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Proyecto de Adaptación al Impacto del Retroceso

Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales, (praa)

ARTICULO TECNICO

ESTUDIO DE

DISPONIBILIDAD DE

AGUA

Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad

de agua y evolución de los impactos asociados al

cambio climático en la parte alta de la cuenca del río

Guayllabamba y en las microcuencas Papallacta y

Antisana

Por favor citar este documento como se indica a continuación:

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

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

(PRAA), Fondo para la Protección del Agua (FONAG), 2012. Artículo Técnico - Disponibilidad

de Agua. Quito, EC. 10p.

Artículo Técnico

Estudio de Disponibilidad de Agua

NEWVI Integral Solutions Cía. Ltda

Junio del 2012

Quito - Ecuador, Junio del 2012

Elaborado por:

Ángel Muñoz, Asesor en cambio y variabilidad climáticos.

Con el apoyo técnico de:

Cecibel Campos, especialista en SIG.

Xavier Coello, especialista hidrólogo.

Fiscalización:

Jacqueline Cisneros, Coordinadora Programa Gestión del Agua – FONAG

Instituciones que contribuyeron:

Ministerio del Ambiente del Ecuador (MAE)

Proyecto de Adaptación al Impacto del Retroceso Acelerado de Glaciares en los

Andes Tropicales (PRAA)

Fondo para la Protección del Agua (FONAG)

Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS)

Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI)

Empresa Eléctrica Quito (EEQ-SA)

Contenido

Resumen ............................................................................................................................ 1

Introducción........................................................................................................................ 1

Cambio y Variabilidad Climática en Ecuador ...................................................................... 2

Metodología y Datos .......................................................................................................... 4

Resultados del Estudio ....................................................................................................... 6

Conclusiones ...................................................................................................................... 8

Bibliografía ......................................................................................................................... 9

Listado de imágenes ........................................................................................................ 10

Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua

y evolución de los impactos asociados al cambio climático

Artículo Técnico - Disponibilidad de Agua 1

DISPONIBILIDAD PRESENTE Y FUTURA DEL RECURSO HÍDRICO EN

CUENCAS ANDINAS ECUATORIANAS

Elaborado por: Ángel G. Muñoz S.

Resumen

El proyecto Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua y evolución de

los impactos asociados al cambio climático en la parte alta de la cuenca del río

Guayllabamba y en las microcuencas Papallacta y Antisana, ha diseñado un portal de

acceso público que permite conocer los resultados del estudio en términos de la

disponibilidad del recurso hídrico para el presente y para distintas condiciones probables

del futuro de las microcuencas Pita, San Pedro, Papallacta y Antisana. Se considera

tanto la oferta natural como la demanda existente en la zona de estudio, ofreciendo un

abanico de posibles combinaciones para estimar la disponibilidad futura, que involucra

casos de demanda igual a la del presente y de demanda incrementada. Uno de los

productos de mayor utilidad es el de estrés hídrico, que involucra un índice construido

especialmente para estimar si los requerimientos hídricos en un sector determinado son

satisfechos o no, y en qué medida.

Introducción

La oferta natural de los recursos hídricos en una región dada, depende de una compleja

relación entre múltiples agentes climáticos. Tomando en cuenta la orografía, ubicación

geográfica y la época del año, los distintos factores se combinan para originar el clima

correspondiente. Discernir el efecto particular de cada uno de ellos no es,

frecuentemente, una tarea sencilla, y por ello desde un punto de vista operativo, lo que

suele hacerse es estudiar directamente el resultado de todas estas interacciones:

estudiar la evolución espacio-temporal del observable físico de interés.

Naturalmente, el comportamiento de las variables climáticas es distinto para diferentes

escalas de tiempo. Si bien es fundamental entender el papel que el Cambio Climático

[IPCC, 2007] ejerce en determinadas variables, especialmente las hidrológicas en lo que

respecta a este trabajo, lo es también el comprender cuál es la variabilidad natural

propia, y cómo ambos aspectos interactúan entre sí para explicar el comportamiento

observado de, por ejemplo, las precipitaciones.




Este tipo de estudios es de capital importancia [SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2010, por

Muñoz], dado que si sólo se consideran lo efectos (normalmente analizados en términos

de tendencias de incremento o decremento a largo plazo de una variable en particular)

asociados al Cambio Climático, y se obvia el papel de la Variabilidad Climática como

moduladora (amplificadora, atenuadora) de los efectos de aquél, podrían establecerse

medidas inadecuadas de adaptación para un período de tiempo en particular y para una

región en particular. Para detalles ver [Greene, Goddard y Cousin, 2011; SGCA,

MAE/PRAA, FONAG, 2010, por Muñoz],

El presente documento tiene por objeto discutir los resultados recientes del empleo de

un modelo hidrológico (calibrado con observaciones locales), que ha mostrado ser

exitoso para la zona de estudio [De Bievre y Coello, 2008], en aras de evaluar la

disponibilidad del recurso hídrico para el futuro cercano (10-20 años). El mismo se ha

ejecutado con un conjunto con datos actualizados, tanto del ciclo hidrológico como de

información socio-económica. De este modo es posible ofrecer no sólo la disponibilidad

natural, sino también un análisis de la oferta y demanda presente y futura (bajo 3

panoramas posibles), considerando especialmente la posibilidad de ocurrencia de

estrés hídrico en distintas zonas.

Cambio y Variabilidad Climática en Ecuador

Como se ha mencionado, no sólo es importante considerar el efecto que el Cambio

Climático, como señal de fondo con tiempos característicos del orden del siglo, ejerce

sobre la disponibilidad del recurso hídrico. Dado que las variables hidrológicas

dependen también de señales a distintas escalas temporales que normalmente se

asocian a Variabilidad Climática, es fundamental incluir el efecto de las mismas en los

análisis que conlleven al establecimiento de políticas públicas.

Si bien no hay aún consenso en la comunidad científica sobre cómo proceder al

respecto, una vía que parece cada vez más plausible es la identificación, mediante filtros

matemáticos, de las señales climáticas a distintas escalas. En breve, una vez

detectadas las señales de variabilidad interanual, interdecadal y la tendencia de Cambio

Climático se procede a cuantificar el peso específico de cada una y, a partir de los ciclos

de variación, identificar si para los próximos años (10-20) se estará en un período por

encima o por debajo de la normal, y en qué magnitud. La Imagen 1, tomada de [SGCA-

MAE/PRAA, Muñoz, Macías y García, 2010] muestra resultados preliminares al respecto




para la zona de estudio completa. A juzgar por el comportamiento anterior en la imagen,

la serie de tiempo decadal sugiere que entre el 2011 y 2020 podría presentarse un

período completo bajo la normal, modulado por la señal intraestacional-interanual, que

aparece como mucho más difícil de predecir, todo sobre un fondo de cambio climático

que apunta a un incremento estadísticamente significativo del caudal.

Este análisis no excluye los resultados obtenidos anteriormente y ya reportados en

[[SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2011, por Muñoz],], que básicamente sugieren:

1.- Para el largo plazo (2071-2099), un aumento en la intensidad de las precipitaciones

para básicamente toda la Región Interandina.

2.- En el corto plazo (2015-2039) el modelo TL959 [Kusunoki et al., 2008; SGCA-

MAE/PRAA, Muñoz, 2010b; SGCA-MAE/PRAA, Chimborazo, Guitarra y Muñoz, 2010]

prevé para la Región Interandina tanto incrementos como decrementos de intensidad

de precipitación, dependiendo de la ubicación (ver Imagen 2).

Imagen 1. Tendencia lineal, variabilidad interdecadal e interanual para caudales (m3/s) de la micro cuenca de Papallacta, en Ecuador. Fuente: SGCA-MAE/PRAA [Muñoz, Macías y García, 2010].




Imagen 2. Delta (Futuro-Presente) de intensidad de precipitación (%) para el TL959. Fuente: SGCA-

MAE/PRAA [Muñoz, 2010b].

Estos resultados constituyen un marco de referencia para sus respectivos períodos y

escalas, que se toman en consideración con los correspondientes cuidados.

Metodología y Datos

El modelo empleado [De Bievre y Coello, 2008] considera tanto la oferta natural como

la demanda neta presente en la zona de estudio. El caudal neto disponible (la oferta-

demanda) se calcula mediante el balance hídrico asociado a los caudales natural,

captado y de retorno. En este estudio se ha considerado no sólo el estado presente de

la disponibilidad de agua, sino que se han considerado casos perturbados del presente

como futuros probables.

Para el período presente, el caudal natural se calcula identificando primero regiones

hidrográficamente homogéneas (llamadas hidrozonas en adelante) y se procede a

construir el hidrograma unitario para cada una de ellas. La calibración del modelo hace




uso de observaciones de precipitación y caudales mensuales actualizadas y con control

de calidad y homogeneización [SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012a, por Muñoz]. A partir

de la información de la dirección de flujo obtenida de la topografía, el modelo provee

mapas geo-referenciados de caudales naturales medios y observados el 80% de las

veces, considerando inclusive las escorrentías provenientes de glaciares en la zona de

estudio. En el caso de la demanda, los insumos para su cálculo hacen uso de los

reportes de captaciones y retornos asociados a los diversos consumos presentes en la

región: agua potable, riegos, hidroelectricidad e industrias. A partir del caudal natural y

la demanda, se obtiene la disponibilidad hídrica neta, y es también posible poseer un

índice de estrés hídrico definido por De Bievre y Coello [2008].

Imagen 3. . Aspecto general del menú de selección de productos asociados a disponibilidad del recurso hídrico en el portal GIS.

Las proyecciones del futuro se construyen en términos de variaciones del campo de

precipitaciones y de demanda del presente, a saber: sin cambios con respecto al período

presente, casos con incrementos y casos con decrementos. Para la precipitación, a

partir de un análisis de variabilidad climática y su interacción con la señal de cambio

climático, se escogió una cota de variación de 10%, para detalles ver [SGCA,

MAE/PRAA, FONAG, 2012b, por Muñoz]. Para la demanda, luego de revisar los

resultados de Cisneros y Burneo [2008] y los datos de los últimos censos en Ecuador,

se seleccionaron sólo los casos con demanda actual o incrementada, en la que el

incremento se hace de modo espacialmente homogéneo en la demanda total de cada

cuenca, pero el valor del aumento depende de las actividades y población presentes,

oscilando entre 8% y 15% según la cuenca. Como resultado se obtienen 6 distintos




casos posibles para el futuro, uno de ellos siendo idéntico al presente (precipitación

actual con demanda actual). Los resultados resumidos se discuten en la siguiente

sección, y con mayor detalle por Muñoz y Torres [2012].

Resultados del Estudio

En el portal de productos del Proyecto bajo la sección de “Disponibilidad de Agua”, es

posible encontrar (ver Imagen 3) los mapas geo-referenciados para el presente y las

proyecciones futuras de oferta natural (escorrentía, Qmedio, Q80), oferta-demanda, estrés

hídrico y consulta por puntos.

La escorrentía no es más que la lámina de agua (en mm) de lluvia no infiltrada en el

suelo de la cuenca. Los caudales medios (Qmedio) y caudales de probabilidad de

excedencia del 80% en el tiempo (Q80) están medidos en m3/s, y corresponden a la

media aritmética del caudal y al valor del flujo que será igualado o sobrepasado el 80%

de las veces cada año, respectivamente.

Imagen 4. Estrés hídrico para casos con demanda neta presente. Izquierda: precipitación disminuida en 10%. Centro: precipitación presente. Derecha: precipitación incrementada en 10%.

(Azul: sin estrés; verde: estrés ligero; amarillo: moderado; naranja: alto; rojo: severo)




Imagen 5. Igual que la Imagen4 pero para demanda incrementada.

Los mapas de oferta-demanda se presentan en m3/s como la diferencia neta de la oferta

total menos la demanda total, y dan una idea formal de la disponibilidad del recurso

hídrico para el período en consideración y la ubicación de interés.

El estrés hídrico, por su parte, está definido siguiendo el índice sugerido por De Bievre

y Coello [2008], quienes lo dividen en 5 categorías (sin estrés, estrés ligero, moderado,

alto y severo) fundamentándose en la diferencia entre el consumo de agua y los

caudales Qmedio y Q80 (para detalles ver obra citada).

Finalmente la aplicación web tiene un menú que permite visualizar y comparar

resultados de los distintos productos para un punto dado, simplemente haciendo click

sobre el mapa. Dependiendo de la variable, los productos están disponibles a escala

mensual o para el período medio presente o futuro.

El análisis del estrés hídrico (Figuras 4 y 5) con los datos actualizados, un producto de

gran interés para los tomadores de decisión, revela para el presente (Imagen4, centro)

algunos tramos con estrés entre alto y severo (color naranja y rojo) en San Pedro,

Guayllabamba Alta y Media, Pisque y en menor grado en Pita. Los tramos más largos

corresponden a estrés alto afectando, en Guayllabamba Alta, principalmente El Quinche

y Guayllabamba, y en Pisque a Cayambe, Shimpis, Cangahua, Tabacundo y Malchingui.

Amplios tramos con estrés moderado (en amarillo) son visibles sobre todo en San Pedro,

Pita, en Pisque y Guayllabamba Alta. Múltiples secciones aparecen también con estrés

hídrico ligero (en verde), siendo particularmente de interés los tramos que alimentan a




las centrales hidroeléctricas de Nayón, Cumbayá y Guangopolo. Las zonas de mayor

estrés responden a las concesiones asociadas a industrias, riego e hidroeléctricas en

los tramos mencionados. Para Quito, se muestra estrés moderado en el sur y ligero al

norte.

Las proyecciones futuras del estrés hídrico pueden clasificarse en dos tipos, de

demanda igual a la del presente (Imagen4) y de demanda incrementada (Imagen 5). La

proyección menos optimista de todas corresponde a un decremento de la precipitación

y un incremento en la demanda (Imagen5, izquierda). En ella puede apreciarse que el

estrés tiende en general a acentuarse o bien con tramos que presentan mayor

severidad, o bien con tramos más largos con la misma severidad (o ambos). Sin

embargo, en determinados sectores el estrés es más ligero que en el caso presente,

debido en parte a la existencia de un número menorde tramos secundarios, por lo que

ríos principales tienen mayor caudal para satisfacer la demanda requerida. El caso más

optimista (Imagen4, derecha) muestra tramos con mejoras en el estrés para Pisque,

Guayllabamba Alto y Medio, pero en general no presenta diferencias importantes con

respecto al estrés del caso presente.

Conclusiones

Se ha presentado un resumen de los resultados obtenidos para el presente y futuro con

el modelo de oferta y demanda ejecutado en el proyecto, haciendo especial énfasis en

el estrés hídrico. Con respecto al presente, dado que estos productos corresponden a

un comportamiento medio para el período considerado, es posible que en la época seca

(húmeda) del año y en determinados sectores el estrés mensual podría ser al menos

una categoría más (menos) severa que la presentada en los mapas. Los resultados

poseen incertidumbres asociadas a información climática, demanda y uso de suelo,

entre otros.




Bibliografía

SGCA-MAE/PRAA, Chimborazo, O., Guitarra, S. y Muñoz, Á.G., 2010: Informe Final

Análisis de Nuevas Salidas del Modelo TL959. Proyectos MAE-INAMHI. Quito. 430 pp.

Cisneros, F. y Burneo, D., 2008: Análisis de Estrategias para la Gestión de Demanda y

Oferta de los Recursos Hídricos y Evaluación de su Factibilidad Financiera-Económica

en la Cuenca Alta del Río Guayllabamba. Proyecto UICN-SUR-BID-FONAG. Quito.

Ecuador.

De Bievre, B. y Coello, X., 2008: Diagnóstico del balance entre oferta y demanda hídrica,

Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito. UICN-Sur,

Ecuador.

SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012: Portal de productos FONAG_GIS. Url:

http://186.66.127.99:8082/fonagiis/index.swf

Greene, A.M., L. Goddard and R. Cousin, Web Tool Deconstructs Variability in

Twentieth-Century Climate, EosTrans.AGU (92)45, Nov 2011, 397-398

Kusunoki, Sh., Yoshimura, J., Yoshimura, H., Mizuta, R., Oouchi,K. y Noda, A.,2008:

Global Warming Projection by an Atmospheric Global Model with 20-km Grid, Journal

ref: Journal of Disaster Research, 3 (1), pp. 4-14.

SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012a por Muñoz, Á.G.,: Informe Final del Proceso de

Homogeneización de Datos del Proyecto FONAG-MAE. Ecuador.

SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012b por Muñoz, Á.G.,: Análisis de la Variabilidad

Climática Actual y Escenarios de Cambio Climático. Proyecto FONAG-MAE. Quito.

Ecuador.

SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2012 por Muñoz, Á.G. y Torres, W.: Informe Final del

Módulo de Disponibilidad Hídrica del Proyecto FONAG-MAE. Quito. Ecuador

SGCA, MAE/PRAA, FONAG, 2011 por Muñoz, Á.G.,: Informe de Avance Módulo de

Cambio y Variabilidad Climático. Proyecto PRAA-FONAG-NewVI. Quito. 18pp.

http://186.66.127.99:8082/fonagiis/index.swf

http://iri.columbia.edu/~amg/pubs/EOS_2011.pdf

http://iri.columbia.edu/~amg/pubs/EOS_2011.pdf




SGCA-MAE/PRAA, Muñoz, Á.G., 2010: Validación y Análisis de Consenso de Modelos

de Escenarios de Cambio Climático para Ecuador, Informe Final. Proyectos MAE-

INAMHI. Quito. 131 pp.

Muñoz, Á.G., Recalde, C., Cadema, J., Núñez, A., Díaz-Lobatón, J., 2010: Análisis

Estadístico con FClimdex de índices climáticos para Ecuador. Informe Final. Proyectos

MAE-INAMHI. Quito. 71pp.

Listado de imágenes

Imagen 1. Tendencia lineal, variabilidad interdecadal e interanual para caudales (m3/s)

de la micro cuenca de Papallacta, en Ecuador. Fuente: [Muñoz, Macías y García, 2010].

..................................................................................................................................... 3

Imagen 2. Delta (Futuro-Presente) de intensidad de precipitación (%) para el TL959.

Fuente: [Muñoz, 2010b]. ............................................................................................... 4

Imagen 3. . Aspecto general del menú de selección de productos asociados a

disponibilidad del recurso hídrico en el portal GIS. ....................................................... 5

Imagen 4. Estrés hídrico para casos con demanda neta presente. Izquierda:

precipitación disminuida en 10%. Centro: precipitación presente. Derecha: precipitación

incrementada en 10%. (Azul: sin estrés; verde: estrés ligero; amarillo: moderado;

naranja: alto; rojo: severo) ............................................................................................ 6

Imagen 5. Igual que la Imagen4 pero para demanda incrementada. ............................. 7

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