WEAP y la Planificación. Estudio de los caudales ecológicos

Transcripción

1 Estudio de los caudales ecológicos Modelación Oferta Demanda Hídrica - descripción y avances de los estudios en la cuenca alta del Guayllabamba y la zona de abastecimiento de Quito - JC. Pouget, P. Le Goulven, R. Calvez, UMR G-EAU Proyecto AguAndes J. Serrano, G. Pila, D. Proaño, M. Calispa, Estudiantes -EPN Colaboración: FONAG, IMAGE/EPN, EMAAP-Q, INAMHI, SENAGUA, SEI-US Quito, 15 de setiembre setiembre - Charlotte se fue Plan Introducción sobre los modelos de confrontación oferta demanda y las herramientas de apoyo a la GIRH Area de estudio de la cuenca alta del Guayllabamba y zona de abastecimiento de Quito Ejemplo de modelación de la oferta Necesidad de afinar los parámetros de la oferta Propuesta de modelación de la demanda Necesidad de afinar los parámetros de la demanda, en particular de los usos de riego Avances de caracterización de las subcuencas, de la variabilidad y evolucíon de la demanda Objetivo a corto plazo de calibración de los modelos Discusión sobre los modelos oferta demanda para representar las dinamicas de variación y de evolución y enfrentar los retos de la GIRH en relación con los cambios globales 3 4 Componentes GRH y Modelos WEAP y la Planificación Aportes CUENCAS Impactos Clima, precipitaciones, evaporaciones INFRAESRUCURAS GESIÓN Ofertas Demandas Distribución USOS Retorno Contexto tecnológico y socio-económico 3 grandes funcionalides : Representación de un sistema con objetos y su desarrollo en el espacio y en el tiempo Simulación del funcionamiento sobre series temporales representativas de una variabilidad o de una evolución Evaluación de los resultados y de la durabilidad Importanciá de la integración : Gestión de la oferta Gestión de la demanda Provee una estructura común y Use the View bar to transparente para organizar la switch between información de recursos hídricos your data and its a cualquier nivel deseado results. cuenca local, regional o río internacional Fácilmente se pueden desarrollar escenarios para explorar posibles futuros del agua Las implicancias de distintas GIS layers can be added here. políticas pueden ser evaluadas Your can zoom your schematic in or out by sliding the bar here. Use the menu to do standard functions such as creating new areas and saving. You can click and drag elements of the water system from the legend onto the schematic directly. 5 6

2 Uso de la herramienta WEAP Uso de la herramienta WEAP Area de estudio Cuenca alta del Guayllabamba y zona de abastecimiento de Quito Area de estudio Esmeraldas Guayllabamba QUIO Cayambe Cuenca Alta del Guayllabamba Área: 6448 Km2 Ciudades Ríos Cuencas amazónicas Antisana Cotopaxi Proyecto Ríos Orientales Area de estudio Area de estudio Cuenca Alta del Guayllabamba Área: 6448 Km2 Ciudades Ríos Estaciones Hidrológicas Cuenca Alta del Guayllabamba Área: 6448 Km2 Ciudades Ríos Estaciones Hidrológicas Zonas de Riego Sitios de Demanda 11

3 Abastecimiento de la hoya de Quito Ejemplo de modelación hidrológica Importancia de los glaciares y sobre todo de los páramos Modelización hidrológica de glaciares y de páramos en relación con la oferta de agua de la hoya de Quito => Caso del Antisana Mica, estudios, INAMHI, EMAAP-Q => uso del modelo glaciar desarrollado en Perú en el proyecto Banco mundial,, SEI-US => pruebas del modelo lluvia caudal (2 reservorios) de WEAP para la representación de los páramos => necesidad de otra conceptualización por el paso de tiempo mensual? => pruebas de diferente modos de espacialización 13 - Calibración lluvia-caudal sobre el período Simulación sobre el período 1956 (1965) 2007 => validación de la representación de la evolución glaciar 14 Área de Estudio Definición de Cuencas Cuenca alta del Guayllabamba Vertiente pacifico Cayambe Crespos Humboldt Producción de agua para el Distrito Metropolitano de Quito 7.2 m 3 /s (fuente EMAAP-Q) Mas de 6 viene de las cuencas amazonicas Sistema Papallacta 3 m3/s Quito Jatunhuaycu Diguchi Mica Antisana Quito Cotopaxi Antisana Sistema Antisana - Mica 1.5 m3/s 15 Fuentes: IGM, Escala 1:50000, WGS 1984 SIRH Guayllabamba alto FONAG Definición de cuencas: Roger Calvez Homogenización con Rubén Basantes - PRAA? 16 Glaciares y Páramos Modulo Glaciar en WEAP Ei=1 hasta n bandas de elevacion j=1, zona glaciar j=2, zona no glaciar m=banda de elevacion mas baja con glaciar i=m i=n i=m+1 j=2 j=2 j=2 A i, j=2 A i, j=1 j=1 j=1 j=1 i=1 j=2 E i E m E m+1 E n Subwatershed Glacier Elevation Band Delimiter Streamflow Measurement or Management Point CACHMEN Object in WEAP RUNOFF in WEAP 18

4 Balance de Masa Anual Cambio en Área Glaciar t=1, Año 1 Condiciones Iniciales t=, Año 1 Sinitial V ice j=1 A = b V 0 ΔV c 3 i=m+1 i=n j=2 A i, j=2 A i, j=1 j=1 VP liq snow if < o liq if > o ΔV liq ΔV snow ΔM water j=1 VQ snow VQ ice Calculo cambio área glaciar y asignación a banda i=m ΔA glacier, = Aglacier, Aglacier, 0 i=m j=2 i=1 j=2 j=2 j=1 j=1 n ΔV Δ,, =, = Δ,, = ice V ice t i Vglacier t i= m A, i= m = A 0, 0, i= m MaxA, i + ΔA, A 0, i= m + ΔA MaxA A A i 0, i= 1 + ΔA glacier, 0, i= m + ΔA < 0 > MaxA i > Datos hidro-meteo Espacializacion en catchments 500m 5000 m Crespos (4520 m) Fuente: NC 2007 Crespos 4500 m 5500 m Humboldt La Mica (3930 m) Humboldt (4010 m) Fuente general de los datos mensuales: Informes Antisana Caudal: Estaciones Humboldt, Crespos Precipitacion: P5..P11 + correlacion emperatura: SAMA, ORE Informe 2007, Gradiente -0.6 C/100m Velocidad del viento: SAMA, ORE Informe 2007 => Micareanalisis Humedad relativa, nebulosidad: SAMA, ORE Informe 2007 => promedio interanual m Codigo Area km 2 CRE_ CRE_ CRE_ CRESPOS HUM_ HUM_ HUM_ HUMBOLD ANISANA Glaciar 29% % 2% 92% 11% 2% Arenales 71% 46% 84% 8% 21% 5% Páramos 10 14% 68% 74% Pastos 19% 22 Espacializacion catchments m Simulaciones 1956 (1965) Fuente: NC 2007 Crespos 4500 m Humboldt 4250 m 4000 m 5625 m cada 5 m Codigo CRE_4520 CRE_4625 CRE_4750 CRE_4875 Area km Glaciar 41% 10 93% Arenales 10 59% 7% Páramos Pastos Ejemplo Crespos Fuente limites glaciares 1956: Daniela Vallejos (2008) => cf. presentación Cadier jun-2009 => trabajo Ruben Basantes PRAA => otros limites: 1965? 1993? CRE_5000 CRE_55 CRE_5250 CRE_5375 CRE_ % 14% 99% 1% 84% 86% 10 99% 16% 23 Año area glaciar km2 % glaciar % % Datos meteo precipitacion: reconst. con estacion temperatura: reanilisis 24

5 Afinar los parámetros de la oferta Ejemplo Representación del estudio UICN-FONAG 2008 Afinar los parámetros de la oferta Estudio UICN-FONAG 2008 => nivel mensual promedio interanual Hydrological areas production volume / unit regulation glaciers excellent excellent paramos very good excellent Est. pluviométricas Est. hidrológicas Andean forests very good excellent farm areas low medium erosion areas medium bad urban areas high none 25 E. Mafla, F. Cisneros, GIRH-HQ F.1, jan Afinar los parámetros de la oferta Representación de las demandas Homogeneización de los datos: Identificación de los errores sistemáticos en las series anuales y mensuales, verificación de los diagnósticos en el campo y corrección de los datos. Análisis por el vector regional Análisis climático Regionalización: Análisis espacial de las series climáticas (lluvia y EP) mediante el vector regional. Definir regiones climáticas homogéneas y calcular sus vectores representativos. Analizar las relaciones con la altitud y elaborar mapas regionales parar poder generar en cualquier punto de la cuenca series cronológicas de lluvia y EP. Evolución: Análisis de las series cronológicas de lluvia y EP para detectar tendencias o rupturas según los métodos estadísticos clásicos sobre varios parámetros => series temporales mensuales de 1963 hasta 2006 de lluvia, temperatura Base de datos operacional, con valores medidas, coregidas, completadas Probemática representación demanda Probemática representación demanda Diferentes sistemas de riego (Públicos y Privados). Concesiones, Acequias, Canales, omas de Agua. Derivaciones entre subcuencas. Ejemplo de Espacialización del estudio UICN-FONAG 2008 Puntos de Concesiones de Riego 29 30

6 Probemática representación demanda Probemática representación demanda 1.3 Ejemplo del San Pedro Agrupación y Espacialización Representación estacional Ejemplo Representación del estudio UICN-FONAG 2008 Representación estacional Ejemplo representación en WEAP de una Variación Estacional Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre San Pedro Pita Machángara Pisque Guayllabamba Medio Guayllabamba Bajo Reclasificación de la cobertura vegetal. Multiplicación de Eto por los Kc. Al mes de mayor requerimiento se le asigna la suma de los caudales concesionados, los otros varían en función de su Etp Representación estacional Representación estacional Ejemplo del Esquema WEAP de presentación del San Pedro - Pita Ventajas Muy simple de representar Desventajas Esta representación es independiente de variables climáticas (precipitación, temperatura, viento, etc.) áreas de las zonas de riego, así como características de suelo y cobertura vegetal. Solo considera un caudal medio anual. La demanda de agua no varía a lo largo de los años, lo cual implica que no habrían años secos, en los cuales debería variar la demanda. El retorno de agua hacia los causes de los ríos es predefinido

7 Representación con balance hídrica Representación con balance hídrica Ejemplo de modelación en WEAP de la Demanda de Riego 37 Ejemplo de representación en WEAP de un catchment de Riego 38 Representación con balance hídrica Representación mixta Ventajas Representación de la demanda con variación estacional de las concesiones y con Balance Hídrico El caudal de retorno no es predefinido. Considera variables climáticas (precipitación, temperatura, viento, etc.) áreas de las zonas de riego, así como características de suelo y cobertura vegetal. Desventajas No se puede definir directamente las concesiones dentro de un Catchment. 40 Afinar los parámetros de la demanda Covertura de suelos Analizar el funcionamiento de las infraestructuras de captación así como la variabilidad y la evolución de caudales realmente derivados en zonas piloto ubicadas en las cuencas del Pita y San Pedro Estudio -INERHI 1993 => ZARI 01 = 2,8 m³/s, ZARI 04 = 2,7 Estudio UICN-FONAG 2008 => ZARI 01 = 5,9 m³/s, ZARI 04 = 2 Jambeli San Pedro total Area (km2) Agricola 37.7% 55.4% 47.3% Bosque 1.2% 9.2% 5.5% Paramos 58.2% 34.1% 45.1% Plantacion forestal 0.9% 0.3% 0.6% ierra erosionada % 1. Urbano % 0.4% => metodología Recopilación de los datos existentes: Infraestructura, Caudales derivados, Características de usos => Estudio -INERHI 1993 Verificación del inventario anterior por: - Recorrido de campo - Análisis de imágenes satelitales. Observación de los caudales derivados realmente en bocatomas Instalación de regletas a la entrada de los perímetros de riego Aforos simultaneo en tramos representativos Fuente: Codecame, Valenzuela 2005

8 Covertura de suelos Covertura de suelos Area (km2) Agricola Bosque Paramos Plantacion forestal ierra erosionada Urbano Area (km2) Agricola Bosque Paramos Plantacion forestal ierra erosionada Urbano Jambeli San Pedro total % 60.1% 59.4% 0.4% 8.3% 4.7% 32.1% 23.3% 27.3% 5.1% 1.4% 3.1% 3.7% 2.2% 2.9% 0.1% 4.7% 2.6% Jambeli San Pedro total % 58.7% % 10.7% 7.3% 31.7% 20.8% 25.8% 3.1% 3.2% 3.1% 2.2% 0.7% 1.4% % 3.4% Fuente: Codecame, Valenzuela 2005 Fuente: NC-FONAG 2007 Caracterización de las subcuencas Caracterización de las subcuencas Procesar y corregir los datos del SIG de los rios Identificar los puntos de manejo y control, los cuales incluyen todos los puntos de la cuenca donde existe medición de caudales, reservorios existentes o futuros, lagunas naturales manejadas para producción hidroeléctrica, puntos de extracción de agua hacia canales, y puntos de retorno de agua desde canales => definición de las subcuencas Caracterización de las subcuencas Caracterización de las subcuencas El área de cada subcuenca aguas arriba de los puntos de manejo se intercepta con las bandas de elevación y con las capas de cobertura vegetal. Cada subcuenca/banda de elevación es representada en WEAP como un objeto hidrológico denominado catchment. Cada catchment se representa con su área distribuida en porcentajes de cobertura de suelo El área de cada subcuenca aguas arriba de los puntos de manejo se intercepta con las bandas de elevación y con las capas de cobertura vegetal. Cada subcuenca/banda de elevación es representada en WEAP como un objeto hidrológico denominado catchment. Cada catchment se representa con su área distribuida en porcentajes de cobertura de suelo 47 48

9 Caracterización de las subcuencas Objetivos a corto plazo El área de cada subcuenca aguas arriba de los puntos de manejo se intercepta con las bandas de elevación y con las capas de cobertura vegetal. Cada subcuenca/banda de elevación es representada en WEAP como un objeto hidrológico denominado catchment. Cada catchment se representa con su área distribuida en porcentajes de cobertura de suelo Calibrar los parámetros de los modelos oferta demanda de 1963 hasta 2006 al nivel mensual en subcuencas altas en la zona pilota de Pita y San Pedro Objetivos a corto plazo Evaluación de los escenarios futuros Experimentar varias maneras de cortar el espacio de la cuenca Calibrar los modelos sobre toda la cuenca alta del Guayllabamba al nivel mensual de 1963 hasta 2006 Global modeling Regional downscaling Rainfall & runoff Impact analysis How many simulations? How to consolidate the results? Cambio climático - indicadores Cambio climático - Retos Muchos glaciares están desapareciendo en los Andes 1994 Cumulative length evolution (m) antizana 15A antizana15b yanamarey broggi pastoruri uruashraju Cajap Zongo (area) Ejemplo Chacaltaya (Bolivia, 16 S) Bernard Francou Cumulative area evolution (m²) Retiro de 10 glaciares en los Andes ( ) Bolivia, Peru, Ecuador Fuente Francou & al 2007 Reciente estudio del IPCC => Aumento de la temperatura >> aumento de la E >> aumento de la demanda en periodos secos. Aumento P y Q media anual en latitudes altas y en areas tropicales húmedas - reducción en latitudes medias Acentuación de los contrastes y de los fenómenos extremos : extensión de las areas de sequias, aumento de frecuencia de las canículas y fuertes precipitaciones. Disminución de las reservas de agua contenidas en glaciare y cuberturas de nieve Riesgo de extinción de 2 o 3 de las especies de plantas y animales Charquini-S (area) Chacaltaya (area)

10 Discusión Herramientas y retos de la GIRH Antisana Cayambe Afinar los datos, sobre todo de usos de riego Mejoramiento de la representación glaciar? Necesidad de otra conceptualización del funcionamiento de los páramos? Datos? Colaboraciones? Elaboración de escenarios de tendencias o crisis (oferta, demanda) por uso de modelos de previsión (plurianual o estacional) tanto en ciencias físicas como en sociales Uso de modelos de simulación para (1) examinar las consecuencias de los escenarios (2) verificar la eficiencia de las medidas correctivas (reglas, nuevas obras, ). Uso de modelos de comportamiento como soporte de concertación y resolución de conflictos. Concertación entre organizaciones de gestión, entidades científicas y universidades, para elaborar modelos adaptados, sus usos convenientes y la capacitación del personal técnico Cotopaxi Extensión a toda la zona del Antizana => Proyectos PRAA, EMAAP => disponibilidad de datos? Herramientas y retos de la GIRH Proceso de los estudios Aportes OBRAS HIDRAULICAS Partición y distribución Study Definition Spatial Boundary System Components ime Horizon Network Configuration CUENCAS Impactos Clima, precipitaciones, evaporaciones GESIÓN Ofertas Retornó Demandas USOS Contexto tecnológico y socio-económico Evaluación de las dinamicas de los recursos SIRH Admin BD local Mapas Web BASES DE DAOS INSIUCIONES Internet Usuario Evaluación de las dinamicas de las demandas Current Accounts Demand Pollutant Generation Reservoir Characteristics Resources and Supplies River Simulation Wastewater reatment Scenarios Demographic and Economic Activity Patterns of Water Use, Pollution Generation Water System Infrastructure Hydropower Allocation, Pricing and Environmental Policy Component Costs Hydrology Evaluación de los escenarios futuros 57 Evaluation Water Sufficiency Ecosystem Requirements Pollutant Loadings Sensitivity Analysis Uso de la herramienta WEAP Uso de la herramienta WEAP

11 References Ayabaca, E., Agua Potable para el Distrito Metropolitano de Quito hasta el año 2055, Primer congreso internacional en Agua Potable y Saneamiento, 27, 28 et 29 sep. 2006, Ibarra, Ecuador, (2006), 26 p. De Bievre, B., Coello, X., Caracterización de la demanda hídrica, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hidricos en la Hoya de Quito, UICN-Sur, Ecuador, ago. 2007, 33 p. De Bievre, B., Coello, X., De Keizer, O., Maljaars, P., Modelo hidrológico de la hoya de Quito, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hidricos en la Hoya de Quito, UICN-Sur, Ecuador, feb. 2008, 31 p. Fossati O., Calvez R., Requerimientos cientificos para caudales ecologicos en rios del sistema Papallacta, Ecuador, Rapport, Montpellier, 10-juil-2006, 22 p. Francou, B. & Vincent, C., Les glaciers à l'épreuve du climat, coédition / Belin, ISBN , (2007), 276 p. Mafla, E., Evaluación de los Requerimientos para el Sistema de Información sobre Recursos Hídricos, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hidricos en la Hoya de Quito, UICN-Sur, Ecuador, 2007, 25 p. Pouget J.C., Construcción orientada a objetos de modelos de apoyo a la gestión de los recursos hídricos. IV Jornadas de Ingeniería de Sistemas Informáticos y de Computación - ISIC 2008, Hotel Quito, 14 noviembre 2008, 9 p. (published junio-2009) Pouget J.C., Calvez R., Le Goulven P., Lloret P., Villacis M., Challenges of water resources planning in the Andes - he case of Quito in Ecuador. XIIIth World Water Congress, Montpellier, France, 1-4 September 2008, 14 p. Villacis, M., Ressources en eau glaciaire dans les Andes d Equateur en relation avec les variations du climat : Cas du volcan Antisana, hèse Université Montpellier 2, (2008), 219 p. Yates, D., Sieber, J., Purkey, D., Hubert-Lee, A., WEAP21 A demand-, priority-, and preference-driven, water planning model, Water International, Vol. 30, No. 4, (2005), p