Estudio de Caudales Ecologicos

Proyecto de Adaptacin al Impacto del Retroceso

Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales, (praa)

ESTUDIO SOBRE

CAUDALES ECOLGICOS

Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua y evolucin de los impactos asociados al

cambio climtico en la parte alta de la cuenca del ro Guayllabamba y en las microcuencas Papallacta y

Antisana

Por favor citar este documento como se indica a continuacin:

Secretara General de la Comunidad Andina, Ministerio del Ambiente (Ecuador) / Proyecto

de Adaptacin al Impacto del Retroceso Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales

(PRAA), Fondo para la Proteccin del Agua (FONAG), 2011. Estudio sobre Caudales

Ecolgicos. Quito, EC. 62 p.

Estudio sobre Caudales Ecolgicos

NEWVI Integral Solutions Ca. Ltda.

Octubre del 2011

Quito - Ecuador, Octubre 2011

Elaborado por:

Daniela Rosero, Especialista en caudales ecolgicos.

Con el aporte tcnico de:

ngel Muoz, Asesor en cambio y variabilidad climticos.

Cecibel Campos, Especialista en SIG.

Fiscalizacin:

Jacqueline Cisneros, Coordinadora Programa Gestin del Agua FONAG

Instituciones que contribuyeron:

Ministerio del Ambiente del Ecuador (MAE)/ Proyecto de Adaptacin al Impacto del

Retroceso Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales (PRAA) / Proyecto de

Adaptacin al Cambio Climtico a travs de una Efectiva Gobernabilidad del Agua

(PACC)

Fondo para la Proteccin del Agua (FONAG)

Empresa Pblica Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS)

Instituto Nacional de Meteorologa e Hidrologa (INAMHI)

Empresa Elctrica Quito (EEQ-SA)

Contenido

Antecedentes ........................................................................................................................ 1

1. Introduccin ................................................................................................................ 2

1.1 Objetivos Especficos .............................................. Error! Marcador no definido.

1.2 rea de Estudio ...................................................................................................... 7

2. Impactos de las Captaciones ...................................................................................... 8

2.1 Integridad Ecolgica .................................................................................................... 9

2.1.1 Antes de las Captaciones ....................................................................................... 10

2.1.2 Despus de las Captaciones ................................................................................... 13

2.2 Anlisis Comparativo ............................................................................................ 15

2.3 Potencialidad de los Impactos .............................................................................. 19

2.4 Conclusiones y Recomendaciones ....................................................................... 26

3. Definicin del modelo de Caudales Ecolgicos ........................................................ 28

3.1 Fundamento eco hidrulico ................................................................................... 29

3.2 Fundamento eco hidrolgico ................................................................................. 30

3.3 Informacin base para el modelo .......................................................................... 31

3.3.1 ndice Ltico para la Evaluacin del Flujo LIFE ....................................................... 31

3.3.2 Hbitats viables para Invertebrados ........................................................................ 33

4. Clculo del Caudal Ecolgico ................................................................................... 35

4.1 Validacin del rgimen de caudales ecolgicos .................................................... 40

4.2 Modelo de hbitats viables en la poca hmeda ................................................... 41

4.2.1 Condiciones ecolgicas .......................................................................................... 42

4.2.2 Condiciones hidrolgicas ........................................................................................ 44

4.3 Modelo de Hbitats Viables e ndice LIFE ............................................................. 47

4.3.1 Hbitats viables en la vertiente del Pacfico ........................................................... 48

4.4 Conclusiones y Recomendaciones ....................................................................... 50

5 Efecto del cambio climtico en el caudal ecolgico ................................................... 52

Conclusiones y Recomendaciones ..................................................................................... 54

Referencias ......................................................................................................................... 55

Listado de imgenes ........................................................................................................... 59

Listado de tablas ................................................................................................................. 60

Anexo 1. Mapa de ubicacin de los ecosistemas acuticos en el rea de estudio. ............. 61

Anexo 2............................................................................................................................... 62

Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua

y evolucin de los impactos asociados al cambio climtico

Estudio Caudales Ecolgicos 1

Antecedentes

Las captaciones de agua constituyen una de las infraestructuras de mayor importancia

para el desarrollo de la humanidad. En el Ecuador como en el resto de los Andes, las

principales ciudades se abastecen de agua proveniente de las cabeceras ubicadas en

los Pramos. As mismo, el desarrollo energtico ha enfocado sus esfuerzos en la

hidroelectricidad cuyos sitios de inters se ubican en puntos de altura para su

aprovechamiento por gravedad. En diferentes periodos, los principales ros de las

unidad hdricas del ro Guayllabamba y Papallacta han sido monitoreados por el

FONAG, para conocer el impacto de las captaciones de agua aqu presentes. Este

anlisis se complement en la actualidad, en el marco del convenio MAE/PRAA-

FONAG, con los escenarios de los modelos de cambio climtico con la finalidad de

conocer las respuestas de la integridad ecolgica frente a los cambios en la

precipitacin. Las captaciones en los ros con buena integridad ecolgica parecen

enfrentar de mejor manera el impacto de la captacin en el cauce mientras que los ros

de menor integridad ecolgica que se ven ms afectados. En la actualidad, no se

puede asegurar el valor sobre o bajo el cual el ro pierde su integridad ecolgica, lo

que se ha podido observar en este anlisis es que con una reduccin del 100% del

caudal, todos los sitios despus de las captaciones son vulnerables al cambio

climtico y esta condicin se reduce en la medida en la que aparece la recarga natural.

Como una respuesta a los efectos de las estructuras de captacin se proponen los

regmenes de caudales ecolgicos. Este concepto ha sido probado como una medida

de mitigacin a diferentes escalas. En este anlisis, se ha identificado el rgimen de

caudales ecolgicos que demuestra que los invertebrados acuticos tienen la

posibilidad de enfrentar una mayor heterogeneidad de hbitats en la medida en que

aumenta el caudal. Los resultados de este estudio constituyen los primeros

acercamientos para la recuperacin de ros del Pramo Andino del Ecuador,

especficamente los que conforman los sistemas de abastecimiento de agua potable.

La informacin eco hidrulica referente a las preferencias de los invertebrados por las

condiciones fsicas de los hbitats es de momento especfica del ro y puede

extrapolarse a ros de similares caudales y sustratos. El modelo de simulacin del

hbitat consider las variables fsicas del hbitat como las condiciones bsicas para

seleccionar hbitats viables ya que otras condiciones ecolgicas requieren todava

ms investigacin. Los resultados de este modelo deben validarse con informacin de

otros ros dentro del rango altitudinal y que compartan similar fauna acutica, bajo la




metodologa de los hbitats viables se puede observar la respuesta de los

invertebrados a los caudales extremos como el estiaje .La informacin hidrolgica en

cuanto a disponibilidad de agua y oferta natural son variables fundamentales a incluir

en este estudio, ya que los hbitats viables podrn existir bajo una cantidad de agua

que debe mantenerse en el ecosistema y que debe tener la variabilidad que las

condiciones naturales ofrecen. La potencial reduccin en la disponibilidad del agua

significara una menor posibilidad de que los hbitats viables se mantengan y

alberguen a las poblaciones biticas. A su vez, un aumento de las precipitaciones

puede favorecer a la oferta natural y mantener hbitats viables en sitios afectados, sin

embargo, los efectos del cambio del rgimen hidrolgico no se pueden generalizar y

las respuestas solo pueden extrapolarse a un rango muy limitado. Los escenarios del

cambio climtico enfocados en el aspecto de la precipitacin sugeriran por lo tanto

que, los ecosistemas podrn mantener hbitats viables en la medida en que lo hagan

sus comunidades biticas en ecosistemas similares con variaciones comparables.

1. Introduccin

El consenso general mundial ha reconocido que el acceso al agua es la principal

limitacin en la creciente demanda humana y su desarrollo (WHO, 2003). Los casos

de desertificacin a lo largo del planeta han demostrado que el acceso al agua podra

estar limitado en primera instancia por una alarmante disminucin del recurso

disponible (Postel, 2006). El transporte y transferencia de agua diferentes escalas,

entre ros, cuencas o pases, ha buscado cubrir la necesidad en las zonas con dficit

hdrico. El agua que proviene de un lugar, como resultado de los procesos ecolgicos

especficos de ese sitio (Allan y Castillo, 2007), posee una cierta calidad yes disponible

en determinada cantidad, directamente relacionada con el buen estado del ecosistema

o el estado de conservacin (Postel, 2000).Las alteraciones humanas de las

condiciones naturales de un ro son por lo general, causas fundamentales para la

prdida de la integridad ecolgica de todo el ecosistema acutico (Richter et al. 2003).

Los procesos en los ros sostienen a la vida de humanos y otros seres vivos, a travs

de la combinacin de cantidades suficientes de agua en ptimas calidades, que

recorren su camino en hbitats fluviales con ecosistemas de riberas en condiciones

saludables (Pardo et al. 2002; Munneet al. 2003). En este estado, los servicios que

proveen los ecosistemas acuticos pueden verse en conflicto con la demanda por el

agua como recurso, para abastecer servicios de agua potable, hidroelectricidad, riego

y recreacin. Este conflicto se traduce en un desequilibrio del balance hdrico natural




por las extracciones de todos los tipos de usos, que aumentan la probabilidad de

perder la integridad ecolgica y con ello las funciones ecosistmicas de los ros.

Cuando los umbrales de resistencia y resiliencia de los ecosistemas acuticos son

superados, los impactos ambientales en los ros pueden ser negativos, no mitigables e

irreversibles (Richter y Thomas 2007). La capacidad de los ecosistemas acuticos de

auto- mitigar y recuperarse de las alteraciones por actividades humanas, vara de

forma espacial y temporal, por lo que su entendimiento significa valorar los lmites de

la integridad ecolgica.

Las actividades para el desarrollo, como los extensos complejos de transporte de agua

para la generacin de energa elctrica, riego y agua potable, incluyen la alteracin de

muchos procesos en la naturaleza, como el ciclo del agua. La derivacin, conduccin y

almacenamiento de las corrientes superficiales ola conformacin de nuevas reas de

flujo subterrneo, puede favorecer la inundacin, la prdida de la capacidad de

retencin y recarga natural, o simplemente drenar un ecosistema acutico hasta la

desertificacin, estos son algunos de los procesos locales que ocurren por efecto

directo o indirecto de la construccin de estas estructuras. A pesar de la extensiva

proliferacin de proyectos y obras de captacin para diversos usos, poco o nada se

conoce de los efectos puntuales de las estructuras sobre el ecosistema acutico

terrestre, en pases como Ecuador en donde su desarrollo se ha impulsado

sobremanera en la ltima dcada. Adems, de los efectos sobre los ecosistemas

acuticos y terrestres, la construccin y operacin tradicional de las estructuras de

captacin ha venido experimentando una serie de efectos reversos relacionados a la

acumulacin de sedimentos, la disminucin de los volmenes de diseo y la prdida

de la calidad del agua, como parte de la eficiencia y capacidad de las obras de

infraestructura (Rosero, 2005).

En Ecuador como en varios pases de Amrica Latina, las fuentes de agua para

abastecimiento humano de las principales ciudades, se ubican en ecosistemas de

altura como los pramos (Buytaertet al., 2007). En el caso de las captaciones de agua,

es comn observar derivaciones a nivel de bosque, gracias a la proteccin de las

zonas altas. Este es el caso de las captaciones de agua que se encuentra en los ros

Pita y San Pedro, ubicados en la cuenca del ro Guayllabamba; en ros como los

mencionados se pueden encontrar captaciones o derivaciones del caudal a distintas

alturas y pisos bioclimticos (pramo y bosque montano). La presencia de flujo de

agua a lo largo del ao, con distintas temporalidades marcadas es una importante

caracterstica de los ros del Valle Interandino. La hidrologa de los ecosistemas




acuticos en todo el Ecuador, est influenciada por una variabilidad climtica con

componentes asociables a distintas escalas espacio-temporales (Muoz, Macas y

Garca, 2010; SGCA, PRAA, Muoz, 2010), que se determina por una fenomenologa

regional (Zona de Convergencia Intertropical, El Nio-Oscilacin del Sur, Adveccin de

humedad del Amazonas) y local, caracterstica del tipo de ecosistema. El

funcionamiento de los ecosistemas acuticos depende de la variacin natural del

clima, bajo ciertas circunstancias de disminucin de caudal, que a su vez, pueden

aumentar en frecuencia o intensidad de acuerdo a cmo interacten las seales de

variabilidad y cambio climtico, los organismos que habitan en los ecosistemas

acuticos han evolucionado y se han adaptado a estas condiciones (Muoz, 2010;

Muoz, Macas y Garca, 2010; Muoz, Recalde, Cadena et al., 2010).

La capacidad de los ecosistemas acuticos para resistir y mantenerse frente a los

cambios naturales es una caracterstica que los permite enfrentar alteraciones

antropognicas; la resiliencia y la resistencia son esta capacidad que se puede evaluar

cuando se aplican diferentes medidas de mitigacin ambiental. Los procesos clave de

un ecosistema acutico pueden mantenerlo resiliente a la operacin, tanto antes como

despus de las estructuras de captacin, siempre que estos se consideren en la

mitigacin ambiental. El enfoque de mitigacin depende del tipo de actividades que se

ejecuten sobre los ros y la medida en que stas afecten al funcionamiento de los

mismos (Petts y Bickerton, 1994; Poffet al. 1997). Entre las principales medidas de

mitigacin para las estructuras de captacin se considera el flujo de agua que restaure

la conexin del ecosistema.

El trabajo de definir la cantidad o flujo de agua que debe haber en un cauce es una

tarea compleja, sin embargo los resultados han sido probados a nivel mundial, y se ha

observado la recuperacin y restauracin del funcionamiento de los ecosistemas

acuticos y la reduccin de los conflictos entre el abastecimiento y la conservacin

(Poffet al. 2003). La creacin de herramientas de mitigacin que incluyan un nuevo

acercamiento entre: la ecologa, la hidrologa y la ingeniera de la operacin de las

estructuras de captacin, podran ayudar a reducir el impacto de las intervenciones

sobre los ecosistemas acuticos lo que significa disminuir su prdida y con ello el agua

que proveen.

En la unidad hdrica del ro Guayllabamba y en algunos ros de la unidad hdrica del ro

Papallacta las captaciones de agua extraen la totalidad del caudal del ro (entre 95 y

98% del caudal). A pesar de la recarga natural o superficial y del regreso del caudal al

cauce, gracias a las caractersticas de la zona que puede almacenar, retener grandes




cantidades de agua, y liberarlas de manera constante, existen tramos de los

ecosistemas acuticos que se han visto alterados y se desconoce su estado antes y

despus de las captaciones. El caudal ecolgico surge como un concepto de la eco

hidrologa y la eco hidrulica que busca integrar las relaciones ecolgicas del ro con

las condiciones hidrolgicas (Fashchevsky, 1992). El caudal ecolgico es la cantidad,

calidad y rgimen de caudales necesarios para sostener los ecosistemas acuticos y

tambin los bienes y servicios del ecosistema del cual depende la sociedad humana

(Poffet al., 2010).

La investigacin sobre el rgimen de caudales ecolgicos ha evolucionado con mayor

fuerza en pases templados del norte y del sur que en el trpico. Estados Unidos,

Espaa, Nueva Zelanda y Australia se consideran pases pioneros en la investigacin

e implementacin (Dysonet al. 2003; Tharme, 2003). Sin embargo, Sudfrica fue uno

de los primeros pases en incorporar este tema en su legislacin y llevarlo a su

aplicacin a nivel nacional. En Amrica Latina los esfuerzos para definir y proponer

caudales ecolgicos son aislados y se han limitado al nivel normativo, como en el caso

de Brasil (Benettiet al. 2004). La mayora de intentos realizados para establecer

metodologas de fcil uso que arrojen resultados prcticos, han tenido xito desde el

punto de vista hidrolgico pero han fracasado en el aspecto ecolgico y social.

En el Ecuador existen algunos esfuerzos por conservar los ecosistemas acuticos

luego de las intervenciones por captaciones para diferentes usos. En la cuenca alta del

ro Guayllabamba, a partir del ao 2005 el Fondo para la Proteccin del Agua impuls

la preparacin de una metodologa basada en las presencia de invertebrados

acuticos en determinados rangos de velocidad del flujo (Rosero, 2005), para

mantener caudales ecolgicos despus de las captaciones de San Rafael y Molinuco.

En las captaciones de los ros del Sistema Papallacta se propuso una metodologa

para definir los hbitats viables para invertebrados acuticos y mantener un rgimen

permanente en el ro que responda a las condiciones ecolgicas e hidrolgicas antes

de las captaciones (Rosero et al. 2011).

La principal limitacin para determinar y proponer regmenes de caudales ecolgicos,

en pases como el Ecuador, es la ausencia de informacin hidrolgica. La importancia

de las series hidrolgicas histricas diarias es clave para disear los regmenes,

mientras que con la informacin segmentada solo se puede hacer acercamientos

temporales o estacionales (Poffet al., 2010). Para proponer un rgimen de caudales

ecolgicos es necesario informacin ecolgica que se pueda asociar a la informacin

hidrolgica, esta informacin tambin est ausente en muchos casos del Ecuador y




requiere una importante atencin, en miras de implementar el caudal ecolgico como

medida de mitigacin ambiental y conservacin de los ecosistemas acuticos. Los

esfuerzos por generar metodologas aplicables a diferentes ecosistemas han dejado

de lado la variacin hidrolgica temporal de los ecosistemas acuticos, y es aqu

donde las relaciones entre las variables fsicas y las comunidades acuticas

caracterizan por ser complejas y especficas (Peckarskyet al., 2001). Entre ms de 200

mtodos para definir caudales ecolgicos, los mtodos holsticos se consideran

incluyentes del tema ecolgico y social, sin embargo la gestin de los resultados es un

proceso que se puede llevar a cabo independientemente de las herramientas para su

clculo, es por esto que los mtodos que se enfocan en las respuestas del ecosistema

mediante la simulacin de modelos, han sido los ms implementados a nivel mundial

(Bovee, 1989; Tharme, 2003).

En este contexto, se propone uno de los primeros anlisis comparativos de los efectos

de las captaciones para la estimacin del rgimen de caudales ecolgicos, con la

finalidad de ofrecer una medida de mitigacin del impacto ambiental actual y su

potencialidad en diferentes escenarios del cambio climtico, estimados para el

Ecuador. Si el impacto actual de las captaciones ha sobrepasado el umbral de

resiliencia de los ecosistemas acuticos, su capacidad de respuesta ser menor frente

al aumento de la variabilidad climtica y el cambio climtico. Por otro lado, si se

mantienen ciertos aspectos clave del ecosistema acutico, un rgimen de caudales

ecolgicos puede aumentar la resiliencia para enfrentar los posibles cambios previstos

en los escenarios. Para responder estas incgnitas, se comparar la integridad

ecolgica entre los sitios antes y despus de las captaciones de los ros,

posteriormente se identificarn regmenes de caudales ecolgicos

(temporales/estacionales) para compararlos con la variabilidad climtica natural y el

cambio climtico, finalmente se evaluar la capacidad de esta herramienta de

mitigacin como una medida de adaptacin al cambio climtico.

1.1 Objetivos Especficos

1.1.1 Definir la integridad ecolgica de los ros y evaluar el impacto

actual de las captaciones, y la potencialidad de este impacto

frente a cambios asociados a la variabilidad climtica y al cambio

climtico.




1.1.2 Definir un modelo para conocer el rgimen de caudales

ecolgicos con la retroalimentacin de la informacin hidrolgica

que se genere a futuro.

1.1.3 Definir un rgimen de caudales ecolgicos para mantener los

hbitats viables en los ros y evaluar su efecto como medida de

adaptacin frente a la variabilidad climtica y al cambio climtico.

1.2 rea de Estudio

El rea de estudio se ubica en las unidades hdricas del ro Guayllabamba y del ro

Papallacta, en los principales cauces: ros Nieves Toma, San Pedro, Pita, Tuminguina,

Tambo y Papallacta. Los ros analizados para evaluar el impacto de las captaciones

fueron los ros San Pedro, Pita y Tuminguina, y la propuesta del rgimen de caudales

ecolgicos se realiz para los ros Papallacta, El Tambo y Nieves Toma. Los sitios de

inters para la investigacin forman parte de los sistemas de agua potable que

abastecen al Distrito Metropolitano de Quito y de las centrales hidroelctricas de la

Empresa Elctrica Quito.

Las captaciones de agua potable se ubican en el los ros Pita y Tuminguina en una

altitud media de 3200 msnm, en donde la vegetacin dominante son arbustos y

pasto. La captacin en el ro Tuminguina abasteca al Sistema de Papallacta, que se

encuentra en el rea de influencia de la Reserva Ecolgica Antisana, sin embargo el

flujo de este ro dejo de ingresar al sistema debido a su alta carga de arsnico natural

(observacin personal). La captacin de agua potable en el ro Pita se ubica en el

sector del Pedregal en la zona de influencia del Parque Nacional Cotopaxi y abastece

al Sistema Pita Tambo.

Las captaciones para generacin hidroelctrica se ubican en los ros Pita y San Pedro

en un rango altitudinal de 2800 msnm, estos sitos presentan vegetacin compuesta

por arboles exticos y nativos, matorrales y especies rastreras, y se ubican dentro de

haciendas privadas. La captacin del ro San Pedro se conoce como la Bocatoma de

San Rafael y abastece al Reservorio de Guangopolo que alimenta las Centrales en

cascada de Guangopolo - Cumbaya - Nayn. El ro San Pedro constituye el lmite

cantonal entre Quito y Rumiahui y los sitios de estudio se ubican en: antes de la

captacin a 1300 m, en la zona de Fajardo; y despus de la captacin en la zona de

La Armenia. La captacin del ro Pita se conoce como la captacin de Molinuco que




abastece a la Central Hidroelctrica Los Chillos, los sitios se ubican antes de la

captacin a 200 m del dique y despus de la captacin a 13 m del dique.

El ro Papallacta constituye el principal afluente de la unidad hdrica del mismo nombre

y es captado en dos ocasiones, una para proveer el servicio de hidroelectricidad y

posteriormente para dotar agua potable. El ro es captado en la zona de ingreso al

Parque Nacional Cayambe Coca por parte de la Empresa HCJB, posteriormente

luego de ser turbinado, el caudal regresa a su cauce y aqu se encuentra la captacin

de agua de los reservorios del sistema del mismo nombre.

Los ros Tambo y Nieves Toma analizados como sitios control para la definicin de

regmenes de caudales ecolgicos se ubican, el primero en la Reserva Ecolgica

Antisana mientras que el segundo en la zona de influencia de la Reserva Ecolgica

Los Illinizas, estos ros no han sido intervenidos por captaciones, sin embargo se

conoce de la presencia de ganado en las cuencas (observacin personal).

Las condiciones climticas de las unidades hdricas son muy particulares y las

condiciones de uso de suelo son especialmente distintas. Las unidad hdricas

(Papallacta, Chalpi Grande, Quijos, etc.) en la Vertiente Atlntica se ubican en la franja

oriental de la Cordillera de los Andes que recibe toda la humedad y viento de la regin

Amaznica; la altitud, la vegetacin y la capa orgnica de esta cadena montaosa

favorecen la presencia de un ecosistema que retiene el agua proveniente de la

precipitacin (pramo). Estas condiciones favorecen la recarga natural en todos los

niveles, a pesar de estar en zonas de cabecera estos ros son alimentados por el

escurrimiento superficial y subterrneo, lo que los mantiene como caudalosos. Las

unidades hdricas (Pita, San Pedro, Carihuaycu, etc.) se ubican en la franja occidental

de la cordillera y reciben la humedad, viento y precipitacin de la Vertiente Pacfica, sin

embargo, las condiciones difieren en el uso del suelo de estas unidades hdricas y en

el nivel de conservacin de los ecosistemas circundantes. Mientras que en la zona

oriental aproximadamente el 80% de micro cuencas estn bajo algn nivel de

proteccin, en la zona occidental solo el 17% de unidades hdricas estudiadas estn

bajo proteccin, Anexo 1.

2. Impactos de las Captaciones

El anlisis de los impactos de las captaciones se puede llevar a cabo con diferentes

metodologas comparativas en el espacio o temporales. Evaluar los sitios se puede

considerar distintos niveles de intervencin en uno o varios ros, esto se puede lograr




al comparar ros no intervenidos o control y ros intervenidos o impactados, en donde

se encuentran los sitios antes y despus de las captaciones (Downeset al., 2003). En

el anlisis comparativo de la integridad ecolgica de los ecosistemas acuticos en

estudio, la temporalidad es un factor con el que se cuenta y que conocer la variabilidad

natural de las condiciones climticas. En la zona de estudio, se cuenta con diferentes

perodos de informacin para los distintos ros: Pita en Pedregal (2004), Pita en

Molinuco (2004 2006, 2011), San Pedro en San Rafael (2004 2008, 2011),

Tuminguina (2006 2008, 2011), Nieves Toma y Tambo (2011). A pesar de que los

datos corresponden a fechas distintas, este anlisis se centra en la capacidad de cada

ecosistema (ro o tipo de ro) para responder a los efectos de las captaciones y al

cambio climtico.

Los elementos del ecosistema que conforman la integridad ecolgica son varios y

pueden seleccionarse en funcin de los intereses o informacin disponible. En este

caso, se tom en cuenta factores abiticos y biticos que se podan comparar entre

ros y sitios: hidrologa, morfologa de los cauces, calidad qumica del agua y la calidad

bitica del agua. El principal factor bitico que se tom en cuenta para todo el anlisis

fue: los invertebrados acuticos, conocidos por su relativa fcil coleccin e

identificacin y susceptibles a los diferentes impactos ambientales. Estos aspectos de

los ecosistemas acuticos se integraron a la informacin sobre variabilidad climtica

(Muoz, Macas y Garca, 2010; Muoz, Recalde, Cadena et al., 2010) y resultados del

anlisis de escenarios de cambio climtico para el Ecuador (SGCA, MAE/PRAA-

FONAG, 2010) por Muoz, para obtener la respuesta potencial de la integridad

ecolgica del sistema.

2.1 Integridad Ecolgica

El concepto de integridad incluye varios aspectos que permiten el funcionamiento del

ecosistema acutico. En este anlisis se consider aspectos fsicos, qumicos y

biolgicos para seleccionar las variables de un complejo de interacciones ecolgicas

que determinan la integridad ecolgica (Alan y Castillo, 2007). En los sitios de las

captaciones, la variable directriz y fundamental es el caudal como el aspecto

hidrolgico del estado de los procesos en el ecosistema, y a partir de la cual se

desarrollan dichos procesos. En la Imagen 2 se presenta el enfoque de integridad

ecolgica a partir de la hidrologa (caudal m3.s-1), que define las condiciones fsicas del

ro, como el tipo de sustrato (arena, limo, gravas, cantos, bloques, roca madre), el nivel

de profundidad (m) y la velocidad de la corriente (m.s-1), estas condiciones y el caudal




a su vez determinan la presencia de elementos como el oxgeno disuelto (mg.l-1), la

temperatura del agua (C), los nutrientes (mg.l-1)(fosfatos, nitratos, sulfatos) y

minerales (mg.l-1)(calcio, slice, hierro y arsnico), y finalmente definen el tipo de

comunidad de invertebrados acuticos que habitan en estas condiciones. La

comunidad de invertebrados se puede evaluar mediante ndices biticos que

representan el estado general de un sitio; existen ndices a nivel mundial que se han

adaptado a las condiciones especficas de una zona bioclimtica, como el ndice

Bitico de los Andes (Acosta et al., 2009) (Anexo 2).

2.1.1 Antes de las Captaciones

La evaluacin de la integridad ecolgica de los ros captados demuestra que el nivel

de intervencin de los ecosistemas terrestres circundantes determina, en gran parte, el

estado del ecosistema acutico. Los ecosistemas acuticos que estn bajo manejo

como conservacin y proteccin (control), presentan mejor integridad ecolgica que

los ecosistemas acuticos intervenidos y bajo ningn manejo ambiental (impactados).

Los sitios de captacin de agua potable que se ubican en la parte alta

(pramo/bosque), presentan mejor estado de la integridad ecolgica mientras que las

0

1

2

3

E F M A M J J A S O N D

m3/s

O2Ca

PO4+

Hidrologa (Caudal)

Fsica del Cauce (Sustrato, Profundidad y

Velocidad)

Qumica del Agua (O2, T, Nutrientes,

Minerales)

Calidad Bitica(Comunidad de Invertebrados)

Ro Papallacta

Imagen 1. Enfoque de integridad ecolgica de ros para sitios de captacin de agua.




captaciones para hidroelectricidad que se ubican en la parte baja y media

(bosques/pastizales/construcciones) estn mayormente afectados.

La integridad ecolgica en Pita (Pedregal Parque Nacional Cotopaxi) y en

Tuminguina (Papallacta Reserva Ecolgica Antisana) es muy buena, en Pita

(Molinuco Hacienda Santa Rosa) es buena y en San Pedro (Fajardo zona poblada)

es mala. Estos resultados demuestran que las condiciones del ecosistema terrestre

estn asociadas a la calidad bitica del agua y por ello al tipo de uso al que se destina

el agua. El consumo humano requiere condiciones fsico qumicas y biolgicas de

gran calidad, no as la generacin hidroelctrica en donde stas no son un factor

determinante para la operacin. En general, los sitios de captacin para agua potable

presentan una integridad ecolgica muy buena y los sitios de captacin para

generacin hidroelctrica presentan una integridad ecolgica media - mala.

En un anlisis de forma independiente de las variables, observamos que el caudal y

las condiciones fsicas de los ros son en ptimas, hasta el sitio de la captacin y las

condiciones qumicas y biolgicas cambian en distintos puntos hasta la captacin. El

anlisis integral de todas estas variables nos ofreci una idea clara del estado de los

ros antes de las captaciones y cmo cambian despus de las estructuras.

Los ros Tuminguina en Papallacta y Pita en Pedregal presentan una morfologa

estable con sustrato dominado por bloques y cantos, las riberas estn compuestas de

vegetacin nativa con pajonales y pequeos arbustos; el agua presenta altas

concentraciones de oxgeno disuelto y bajas temperaturas al igual que las

concentraciones de nutrientes y minerales, caracterstico de nacientes de ros con

origen volcnico. El ro Tuminguina presenta elevadas concentraciones de arsnico,

hierro y slice mientras que el ro Pita no. La calidad bitica de estos sitios es buena (>

100 = buena) segn el puntaje del ndice Bitico de los Andino. ABI (Acosta et al.,

2009), Tabla 1.

Calidad ABI Significado

Buena >150, 101 120* Aguas muy limpias a limpias

Aceptable 61 100 Aguas ligeramente contaminadas

Dudosa 36 60 Aguas moderadamente contaminadas




Crtica 16 35 Aguas muy contaminadas

Muy crtica 190 ppm. La calidad

del agua del ro San Pedro tiene bajas concentraciones de oxgeno disuelto y

temperaturas moderadas (16 19 C), as mismo se tiene una fuerte presencia de

nutrientes como nitrgeno amoniacal, sulfatos y fosfatos, Tabla 2. Como resultado de

las condiciones fsicas de los cauces y la calidad qumica del agua, el ro Pita en

Molinuco tiene una calidad bitica aceptable (70 99 = aceptable) mientras que el ro

San Pedro en Fajardo tiene una calidad bitica dudosa (30 69 = dudosa).

Pita (Pedregal) Tuminguina Pita (Molinuco)

San Pedro

A D A D A D A D

Caudal mx.

(l/s):

9209

0

6075

-

14177

-

19276

-

Caudal mn.

(l/s):

1137 0 749 - 2332 - 6144 -

Caudal medio

(l/s):

2275 0 2661 2661 4362 0 9790 0

Ancho (m) : 4.3 4.5 5.1 5.4 6.7 2.9 9.3 3.3

Tipo de

sustrato:

Bloque Bloque Bloque Bloque Bloque Cantos Cantos Limo

Profundidad

(m):

0.3 0.05 0.4 0.9 0.43 0.09 0.22 0.07

Velocidad 1.7 0 1.9 1.2 1.5 0 1.3 0




(m/s):

Oxgeno:

disuelto

(ppm):

8.1 5.3 7.8 7.8 6.5 1.8 4.2 0.8

Temperatura

C:

8.6 8.8 9.3 9.5 10.2 10.9 11.5 12.2

Nitratos

(ppm):

0.21 0.17 0.59 0.47 0.64 2.33 5.4 7.33

Nitritos (ppm) 0.09 0.05 0.0 0.0 0.05 1.54 0.9 3.2

Sulfatos

(ppm):

4.9 13 15 19 22 198 64 546

Hierro (ppm): 1.36 0.01 0.01 0.01 2.32 1.6 5.4 6.3

Arsnico

(ppm):

0.00 - 0.08 0.09 - - - -

ndice ABI: 108 76 123 125 78 21 55 9

# familias: 19 14 23 24 13 4 8 2

Densidad

(ind/m2):

8900 6558 9530 9450 7884 1200 6899 255

Tabla 2. Valores promedio de las variables consideradas para definir la integridad ecolgica.

A: antes de la captacin

D: despus de la captacin

Fuente: Bases de datos FONAG, 2008

2.1.2 Despus de las Captaciones

La integridad ecolgica de los ros despus de las captaciones, en general, es

aceptable ya que est directamente relacionada a la recarga natural que reciben los

ros a medida que se alejan de la captacin. El caudal de todos los ros despus de las

captaciones cambia y se reduce en un promedio de 90%. Un caso especial, ocurre con

el ro Tuminguina en Papallacta que desde el ao 2006, el agua pasa sobre esta

captacin sin que esta lo desve y el ro se mantiene posteriormente en su cauce

natural. Esta condicin especial, se debi a las altas concentraciones de arsnico

natural de este ecosistema acutico, como se mencion anteriormente. A parte de

este caso, el resto de captaciones reducen todo el flujo del ro San Pedro y en el ro

Pita en dos puntos del recorrido del ro.




Despus de las captaciones, el caudal y la fsica de los cauces son alteradas

inmediatamente en todo los casos, sin embargo, como se puede ver en el caso del ro

Tuminguina en Papallacta, Imagen 3, a pesar de estas fuertes modificaciones la

integridad ecolgica es buena cuando el caudal se ha restaurado en el cauce. La

qumica del agua como se mencion para este caso, presenta arsnico natural de

origen volcnico, sin embargo, la comunidad de invertebrados de este ro se ha

adaptado a estas condiciones y la presencia de nutrientes y minerales favorece la

morfologa de estos organismos, ya que se pudo encontrar ejemplares de gran tamao

asociados a los sustratos de slice y calcio.

En el ro Pita en Pedregal el caudal captado en su totalidad deja al cauce seco, esto

no favorece al transporte de nutrientes y minerales, y se produce una gran

acumulacin que inicia un proceso de descomposicin orgnica e inorgnica muy

lento. Despus de la captacin, las mrgenes estn modificadas y el agua que se

acumula en pozas por precipitacin o desbordes, no registra velocidades y su

profundidad es muy baja; la temperatura y la concentracin de oxgeno disuelto

tambin lo son: 9.5 C y 5 ppm, respectivamente, mientras que entre los nutrientes, los

sulfatos 36611 ppm aumentan en este sitio. Las concentraciones de minerales no se

registraron en este sitio pero debido a su conservacin se estima una situacin similar

a los ros de nacientes en reas protegidas. La calidad bitica del agua despus de la

captacin, es aceptable y se observa bsicamente, una reduccin del nmero de

grupos o familias de invertebrados.

Despus de la captacin en el ro Pita en Molinuco, al igual que en Pedregal, no se

tiene caudal y la poca recarga natural es desviada hacia la captacin. En Molinuco, el

Imagen 2. Ubicacin de la captacin de agua potable en el ro Tuminguina en Papallacta.




agua que queda en el cauce del ro Pita est represada entre los cantos y el limo

acumulado, Imagen 4. La profundidad es muy baja y la velocidad es nula, el ancho del

cauce se reduce considerablemente de 6.7 a 2.9 m y las riberas cambian de bosque a

pastizal (quicuyo),

La calidad qumica del agua presenta un ligero aumento de la temperatura y se

observan bajas concentraciones de oxgeno disuelto, no se cuenta con datos de la

concentracin de minerales, mientras que en cuanto a nutrientes se observ altas

concentraciones de nitratos y sulfatos 27 y 400 ppm, respectivamente. La calidad

bitica del agua es crtica y el nmero de familias de invertebrados desciende

dramticamente.

Las condiciones del ro San Pedro despus de la captacin, cambian en mayor

proporcin que los dems sitios. En este punto, no existe caudal remanente y tampoco

recarga natural, el cauce se reduce de 9 a 3 m de ancho y las modificaciones en el

lecho del ro son extremas; el agua que circula en este sitio por efecto de una fuga en

las compuertas, tiene velocidades y profundidades bajas que se mantienen en un

lecho compuesto principalmente de limo; la calidad qumica del agua es mala con una

presencia elevada de nitratos y sulfatos:17 ppm y 546 ppm, los niveles de oxgeno

disuelto son muy bajos y la temperatura est cerca de los 19 C. Estas condiciones no

favorecen la vida acutica por lo que la calidad bitica es muy crtica.

2.2 Anlisis Comparativo

Luego de evaluar el estado de los sitios antes y despus de las captaciones, se puede

apreciar que existen condiciones que se mantienen y que son comunes para una

buena integridad ecolgica. En el anlisis comparativo se busca relacionar los efectos

de las acciones que ocurren en los ros, con el nivel de impacto al que estn

Imagen 3. Ro Pita en Molinuco despus de la captacin para la central hidroelctrica Los Chillos




sometidos los sitios de referencia o control, adems esta metodologa permite

comparar entre ros para identificar los factores comunes de anlisis y las posibles

generalizaciones.

Esta metodologa (BACI: Before/After Control/Impact) por Downeset al., 2003, se

aplic considerando la intervencin antropognica y el estado de la cuenca para

establecer los sitios no impactados (control) e impactados. Los distintos puntos se

agruparon en: sitios cercanos a las reas protegidas y que se encuentran bajo un

menor nivel de intervencin (Tuminguina y Pita en Pedregal), y sitios en las reas

rurales y de urbanizacin que estn sometidos a una fuerte intervencin (Pita en

Molinuco y San Pedro). En la Imagen 4, se esquematiz la distribucin de los sitios de

acuerdo a la metodologa para hacer ms lgica su comparacin.

Como primer resultado del anlisis comparativo se tuvo que la integridad ecolgica es

totalmente distinta para los ros control o no intervenidos y los ros impactados,

posteriormente tambin se encontr que los sitios despus de las captaciones tiene

una integridad ecolgica menor a la de los sitios antes de las capaciones. A partir de

esto, se combinaron las opciones y se estableci las caractersticas de cada sitio al

Captacin

Antes

Despus

Control Impactado

Captacin

Imagen 4. Esquema de la metodologa para el anlisis de impactos en ros.




que corresponde cada ro, Tabla 3. A travs de un anlisis estadstico, se pudo

observar con la temporalidad de la informacin que los sitios despus de las

captaciones disminuyen su integridad ecolgica y que los efectos antrpicos

incrementan la probabilidad de que las captaciones eliminen el ecosistema acutico en

estos puntos. Es decir, con una alta significancia estadstica, todas las variables de la

integridad ecolgica disminuyeron para los sitios despus de las captaciones de los

ros impactados.

El anlisis estadstico evidenci que dentro de la integridad ecolgica, las variables

que mayormente se alteran fueron las fsicas y el caudal del cauce, para todos los ros

(control e impactados), mientras que en las variables qumicas se observ diferencias

significativas entre los sitios (antes/despus) en los ros impactados (San Pedro y Pita

en Molinuco). Las diferencias ms fuertes a nivel estadstico se observaron para la

calidad bitica en los sitios antes/despus de los ros impactados.

Tabla 3. Clasificacin BACI para los sitios de estudio en los ros Pita, San Pedro y Tuminguina.

BACI

Control

Impactado

Antes

Ros sin intervenciones antrpicas excepto las captaciones.

Sitios aguas arriba de las captaciones.

Ros con intervenciones antrpicas adems de las captaciones.

Sitio aguas arriba de las captaciones.

Despus Sitios aguas abajo de las captaciones, en ros sin intervenciones antrpicas, excepto la captacin.

Sitios aguas abajo de las captaciones, en ros con intervencin antrpica adems de las captaciones.

Ejemplos - Pita en Pedregal

- Tuminguina en Papallacta

- Pita en Molinuco - San Pedro en Fajardo




Diferencias

CA/CD IA/ID

Pita

(Pedregal)

Tuminguina Pita

(Molinuco)

San

Pedro

Hidrologa del ro

% de caudal

removido

- x x x x

Fsica del ro

ancho - x x x x

sustrato - x x x

profundidad - x x x

velocidad - x x

Qumica del agua

oxgeno disuelto - x x

temperatura x

nitratos + x x

nitritos + x x

sulfatos + x x

hierro x x

arsnico x

Calidad Bitica

ndice ABI - x x

# familias - x x x

densidad + x x x x

diversidad S - x x

Tabla 4. Diferencias estadsticas entre sitios de ros control e impactados.

CA/CD comparacin entre sitios antes y despus en ros control

IA/ID comparacin entre sitios antes y despus en ros impactados

(+) el parmetro aumenta entre los sitios

(-) el parmetro disminuye

(x) sitios antes y despus de las captaciones, que presentan las diferencias estadsticas entre s.

( ) No existe informacin disponible




El efecto de las captaciones en los ros Pita en Molinuco y San Pedro, produce un

impacto negativo, irreversible y no ha sido mitigado. El impacto de las captaciones en

los ros Pita en Pedregal y Tuminguina es negativo, irreversible pero se ha mitigado en

parte debido a la recarga natural en el ro Pita y por la restauracin del caudal al cauce

del ro Tuminguina.

En resumen, los resultados comparativos de la metodologa indican que los

ecosistemas acuticos en los sitios control/antes presentan una mejor integridad

ecolgica en comparacin con los sitios control/despus que se ven afectados

principalmente en los aspectos fsicos del ecosistema, reduccin del ancho del cauce.

Los ecosistemas acuticos de los sitios impactados/antes tienen una mejor integridad

ecolgica que los sitios impactados/despus, y el efecto se observa en una fsica del

cauce inestable, una calidad qumica del agua mala y una calidad bitica crtica. El tipo

de impacto en todos los ros es negativo e irreversible, el posible efecto sinrgico de la

alteracin de la hidrologa en todas las variables del ecosistema puede potencializar el

efecto en los sitios impactados/despus principalmente, sin embargo una evaluacin

detallada de las respuestas puede brindar un mejor acercamiento.

2.3 Potencialidad de los Impactos

Para evaluar el impacto de las captaciones a travs de los cambios en la integridad

ecolgica se aplic una matriz de evaluacin de impactos ambientales (Leopold,

1971), en donde se incorporaron las salidas de los modelos de cambio climtico

(TL959, ETA, PRECIS). Tabla 5. Mediante una matriz de presencia/ausencia y una

ponderacin de los impactos observados en la seccin anterior, se pudo evaluar las

amenazas actuales para el funcionamiento y recuperacin de los sitios en los

ecosistemas acuticos y estimar el cambio segn los escenarios ms probables. La

variable de mayor inters que fue seleccionada para el anlisis de los impactos de las

captaciones y su respuesta frente al cambio climtico fue la precipitacin, sin embargo,

se considera que la variable idnea para este caso sera la variabilidad hidrolgica

natural.

Los resultados encontrados demostraron que la recarga natural y la restauracin del

flujo en el cauce aumenta la integridad ecolgica lo que se traduce en un aumento de

la resiliencia y la resistencia de los ecosistemas acuticos. A travs de ciertas

funciones que tienen lugar gracias a este fenmeno, los ros brindan servicios

ecosistmicos como la auto-purificacin, la evaporacin, la retencin de sedimentos y

los ciclos biogeoqumicos. En todos los ecosistemas, as como en el pramo y el




bosque nublado la recarga natural es la respuesta de un complejo de interacciones

entre la precipitacin, la infiltracin y la evapotranspiracin. La magnitud de estas

variables estar definida por la variabilidad climtica que disminuye o incrementa

escorrenta superficial y la recarga natural para que los ecosistemas acuticos hagan

frente a los cambios antrpicos y naturales.

De acuerdo con los impactos observados en la integridad ecolgica luego de las

captaciones, la lgica sugiere la reduccin del nivel fretico que mantiene la recarga

natural del ro aguas abajo. Si la recarga superficial o subterrnea disminuye, se

reduce la integridad ecolgica de los ecosistemas acuticos aguas abajo de las

captaciones, lo que significa una menor capacidad de recuperacin al impacto, por lo

que, los sitios control/despus se volveran vulnerables y su integridad ecolgica

podra ser similar a la de los sitios impactados/despus. En los sitios

impactados/despus una reduccin de la precipitacin disminuira los caudales, lo que

significa menor autodepuracin. Tanto los sitios impactado/antes como

impactado/despus estaran en menor capacidad de recuperarse y la integridad

ecolgica del ro en general seguira en detrimento a medida que disminuya la

escorrenta superficial y la recarga natural.

El impacto actual en todos los sitios despus de las captaciones se puede potenciar si

las posibilidades de recibir precipitacin y flujo disminuyen. Existira adems un

aumento de la acumulacin de materia orgnica y de sedimentos, que por su lenta

descomposicin podran convertirse en focos de contaminacin con potencial peligro

para la salud. sta, como otras respuestas pueden ocurrir frente a la disminucin de la

recarga natural incluso para sitios control.

La relacin entre la magnitud de los impactos y la escorrenta natural es estrecha y se

ha observado, tanto en los sitios control como en los impactados. La variacin en la

escorrenta como respuesta a la variacin de la precipitacin es por consiguiente una

relacin que se puede asociar con los impactos de las captaciones. La Tabla 5

presenta un resumen de las salidas de los modelos de Cambio Climtico para el

Ecuador (SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2010 por Muoz), con las que se relacionaron

los impactos para estimar su potencialidad. Los resultados reportados aqu pertenecen

nicamente a las condiciones climticas previstas para el Callejn Interandino. Para

considerar la Tabla 5, es necesario mencionar el trabajo de SGCA, MAE/PRAA,

FONAG, 2010 por Muoz, en donde claramente se destaca que las salidas de los

modelos presentan grandes incertidumbres, especialmente ETA y PRECIS. Las

salidas del modelo TL959 estn consideradas para el futuro cercano




(Antes de 2050), mientras que ETA y PRECIS est para el futuro lejano (>2079). Cabe

mencionar que se ha observado que las resoluciones espaciales no son iguales y que

se consideran las tendencias de cambio climtico, pero no la variabilidad climtica

natural.

Modelo Precipitacin Temperatura

TL959

Incremento de la

intensidad en la vertiente

Pacfica y decremento en

la vertiente Atlntica

Incremento de

1.2C

ETA Incrementos a lo largo de

todo el ao.

Incremento de 1

y 2C

PRECIS Incremento de la

intensidad y decrementos

localizados en Pichincha y

Cotopaxi

Incremento de

2C

Tabla 5. Resumen de las salidas de los modelos de Cambio Climtico para el Callejn Interandino

Tomado de SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2010 por Muoz.

Este anlisis consider la intensidad de precipitacin, tomando en cuenta la diferencia

con la precipitacin total, lo que en conjunto puede tener interesantes efectos en las

respuestas de los ecosistemas. El incremento de la intensidad de precipitacin puede

no significar necesariamente un incremento en la precipitacin total.

Incremento en la Intensidad de Precipitacin

En caso de que exista un incremento temporal en la precipitacin la variacin en la

hidrologa tendra posteriores efectos en la integridad ecolgica, Tabla 5, como se ha

observado en los acpites anteriores. Los sitios control/antes e impactado/antes

estaran sujetos principalmente a los cambios en la estacionalidad de la hidrologa




mientras que no as los sitios control/despus e impactado/despus, Tabla 5. Por otro

lado, los sitios control/despus e impactado/despus podran verse favorecidos por el

aumento de la precipitacin, ya que la escorrenta podra superar el lmite del lecho del

ro y la capacidad de las captaciones, desbordando hacia los cauces secos. La

escorrenta sobrante y la posterior recarga natural reducira la acumulacin de

nutrientes y los focos de contaminacin con el potencial de favorecer nuevos hbitats.

Bajo las condiciones de incremento de la intensidad de precipitacin, en la vertiente

Pacfica, la integridad ecolgica de los ros Pita y San Pedro especficamente, los

sitios control/antes y control/despus, podran recibir un mayor aporte de recarga

natural que mantenga los procesos ecolgicos bsicos como la dilucin y transporte

de nutrientes y sedimentos. En los sitios impactados/antes el incremento de la

intensidad de precipitacin favorecera la limpieza de las mrgenes y generara nuevos

hbitats para ms organismos. Sin embargo, en los sitios impactado/despus la

limpieza podra ser beneficiosa siempre y cuando la fsica del cauce se recupere y

permita una adecuada direccin del flujo. En el caso de que las captaciones aumenten

su capacidad de captacin y restrinjan exceso de caudal, la precipitacin por s sola no

podra eliminar la acumulacin y estancamiento de sedimentos en pozas que se

observa actualmente.

Decremento en la Intensidad de Precipitacin

La integridad ecolgica del ro Tuminguina se vera afectada por el decremento de la

intensidad de precipitacin en la vertiente Atlntica. El sitio control/antes podra

experimentar una reduccin del cauce, de su concentracin de oxgeno disuelto y con

ello de la calidad bitica del agua. El sitio control/despus estara sujeto a los similares

efectos que podran ocurrir antes de la captacin, con el agravante de que una

reduccin del caudal puede eliminar la capacidad de transporte de sedimentos y

nutrientes del ro lo que constituye la fuente energtica ms importante para la

mayora de invertebrados acuticos.

En el caso de las predicciones en un futuro lejano (100 aos) el decremento de la

intensidad de las precipitacin en las regiones de Cotopaxi y Pichincha, afectara

directamente la integridad ecolgica de los sitios control/antes y control/despus e

impactado/antes y despus por los efectos antes mencionados. Como hemos visto a

travs de los resultados analizados, el cambio de la variabilidad hidrolgica implica un

cambio en la integridad ecolgica.




Los efectos detallados de las salidas de los modelos de cambio climtico sobre las

variables que componen la integridad ecolgica, se presentan en la Tabla 6. El

impacto se ha valorado en una escala de 1 a 3, sin considerar el 0 ya que de acuerdo

a los datos obtenidos, todas las captaciones generan un impacto ya sea este mayor o

menor. Los puntajes correspondientes a la mayor intensidad del impacto se califican

con 3, mientras que la menor intensidad con 1, las intensidades de los impactos

cambian de acuerdo al componente de la integridad ecolgica sobre el que actan las

captaciones y las condiciones de precipitacin de los modelos de cambio climtico. En

el anlisis de la variabilidad del cambio climtico en funcin de los escenarios de los

modelos se tom en cuenta las predicciones para un futuro medio y lejano.

An

tes

De

sp

u

s

An

tes

De

sp

u

s

An

tes

De

sp

u

s

An

tes

De

sp

u

s

An

tes

De

sp

u

s

An

tes

De

sp

u

s

An

tes

De

sp

u

s

An

tes

De

sp

u

s

Caudal Medio 2 3 2 3 2 3 2 3 3 2 3 2 2 3 2 2

Caudal Mximo 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 2 3 2 3 3

Caudal Mnimo 2 3 2 3 2 3 2 3 3 2 3 2 3 2 3 3

Ancho 1 1 2 2 2 3 1 2 2 1 3 2 2 3 2 3

Profundidad 3 3 3 3 3 3 2 3 2 2 2 2 3 3 3 3

Velocidad 2 3 2 2 2 3 3 3 2 2 3 2 3 2 3 3

Tipo de Sustrato 1 1 1 3 2 2 1 2 3 2 2 2 2 2 2 2

Oxgeno Disuelto 3 3 2 3 2 3 3 3 2 2 2 2 2 3 3 3

Temperatura 2 1 2 2 2 3 2 3 2 2 2 2 2 2 3 3

Nitratos 2 2 2 3 2 3 2 3 1 2 1 2 3 2 2 2

Nitritos 2 2 2 2 2 2 2 3 1 1 2 2 2 2 2 2

Sulfatos 1 2 3 2 3 3 3 3 2 2 1 1 3 2 2 3

Hierro 2 2 2 3 1 1 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2

Arsnico 2 2 3 3 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 1 1

ndice ABI 2 3 2 3 3 3 2 3 2 2 2 2 2 3 3 3

# familias 3 3 2 3 3 3 2 3 2 3 3 2 2 3 3 3

Densidad 1 3 2 3 3 3 2 3 2 2 2 2 2 3 3 3

Fs

ica

Qu

mic

aB

iolo

ga

Inte

gri

da

d E

co

lg

ica

Aumento de la Precipitacin

Pita

en

Pe

dre

ga

l

Tu

min

gu

ina

Pita

en

Mo

lin

uco

Sa

n P

ed

ro

Pita

en

Pe

dre

ga

l

Tu

min

gu

ina

Pita

en

Mo

lin

uco

Sa

n P

ed

ro

Decremento de la Precipitacin

Hid

rolo

ga

Tabla 6. Matriz de la intensidad de los Impactos Ambientales de las captaciones en la integridad ecolgica de los ros bajo los escenarios de los modelos de Cambio Climtico para el Ecuador.




La Tabla 6, indica la direccin e intensidad de los cambios que producen las

captaciones segn los escenarios de incremento o decremento de la intensidad de

precipitacin. En general, se puede ver que el decremento de la precipitacin significa

una fuerte alteracin de la capacidad de resistencia de los ecosistemas al impacto ya

causado por las captaciones. Entre las evidencias de este efecto, se puede ver que el

decremento de precipitacin modificara los caudales mximos que representan para

los sitios despus de las captaciones, la oportunidad de limpieza y restauracin

puntual. A nivel de detalle, el incremento de la precipitacin significa para las

velocidades y la profundidad un desplazamiento a valores ms elevados, esto tambin

tiene repercusiones para los sedimentos y los invertebrados acuticos que sufren

abrasin y arrastre. Sin embargo, estas caractersticas han definido las estrategias de

vida de varios grupos que se han adaptado a condiciones extremas que ocurriran en

este escenario.

El cambio de la integridad ecolgica, es el resultado del impacto de las captaciones

que es susceptible al aumento o decremento de la precipitacin, los efectos positivos o

negativos en las variables ecolgicas finalmente definen si la integridad ecolgica

aumenta o disminuye en dichos escenarios, Tabla 7 y 8. En un primer anlisis se

presenta nicamente la respuesta del ecosistema a los impactos actuales, sin

embargo estas consideraciones no han incluido la presin antropognica, que puede

representar el mayor riesgo para estos ecosistemas. Como se ha mencionado

anteriormente, la escala espacial as como la incertidumbre temporal de los modelos

debe ser manejado con criterio tcnico para interpretar esta informacin.




Escenario Ro Sitio Valor Impacto

Antes 2 Medio

Despus 2 Medio

Antes 2 Medio

Despus 3 Alto

Antes 3 Alto

Despus 3 Alto

Antes 2 Medio

Despus 3 Alto

Antes 2 Medio

Despus 2 Medio

Antes 2 Medio

Despus 2 Medio

Antes 2 Medio

Despus 2 Medio

Antes 3 Alto

Despus 3 Alto

Decre

mento

de la

Pre

cip

itaci

n

Pita en Pedregal

Tuminguina

Pita en Molinuco

San Pedro

Aum

ento

de la

Pre

cip

itaci

n Pita en Pedregal

Tuminguina

Pita en Molinuco

San Pedro

Tabla 7. Nivel de impacto de las captaciones de agua en la integridad ecolgica de los ros de acuerdo a los resultados del Cambio Climtico para el Ecuador.

El clculo del valor del impacto, bajo =1, medio = 2 y alto = 3, se obtiene mediante la

ponderacin de la magnitud de todos los impactos dividido para el nmero de impactos

de cada tipo, estos valores se adicionan y se obtiene un valor fraccionado final. En la

Tabla 8, se presenta un resumen de la respuesta de la integridad ecolgica a las

salidas de los modelos (ver Tabla 5), y como segn el modelo los impactos evaluados

producen el aumento o disminucin de la integridad ecolgica.

Salidas de los Modelos de Cambio Climtico

Sitio/Tratamiento TL959 ETA PRECIS

Control/Antes Aumentar Disminuir Disminuir

Control/Despus Aumentar Aumentar Disminuir

Impactado/Antes Aumentar Disminuir Disminuir

Impactado/Despus Disminuir Aumentar Disminuir

Tabla 8. Posibles respuestas de la Integridad ecolgica en los sitios de captacin frente a los modelos de cambio climtico




En resumen el decremento de la intensidad de precipitacin tiene un mayor impacto

sobre la integridad ecolgica de todos los sitios, que el que tiene el aumento de la

intensidad de precipitacin. El anlisis de la integridad ecolgica en los escenarios de

corto y mediano plazo, demuestra la resiliencia del ecosistema con el aumento de la

intensidad de precipitacin. En un futuro lejano se puede esperar que la integridad

ecolgica de los sitios disminuya frente al decremento localizado de la precipitacin en

los sitios de estudio. En el caso, de que los impactos actuales de las captaciones se

sostengan o acenten, el umbral de resiliencia se sobrepasara y los ecosistemas

perderan su integridad ecolgica independientemente del aumento o disminucin de

la precipitacin. Sin embargo, como se vio en el inicio de este anlisis, la recarga

natural y la restauracin del caudal del ro genera un efecto de mitigacin del impacto

de las captaciones. En estas circunstancias un elemento que mantenga una

proporcin del caudal natural en el ro o caudal ecolgico, podra ser una alternativa

para enfrentar el decremento de la precipitacin y/o atenuar el aumento.

2.4 Conclusiones y Recomendaciones

El nivel de intervencin sobre la zona de influencia de los ros determina el estado de

su integridad ecolgica. Los ros que se usan para consumo de agua potable

presentan mejor integridad ecolgica que los que se usan para hidroelectricidad. El

nivel de proteccin es una condicin que se encuentra nicamente en los ros que se

usan para el consumo humano, y el uso del suelo (ganadera/urbanizacin) de las

reas aportantes, es una caracterstica que se observa en los ros que se usan para

hidroelectricidad.

La condicin intrnseca de los ecosistemas acuticos de responder de forma

especfica a la variabilidad natural fomenta su resiliencia y resistencia frente a distintos

cambios. Esta respuesta se observa en ros como el Pita en Pedregal y Tuminguina,

ya que las condiciones fsicas de los cauces, como el rea de inundacin, su zona de

aporte de nutrientes y sedimentos, y la conformacin del sustrato en lecho, mantienen

consecuentemente la qumica del agua y su calidad bitica. Miller et al. (2007) report

los efectos del cambio en la fsica del cauce asociados a la prdida de especies en los

ros, lo que podra explicar la diferente calidad bitica de ros que cambian totalmente

su morfologa despus de las captaciones. Por otro lado, Chessmannet al. (2009)

encontr que varios aspectos de la integridad ecolgica en ros intervenidos por

captaciones de agua potable no se alteran cuando la interrupcin es pequea y la

distancia de recarga se acorta. Esto puede explicar lo que ocurren en los ros Pita en




Pedregal y Tuminguina despus de las captaciones. La presencia de agua en el cauce

independiente de la variabilidad hidrolgica demuestra que existen condiciones que se

mantienen en el ecosistema, como lo sugiere Biggs y Jowett (2008) para ciertos

organismos que usan las pozas para su sobrevivencia y desarrollo. Pocos estudios

han reportado que la integridad ecolgica se mantenga o mejore despus de las

captaciones (Chessmann y Royal, 2008), los resultados encontrados concuerdan con

la mayora de estudios en donde la disminucin del caudal afecta la integridad

ecolgica reduciendo la calidad del ecosistema en general. Los sitios en los ros

impactados son, por lo tanto, ms vulnerables a la reduccin del caudal debido a que

su resiliencia y resistencia ha sido reducido por la urbanizacin y la contaminacin del

cauce.

Los impactos de las captaciones de agua en ros no intervenidos (control) y en ros

intervenidos (impactados) pueden acentuarse como se ha visto para la mayora de

escenarios de los modelos de cambio climtico previstos para el Callejn Interandino

en el Ecuador. Muoz, Macas y Garca (2010) y SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2010

por Muoz, sugieren considerar la importancia de la variabilidad climtica en la

hidrologa local, donde las respuestas pueden ser muy especficas. Los resultados de

la integridad ecolgica frente a los impactos y a incrementos de la precipitacin

pueden parecer beneficiosos en el aspecto hidrolgico del sistema, sin embargo

hemos visto que los cambios hidrolgicos tienen un efecto sinrgico en la fsica del

cauce, la qumica del agua y la calidad bitica por lo que se requiere analizar la

intertemporalidad con mayor detalle.

Los escenarios de los modelos aportan, no obstante, una direccin general de la

respuesta que presentaran los ecosistemas acuticos bajo dichos casos a nivel

general.

El anlisis de la integridad ecolgica bajo los escenarios de los modelos demuestra

que los sitios con baja integridad ecolgica, como el ro San Pedro, estaran

severamente afectados por la disminucin del caudal a causa de una reduccin de la

precipitacin, mientras que el aumento del caudal podra favorecer a la frecuencia de

descargas por excesos, lo que mantendra de alguna manera un flujo de agua en el ro

de manera permanente. Los sitios con integridad ecolgica media pueden afrontar el

incremento o decremento de precipitacin de una manera distinta, fomentando la

conectividad o aislando hbitats que se conformen como pozas permanentes. Al ser

ste uno de los primeros anlisis de los impactos de las captaciones y su potencialidad

frente al cambio climtico en el Ecuador, es fundamental retomar las recomendaciones




de SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2010 por Muoz, acerca de la escala espacial de los

modelos y las posibles respuestas localizadas. Se puede concluir que frente a un

incremento de la variabilidad climtica centrada en el incremento de precipitacin, los

ecosistemas acuticos analizados tienen varios aspectos a favor para enfrentar el

impacto que ya existe por las captaciones de agua. Frente a una reduccin de la

precipitacin todos los sitios estudiados estaran potencialmente disminuyendo su

integridad ecolgica.

Para mantener y mejor las respuestas que tiene los ecosistemas acuticos con

captaciones que retornan el caudal al cauce o permiten la recarga natural, se puede

aplicar el concepto de caudal ecolgico. En la actualidad, no se puede asegurar el

valor sobre o bajo el cual el ro pierde su integridad ecolgica, lo que se ha podido

observar en este anlisis es que con una reduccin del 100% del caudal, todos los

sitios despus de las captaciones son vulnerables al cambio climtico y esta condicin

se reduce en la medida en la que se mantiene una proporcin del caudal natural o

caudal ecolgico.

3. Definicin del modelo de Caudales Ecolgicos

La informacin analizada en el captulo anterior es la base para definir un modelo de

caudales ecolgicos. Los ros que son afectados por captaciones, presentan tramos en

donde las condiciones fsicas y biolgicas del ecosistema cambian en relacin a las

condiciones naturales, estos tramos son el objeto de la implementacin de los

regmenes de caudales ecolgicos. Las variables fsicas o hidrulicas y las variables

biolgicas son el insumo ecohidrulico de los modelos de caudales ecolgicos que se

pueden integrar a la hidrologa local.

Entre las metodologas ms utilizadas para definir modelos de caudales ecolgicos, se

encuentran las simulaciones fsicas del hbitat para invertebrados, peces o plantas. El

principal paquete de simulacin fue desarrollado por Millhous (2000) y se conoce como

PHABSIM (PhysicalHabitatSimulation). Esta es una herramienta, de la que se derivan

varias versiones (RHABSIM (Payne, 2003), RHYHABSIM (Jowett, 2009), que permite

conocer los regmenes de caudales en los que los organismos se encuentran en ms

lugares del ro. La metodologa que integra la simulacin del hbitat y la

retroalimentacin, revisin e implementacin del caudal ecolgico se conoce como

IFIM (InstreamIncremental FlowMethodology), que se basa en el uso del paquete

PHABSIM para cualquier organismo o grupo de organismos del ro (Jowett, 1991;

Payne, 1997; Pinotet al., 2003).




Las comunidades de invertebrados a las que se va a proteger y para las que se

determina el caudal ecolgico, son aquellas que habitan aguas arriba de las

captaciones (Garca de Jaln y Gonzales del Tnago, 1999). La investigacin sobre

caudales ecolgicos en base a los hbitats de invertebrados, ha identificado diferentes

respuestas dinmicas al igual que la hidrulica de un ro. Una manera de integrar los

hbitats y la hidrulica se conoce como hbitats viables, los hbitats viables cambian

con el caudal lo que se traduce en los regmenes de caudales ecolgicos.

3.1 Fundamento eco hidrulico

Las variables hidrulicas de un ro (velocidad, profundidad, fuerza de stress,

rozamiento y turbulencia) segregan a las comunidades por su capacidad de resistir

estas condiciones y por sus preferencias hidrulicas. Existen organismos ms o

menos refilicos que se encuentran en corrientes fuertes, en rocas grandes, en el

fondo o en la columna de agua y organismos que prefieren zonas de corriente ms

lenta que aprovechan pozas o planos (Bovee, 1986; Jowettet al. 1991; Lamourouxet

al., 1995). La corriente en el ro genera patrones de movimiento complejos que pueden

ser diferentes o iguales entre la superficie y el fondo (Statzner y Higler, 1987), es por

esto que es importante conocer el fondo del ro en donde vive el bentos. La

clasificacin de las especies por sus preferencias hidrulicas puede definirse a travs

de la relacin entre las caractersticas hidrulicas del hbitat y su distribucin en el ro

(Jowett, 2003).

En el ro, los organismos se distribuyen de acuerdo a varias interacciones ecolgicas

(alimentacin, refugio, depredacin, etc.), estos factores tambin pueden influenciar la

distribucin de los organismos de acuerdo a las variables hidrulicas/fsicas

(Townsend et al. 1997a; James et al. 2008), es por esto que, las preferencias

hidrulicas en los hbitats viables explican una parte de la presencia de invertebrados

en los ros. Las preferencias hidrulicas de algunas especies, comunes o abundantes

han servido para mantener el hbitat de otras especies menos comunes, por lo que el

beneficio ecolgico puede ser grande en una comunidad (Collier, 1993; Collieret al.,

1995; Jowett, 2003). Una de las principales variables que ha permitido clasificar a los

organismos es la velocidad, en rangos y umbrales que se han podido generalizar para

varios grupos y en varios lugares (Extence et al., 1999).




3.2 Fundamento eco hidrolgico

Los regmenes de caudales histricos han determinado el tipo de hbitats que se

pueden encontrar en un ro y con ellos los organismos que se han adaptado a estas

condiciones. El comportamiento de un ro lo caracteriza su rgimen hidrolgico, es por

ello que al evaluar los hbitats viables es mandatorio evaluar la estacionalidad y la

temporalidad del rgimen hidrolgico. La ecologa de los organismos no es esttica

por lo que el hbitat est sujeto al flujo de energa del caudal. Este fundamento es el

que nos obliga a entender que el concepto de caudal ecolgico se traduce en un

rgimen de caudales ecolgicos como smil del rgimen hidrolgico natural. El

fundamento eco hidrolgico de los caudales ecolgicos es la variabilidad natural del ro

no afectado, la misma que se busca mantener con el rgimen de caudales ecolgicos.

Estimar esta respuesta se puede lograr con la temporalidad de la informacin

hidrolgica disponible e informacin ecolgica correspondiente a las estaciones.

Los resultados de esta investigacin sern los primeros en este campo dentro de la

ecologa acutica en el Ecuador y permitirn hacer recomendaciones cientficamente

sustentadas, para mitigar el impacto ambiental que causan las captaciones de agua.

La liberacin de descargas que respondan a las funciones ecosistmicas de los ros

permitir que los ecosistemas acuticos inicien un proceso de restauracin ecolgica

mediante la operacin adecuada de las captaciones. Ecosistemas acuticos de

caractersticas similares como los de los ros de los pramos de Antisana y Cotopaxi

forman parte de proyectos en operacin como La Mica Quito Sur y el Sistema Pita

Tambo de la EPMAPS, en donde al igual que en algunos ros previstos para ser

captados en el Proyecto Ros Orientales, el manejo antes y durante la operacin

pueden incorporar los criterios de caudales ecolgicos como medida de mitigacin del

impacto ambiental que generan las captaciones y hacer reducir la vulnerabilidad frente

al cambio climtico.

Con estos antecedentes, el concepto de caudal ecolgico se sustenta en la

combinacin de los criterios ecolgicos, hidrulicos e hidrolgicos para reconocer los

hbitats viables y mantener los regmenes de caudales ptimos para las comunidades

clave del ecosistema acutico.




3.3 Informacin base para el modelo

3.3.1 ndice Ltico para la Evaluacin del Flujo LIFE

En los ros San Pedro y Pita se llev a cabo un levantamiento exhaustivo e intenso de

informacin eco hidrulica, sobre las condiciones hidrulicas en las que se encuentran

los invertebrados acuticos (Rosero, 2005), como parte del trabajo del FONAG para

conservar los ecosistemas acuticos de la cuenca del ro Guayllabamba. El objetivo

fue relacionar las variables hidrulicas con la hidrologa del rgimen natural. La

metodologa utilizada para colectar informacin eco hidrulica fue el ndice LIFE

(LothicIndex of InvertebratesforFlowEvaluation), esta metodologa sugiere el monitoreo

temporal y la coleccin de invertebrados del bentos. Esta informacin colectada entre

el 2004 al 2008 se utiliz para llevar a cabo los objetivos propuestos para el modelo de

simulacin de hbitats.

El puntaje LIFE es un ndice asociado al biomonitoreo que permite integrar variables

ecolgicas e hidrulicas de manera rutinaria, y se basa en la densidad de

invertebrados en funcin de la velocidad del flujo. Al rango de velocidades se los divide

en categoras a las que se les asignan puntajes de acuerdo a los rangos registrados,

Tabla 9. El puntaje se modifica con la abundancia de cada taxa o grupo y luego se

calcula un puntaje agregado, Tabla 10. El sistema funciona con datos de especies,

gnero y familias, y el puntaje se puede asociar al caudal a travs de ciertas mtricas

estadsticas (Extenceet al., 1999) (Dysonet al., 2003). Muchos invertebrados de agua

dulce tienen requerimientos precisos para cierta velocidad que corresponden a ciertos

rangos de caudal, algunos taxa pueden ser indicadores ideales de las condiciones del

flujo, si se llega a conocer su espectro de respuestas (Brooks, 1990). Las variaciones

del caudal pueden estar altamente influenciadas por un nmero desconocido de

cuerpos tributarios subterrneos y esto podra determinar la presencia o ausencia de

ciertos organismos que requieren una profundidad y velocidad especficas que no se

pueden registrar en los caudales medibles (Extenceet al., 1999).




Categora

Grupos de Velocidad

I

Rpido

II Corriente

III Lento

IV Moderado

V Estancado

VI Seco

Tabla 9. Categoras para la Velocidad del flujo

Categora

Abundancia Estimada

A 1-9

B 10-99

C 100-999

D 1000-9999

E 10000+

Tabla 10. Categoras de abundancia de organismos, (fs.)

Estas categoras se combinan en funcin de la abundancia de los grupos encontrados

y los rangos de velocidad que les corresponden. A partir de esto, se obtiene un ndice

con un rango de velocidad que puede relacionarse con el caudal a travs de la

morfologa del cauce. Sin embargo, para encontrar la proporcin del caudal natural

que podra albergar los rangos de velocidad encontrados se calculan los percentiles de

probabilidad del caudal. La dinmica del flujo afecta la estructura de las comunidades

espacial y temporalmente, la combinacin de los datos de caudal con los valores de

ndice LIFE pueden ser considerados si se analiza: los caudales percentiles 25 y 50%,

caudales medios, mximos y mnimos en la mayor escala de tiempo o en perodos

hi

Estudio de Caudales Ecologicos

Documents

Transcript of Estudio de Caudales Ecologicos