Abril 2015

Por: Fernando Arturo Ledezma PerizzaDocente Investigador

Centro del Aguas y Saneamiento Ambiental FCYT-UMSSe-mail: fernandoledezma.p@gmail.com

Web: http://casa.fcyt.umss.edu.bo/

TEMA: Cambio climáticoy su nexo con calidad de aguas

SEMINARIOINTEGRACIÓN DE CAMBIO CLIMÁTICO EN EL SECTOR AGUA Y CUENCAS

DIRECCIÓN DE PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN INTEGRAL DEL AGUA Y SERVICIODEPARTAMENTAL DE CUENCAS DE COCHABAMBA

Temas de abordaje

I. Cambio climático y cantidad de aguaII. Nexo con calidad de aguas

Hydrologic Cycle

3

http://www.dnr.state.mn.us/watershed_tool/hydrology.html

El ciclo Hidrológico describeel movimiento continuo delagua: Evaporación a la atmósfera Precipitación a la superficie Infiltración a aguas subterráneas Descarga a un cuerpo hídrico

superficial

Cambios en el clima puedenalterar el ciclo hidrológico Debido a que la temperatura

afecta el vapor de agua el cualafecta la precipitación

I. Cambio climático y ciclo Hidrológico

Fuente: URLhttp://www.census.gov/ipc/www/idb/worldpopgraph.php

+50%

Estimaciones y proyecciones para lapoblación mundial 1950-2050

4

Cambio climático y cantidad de agua

Mapa de conflictos de agua

Fuente: URL:http://www.worldwater.org/conflict/map/

Los conflictos incluyen presiones yproblemas resultantes del cambio

climático

5

Precipitación110.000 km3

Precipitación458.000 km3

Evaporación9000 km3

Evaporación502.800 km3

Evapotranspiraçión65.200 km3

Precipitación9.000 km3

Sol

Se estima que 4 billones de personas (la mitad de la población mundial) vivirán bajocondiciones severas de estrés de agua en el 2025

Estrés de agua como uso humano de fuentes de agua renovables, después de tomarencuenta los requerimientos de agua ambientales. (Fuente: Smakthin et al. 2004).

Fuente: URL: http://www.regional.org.au/au/asa/2004/plenary/1/1994_rijsbermanf.htm

6

Inundaciones

Sequias

Source: Map, Fresh Water Availability, from Natural Resources – Fact Sheet 2009.Reprinted with permission from the Food and Agriculture Organization of the United Nations

DISPONIBILIDAD DE AGUA A NIVEL MUNDIAL (CANTIDAD)

Sitios de Escasez de Agua

8

Fuente:. Waterfootprint Manual State of Art 2009

Huella hídrica(usos directo e indirecto)

9

• Para el 2020, 60% de la población se espera que vivanen las ciudades

• De este 60%, 2/3 se espera que sean asentamientos sinplanificación territorial adecuada

• Lo cual dificulta la provisión de agua y su colección deaguas residuales

W2

11

Cantidad de agua por habitante díaSurvival needs:water intake(drinking andfood)

2.5-3 litres perday

Depends on: climateand individualphysiology

Basic hygienepractices

2-6 litres per day Depends on: socialand cultural norms

Basic cookingneeds

3-6 litres per day Depends on: foodtype, social as well ascultural norms

Total basic waterneeds

7.5-15 litres perday

Av use = 15 l.p.d

Sphere 2004

Social•Empobrecimiento

•Inclusión / Consulta•Governanza

•Crecimiento•Eficiencia

•EstabilidadEconómico

Medio Ambiental•Medio Ambiental /

Resiliencia•Recursos Naturales•Contaminación

•Pobreza•Equidad

•Sustentabilidad•Cambio climático

•Equidad Intergeneracional•Valores / Cultura

Fuente: M. Munasigne (1993)

Elementos Clave del Desarrollo Sustentable:

Beneficios del Desarrollo Sustentable

•Fuentes de trabajo•Disposición económica para productos debajo impacto•Confianza en consumo de productosambientalmente sostenibles•Calidad en la salud por disminución decontaminantes• Reputación e imagen corporativa

•Calidad de agua•Aire limpio,•Aumento de áreas verdes,•Conciencia ambiental,•Medición Huella de Carbono•Reducción de impactos ambientales a lo largodel ciclo de vida del producto o servicio,•Reducción de contaminantes,•Conservación y uso racional de recursosnaturales

•Eficiencia en procesos industriales,•Incentivos económicos•Ahorro de recursos•Control de costos•Nichos de mercado•Desarrollo e investigación•Mejora de productos y servicios•Marketing ecológico•Créditos Verdes

Gestión del Riesgo NO Atención a emergencias

RIESGO= (PELIGROSIDAD X VULNERABILIDAD) – RESPUESTA

La peligrosidad: probabilidad de queun determinado fenómeno natural(AMENAZA), de una cierta extensión,intensidad y duración, conconsecuencias negativas seproduzca.

La vulnerabilidad: situación social yeconómica de la sociedad ante elfenómeno. Depende del uso delterritorio hasta la estructura de losedificios y construcciones, y de larespuesta de la población frente alriesgo.

Cambio Climático• El cambio climático es uno de los mayores RIESGOS

AMBIENTALES que afecta la economía, lainfraestructura, los recursos naturales y los modos devida en el planeta.

Definición / alcanceCambio y Variabilidad Climáticos. / Sectores. Participantes

Evaluación delImpactos

+Aplicación de modelos+Análisis de Sensibilidad,

Evaluación de laAdaptación

+Opciones / limitaciones+Evaluar la capacidad

adaptativa

Evaluación Integrada de la VulnerabilidadActual / Futura

Información para Reducir Vulnerabilidad,Aumentar Capacidad de Adaptación

Actual / Futura

Marco de Políticas para la Adaptación (MPA)In

volu

crar

act

ores

clav

eAum

entar capacidad adaptativa

Lim, B., E. Spanger-Siegfried (ed.). 2006. Marcos de Políticas de Adaptación. Desarrollando Estrategias, Políticas y Medidas.PNUD, GEF. Cambridge Univ. Press. 258 pp.

I. Estimación en cantidad de agua

Área de estudio11 Macro-Cuencas

Fuentes: Superficie y altitud, de cálculos propios de la modelación. Población del Instituto Nacional de Estadísticas (INE)

Cambio Climático y Modelación hidrológica realizadaen SWAT

Estaciones Consideradas

Línea base original -1989-2008 (93)Línea base final-1996-2008 (82)

127 estaciones (Tmax, Tmin,P)inicialesSENAMHI = 82, NOAA = 33NASA = 12

Datos para calibrar - Estaciones de Aforo

Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas paraEvaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

Datos de entrada al modelo Soil and WaterAssesment Tool (SWAT) desarrollado en

Universidad de Texas A&M

Uso de Suelos – 336usosSuper IntendenciaAgraria 2000

Tipo de SuelosFAO Soil – 70 classes

Mapa de Elevacióndigital (DEM)NASA (90 mResolución)

Mapa dePendientes

Metodología - Procesamiento de cursos de aguas ydelimitación de sub-cuencas hidrográficas

Mapa de Pendientes Mapa de Límites deMacro-cuencas

Mapa de Cursos deAgua y Delimitaciónde las sub-cuencas

Metodología - Desarrollo del modelohidrológico y calibración del modelo

Balance Hídrico1997 - 2008

Registros de aforo1998 - 2008

FFCB, Manning coeficiente, GWQmn.ESCO, REVAPMN, … etc

Impactos en el Balance Hídrico 2050sPara el Escenario Seco

Impactos en el Balance Hídrico 2050sPara el Escenario Húmedo

Índice de estrés hídrico percápita bajo cambio climático

Línea Base

LegendBolivia_CC_MergeWSI base

lagos y salares (ET>P)

Sin Población

0 - 600

601 - 1000

1001 - 1700

1701 - 3000

3001 - 6000

6001 - 10000

10001 - 50000

> 50000

Futuro con CC - SecoFuturo sin CC

Cambios de Precipitación Bajo CambioClimático al 2050s

Escenario Húmedo LegendBolivia_CC_Merge% Cambio en Precipitación

-13 - -10

-9 - -8

-7 - -6

-5 - -3

-2 - 0

1 - 2

3 - 4

5 - 6

7 - 10

11 - 14

Escenario Seco

Fuente: Presentación Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Cambios de Evapotranspiración BajoCambio Climático al 2050s

Escenario Húmedo Escenario SecoLegendBolivia_CC_Merge% Cambio ET

-22 - -30

-29 - -20

-19 - -10

-9 - 0

1 - 10

11 - 20

21 - 30

31 - 40

41 - 50

51 - 60

Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Cambios de Rendimiento Hídrico BajoCambio Climático al 2050s

Escenario Húmedo Escenario SecoLegendBolivia_CC_Merge% Cambio Caudal Especifico

-100 - -80

-79 - -60

-59 - -40

-39 - -20

-19 - 0

1 - 20

21 - 40

41 - 60

61 - 80

81 - 100

Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Índice de Humedad Climáticapara las 11 cuencas

30Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Metodología - Estimación de la cantidad deAgua a través de datos satelitales

DATOS EMPLEADOS

TRMM CRU WORLDClim

MODELO DIGITAL DE ELEVACION ASTER GDEMResolución espacial 15x15m

Resultados – Caudal (m3/seg)

II. Nexo con calidad de aguas

II. Nexo con calidad de aguas• La calidad del agua, al igual que la belleza, son términos

difíciles de definir, imposibles de medir en términosabsolutos, y como un concepto abstracto, es muy subjetivo

• Agua destilada. Alta o baja calidad?Instintivamente “alta” ---------> claramente no contiene tóxicos ni

contaminantes.

• SPHERE Standard define : ‘Water is palatable,and of sufficient quality to be drunk and used forpersonal and domestic hygiene without causingsignificant risk to health’

W2 37

Water Quality Assessment– Medium / Longer Term

Microbiological:• Faecal coliformsPhysical:• pH• Turbidity• Taste• Total dissolved solids /

conductivityChemical:• Arsenic• Fluoride• Nitrate• Nitrite• Iron• Manganese

As soon as there is an adequatequantity of water of reasonablemicrobiological quality and tasteParticularly if remaining for themedium or longer termIt is good practice to:

– Undertake full water qualitytest - microbiological,physical and chemical

– Routine monitoring

W2 38

Assessing Quality• Sanitary survey

– Observingcontamination risks

• Observation & smell– Smell, froth, coloured

film, excessive refuse,lack of small insects,dead fish (Uso debioindicadores)

• Water quality testing– Most important = pool-

tester - pH and chlorineresidual

EthiopiaS House / WEDC

WEDC

WHO

W2 39

Water QualityFocus on quantity and microbiological contaminantsWHO Guidelines for drinking water quality, Vol 3, 2004,

p109

‘Many chemicals in drinking-water are of concern only after extendedperiods of exposure. Thus, to reduce the risk of outbreaks ofwaterborne and water-washed (e.g. trachoma, scabies, skin

infections) disease, it is preferable to supply water in an emergency,even if it significantly exceeds the guideline values for some

chemical parameters, rather than restrict access to water, providedwater can be treated to kill pathogens and can be supplied rapidly to

the affected population’.

Guías de la Organización Mundial de la Salud(OMS) para calidad de aguas de consumo

• Since 1958• 4th edition published in 2011• Strict focus on public health

protection• Based on best available

evidencein science and practice

• Advisory in nature• International scientific point

of reference• Need for adaptation to

national priorities• Incremental improvement

2011

2004

1995

1984

¿Porqué calidad de aguas y cambio climático?Las variables climáticas tienen efecto en la

cantidad y calidad de aguasOportunidad de investigaciónEl CASA tiene que guiar en calidad de aguas y

apoyo en las desiciones dentro los grupos detrabajo

Planeamiento y Proyectos del CASA enCambio Climático

Aguas de consumo (AC)

Planificacióna corto, mediano

y largo plazode

calidad de aguas

Planificacióna corto, mediano

y largo plazode

calidad de aguas

PlanificaciónEstratégica

PlanificaciónEstratégica

Proyectos

ACAC ARAR AdaptaciónAdaptación

Nuevas necesidades de InvestigaciónNuevas necesidades de InvestigaciónInsights Insights

Aguas residuales (AR)

Cambio Climático y Calidad de Agua

• El camblio Climático afectará lahidrología de las cuencas

- Incrementando la carga de contaminantesy patógenos

- Modificando la Calidad de aguas a travésde la recepción del flujo superficial

Clima &Variabilidad del

Clima

Calidad deAguas

Alternativas deUso de Suelo

*** * *

¿Será posible que el cambio climaticoaún pueda proveer agua limpia ysegura?

La meta es:“Proveer de información científica para realizaruna adecuada toma de decisiones para protejerla calidad de agua en adaptación al cambioclimático”

¿Cómo trabajar en nuestros proyectos?Criteria

• Que encaje dentro de nuestras líneas deinvestigación que son: Contaminación de cuerpos de agua Tratamiento de aguas para consumo

humano, industrial, recreacional,agropecuario y otros.

Minimización y reutilización de aguasresiduales

Cambio climatico y calidad de aguas

• Trabajar en forma coordinada coninstituciones relacionadas tales como:

Universidades o centros deinvestigación

Gobierno y Municipios Cooperación Internacional y otros

Panorama de la investigación

Calidad de Aguas

Cambio Climático

MAPA DE CALIDAD DE AGUA DE CONSUMO

GW

ESQUEMA DE PLANIFICACION SOSTENIBLE

Contaminantes en el agua

CONTAMINANTES EMERGENTESPRODUCTOS FACMACEUTICOS Y DE CUIDADO PERSONAL (PPCPs)

Contaminantes de agua emergentes

USGS-EPA contaminant groups:1. Antibiotics (veterinary and human)2. Human drugs3. Sex and steroidal hormones4. Industrial and household products (insecticides, detergents, fire retardants, fuels)

PPCPs

• Son muy solubles y persistentes• Son paroximadamente ~3000 substances empleadas en su

fabricación• Los procesos de tratamiento convencionales de agua

residual/agua de consumo son ineficientes– WWTPs requires 2nd treatment options– WTPs requires nanofiltration, ultrafiltration, or powdered activated

carbon (PAC)(Lead to additional transformation products)

• Concerns:– “Super Bugs” (bacterial resistance)– Decrease biodegradation of leaf and other plant materials– Infertility, delayed reproductive development, disrupt hormones,

kidney and liver damage

PPCPsRiesgo potencial a humanos y ecosistemas

Marco estructural decambio climático y calidad de aguas

Metas basadas en calidad deaguas

Planes de Vigilancia yMonitoreo

Plan de seguridad del Agua

Planta de Tratamiento de Aguas residuales

Contaminar(Es muy fácil)

El tratamiento(muy difícil)

Tratamiento de aguasresiduales involucra:

• Tiempo• Espacio• Energía• Químicos

= costo!!!

Decentralización y nuevos conceptos enIngeniería Sanitaria

Red representsalong stream flow

Green representsland to channel flow

PREDICCION DE CARGA DE CONTAMINANTE

Plantas de tratamientoCentralizada vs decentralizada

Centralizada:- Economía de Escala- El personal de operación solo es necesario enun solo punto

Decentralizado:- Flexible!! En caso de temas de desarramesO&M;-to treat waste streams separately; to produceeffluent for different criteria; etc.- Shorter transport distances cheaper (esp.hilly areas) and less polluting

D=6”L=1,000 [m]Q=3 [l/s]

D=8”L=1,000 [m]Q=7 [l/s]

D=10”L=1,000mQ=12 [l/s]

Cost of pipes = 114,000 [USD]Excavation volume = 15,000 [m3]Pumping: h=14 [m] , Q=12 [l/s] -> 1200 [Kw-h]

Plantas de tratamientoCentralizada

D=6”L=1,000 [m]Q=4 [l/s]

Cost of pipes= 63,000 [USD]Excavation volume = 7,500 [m3]Pumping: h=5 [m] , Q=4 [l/s] -> 600 [Kw-h]

D=6”L=1,000 [m]Q=4 [l/s]

D=6”L=1,000 [m]Q=4 [l/s]

Plantas de tratamientoDescentralizadas

Tecnología Descentralizada puede ser implementada en variasescalas: desde una vivienda, comunidades pequeñas y vecindarios

completos.

Proyecto Piloto ECOSAN

compost

ww

w.b

eefg

onzo

.de

http

://w

ww

.alis

onto

on.c

om

<dung greywater (pre-treated)

Biogasplant

urine storage

biogas

ornamental garden

sourceseparating

toilet

vegetable gardensludge drying beds

Situación actual de las plantas de tratamiento

Las lagunas estan saturadas y su capacidad ha sido sobrepasada.

El efluente de la planta de tratamiento no cumple con las normas decalidad sanitaria.

Los efluentes de la planta se utilizan como fuente alternativa deriego.

Falta de legislación apropiada y clara respecto al uso de aguasresiduales en agricultura.

En ninguna de las plantas de tratamiento de aguas residuales se haprevisto la operacion y mantenimiento de las mismas.

Situación Inicial en Noviembre del 2012 en elSistema de Arani

Punto de muestreo 1: Entrada a la Planta deTratamiento

Laguna Anaerobia 2 seca, lista para la limpieza delodos

Situación Inicial y Actual de la Laguna Anaerobiay Facultativa Arani

Situacion Inicial en Noviembre del 2012 en elSistema de Arani

Medición de Lodos en el Sistema de Arani

Fotos de la situación actual en Punata

Río Rocha

Resultados de Monitoreo - 2013

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

ufc/

100

ml

Fecha

Coli fecal

Servicio caminos

Huayllani

0100200300400500600700800900

1000

DBO

mg/

l

Fecha

DBO

Servicio caminos

Huayllani

Source Water AssessmentIdentificationControlElimination

Proper TreatmentTechniquesEquipmentSkilled Operations

Quality ControlScheduleAnalysisInterpretation

Public EducationAwarenessAssistance

Padilla

Uturunquillo

PucaraniKirusillar

YakuchinkaChaquisantiagoMamalacocha

CaminoaSucre

Planta

118 ufc/100 ml 38 ufc/100 ml

0 ufc/100 ml19 ufc/100 ml

40 ufc/100 ml

58 ufc/100 ml

49 ufc/100 ml

Se debe realizar:Más énfasis en la prevensiónEnfocar en monitoreo de ingreso decontaminantesEnfocar en los procesos de control

1. ¿Hay estrés hídrico en el país? Si es así, ¿se trata de lacantidad de agua o de la calidad?

2. El futuro que queremos, surgió de la conferencia de Río + 20.¿Cómo afecta la calidad del agua?

3. Pensando en el cambio climático, ¿cómo afecta a la calidad deagua? y ¿Cómo podría la gestión sustentable contribuir aresolverlo?

4. Se están desarrollando los Objetivos del DesarrolloSustentable (ODS) para la Agenda Post-2015. ¿Por qué creeusted que se debe considerar la calidad de agua?

5. ¿Estaría su Institución en integrar el equipo de investigacióncon el Centro de aguas y Saneamiento Ambiental en laTemática Cabio Climático y calidad de Aguas?

PREGUNTAS

Gracias por su atención!!!Fernando Arturo Ledezma Perizza

MSc. in GeoinformaticsDocente Investigador Centro del Aguas y Saneamiento Ambiental FCYT-UMSS

e-mail: fernandoledezma.p@gmail.comWeb:. http://casa.fcyt.umss.edu.bo/