RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ DE AGUA COMO HERRAMIENTAS DE EVALUACIÓN DEL RECURSO HÍDRICO COLOMBIANO

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1 ECOLOGÍA RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ DE AGUA COMO HERRAMIENTAS DE EVALUACIÓN DEL RECURSO HÍDRICO COLOMBIANO Por Efraín Antono Domínguez Calle 1,2 *, Hebert Gonzalo Rvera 3, Raquel Vanegas Sarmento 3, Pedro Moreno 3 Resumen Domínguez Calle, E.A., H.G. Rvera, R. Vanegas Sarmento, P. Moreno: Relacones demanda-oferta de agua y el índce de escasez de agua como herramentas de evaluacón del recurso hídrco colombano. Rev. Acad. Colomb. Cenc. 32(123): , ISSN En este trabajo se presentan datos actualzados sobre la oferta hídrca Colombana y la demanda potencal de agua por parte de los dstntos sectores productvos. La relacón demanda/oferta de agua es utlzada como ndcador del nvel de presón sobre los recursos hídrcos y es expresada, en forma porcentual, a través del Índce de Escasez de Agua Superfcal. Este índce aplca reduccones sobre la oferta hídrca dsponble para expresar los efectos restrctvos de la varabldad temporal y de la severdad del perodo de estaje en las correntes superfcales de las dstntas regones naturales. Para caracterzar los años de humedad normal y baja se construyeron escenaros de oferta hídrca modal y de probabldad de excedenca del 95%. Tambén se proyectaron los nveles de demanda y oferta superfcal de agua al año Los resultados obtendos reorentan la atencón sobre la problemátca del recurso hídrco colombano haca los conflctos por uso del terrtoro ocasonados por la concentracón poblaconal y de los sectores productvos en sectores de baja oferta de agua. A la luz de este enfoque, los problemas de nfraestructura para la gestón de un recurso escaso, altamente presonado y de fuerte varabldad temporal, emergen como un factor clave para evtar una crss latente en la gestón de los recursos hídrcos. Palabras clave: Estudo Naconal del Agua, índce de escasez, recursos hídrcos, relacones demanda-oferta de agua. 1 Departamento de Ecología y Terrtoro, Facultad de Estudos Ambentales y Rurales, Pontfca Unversdad Javerana, Transversal 4 No Pso 8 Bogotá D.C., Colomba. Correo electrónco: 2 CeBA-Complejdad. 3 Subdreccón de Hdrología, Insttuto de Hdrología, Meteorología y Estudos Ambentales IDEAM, Carrera 10 No Bogotá D.C., Colomba. Correos Electróncos: * Autor corresponsal.

2 196 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 Abstract Ths paper shows updated results about Colomban water resources and ther requrements by the economc sectors. Water demand/water avalablty relatonshp s used as a pressure ndex on water resources; ths relatonshp s expressed through the water scarcty ndex, whch apples constrants over water avalablty, due to the runoff temporal varablty and to the low levels of water durng the dry season, each year, and for each geographc regon. To characterze average and low runoff years, dfferent water avalablty scenaros were buld: one for modal runoff values, and another for 95-percent exceedance probablty flows. An outlook of water avalablty and water requrements for 2025 also was prepared. The results call our attenton to problems caused by the concentraton of hgh densty settlements and the presence of economcs sectors n regons wth low water avalablty. The nfrastructure lag for management of a scarce, hghly varable and over pressured resource, emerges as a key factor to avod a loomng crss n the process of water management. Key words: Colomban Natonwde water resources assessment, water scarcty ndex, water demand-water avalablty relatonshp. Introduccón Colomba, un país de precptacones generosas, en otrora calfcado como el cuarto país del mundo por su dsponbldad hídrca, está enfrentando un conflcto por el uso del espaco para su desarrollo soco-económco y para proteccón de la oferta hídrca natural. El crecmento actual de la nacón ha congregado la demanda hídrca sobre regones donde su oferta es escasa y en las cuales los procesos de crecmento poblaconal amplfcan la presón sobre un recurso que ya regstra altos requermentos para mantener la estructura soco-económca nstalada. Por estas razones, desde 1998, el IDEAM, con el fn de mantener un segumento de esta problemátca realza y actualza el Estudo Naconal del Agua (ENA), una síntess de los recurso hídrcos de Colomba a la luz de la relacones demanda-oferta de agua (IDEAM, 1998). Durante muchos años el estado del recurso hídrco de los países del mundo ha sdo evaluado tomando en cuenta la cantdad de agua que escurre por los terrtoros de las dstntas nacones. Estmacones de esta clase fueron realzadas en la década de los años 70 (Lvovtch, 1970; Korzun et al., 1978; UNESCO, 1979) y es a partr de ellas que surge la dea de una Colomba-potenca hídrca, la cual compartía los prmeros renglones en la clasfcacón mundal de recursos hídrcos con países como Brasl, La Federacón Rusa y Canadá. Este magnaro marcó como abundante e nagotable el recurso hídrco de Colomba y produjo una gran despreocupacón por el msmo en los colombanos. Esta huella ha dejado de ser ndeleble y en las últmas décadas ha comenzado a borrarse gracas al surgmento de conflctos hídrcos evdentes a escala local y regonal, los cuales han puesto en crss los mecansmos de asgnacón del agua. Este contexto no es un prvlego de los colombanos y se replca en muchos países, para contrarrestarlo se han producdo muchas ncatvas globales para el fortalecmento nsttuconal de los países en la evaluacón de sus recursos hídrcos. Entre estas ncatvas se destacan la organzacón de redes mundales y los esfuerzos por realzar evaluacones globales que permtan comparar el estado de los recursos hídrcos de dstntos países con base en metodologías estandarzadas. Son destacables los recursos ofrecdos por la UNESCO para tal fn, entre ellos: el Programa para la Evaluacón Mundal de los Recursos Hídrcos (Lvovtch, 1986) y el Programa Hdrológco Internaconal (UNESCO, 2005). En el marco de estos proyectos la aplcacón de ndcadores ha surgdo como una herramenta para cambar el status quo de las evaluacones sobre la dsponbldad de agua en el mundo hacendo que todos puedan ser comparables. Entre estos ndcadores sobresale el índce de dsponbldad per cápta propuesto por Maln Falkenmark (Gardner-Outlaw & Engelman, 1997), quen ntrodujo tambén sus valores crítcos. Este índce es un ndcador sencllo que detecta los países con crss agudas del agua, sólo toma en cuenta la poblacón como factor de presón y por ello no cuenta con la resolucón necesara para dvsar la problemátca del agua en aquellos países con abundanca aparente del líqudo pero con alta concentracón de la demanda de agua en polos de desarrollo locales. De acuerdo con los valores crítcos establecdos por Falkenmark (1999), en los países en los que la dsponbldad de agua per cápta por año sólo alcanza a los 1000 m 3 se tene una stuacón de escasez de agua. En Colomba, de acuerdo con las evaluacones realzadas por el IDEAM, la dsponbldad de agua en 1985 alcanzaba una cfra aprox-

3 DOMÍNGUEZ CALLE, E.A. & COLS.: RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ mada de m 3 por habtante al año. Esta cfra ha evoluconado, prncpalmente debdo al crecmento poblaconal del país, y en el año 2000 se redujo hasta el valor de m 3 por habtante al año. Aunque esta últma cfra es mucho mayor que los valores crítcos planteados por Falkenmark, es preocupante la tendenca de reduccón regstrada (véase fgura 1). En el caso hpotétco de que se mantuvese el crecmento poblaconal y sectoral actual y de mantener los hábtos de uso y consumo actuales, en el térmno de 40 años el país tendría una dsponbldad hídrca anual per capta gual 1000 m 3, alcanzando así los valores crítcos señalados por Falkenmark para una crss de facto del agua /,/507.,5 9, 2,-, Fgura 1. Dnámca anual de la dsponbldad per cápta de agua regstrada en Colomba (Fuente: modfcada) La anteror proyeccón, aunque gruesa, es muy desalentadora e ndca que el perodo de tempo en el que Colomba enfrentaría una crss real de agua ya se encuentra en el ntervalo de planfcacón del presente sglo. La señal analzada con el ndcador de dsponbldad per cápta habla de una stuacón de crss potencal en el futuro, sn embargo en la actualdad, debdo a que la poblacón colombana y sus prncpales actvdades económcas se encuentran ubcadas en regones con oferta hídrca natural no muy sgnfcatva, ya se presentan conflctos por uso y asgnacón del agua. De acuerdo con las valoracones de la dsponbldad per cápta anual de agua, Colomba ocupa el lugar número 24 entre 203 países. Estados como Sngapur, Malta, Araba Saudta, Qatar y Bahamas ocupan los últmos puestos con dsponbldades per cápta menores a 150 m 3 por habtante año (UN/WWAP, 2003). Sí se estuda con detalle la dstrbucón de la poblacón y las actvdades socoeconómcas en el terrtoro colombano es claro que este ndcador no refleja las stuacones de alta presón sobre el recurso hídrco presentes en dstntos núcleos de desarrollo de Colomba. Los mapas en las fguras 2 y 3 muestran la dstrbucón espacal del recurso hídrco y de la demanda de agua en Colomba. En ellos se observa que los núcleos de mayor demanda de agua para las actvdades soco-económcas se encuentran ubcados en espacos geográfcos de baja oferta hídrca natural. Es así cómo el altplano cundboyacense, cuya oferta natural no supera los 600 mm de escorrentía superfcal al año, presenta nveles de demanda altos. En gual stuacón se encuentran los departamentos del Atlántco, Cesar y Bolívar, algunos sectores del valle del río Cauca y del departamento de Norte de Santander. Por los argumentos presentados en el párrafo anteror, el ENA, sguendo las ndcacones del Programa Mundal de Evaluacón de los Recursos Hídrcos examna las relacones demanda-oferta de agua en Colomba para determnar las regones donde la demanda de agua del conjunto de actvdades soco-económcas ha alcanzado nveles crítcos y así proporconar nformacón de apoyo para la gestón del recurso hídrco a escala regonal y local. Con estos fnes el IDEAM, en lugar del ndcador de dsponbldad per capta anual de agua, propuso el Índce de Escasez del Agua, el cual además de la demanda de agua de la poblacón y los sectores productvos toma en cuenta restrccones de la oferta hídrca superfcal por efecto de la rregulardad temporal de los caudales anuales y de la severdad de los perodos de estaje en los ríos colombanos. El modelo conceptual de este índce se presenta a contnuacón. Modelo conceptual del índce de escasez Este índce fue construdo a partr de las relacones de presón sobre el recurso hídrco presentadas en la Evaluacón General de los Recursos de Agua Dulce del Mundo (UN-Consejo Económco y Socal, 1997), allí se propone que exste escasez de agua cuando la cantdad de agua tomada de las fuentes es tan grande que se susctan conflctos entre el abastecmento de agua para las necesdades humanas, las ecosstémcas, las de los sstemas de produccón y las de las demandas hídrcas proyectadas haca el futuro nmedato. De conformdad con esta propuesta la relacón oferta-demanda de agua es una medda de presón dado que se ha observado que cuando la utlzacón del agua dulce aumenta por sobre el 10% de los recursos de agua dulce de una corrente, en esta se manfestan problemas por reduccón de la oferta y de la caldad del agua, aguas abajo del lugar de la la bocatoma. Estas presones se tornan más pronuncadas cuando se cruza el umbral del 20%.

4 198 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 Fgura 2. Oferta hídrca total anual en Colomba (IDEAM, 2004).

5 DOMÍNGUEZ CALLE, E.A. & COLS.: RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ Fgura 3. Dstrbucón espacal de la demanda de agua de las actvdades soco-económcas en el terrtoro colombano.

6 200 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 La excesva presón sobre una fuente de agua puede conducr a su desaparcón, en este sentdo es mportante para la planfcacón sostenble del recurso hídrco conocer la cantdad de agua dsponble, los nveles de demanda y las restrccones de uso necesaras para mantener la salud de la fuente abastecedora de agua. Esto ndca, que además de ofrecer agua para el consumo humano y el abastecmento de las actvdades productvas, es necesaro que las correntes abastecedoras mantengan un remanente de agua para atender los requermentos hídrcos de los ecosstemas asocados a sus cauces, preservando así su bodversdad, productvdad y establdad. La alta varabldad temporal de las fuentes abastecedoras tambén afecta la dsponbldad real de agua. Una corrente con un régmen hdrológco muy nconstante es poco confable como fuente abastecedora de agua por lo que la rregulardad temporal debe ser tenda en cuenta al estmar la oferta neta de una corrente de agua. Por las razones anterores es convenente defnr dos tpos de oferta de agua: a) oferta total que refleja el agua que crcula por la fuente abastecedora y b) oferta neta que defne la cantdad de agua que ofrece la fuente luego de haber descontado la cantdad de agua que debe quedar en ella para efectos de mantener el caudal mínmo del perodo de estaje y para tomar en cuenta los efectos adversos de la rregulardad temporal de la oferta. De acuerdo con estas consderacones el índce de escasez se establece como la relacón entre la demanda de agua por parte de las actvdades socoeconómcas y la oferta hídrca neta. La expresón de cálculo del índce de escasez en su forma porcentual es: Dt I e = 100% (1) O n Donde: I e - Índce de escasez [%], D - Demanda total de agua [m³], O n Oferta hídrca superfcal neta [m³]. En la Evaluacón General de los Recursos de Agua Dulce del Mundo se dstnguen las sguentes categorías de presón sobre el recurso hídrco: a. Alta la demanda alcanza el 40% del agua ofrecda potencalmente por la fuente abastecedora. b. Meda el nvel de demanda de agua se encuentra entre el 20 y 40% de la oferta. c. Moderada Los requermentos de agua están entre el 10 y el 20% de la oferta hídrca. d. Baja la demanda de agua no supera el 10% de los volúmenes de agua ofrecdos por la fuente. Para Colomba, el IDEAM ntrodujo en 1998 la sguente escala de valoracón para las categorías del índce de escasez (IDEAM, 1998): a. Alto la demanda supera el 50% del agua ofrecda potencalmente por la fuente abastecedora. b. Medo-Alto el nvel de demanda de agua se encuentra entre el 20 y 50% de la oferta neta. c. Medo Los requermentos de agua están entre el 10 y el 20% de la oferta hídrca neta. d. Mínma la demanda de agua se encuentra entre el 1 y el 10% de los volúmenes de agua ofrecdos por la fuente. e. No sgnfcatvo demanda menor al 1% de la oferta hídrca neta. Defncón de la oferta hídrca La oferta hídrca total está defnda por el valor modal de los caudales promedo anuales. Esta magntud representa el caudal anual promedo más probable y se extrae de la curva de densdad probablístca (CDP) de los caudales anuales. Esta curva se construye a partr de los regstros en las estacones hdrométrcas que mden el flujo de agua de la fuente abastecedora. Como en Colomba no se cuenta con nformacón hdrológca puntual para cada muncpo, se utlzó la metodología de la UNESCO (Lvovtch, 1970) para extraer estos valores de mapas de escorrentía modal construdos con los regstros anuales de caudal de la red de montoreo hdrológco del IDEAM. La oferta hídrca neta se calcula a partr de la oferta total a través de la sguente expresón: O n Donde: = O 1 R - R ) (2) t ( e t O t : Oferta hídrca superfcal total [m³]; R e : Factor de reduccón para mantener el régmen de estaje; R t : Factor de reduccón por rregulardad temporal de la oferta hídrca. De acuerdo con las fórmulas (1) y (2) el índce de escasez requere de la defncón de cuatro elementos conceptuales, tres de ellos relaconados con la categoría de oferta

7 DOMÍNGUEZ CALLE, E.A. & COLS.: RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ R e hídrca superfcal y el restante relaconado con los requermentos de agua de las actvdades socoeconómcas. El volumen de oferta hídrca total se obtene como: O = Q T (3) t o * Donde: Qo - caudal modal de la fuente abastecedora [m 3 /s] y T cantdad de segundos en un año. Para defnr R e se construye la curva de densdad probablístca (CDP) de los caudales de estaje Q. De esta mn curva se extrae el caudal de estaje con el 97.5% de probabldad de excedenca Q mn 97,5% de modo que la reduccón para mantener el régmen de estaje de la fuente sería gual a: Q R e [%] mn97,5% = 100 (4) Q0 La reduccón por rregulardad temporal de la oferta hídrca se debe estmar a través de un funconal de la forma R = f ( Q, C, C, ρ) (5) t o V S Donde C, C V S, ρ representan los coefcentes de varacón y de asmetría de los caudales promedo anuales y el rado de correlacón de los caudales daros. La estructura explícta del funconal (5) es de antemano desconocda, por ello como prmera aproxmacón para obtener R se recomenda aplcar la sguente tabulacón: t Tabla 1. Escala de reduccones por rregulardad temporal de la oferta hídrca. CV Rt, [%] 0-0,2 15 0,2-0,3 25 0,3-0,4 35 0,4-0,6 40 >0,6 50 Los porcentajes de reduccón fueron tomados de la comparacón entre las magntudes de los coefcentes de varacón de la escorrentía anual y la desvacón estándar de los caudales daros alrededor de la meda anual multanual. Este análss mostró que la varabldad de los caudales daros es del doble de la varabldad de la escorrentía promedo anual, lo que permte asegurar que los valores de C para caudales anuales srven como V CV ndcador de la varabldad dara. Se observó que a mayores a 0.6 les corresponde una varabldad daría mayor al 100%, debdo a que esta varabldad arroja desplegues en ambos sentdos, haca los máxmos y haca los mínmos, se aplcó un valor de reduccón correspondente a la mtad de la varabldad total en caudales daros. Para los C V menores a 0.6 se asgnaron reduccones sguendo el msmo prncpo. La dstrbucón espacal de C V muestra que en el 70% del terrtoro colombano este coefcente alcanza valores entre 0.2 y 0.3, de modo que la reduccón más frecuente por varabldad de la oferta alcanza el 25% de acuerdo con la Tabla 1. Al 17% del terrtoro colombano le corresponderon reduccones cercanas al 40%. Defncón de la demanda hídrca Colomba no cuenta con un sstema de nformacón contnuo y homogéneo sobre el uso del agua en los dstntos sectores productvos. Sn embargo una aproxmacón a la demanda hídrca se puede obtener a partr de los volúmenes de produccón sectoral y de factores de consumo de agua por tpo de producto o servco. En este escenaro la demanda total D de agua es gual a: t ud t D D + D + D + D + D Donde: D ud = (6) u us : Demanda de agua para consumo doméstco; D u : Demanda de agua para uso ndustral; D us : Demanda de agua para el sector de servcos; D ua D up : Demanda de agua para uso agrícola; ua : Demanda para uso pecuaro. El cálculo de la demanda de agua para consumo doméstco Dud - [m 3 ] se realza utlzando la sguente expresón: D = D n + D n (7) ud pcu hu pcr Donde: Dpcu - demanda per cápta urbana, n hu - número de habtantes urbanos, D pcr - demanda per cápta rural, n - número de habtantes rurales. hr La demanda de agua para uso ndustral - [m 3 ] se calcula utlzando la sguente expresón: D u = n = 1 Vp Fc j hr up (8)

8 202 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 Donde: Vp, Fc j son el volumen de produccón y factor de consumo de agua por tpo produccón y n es el número de sectores ndustrales consderados (Lvovtch, 1986). La demanda de agua para el sector de servcos D us - [m 3 ] se obtene como D us = n = 1 N Fcs Donde: N y Fcs representan el número de establecmentos por tpo de servco y el factor de consumo por tpo de servco. Aquí n representa el número de tpos de servcos tomados en cuenta. Los requermentos del uso agrícola D ua [m 3 ] se establecen medante la sguente fórmula: D ua = D ua ; D ua Aquí: D ua - Demanda del -ésmo cultvo, P precptacón anual, ETP - es la evapotranspracón potencal, es el factor de consumo del -ésmo cultvo ha y el número de hectáreas cultvadas con el. Por últmo, n representa el número de cultvos consderados. La demanda para uso pecuaro D = 1 up n = abs( = n = 1 Vpa Fca Dup - [m 3 ] es: (9) (11) En (11) Vpa consttuye el volumen de produccón por tpo de anmal ndustral, Fca es el factor de consumo según tpo de anmal y n representa el número de tpos consderados. Métodos e nformacón utlzados Oferta hídrca 0 Sí [ P ( ETP * kc )] 0 [ P ( ETP * kc )]* ha ) Sí [ P ( ETP * kc )] < 0 Para evaluar la oferta hídrca total y representarla en mapas de escorrentía modal y de dferente probabldad de excedenca se utlzaron las seres de caudales anuales de (10) las 775 estacones hdrológcas que son operadas por el IDEAM en Colomba (véase fgura 4). Para determnar Rt se construyó un mapa en solíneas para el coefcente de varacón CV de los caudales anuales. Para el cálculo de Re fueron analzadas las seres de caudales daros con el fn de defnr el caudal promedo para el perodo de estaje de cada año en todas las seres de caudales daros dsponbles. Los regstros de las estacones del IDEAM fueron complementados medante la metodología presentada en Martínez y Ruz (1998) y Martínez (2001). De las 755 estacones hdrométrcas fueron escogdas aquellas con regstro hstórco contnuo desde 1975 hasta 2004, garantzando la representatvdad por regones clmátcas, hdrológcas y la reslenca en el funconamento de las estacones hdrométrcas. Después de esta seleccón quedaron dsponbles 467 estacones hdrométrcas. Las seres de caudales anuales y de estaje de estas estacones se caracterzaron en térmnos probablístcos con el fn de defnr la oferta hídrca total en térmnos de probabldad de excedenca. Para el ajuste de funcones de dstrbucón probablístca se desarrolló un complemento de Mcrosoft Excel 4 en Vsual Basc para aplcacones. Este programa realza los cálculos necesaros para construr y analzar las seres de caudales mínmos y medos anuales, de modo que automatza el ajuste de funcones de dstrbucón teórcas a las curvas empírcas de probabldad de excedenca para caudales promedos anuales y promedos del perodo de estaje. Este complemento estadístco utlza el método del gradente conjugado para optmzar el ajuste de las funcones de dstrbucón probablístca teórcas a las curvas empírcas, como funcón objetvo aplca la mnmzacón del error promedo absoluto entre coordenadas. Las funcones de dstrbucón teórcas a ajustar se escogeron de la famla de curvas de Pearson tpo III. La bondad de ajuste de las curvas teórca y empírca se evaluó de tres formas: 1) análss vsual, 2) error absoluto promedo entre las coordenadas teórcas y empírcas y 3) medante las pruebas estadístcas de Kolmogorov, Smrnov y Pearson (Bendat & Persol 1986; Haan, 2002). En la valdacón del ajuste se exgó que además de una buena concordanca vsual, el error promedo absoluto no superara el 20% y que cómo mínmo fuesen superadas dos de las pruebas estadístcas propuestas. En el 95% de los casos la funcón teórca que mejor ajustó fue la dstrbucón γ de tres parámetros. El análss de los errores de ajuste de las funcones de dstrbucón muestra que en el 90% de los casos este fue menor 4 Para obtener una versón actualzada del programa y su manual del usuaro contactar al autor: Efraín Domínguez en

9 DOMÍNGUEZ CALLE, E.A. & COLS.: RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ... Fgura 4. Red de montoreo hdrológco (Fuente: 203

10 204 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 al 17,5% y que menos del 5% de los ajustes se realzaron con errores superores al 20% (véase fgura 5). Frecuenca, % ,5 5 7,5 10 Para la generalzacón espacal se aplcó el método de nterpolacón óptma. Como prmer paso los estadístcos de caudales fueron expresados en térmnos de lámna de escorrentía anual y del perodo de estaje (véase ecuacones 12 y 13). Para realzar esta conversón fue necesaro evaluar el área aferente a las 467 estacones hdrológcas selecconadas, esta delmtacón se realzó en forma semautomátca analzando el modelo de elevacón dgtal de Colomba, la cobertura de ríos y algunas delmtacones prelmnares realzadas en otros proyectos. Como técnca de nterpolacón se utlzó la técnca de nterpolacón óptma mplementada en la Federacón Rusa por los centífcos Drozdov y Shepelovsky (1936, 1946) y perfecconada por Gandn (1963, 1976). Las funcones estructurales y de correlacón requerdas por esta técnca fueron estmadas para ses regones hdrológcas de Colomba: Alto y Medo Magdalena, Cauca, Pacfco, Llanos orentales - Amazonía, Catatumbo y Carbe. Estas regones defneron domnos de nterpolacón en los que se construyó una grlla de 10 Km. por 10 Km. de tamaño de celda. 10 Q97.5% T = A 3 10 Q0 T 0 = A 3 Y ; Y ; 97.5% 12, ,5 20 Frecuenca % acumulado 22, y mayor... (12) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Clase Fgura 5. Análss de errores en los ajustes funcones de dstrbucón (caudales anuales) Y0 : escorrentía superfcal modal expresada en térmnos de lámna [mm]; 0% Y 97.5% : escorrentía superfcal con probabldad de excedenca del 97.5% expresada en térmnos de lámna [mm]; Q0 : caudal modal de la sere de caudales anuales [m 3 /s]; Q97.5% : caudal con probabldad de excedenca del 97.5% de la sere de caudales anuales [m 3 /s]; T : cantdad de segundos en el perodo de agregacón de la oferta, anual en este caso [s]; A: área aferente al nodo de medcones [km 2 ]; Los volúmenes de oferta anual modal ( V 0 ) y de probabldad de excedenca del 97,5% se defnen como se muestra a contnuacón: 3 V 0 = A 10 Y0 ; 3.5% A 97.5% V Y =. Demanda potencal de agua (13) La nformacón requerda por las ecuacones (6) a la (11) para estmar la demanda potencal de agua en los dstntos sectores fue obtenda de las sguentes fuentes: Proyeccones de poblacón del DANE para el año 2004 para cabeceras muncpales y el área rural. El factor de consumo para la poblacón fue estmado con base en la metodología del Reglamento Técnco del Sector de Agua Potable y Saneamento Básco RAS 2000 Seccón I Título A Capítulo A.3 y Seccón II Título B Sstemas de Acueducto Capítulo B.2. Para el segmento ndustral se aplcaron los valores de volúmenes de produccón de la encuesta anual manufacturera (DANE, 1999) ncrementados por la taza de crecmento del PIB muncpal. Los factores de consumo por tpo de produccón se tomaron de (UNESCO, 1979). A partr de los flujos físcos de la produccón, presentados en la encuesta anual manufacturera del DANE, se estmó para cada muncpo, por códgo CIIU a cuatro dígtos Revsón 2, el volumen de produccón en toneladas, el cual se proyecto al año 2004 con base en el crecmento de la ndustra manufacturera regstrado en el Sstema de Cuentas Naconales, publcado por el Banco de la Repúblca en su págna Web. El valor obtendo se asocó con un factor de consumo de agua expresado en m 3 por tonelada producda, por tpo de producto 5. 5 Los factores de consumo de agua por tpo de producto, son teórcos y se obtuveron de revsón bblográfca, algunos han sdo actualzados con base en los reportes de ndcadores de ecogestón que presenta el Centro de Empresaral Cecodes

11 DOMÍNGUEZ CALLE, E.A. & COLS.: RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ Fnalmente en el área de servcos fueron contemplados las estadístcas de aeropuertos, hosptales y centros educatvos. Dscusón de resultados Oferta hídrca en Colomba En el terrtoro colombano, cada año, en promedo, precptan 3400 kms 3 de agua, se evaporan 1100 kms 3 y escurren 2300 kms 3. S se supone que un país es capaz de retener en sus dspostvos de abastecmento el 40% de esta oferta (UN-Consejo Económco y Socal, 1997), en efectvo Colomba contaría con 1150 kms 3 al año de oferta hídrca superfcal, aunque en realdad, la capacdad nstalada en sstemas de abastecmento y sumnstro de agua, aún no alcanza esta cfra. A su vez, la oferta modal de agua para el total del terrtoro colombano alcanza la cfra de 1910 kms 3 al año, mentras que en un año seco (véase fgura 6) esta oferta no supera los 1240 kms 3 al año. Al analzar la oferta hídrca neta por regones se obtenen los resultados que se muestran en la Tabla 2. Analzando el panorama de la oferta hídrca superfcal neta es nevtable la conclusón sobre la abundanca de este recurso en Colomba. Para entender el problema del agua en Colomba es necesaro establecer los nveles anuales de demanda potencal de agua, según los dferentes sectores y su dstrbucón en el terrtoro naconal. Sólo esta correlacón deja en evdenca el conflcto exstente por la localzacón de las altas demandas de agua en terrtoros con una baja oferta hídrca natural. Para construr esta relacón en el sguente parágrafo se dscute la estructura por sectores y la dstrbucón espacal de la demanda potencal de agua en Colomba. Estructura de la demanda de agua en Colomba Para las estmacones proyectadas al año 2004, la demanda total de agua de los sectores soco-económcos alcanzó los mllones de metros cúbcos de agua dulce al año. Estos requermentos se dstrbuyen por sector según se presenta en la fgura 7. La estructura de demanda de agua en Colomba dfere de la estructura promedo de todos los países del mundo y de la de demanda de los países de altos ngresos. La demanda de agua en Colomba se dferenca de la de un país de alto ngresos en un receso de los requermentos de agua para la ndustra que, en países ndustralzados consttuye el 59% de toda la demanda. Adconalmente, la estructura de demanda colombana se caracterza por grandes requermentos de agua para el sector agrícola, los cuales sn embargo resultan nferores en un 10% a la demanda agrícola promedo mundal y en un 22% con relacón a la de un país de bajos a medos ngresos (UN/ WWAP, 2003). En la estructura de consumo del país, el departamento del Magdalena es el que más agua consume (véase fgura 8) segudo por el Atlántco, Bolívar, Cundnamarca, Cesar, Sucre y el Dstrto Captal. La demanda de agua del departamento del Magdalena es preponderantemente agrícola, alcanzando este sector el 93% de la demanda total de agua del Departamento (fgura 9): El patrón de mayor demanda hídrca por el sector agrícola se mantene, con dferentes porcentajes, en los departamentos del Atlántco, Bolívar, Cundnamarca, Cesar y Sucre, sendo la excepcón el Dstrto Captal en cuya estructura el mayor aporte de demanda lo hace el sector doméstco (véase fgura 10). Esta composcón de la demanda de agua del Dstrto Captal se puede explcar al consderar el hecho de que Bogotá ocupa el puesto número 31 en la clasfcacón de las cudades más grandes del mundo del año 2000 (UN/WWAP, 2003). Esta clasfcacón regstra 381 cudades todas con un número de habtantes mayor al mllón de personas. Tabla 2. Oferta hídrca superfcal por regones. Oferta Neta [kms 3 por año] Regón Con probabldad de excedenca Modal (oferta normal) del 97,5% (año seco) Promedo Alto y medo Magdalena Cauca Pacífco Carbe Catatumbo Llanos orentales y Amazonía

12 206 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 Fgura 6. Escorrentía anual [mm/año] con probldad de excedenca del 97,5% (IDEAM, 2004).

13 DOMÍNGUEZ CALLE, E.A. & COLS.: RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ sector pecuaro 470 Mm 3 /año 4% sector agrícola 7790 Mm 3 /año 59% sector hogares 3510 Mm 3 /año 27% sector ndustral 1180 Mm 3 /año 9% sector servcos 80 Mm 3 /año 1% Fgura 7. Estructura de la demanda de agua en Colomba Sector Pecuaro 27 Mm 3 /año 1,4% Sector Agrícola 1830 Mm 3 /año 93,0% Doméstco 110 Mm 3 /año 5,4% Sector Industral 4 Mm 3 /año 0.2% Sector Servcos 2 Mm 3 /año 0,1% Fgura 9. Estructura de demanda del departamento del Magdalena. Otros deptos. 32% Magdalena 15% Atlántco 12% Sector ndustral 16,3% servcos 3,5% Sector pecuaro 0,1% Sector agrícola 0,0% Bogotá, D.C. 6% Sucre 6% Cesar 9% Cundnamarca 9% Bolvar 11% Sector doméstco 80,2% Fgura 8. Demanda de agua en Colomba según departamentos. Fgura 10. Estructura de demanda hídrca en el Dstrto Captal. Relacones oferta-demanda de agua en Colomba Uno de los prncpales factores de presón sobre los recursos hídrcos de un país es el crecmento poblaconal. El mundo ncrementa anualmente su poblacón total en el equvalente al doble de la poblacón colombana actual. A la presón poblaconal sobre el recurso hídrco se le adconan las demandas agrícolas e ndustrales. Esta presón sobre el recurso hídrco tene consecuencas adversas que se reverten a la socedad que demanda el agua. Al crecer la demanda de agua aumentan los vertmentos de aguas resduales que mpactan la caldad del recurso hídrco, en algunos casos nducendo la escasez de agua, no por dsponbldad de la msma sno por caldad nadecuada para el consumo humano o para su utlzacón en las actvdades productvas. Claras referencas del menconado conflcto entre el uso del terrtoro y la dsponbldad hídrca de las dstntas regones quedan regstradas en las relacones demanda oferta de agua, las cuales se evalúan para los escenaros de nveles de oferta hídrca más probables (modales) y de año seco (de probabldad de excedenca del 97,5%). Con el trasfondo de los menconados escenaros el índce de escasez de agua superfcal revela en Colomba las zonas con mayor presón sobre el recurso hídrco (véase fguras 11 y 12). De acuerdo con los escenaros presentados en estos mapas, en un año normal el 4% de la poblacón colombana es afectado por índces de escasez altos (la demanda supera el 50% de la oferta hídrca superfcal), el 7% medo altos (entre el 20 y el 50%) y el 30% medos (del 10 al 20%). Por otro lado en un año seco el porcentaje de poblacón afectado por un índce de escasez alto es del 23% (véase fguras 13 y 14). Proyeccón del índce de escasez de agua para el año 2025 Estmar el crecmento y comportamento de los sectores económcos a largo plazo es muy resgoso, por cuanto está sujeto a varables cuyo comportamento es muy ncerto en el tempo. Aun más arresgado es predecr el

14 208 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 Fgura 11. Índce de Escasez de Agua para un año de humedad normal (modal).

15 DOMÍNGUEZ CALLE, E.A. & COLS.: RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ Fgura 12. Índce de Escasez de Agua para un año seco (con probabldad de excedenca del 97,5%).

16 210 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 Alto Medo Alto Medo Mínmo No sgnfcatvo Indce de Escasez - Poblacón Afectada Año Modal No sgnfcatvo 33% Alto 5% Medo Alto 7% Hogares y del sector Servcos, realzado dentro del estudo Colomba en los próxmos vente años. El país que queremos, elaborado por el Departamento Naconal de Planeacón (Hommes R. Umaña C., 2005). De acuerdo con estos escenaros, mantenendo las conductas de produccón actuales y suponendo que la oferta hídrca superfcal se mantene en el nvel ofrecdo por el régmen hdrológco exstente se obtuveron las sguentes proyeccones sobre el índce de escasez (véase fguras 15 y 16): Mínmo 25% Medo 30% Fgura 13. Dstrbucón de la poblacón según índce de escasez en un año normal. No sgnfcatvo 26% Indce de Escasez - poblacón afectada año modal Proyeccón al 2025 Alto 36% Alto Medo Alto Medo Mínmo No sgnfcatvo No sgnfcatvo 29% Indce de Escasez - Poblacón Afectada Año Seco Alto 23% Mínmo 24% Medo 8% Alto Medo Alto Medo Mínmo No sgnfcatvo Medo Alto 6% Fgura 15. Proyeccón del índce de escasez para un año normal al Mínmo 24% Medo 17% Medo Alto 7% Fgura 14. Dstrbucón de la poblacón según índce de escasez en un año seco. desarrollo tecnológco que vendrá al país en los próxmos dez o vente años y que afectará el nvel de uso de los dstntos nsumos necesaros para los procesos productvos y para el consumo de agua de los dversos sectores que hacen parte de la economía naconal. Sn embargo, es precso hacer una estmacón así sea muy gruesa, de la demanda del recurso agua por parte de los grandes sectores económcos, pues sendo un recurso natural vtal para el desarrollo del país, las nsttucones encargadas de hacer prospectva del desarrollo y benestar de la poblacón colombana requeren tener unos elementos mínmos de comportamento del recurso agua en los próxmos vente años. Utlzando la nformacón de demanda de agua del año 2004 como punto de partda, se estmó la demanda para el año 2025 tenendo en cuenta el crecmento estmado de los sectores Agropecuaro e Industral, Consumo fnal de Fgura 16. Proyeccón del índce de escasez para un año seco al Conclusones Las relacones demanda-oferta de agua para los sectores socoeconómcos de Colomba consttuyen un ndcador del estado del recurso hídrco en el país. Su expresón medante el índce de escasez de agua permte vslumbrar un panorama en el que las magntudes de demanda y de

17 DOMÍNGUEZ CALLE, E.A. & COLS.: RELACIONES DEMANDA-OFERTA DE AGUA Y EL ÍNDICE DE ESCASEZ oferta máxmas no concden en el espaco, ocasonando conflcto y altos nveles de presón sobre el recurso hídrco. Esta stuacón, que refleja un uso napropado del terrtoro, es el resultado de una planeacón con mecansmos napropados de asgnacón del agua, que en muchos casos, gracas a la ausenca de sstemas de segumento del estado del recurso hídrco amplfca la presón sobre el recurso hídrco dada la ausenca de elementos técncos para la toma de decsones en sectores de alta demanda hídrca. La solucón ante tal contexto consste en el fortalecmento de la gestón ntegral del recurso hídrco, especalmente en las estrategas no sólo de proteccón de la oferta hídrca exstente, de la expansón de las redes hdrométrcas y de otros mecansmos de segumento del recurso, sno tambén de reduccón de la demanda de agua. La conclusón anteror es una nvtacón al fortalecmento de los programas de ahorro y uso efcente del agua y a la ntensfcacón de los mecansmos lmpos de produccón. En este sentdo es nteresante observar y segur de cerca la experenca del sector hdrológco alemán que ha logrado sgnfcatvas reduccones de la demanda de agua sobre fuentes alejadas aprovechando en forma crecente el agua de lluva para susttur el agua potable en retretes, lavamanos y rego de jardnes (Bundesmnsterum für Umnwelt, Naturschutz und Reaktorschherhet, Umwelt Bundes Amt für Mensch und Umwelt, 2001). En algunos lugares del país, de contnuar la tendenca actual de presón sobre el recurso, será de oblgacón forzada la ntroduccón de meddas estructurales para mtgar el estado de alta presón en que se encuentran las correntes superfcales. A su vez, como estratega de desarrollo sostenble, se recomenda a los muncpos asocarse a fuentes seguras, medante la mplementacón de acueductos regonales que presenten una buena relacón costo benefco. En el sector agrícola es necesaro mplementar programas de nnovacón tecnológca con el fn de reducr los altos nveles de pérdda de agua en este sector de gran demanda hídrca. Adconalmente deben desarrollarse estrategas para la reduccón de las cargas nutrentes aportadas por este sector, las cuales fnalmente afectan a los cuerpos de agua superfcales y subterráneos. Aunque puede parecer que el índce de escasez es un ndcador muy exgente al generar alarmas a partr del momento en que la demanda alcanza el 20% de la oferta neta, es mportante tener presente que se están usando los umbrales recomendados por el Programa Hdrológco Internaconal de la UNESCO (Shklomanov, 1998). Estos umbrales deben ser conservadores ya que deben tener en cuenta las defcencas del ndcador como: a) la dfcultad de consderar adecuadamente todos los factores que reducen la oferta total al estmar la oferta neta (ej. la caldad del agua y las necesdades ecológcas por encma de los caudales mínmos hstórcos); y b) la ncertdumbre asocada a la escala de la nformacón dsponble (pocas veces se tene nformacón prmara a escala local forzando el uso de estmadores de la oferta y la demanda). Fnalmente, al ncrementar la ntensdad de uso del agua de las correntes superfcales se provoca un aumento en las tazas de vertmentos de aguas negras o grses a las msmas y por ende de los nveles de presón por contamnantes. Esto oblga a tener umbrales crítcos por demanda más conservadores con el fn de evtar reaccones tardías no sólo ante lmtacones en cantdad sno tambén por restrccones en caldad. Bblografía Bendat J.S., Persol A.G Random data analyss and measurements procedures. 540 p. John Wley & Sons, New York. Bundesmnsterum für Umnwelt, Naturschutz und Reaktorschherhet, Umwelt Bundes Amt für Mensch und Umwelt, El sector hdrológco en Alemana. Métodos y experencas. Berln, 150 p. Drozdov O.A Método de construccón de redes meteorológcas en regones planas, Trabjos del GGO edcón 12 (3). Drozdov O.A., Shepelovsky A.A Teoría de la nterpolacón de un campo estocástco y su utlzacón en mapas meteorológcos y raconalzacón de la red, Trabajos del NIU GUGMS, sere 1, vol. 13. Falkenmark, M Forward to the future: a conceptual framework for water Dependence (Volvo envronment prze lecture 1998), en AMBIO a journal of the human envronment, Royal Swedsh Academy of Scences, XXVIII(4): Gardner-Outlaw, T., Engelman, R Sustang water, easng scarcty: a second update. Populaton Acton Internatonal. Fuente en Internet: 20 p. Revsado el 06 de juno de Gandn L. S Análss objetvo de campos meteorológcos, Gudrometeozdat, Lenngrado, 287 p. Gandn L. S Análss tetradmensonal de campos meteorológcos, Gudrometeozdat, Lenngrado, 61 p. Haan, T.C Statstcal methods n hydrology. 378 p. Iowa state press, Iowa. Hommes R. Umaña C Colomba en los próxmos vente años. El país que queremos / Archvos de Economía, Dreccón de Estudos Económcos, Documento 280, 36 p. IDEAM, Estudo Naconal del Agua. IDEAM. Bogotá D.C., 253 p. IDEAM, Informe anual sobre el estado del medo ambente en Colomba, Imprenta Naconal de Colomba, Bogotá, 256 p.

18 212 REV. ACAD. COLOMB. CIENC.: VOLUMEN XXXII, NÚMERO 123-JUNIO DE 2008 Korzun, V.I., Sokolov, A.A., Budyko, M.I., Voskresensky, K.P., Kalnn, G.P., Konoplyantsev, A.A., Korotkevch, E.S. & L vovtch, M. I., eds Atlas of world water balance. USSR Natonal Commttee for the Internatonal Hydrologcal Decade. Englsh translaton. Pars, UNESCO. 663 pp. Lvovtch, M. I World water balance (General Report). Symposum on the world water balance. Wallngford, Internatonal Assocaton of Hydrologcal Scences, Pub. No 93, Vol. II, pp Lvovtch, M.I Water and lfe. Moscow, Mysl. Martínez, L.F Control Estadístco de Caldad, Informacón Hdrológca Nvel Mensual. Automatzacón SPSS y DEMETRA. Investgacón desarrollada para el IDEAM, Subdreccón de Hdrología. Martínez, L.F. y Ruz L.F Metodología para la estmacón de datos faltantes en seres temporales daras, Investgacón desarrollada para el IDEAM, Subdreccón de Hdrología. Shklomanov I.A World water resources a new apprasal and assessment for the 21 st century. A summary of the monograph World Water Resources prepared n the framework of the Internatonal Hydrologcal Program, UNESCO, Pars, 40 p. UNESCO, Balance hídrco mundal y recursos hdráulcos de la terra / Estudos e nformes sobre hdrología 25, 821 p, Madrd. UNESCO, World Water assessment program, revsado el 01 de octubre de 2005, ndex_es.shtml. UN-Consejo Económco y Socal, 1997: Evaluacón general de los recursos de agua dulce del mundo. Informe del Secretaro General, Nueva York, 55 p. UN/WWAP (Unted Natons/World Water Assessment Programme) UN World Water Development Report: Water for People, Water for Lfe. Pars, New York and Oxford, UNESCO (Unted Natons Educatonal, Scentfc and Cultural Organzaton) and Berghahn Books. Recbdo: 11 de abrl de 2007 Aceptado para su publcacón: 13 de juno de 2008

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