1) El documento describe las herramientas de decisión para evaluar la vulnerabilidad y estrategias de adaptación al cambio climático en el sector de recursos hídricos. 2) Se discuten los posibles impactos del cambio climático en los recursos hídricos como cambios en la precipitación, temperatura, caudales de ríos y glaciares. 3) También se presentan ejemplos de modelos y herramientas como WEAP, Aquarius y SWAT que pueden usarse para evaluar vulnerabilidades y estrategias de adaptación en el sector de recurs
Herramientas de decisión para evaluar Vulnerabilidades
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
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).
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)
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..
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
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
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
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
Referencias completas pueden encontrarse en el Capitulo 11, Bibliografía, del Handbook.
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.
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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.
Fuente: Arnell, 2003. Diferentes modelos de circulación global (GCMs) predicen diferentes condiciones para la escorrentía anual, diferentes respuestas.
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.
Source: Arnell, 2003.
Pero por otra parte el modelo GFDL predice aumentos importantes en la escorrentía anual. Grandes incertidumbres.
Impactos en la temporalidad de los caudales. Impactos en el Oeste Norteamericano.
Claras analogías entre el Oeste de América del Norte y regiones aledañas a los Andes.
Claras analogías entre el Oeste de América del Norte y regiones aledañas a los Andes.
Cambios en la temporalidad de los caudales tiene claros impactos en la operación de sistemas.
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.
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.
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.
Estas son las adaptaciones desde la perspectiva de la demanda.
La metodología presentada a la UNFCCC se enfoca en modelos de recursos hídricos como herramientas para la evaluación de V&A.
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.
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.
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.
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/
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Un ejemplo simple con suministros y demandas de agua prescritos por el usuario
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.
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)
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).
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.
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
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.
En WEAP, se puede calibrar y validar el modelo al considerar el siguiente tipo de información.
Se puede considerar el caudal como parte del proceso de validación y calibración.
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.