TALLER SOBRE BALANCE HÍDRICO Y MODELAJE PARA GESTIÓN DE CUENCAS

Transcripción

1 TALLER SOBRE BALANCE HÍDRICO Y MODELAJE PARA GESTIÓN DE CUENCAS Modelación de la Cuenca Pucara-Cochabamba y Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencas en Bolivia Fernando Arturo Ledezma Perizza MSc. in Geoinformatics Docente Investigador Centro del Aguas y Saneamiento Ambiental FCYT-UMSS ledezmafernando@hotmail.com Abril 2011

2 Temas de abordaje I. Experiencia y resultados de la modelación de la cuenca Pucara, Cochabamba II. Compartir resultados del ejercicio SWAT y Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencas Bolivia III. Propuestas para el Plan Nacional de Cuencas en el campo de modelaje

3 Fundamentos 3

4 CONCEPTOS BÁSICOS RELACIONADOS A LA MODELACIÓN Un modelo es: Una representación simplificada de la realidad Puede ser muy sencillo ó muy Complejo

5 CONCEPTOS BÁSICOS RELACIONADOS A LA MODELACIÓN Los modelos deben ser calibrados y validados CALIBRACIÓN calibrar: con el objetivo de disminuir las diferencias entre lo observado y lo modelado Se busca mejorar el ajuste entre los valores observados y los valores modelados de la variable de salida de interés, al variar reiterativamente los parámetros del modelo (dentro de rangos realístas) VALIDACIÓN Una vez logrado una adecuada calibración, se evalúa nuevamente el ajuste del modelo, para un nuevo set de variables de entrada y salida, SIN ajustar los parámetros previamente calibrados una primera calibración podría basarse en una interpretación visual de los hidrogramas (comparación de caudales simulados y observados), aunque para aplicaciones mas avanzadas se hará uso de indicadores estadísticos tales como RMSE, MAE, Nash- Sutcliffe para guiar el proceso de calibración

6 CRITERIOS EN LA SELECCIÓN DE UN MODELO PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN Dos consideraciones importantes en la selección de un modelo para una determinada aplicación son: 1) Cuáles son las preguntas que quiero contestar? NECESIDAD / APTITUD 2. Cuál es la disponibilidad de datos para mi área de estudio, y Cuáles son los requerimientos de los distintos modelos con respecto a disponibilidad de datos? FACTIBILIDAD

7 CRITERIOS EN LA SELECCIÓN DE UN MODELO PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN Basado en lo anterior, también nos podemos preguntar: 1) Escala / resolución temporal de mi simulación entradas / salidas: DATOS DIARIOS? MENSUALES? PROMEDIOS ANUALES? 2) Escala / resolución espacial de mi simulación entradas / salidas: CUENCA? SUBCUENCA? MICROCUENCA? PARCELA o PIXEL?

8 Cómo seleccionar el modelo hidrológico más apropiado? Tener encuenta: Cuáles son los problemas que queremos resolver?

9 Antecedentes 9

10 Asistencia Técnica No Reembolsable (ATNR) En el marco de estos esfuerzos, y en respuesta a una solicitud del Estado Plurinacional de Bolivia, entre enero 2009 y mayo 2010 el Banco Mundial llevó a cabo una Asistencia Técnica No Reembolsable (ATNR) Buscando el Fortalecimiento de Capacidades para la Adaptación a la Variabilidad y al Cambio Climático en el Ámbito de los Recursos Hídricos.

11 La ATNR tuvo un doble propósito: (i) fortalecer la capacidad de las instituciones que trabajan en la temática de cambio climático y recursos hídricos para el uso y aprovechamiento de herramientas de modelación y planificación que les permita identificar y evaluar la vulnerabilidad actual y futura al cambio climático para los recursos hídricos y las posibles medidas de adaptación basados en insumos técnicos sólidos; y (ii) fomentar la inclusión de la adaptación al cambio climático en la definición de políticas de manejo y uso de los recursos hídricos.

12 Principales Instituciones y Contrapartes del Banco Mundial Vice-ministerio de Medio Ambiente, Biodiversidad y Cambio Climático Vice-ministerio de Ciencia y Tecnología Vice-ministerio de Recursos Hídricos y Riego Instituciones que contribuyeron a enfocar el alcance y la metodología y participaron en actividades de capacitación fueron: Servicio Nacional de Meteorología e Hidrológica Universidad Mayor de San Andrés Universidad Mayor de San Simón Universidad Autónoma Tomas Frías Fundación PROINPA Colegio de Ingenieros Agrónomos Bolivia (filial Cochabamba) Organizaciones no gubernamentales Cooperación Internacional Centro Digital de Recursos Naturales de Bolivia

13 Participación de Talleres en Bolivia Abril Taller de sistematización de datos para la modelación. Junio Módulo sobre herramientas de modelación/planificación. Julio Módulo de modelación SWAT cuencas Tarapaya, Pucara, y Titicaca. Septiembre 2009 Curso modelación de escenarios climáticos. Mayo Taller Sobre Cambio Climático y Recursos Hídricos Resultados Preliminares

14 Microcuencas Ejercicios realizados en Talleres de Bolivia Modelaciónes realizadas Macrocuencas realizado en Washington -USA Lago Titicac a Pucara 1. Lago Titicaca La Paz 2. Pucara Cochabamba 3. Tarapaya Potosí 1. Beni 2. Desag-Poop-Coip 3. Grande 4. Ichilo-Mamoré 5. Itenez 6. Madera 7. Madre de Dios-Or 8. Paraguay 9. Pilcomayo- Bermejo 10. Salar de Uyuni 11. Titicaca Bolivia Tarapa ya En esta Presentación

15 Parte I Cuenca Pucara-Cochabamba 15

16 Ubicación del Área de Estudio Cuenca Pucara-Cochabamba Nacional Departamental

17 Selección de la Cuenca Se evaluó la DISPONIBILIDAD DE DATOS Climatológicos: pp, T, HR, viento (vel, dir), Geomorfología, Uso tierra, geomorfología, DEM, Ubicación de comunidades, Zonas de sistemas de producción dominante. Fuentes PROINPA, PRIV, SENAMHI, Centro AGUA Selección del Software Costo? Soporte? Entre otros

18 Estaciones y Uso de Suelo

19 Modelo Digital de Terreno y Tipo de Suelo

20 Resultados

21 Caudal Simulado 0,00E+00 2,00E+01 4,00E+01 6,00E+01 8,00E+01 1,00E+02 1,20E+02 1,40E Series 1

22 Escorrentia 0.00E E E E E E E E Series1 Series2 Series3

23 Simulado vs Observado Series1 Series

24 Experiencias y recomendaciones 1. Hacer una calibración por etapas 2. Mejorar los datos Hidrología de las cuencas aportantes 3. Incorporar datos de la Hidrología de las cuencas laterales 4. Interpretar con el Uso de agua (irrigación/doméstico) Operación embalses/canales de distribución Desafíos para seguir desarrollando e incorporando en el modelo: 1. Niveles de bombeo (acuíferos)? 2. Calidad del agua?

25 PARTE II Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencas en Bolivia 25

26 Área de estudio y Características Básicas de las 11 Macro-Cuencas Fuentes: Superficie y altitud, de cálculos propios de la modelación. Población del Instituto Nacional de Estadísticas (INE) Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

27 Estaciones 127 estaciones (Tmax, Tmin,P) iniciales SENAMHI = 82, NOAA = 33 NASA = 12 Línea base original (93) Línea base final (82) Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

28 Datos para calibrar - Estaciones de Aforo Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

29 Datos de entrada Uso de Suelos 336 usos Super Intendencia Agraria 2000 FAO Soil 70 classes

30 Datos de entrada DEM (Mapa de Elevación digital) NASA (90 m Resolución)

31 Metodologia - Procesamiento de cursos de aguas y delimitación de sub-cuencas hidrográficas Mapa Digital de Elevación Topográfica Mapa de Límites de Macro-cuencas Mapa de Cursos de Agua y Delimitación de las sub-cuencas

32 Metodología - Desarrollo del modelo hidrológico y calibración del modelo Balance Hídrico Registros de aforo FFCB, Manning coeficiente, GWQmn. ESCO, REVAPMN, etc

33 Resultados

34 Impactos en el Balance Hídrico 2050s Para el Escenario Seco Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

35 Impactos en el Balance Hídrico 2050s Para el Escenario Húmedo Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

36 Legend Bolivia_CC_Merge WSI base lagos y salares (ET>P) Sin Población > Índice de estrés hídrico per cápita bajo cambio climático Línea Base Futuro sin CC Futuro con CC - Seco Fuente: Presentación de Resultados Preliminares Taller Banco Mundial Mayo 2010

37 Cambios de Precipitación Bajo Cambio Climático al 2050s Escenario Húmedo Legend Bolivia_CC_Merge % Cambio en Precipitación Escenario Seco Fuente: Presentación Resultados Preliminares Taller Banco Mundial Mayo 2010

38 Cambios de Evapotranspiración Bajo Cambio Climático al 2050s Escenario Húmedo Legend Bolivia_CC_Merge % Cambio ET Escenario Seco Fuente: Presentación de Resultados Preliminares Taller Banco Mundial Mayo 2010

39 Cambios de Rendimiento Hídrico Bajo Cambio Climático al 2050s Escenario Húmedo Legend Bolivia_CC_Merge % Cambio Caudal Especifico Escenario Seco Fuente: Presentación de Resultados Preliminares Taller Banco Mundial Mayo 2010

40 Índice de Humedad Climática para las 11 cuencas Fuente: Presentación de Resultados Preliminares Taller Banco Mundial Mayo

41 EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMATICOS CUENCA DEL PILCOMAYO PRECIPITACION TEMPERATURA EVAPOTRANSPIRACION RENDIMIENTO HIDROLOGICO Fuente: Presentación de Resultados Preliminares Taller Banco Mundial Mayo

42 Precipitación EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMÁTICOS CUENCA DEL PILCOMAYO Legend Escenario Seco Pilcomayo % Cambio < Escenario Húmedo Escenario Seco Legend Pilcomayo % cambio Escenario Húmedo Evapotranspiración Fuente: Presentación de Resultados Preliminares Taller Banco Mundial Mayo 2010

43 Rendimiento Hidrológico EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMÁTICOS CUENCA DEL PILCOMAYO Escenario Seco Legend Pilcomayo % Cambio Escenario Húmedo Sedimentos Escenario Seco Legend Pilcomayo % Cambio > 100 Escenario Húmedo Fuente: Presentación de Resultados Preliminares Taller Banco Mundial Mayo

44 Limitaciones y conclusiones de la evaluación

45 Mayores limitaciones Información hidro-meteorológica pobre: Escasas estaciones Existencia de zonas ciegas Serie temporal muy reducida Largos huecos en las series de datos Existencia de numerosos outliers Datos de caudal muy escasos: Dificultad para calibrar Falta de inputs de caudal externos en cuencas transfronterizas Carencias en la información de suelos Escalas demasiado grandes Estaticidad en los usos del suelo. Necesidad de proyectar cambios a 2050 Generación de escenarios de cambio climático Resolución insuficiente ( km)

46 Conclusiones Modelación SWAT Resulta compleja, pero útil y con múltiples posibilidades Modelado de línea base: Valores absolutos poco precisos Necesidad de mejorar insumos (especialmente los meteorológicos) Zonas con mejor fiabilidad: Desaguadero, Pilcomayo Zonas con peor fiabilidad: Madera, Madre de Dios Mapa de disponibilidad de agua per cápita: zonas críticas en Titicaca, Alto Grande, Alto Pilcomayo y Desaguadero

47 Conclusiones (Cont.) La ATNR ha permitido la construcción de una estructura y metodología desde el punto de vista científico y técnico, y de acuerdo a discusiones que se han tenido con el Vice- Ministerio de Recursos Hídricos y Riego, la misma sirva para apoyar la formulación de la estrategia de adaptación al cambio climático del sector así como en la toma de decisiones para manejar la gestión de los recursos hídricos a nivel de la cuenca

48 PARTE III Propuestas para el Plan Nacional de Cuencas en el campo de modelaje 48

49 Propuestas Formar grupos inter-institucionales con expertos locales apoyados por expertos internacionales Contribuir a la formación de una masa crítica de científicos interesados en el tema a traves de tesis doctorales Mejorar la falta de información e interrelación entre instituciones que cuentan con la misma Continuar apoyando el modelamiento para facilitar el intercambio de información y resultados, y socializar las herramientas y modelos Generar continuidad de las modelaciones ya existentes

50 Propuestas El establecimiento de montos concursables que los puedan acceder grupos de investigación para continuar trabajando en la temática de cambio climático; El establecimiento de instrumentos para facilitar el flujo de información, la difusión de los conocimientos, la presentación de resultados de investigación y el escalamiento de nuevas capacidades con miras a mejorar la coordinación institucional; El fortalecimiento de las redes de meteorología e hidrología, tratar de compatibilizar las bases de datos de usos y tipos de suelo y rescatar la información meteorológica e hidrológica que se tiene en papel e Interactuar con Sistemas de Riesgos y Alerta Temprana Fortalecimiento de fuentes de información como el Centro Digital de Recursos Naturales de Bolivia

51 Propuestas Disponibilidad de escenarios climáticos de mejor y más alta resolución para Bolivia, proporcionando los medios para evaluar las incertidumbres asociadas. Generar estrategias para mejorar la coordinación orientada a mejorar la sinergia entre los bolivianos directamente interesados. Emplear la Modelación como herramienta de Toma de decisiones en el sector de recursos hídricos bajo una creciente incertidumbre: nuevas maneras de pensamiento y planificación. Establecer alianzas estratégicas para la implementación de los modelos

52 Propuestas El fortalecimiento del rol del gobierno como ente facilitador para generar y difundir conocimiento, para que así el conocimiento pueda servir para el desarrollo, e incentivar a las universidades para que participen en la planificación y toma de decisiones y aporten con el conocimiento y razonamiento bien fundamentado

53 Agradecimiento: Carlos Ortuño (Viceministro de Recursos Hídricos y Riego), Has Villet y Hans Salm; por la organización e invitación a participar de este Taller Rita Cestti (Banco Mundial); por las sugerencias, información y presentaciones enviadas que sirvieron de base realizar la presente. A ustedes por su atención!!! Fernando Arturo Ledezma Perizza ledezmafernando@hotmail.com 53