponder al problema particular bajo análisis. El ejemplo a la derecha no tiene una desagregación sectorial dentro del sitio de demanda—los sitios de demanda representan cada uno un sector (dos para el sector municipal, industria y agricultura). Subsector: Por ejemplo, el sector industrial puede ser dividido dentro de clasificaciones de producción industrial, ej., acero y hierro, petróleo, químicos, textil, pulpa y papel, y procesamiento de alimentos. El sector agrícola puede ser desagregado por tipo de cosecha, ganado u otro subsector apropiado. Uso-final: Por ejemplo, el uso final en cultivos podría ser caracterizado por los requisitos de agua para distintas condiciones de suelo o distintas localidades en el area bajo estudio, o diferentes técnicas de irrigación. Los usos finales en el sector industrial incluyen procesamiento, enfriamiento y amenidades sanitarias. Aparato: Por ejemplo, irrigación por aspersión, goteo o inundación en los sectores agrícolas, o duchas, baños y lavado para los sectores domésticos.
  53. En WEAP, se puede calibrar y validar el modelo al considerar el siguiente tipo de información.
  54. Se puede considerar el caudal como parte del proceso de validación y calibración.
  55. La Vista de Resultados muestra una gran variedad de gráficos y tablas cubriendo cada aspecto del sistema: demanda, suministro, costos, y cargas de contaminantes. Informes a la medida pueden ser vistos para uno o más escenarios. También se puede usar la opción de “Favorites” para marcar los gráficos más útiles para el análisis. Se puede exportar directamente a Excel.
  56. National Adaptation Programme of Action