Términos de referencia para el diseño

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1 Términos de referencia para el diseño de la red de monitoreo hidrometeorológico y de calidad de agua Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito

2 La designación de entidades geográficas y la presentación del material en este libro no implican la expresión de ninguna opinión por parte de la UICN respecto a la condición jurídica de ningún país, territorio o área, o de sus autoridades, o referente a la delimitación de sus fronteras y límites Los puntos de vista que se expresan en esa publicación no reflejan necesariamente los de la UICN Por favor citar este documento como se indica a continuación: STOLL María, DE BIEVRE Bert y COELLO Xavier, 200 Términos de referencia para el diseño de la red de monitoreo hidro-meteorológico y de calidad de agua, Proyecto Manejo Integrado de los Recursos Hídricos en la Hoya de Quito UICN-Sur, Ecuador

3 UICN-SUR BID FONAG Términos de referencia para el diseño de la red de monitoreo hidro-meteorológico Maria Stoll Bert de Bievre, PhD Xavier Coello, MSc Director del Proyecto: Felipe Cisneros, PhD Coordinador Técnico: Otto de Keizer, MSc Mayo del 200

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5 Contenido 1 Introducción 11 Metodología 12 Monitoreo adaptativo 9 2 Situación actual Antecedentes Identificación de problemas y desafíos para la GIRH 10 3 Necesidades de información Objetivos y prioridades Indicadores y parámetros Precipitación Caudal Evapotranspiración Calidad de Agua Densidad de estaciones Márgenes de error, confianza y relevancia para la toma de decisiones Tiempo de respuesta Requerimientos para reportar y presentar la información 16 4 Evaluación de la red actual en función de las necesidades de información 1 41 La red hidro-meteorológica actual Distribución espacial Estado de las estaciones Monitoreo de la calidad del agua Funcionamiento actual del monitoreo Colección de datos Almacenamiento y análisis de datos Reporte de resultados Uso de la información Accesibilidad a la información Conclusiones sobre el funcionamiento actual del monitoreo en la Hoya de Quito 23 5 Términos de referencia para el diseño de una red de monitoreo hidro-meteorológico Criterios Precondiciones para la ubicación de estaciones Frecuencia de medidas Distribución espacial de estaciones Responsabilidades institucionales Precisión 2 53 Operación y mantenimiento Colección y almacenamiento de datos Análisis de datos Presentación de resultados Viabilidad del rediseño de la red de monitoreo 2 Bibliografía 29 Anexo A Criterios de la Organización Meteorológica Mundial para redes de monitoreo Anexo B Mapas: - Subcuencas y estaciones de medición

6 - Zonas de respuesta hidrológica y estaciones de medición - Estrés hídrico Anexo C Salidas al campo Anexo D Información técnica del equipamiento de estaciones Anexo E Términos de referencia para la contratación de la consultoría para el diseño de la red de monitoreo Anexo F Costos de los servicios de consultoría Anexo G Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes: recurso agua (selección)

7 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 1 Introducción Documentos elaborados en las fases anteriores de este proyecto concluyen que es importante dar mayor énfasis al desarrollo de un balance hídrico entre oferta y demanda mas detallado, (de Bievre et al, 200) que permitirá una mejor gestión del recurso agua Para desarrollar este balance y poder tomar las decisiones adecuadas es importante obtener mayor información y conocimiento sobre los procesos hídricos en tiempo y espacio Un valioso instrumento para la recolección de datos es la red de monitoreo Este documento tiene como objetivo presentar los términos de referencia para los diseños y estudios necesarios que permitan en el corto y mediano plazo la implementación de esta red Los objetivos del sistema de monitoreo se presentan de la siguiente forma: la información generada debe apoyar directamente a la toma de decisiones en la gestión de recursos hídricos El monitoreo debe ser un instrumento para apoyar la planificación en general La red debe ser capaz de monitorear respuestas hidrológicas características de ecosistemas con miras al monitoreo de eventuales cambios en la respuesta hidrológica de cada ecosistema Estos cambios pueden ser debido al cambio climático o cambios de uso del suelo (Cisneros et al, 200) Aprovechando las actividades para evaluar el balance hídrico, este análisis se enfoca en los temas de cantidad de agua Este documento presenta primero la metodología y el contexto en el manejo integrado en el cual se encuentra la implementación de una red de monitoreo En los capítulos siguientes se hace un diagnóstico preliminar de la situación actual, se elaboran los objetivos de la red y las necesidades de información para poder concluir en el último capítulo con los términos de referencia para la contratación del diseño de una nueva red de monitoreo para la cuenca alta del río Guayllabamba (también conocida como hoya de Quito) 11 Metodología Este capítulo tiene como objetivo presentar la metodología sugerida para la implementación de una red de monitoreo hidro-meteorológica Se explica el contexto de actividades en el manejo integrado Se realizó un diagnóstico del monitoreo en la cuenca para, en base a este, elaborar los términos de referencia para la implementación de la red El monitoreo es un proceso de observación de lo que ocurre en la situación actual Se necesita conocer los procesos en tiempo y espacio para poder manejar los recursos hídricos Se recolecta y analiza información sobre el sistema hídrico para poder actuar de una manera integrada y adecuada Las preguntas que surgen para planificar un programa de monitoreo son las siguientes: qué medir, dónde y con qué frecuencia, precisión y objetivos Esto implica una definición de la información que se quiere obtener para poder decidir si una información obtenida es suficiente para tomar decisiones y definir acciones Estas preguntas se hacen en las diferentes escalas del ciclo de actividades en el establecimiento de un programa de monitoreo El ciclo de actividades se presenta en la figura 1 La planificación de un programa de monitoreo implica más que solamente establecer un sistema de medición y tomar acciones basadas en estos resultados Debería ser una serie de acciones continuas que empiezan con la identificación de las necesidades de información y termina con el uso de aquella información De esta manera se puede evitar que se hagan grandes inversiones antes de aclarar cómo usar estos datos y comparar su valor y efectividad con los costos (Loucks y van Beek, 2005) Página de 29

8 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito Principio Manejo de recursos hídricos: evaluación adaptativa Uso de información Objetivos y necesidades de información Resultados reportados Plan de monitoreo Análisis de datos Diseño de red Muestreo, recopilación y almacenamiento de datos Figura 1: Ciclo de actividades (Loucks y van Beek, 2005) Como se ha mencionado antes, el ciclo de actividades empieza con la definición de las necesidades y los objetivos de información para la toma de decisiones Estas informaciones sirven para definir los parámetros a medir y el tipo de datos que se quiere obtener El plan de monitoreo ayuda para especificar estos datos y para definir la precisión requerida tanto como la frecuencia de medidas Estos requerimientos se precisan en el diseño de la red para poder definir la densidad de sitios de medición tomando en cuenta la variabilidad espacial y temporal de los parámetros medidos También se tiene que especificar cómo obtener, recopilar y analizar los datos y cómo reportar los resultados El último paso del ciclo, el uso de información, se refiere a las acciones que se toman para mejorar el manejo del sistema Adaptaciones del manejo también pueden llevar a nuevas necesidades de información y de esta manera se repetirá el ciclo de actividades nuevamente y cada componente del ciclo puede cambiar y reflejar los cambios en conocimiento, objetivos, metodología, instrumentación y presupuesto (Loucks y van Beek, 2005) El presente documento cubre las siguientes etapas del ciclo de actividades: los capítulos 2 y 4 aportan a la evaluación adaptativa, los objetivos y necesidades de información se elaboran en el capítulo 3 y el último capítulo finalmente contribuye con los términos de referencia para el plan de monitoreo Es importante recordar que se trata de una actividad cíclica, es decir que estas etapas se repiten y se adaptan a las condiciones variables con el tiempo Página de 29

9 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 12 Monitoreo adaptativo El monitoreo adaptativo se entiende como la medida para llegar al manejo adaptativo de los recursos naturales Se trata de un manejo que tiene que ser flexible para siempre poder cumplir con las necesidades del sistema y de sus usuarios Es un proceso sistemático que puede presentarse a través de un ciclo que se adapta o calibra periódicamente para mejorar continuamente las estrategias de manejo aprendiendo de los resultados de programas operativos Este ajuste permite que cada componente alimente al siguiente nivel, facilitando que el proceso cíclico continúe tomando en cuenta los resultados obtenidos en cada etapa Implica entonces que los resultados del monitoreo se incorporan periódicamente a las decisiones de manejo y de esta manera requiere el compromiso explicito de todos los actores para apoyar y mantener el sistema de monitoreo Como conclusión de cada etapa se puede hacer una evaluación para saber si la información obtenida es suficiente y así ir adaptando en los siguientes pasos Así se evita la recolección de datos innecesarios (Loucks y van Beek, 2005) En el caso de la gestión integrada de recursos hídricos de la cuenca alta del río Guayllabamba esto significa que los términos de referencia elaborados en el presente documento tienen que ser revisados y adaptados periódicamente por la entidad responsable del monitoreo interinstitucional para permitir un manejo que cumple con las necesidades de los respectivos actores y condiciones Página 9 de 29

10 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 2 Situación actual Este capitulo muestra un análisis de temas y oportunidades de gestión del agua, empezando con la presentación del estado de los recursos hídricos en la cuenca alta del río Guayllabamba e identificando los problemas y desafíos para la gestión integrada de los recursos hídricos Esta recopilación sirve para poder identificar las necesidades de información 21 Antecedentes En la hoya de Quito un área muy densamente poblada se enfrenta el mayor problema a nivel nacional de competencia por usos de agua La oferta del recurso hídrico ya fue superada por la demanda en la década pasada así que ya se tienen que hacer trasvases de otras cuencas, especialmente de la vertiente oriental (de Bievre y Coello, 200) La urbanización continúa y con esto no solamente crece la demanda hídrica en la hoya de Quito sino también hay cambios rápidos en el uso de suelo que implican la dificultad de poder estimar correctamente la situación de los recursos hídricos en la hoya tanto como una disminución acelerada de la superficie de páramo En el momento, la información directa sobre la oferta hídrica (ej registros continuos de caudales medidos) es muy deficiente porque las estaciones hidrológicas son pocas y tienen problemas de calidad de la información (de Bievre y Coello, 200) Por otro lado, la información sobre la demanda hídrica que tiene como principales sectores el riego, el agua potable, los sectores industrial e hidroeléctrico también carecen de completitud, sobre todo en el aspecto de las concesiones de uso de agua debido a la falta de un sistema de información confiable (Mafla, 200) El balance entre la oferta y la demanda hídrica muestra en algunas partes todavía un superávit pero existen partes muy críticas en donde la disponibilidad es prácticamente nula durante algunos meses del año (de Bievre et al, 200) Los tipos de uso que son responsables para el déficit en estas zonas son los siguientes: el caudal captado para la ciudad de Quito, los caudales concesionados para riego en las zonas altas y el complejo hidroeléctrico Guangopolo- Cumbayá-Nayón Estos usos pueden causar extrema escasez en las zonas mencionadas (de Bievre et al, 200) Una parte del caudal disponible es necesario para permitir un caudal ambiental que mantenga los ecosistemas acuáticos y sus funciones Hoy en algunos casos el caudal disponible ya no garantiza este caudal ambiental (de Bievre et al, 200) Esto es debido a los tipos de uso mencionados y al hecho de que existen muchas concesiones que otorgan los derechos de uso del agua que no están disponibles una buena parte del tiempo (de Bievre et al, 200), así también existen captaciones de agua en ríos y quebradas, los mismos que no han sido cuantificados ni identificados plenamente Se puede hablar de una sobreconcesión, porque se asignan nuevas concesiones en muchas partes de la cuenca con base en información hídrica deficiente o en algunos casos no existe una metodología para el levantamiento de datos para otorgar concesiones Un problema grave se manifiesta en el grado alto de contaminación que presenta una gran parte del sistema hídrico principal en la hoya de Quito (San Pedro, Machángara, Quebrada el Colegio y Guayllabamba), un hecho que afecta gravemente los ecosistemas acuáticos tanto como sus posibilidades de uso Esto se agrava porque al momento no existe un sistema de tratamiento de aguas contaminadas de cuerpos hídricos 22 Identificación de problemas y desafíos para la GIRH Uno de los desafíos es que en el futuro se pueda desarrollar un balance hídrico entre oferta y demanda más detallado, para poder cubrir las respectivas demandas de diferentes sectores, y al mismo tiempo garantizar un caudal ambiental que asegure que los ríos se recuperan y siguen manteniendo su función ambiental (de Bievre et al, 200) Esto implica un mayor conocimiento tanto sobre la demanda como la oferta hídrica que permita la mejor interpolación de la precipitación y los caudales y mayor información sobre los diferentes tipos de usos, Página 10 de 29

11 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito especialmente sobre las concesiones La red de monitoreo hidro-meteorológico sugerida en este documento ayudará a obtener más y mejor información con mayor continuidad Por otro lado, en la Hoya de Quito, no existe una red de monitoreo de calidad de agua, entendiéndose como tal a una red que monitoree parámetros Hidrogeoquímicos (aniones, cationes, e inclusive isótopos ambientales), que permitan complementar la hidrología tradicional con información contenida en la propia agua Página 11 de 29

12 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 3 Necesidades de información Una red de monitoreo debe cumplir con el criterio de evitar de ser rico en datos, pero pobre en información (Loucks y van Beek, 2005) Para que se obtengan los datos adecuados y que sean presentadas en la forma apropiada hay que definir precisamente cual es la información requerida La base para definir las necesidades de información son los objetivos de gestión de los recursos hídricos (Loucks y van Beek, 2005) Estos objetivos tienen que estar formulados lo mas precisos posible para después poder ser convertidos en estrategias de monitoreo Posibles criterios para formular objetivos son los criterios SMART (ESpecífico, Medible, Alcanzable, Relevante, a Tiempo) Este capitulo está dividido en diferentes subcapítulos que tienen como objetivo especificar las necesidades de información para asegurar que los términos de referencia y el diseño de la red dependiendo de estos términos cumplan con las necesidades de información El capítulo muestra las actuales necesidades de información para la elaboración de la red de monitoreo, pero hay que tomar en cuenta que estas necesidades pueden cambiar con el tiempo mediante la adaptación en el ciclo de actividades Puede que estas necesidades y las formas adecuadas para el manejo de información cambien con el tiempo y deben ser re-adaptadas (WMO, 14) 31 Objetivos y prioridades Los objetivos generales de un monitoreo son: la detección de tendencias, la determinación de fluctuaciones periódicas y la estimación de valores promedios Para la red en cuestión en este documento, los objetivos se presentan de la forma siguiente: Las informaciones obtenidas mediante el monitoreo ayudan a la futura toma de decisiones en el contexto de la gestión de los recursos hídricos en la cuenca alta del río Guayllabamba para: tener un conocimiento profundizado del balance entre oferta y demanda y evitar una sobredemanda, garantizar un caudal ambiental, contribuir al mantenimiento de las fuentes hídricas, garantizar un manejo sustentable del agua, poder observar efectos de cambios de uso, de uso de suelo y el cambio climático sobre la oferta hídrica en la cuenca, poder observar los efectos de cambios a los ecosistemas (páramos, bosques, etc), sustentar de mejor manera la elaboración de proyectos de desarrollo (proyectos hidroeléctricos, de saneamiento, etc), Planificar el uso del recurso, basado en calidad y cantidad de las aguas, con un profundo conocimiento del origen de estas y los procesos a los cuales se ha sometido 32 Indicadores y parámetros Para que reflejen una buena imagen de los procesos a monitorear, los indicadores escogidos deben cumplir con los criterios siguientes: deben ser fácil para medir, representativos para el sistema, comunicables y simples En este subcapítulo se presentan los indicadores o bien los parámetros sugeridos Página 12 de 29

13 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 321 Precipitación La precipitación es la base para la oferta hídrica de una cuenca Los datos de precipitación ayudarán a conocer las características de la precipitación, su respectiva variabilidad en tiempo y espacio, así como proyectar eventuales tendencias de largo plazo bajo el cambio climático Además, esta información es muy importante para definir la cantidad de agua que se produce en la Hoya de Quito, pues con los datos de precipitación y con la información sobre la respuesta hidrológica de cada ecosistema se calcula el caudal natural característico en cualquier punto de la red hidrográfica Se necesitan por lo menos valores diarios cubriendo toda la cuenca, todas las microcuencas y unidades de respuesta hidrológica Sin embargo, es preferible tener datos con resolución temporal sub-horaria, los mismos que permiten evaluar las intensidades de los eventos de precipitación, cuyos valores influyen en el régimen de caudales de los ríos 322 Caudal Un conocimiento detallado de caudales es importante para observar procesos de diferentes tipos Primero, la comparación de los valores de caudal medidos con los valores calculados mediante la precipitación, tomando en cuenta la respuesta hidrológica, da una clara idea de las dimensiones de uso aguas arriba Segundo, la medición continua y densa de los caudales en la cuenca permite la observación del caudal ambiental porque se pueden detectar los lugares en los cuales se secan los ríos e identificar sus razones Es importante tener en cuenta que la red de monitoreo solo puede cumplir con estas dos tareas si hay una medición con una buena densidad en toda la cuenca, la cual un nested sampling design (ver 325) con su división de los caudales en diferentes escalas puede garantizar 323 Evapotranspiración La evapotranspiración es un indicador importante para poder calcular, junto con los valores de precipitación, los caudales potenciales Con la información obtenida mediante este cálculo se definen por un lado las necesidades de agua de los cultivos, es decir las cantidades requeridas para riego y de otro lado, la evapotranspiración de la vegetación natural es una variable importante para estimar el balance hídrico de la cuenca Como mencionado, este parámetro no se puede medir directamente Se necesita la medición de diferentes otros parámetros para poder calcularlo, los cuales son: Temperatura, Velocidad de Viento, Radiación solar, y Humedad Relativa del Aire Para hacer observaciones detalladas se necesitan también por lo menos valores diarios cubriendo toda la cuenca, en cada una de las unidades de respuesta hidrológica 324 Calidad de Agua La información relacionada con calidad de agua, es una valiosa herramienta que permite no sólo el identificar posibles problemas de contaminación o cambio de las condiciones naturales de un cuerpo hídrico, sino que permite la identificación y caracterización adecuada de un sistema hidrológico La identificación de hidrosomas 1 en un sistema hidrológico permite vincular información geológica, hidrológica y de hidrogeoquímica para caracterizar el funcionamiento de un sistema hidrológico (aguas superficiales-aguas subterráneas) Stuyfzand (13) y Foppen (2002) sostienen que el monitoreo de la hidrogeoquímica del agua es un parámetro decisivo en la gestión de recursos hídricos Los parámetros que se recomienda monitorear son: Aniones (Cl -, SO 4 2-, HCO3 -, PO 4 3-, otros), Cationes (Na +, Ca 2 +, K +, Mg +, otros), DBO, DQO, TDS y temperatura En el Anexo G se presenta una selección de la Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes: Recurso Agua, bajo el Reglamento a la ley de Gestión Ambiental para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental 2 Esta norma incluye criterios de calidad de aguas para la preservación de flora y fauna en aguas dulces frías o cálidas y en aguas marinas y de 1 Hidrosoma: parte del subsuelo que tiene las mismas propiedades geoquímicas, tales como el tipo de agua, grado de alteración y coeficiente Redox 2 Ver Página 13 de 29

14 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito estuarios, criterios de calidad para aguas subterráneas y criterios de calidad para aguas de uso estético 325 Densidad de estaciones El nested approach ( enfoque anidado ) permite el cubrimiento de necesidades de información a diferentes escalas De esta manera, con un mínimo de estaciones se puede deducir un máximo de información En el caso presente, las escalas se dividen en microcuencas (1-10km 2 ), subcuencas ( km 2 ) y cuencas ( km 2 ) Esta división en diferentes escalas permite obtener informaciones para diferentes usos y con diferente detalle El cubrimiento en una microcuenca permite por ejemplo investigaciones hidrológicas en cuales se pueden detectar el rol de ecosistemas o de uso de suelo, mientras las estaciones en una cuenca más grande sirven para usos externos de la cuenca, tales como por ejemplo el conocimiento de crecidas máximas aguas abajo Una densidad alta y uniforme de estaciones no es lo ideal, ni en términos económicos, ni para cumplir con las necesidades de información para poder sacar conclusiones no sólo para toda el área en general sino también detallada para regiones críticas Los criterios para las diferentes escalas se describen en la Tabla 1 En el enfoque anidado, se cubre toda la cuenca con cierta densidad de estaciones, pero se complementa este monitoreo con estaciones que responden a otras dos escalas Para estas escalas se seleccionan subcuencas y microcuencas representativas en los cuales se realiza un monitoreo a esta escala El resultado global no es una distribución uniforme de estaciones en toda la cuenca Figura 2: Monitoreo hidrometeorológico de una cuenca, enfoque anidado Página 14 de 29

15 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito Tabla 1: Cobertura a diferentes escalas Escala Densidad de estaciones pluviométricas Densidad de estaciones hidrológicas Cantidad requerida en la Hoya Ejemplos Uso típico de la información Existencia actual Microcuenca (1 10km 2 ) 1 km 2 /estación 10 km 2 /estación Min 1 microcuenca en cada hidrozona para mejorar conocimiento sobre regimen hidrológico de la hidrozona Microcuenca del Rio Mudadero (Pita) Investigación hidrológica Rol de ecosistemas y de uso de suelo No existe Subcuenca ( km 2 ) 50 km 2 /estación 100 km 2 /estación En todas las subcuencas de especial interés por la presencia de captaciones Cuenca alta del Río Pita Cuenca del Río San Pedro Diseño de proyectos Pita Quebradas del Pichincha Cuenca ( km 2 ) 100 km 2 /estación 1000 km 2 /estación Aprox 50 pluviométricas y 5 hidrológicas Cuenca del Guayllabamba Manejo de recursos hídricos Usos externos de la cuenca Red INAMHI Diseño de centrales hidroeléctricas en la parte baja de la cuenca Página 15 de 29

16 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 33 Márgenes de error, confianza y relevancia para la toma de decisiones Hydrologic experience and research point out continuously that one of the major reasons for inaccurate hydrologic forecasting is the inaccuracy of the data base (Bras y Rodriguez-Iturbe, 195) La precisión de los datos es muy importante para un buen monitoreo hidro-meteorológico, pero en la etapa en la cual el proyecto se encuentra ahora parece más importante conocer los márgenes de error y la precisión de los datos obtenidos por diferentes instituciones que definir un margen de error que sea el mismo para todas las mediciones En una etapa siguiente, para el manejo de una red inter-institucional hay que definir un margen de error y las necesidades de exactitud válidas para todas las estaciones manejadas 34 Tiempo de respuesta Como no se trata de una red para alerta temprana no hace falta tener los datos a tiempo real Los costos para un mantenimiento de una red con respuesta a tiempo real son demasiado altos y más importante que obtener los datos muy rápidamente es tener los dispositivos para el procesamiento de los datos Sin embargo, hay que diferenciar entre estaciones con transmisión a tiempo real y estaciones automáticas A distinción de estaciones con medición manual, con las estaciones automáticas se puede obtener una frecuencia de mediciones mas alta y se pueden ahorrar costos de personal 35 Requerimientos para reportar y presentar la información Para la toma de decisiones es muy importante tener no solamente los datos de medición sino también los metadatos para conocer las características de la información obtenida Estos metadatos deben mostrar de dónde viene la información tanto cómo el margen de error y la precisión obtenida y el tipo de información Para evitar malentendidos es importante manejar todos los metadatos en un formato común y definir códigos que indican las características mencionadas en una forma bien inteligible Página 16 de 29

17 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 4 Evaluación de la red actual en función de las necesidades de información Las necesidades de información elaboradas en el capítulo anterior son la base para evaluar hasta qué punto la red actual cumple con los objetivos y necesidades o cómo se podría mejorar la información obtenida mediante el monitoreo Hay que tomar en consideración que esta evaluación está basada en las informaciones entregadas por las diferentes instituciones así como salidas al campo para algunas estaciones 41 La red hidro-meteorológica actual Este capítulo describe el monitoreo actual en sus diferentes aspectos En la hoya de Quito hay cuatro instituciones que actualmente mantienen estaciones meteorológicas o hidrológicas Como indica la Tabla 2, la hoya de Quito cuenta con 63 estaciones meteorológicas y 12 estaciones hidrológicas que actualmente están midiendo los respectivos parámetros Aparte de estas estaciones fijas, la EMAAP-Q realiza aforos puntuales en diferentes sitios, y el FONAG mide también caudales a través de aforos en puntos considerados de interés En el caso de los aforos, se trata de puntos fijos en cuales se toman 6 medidas al año para conocer las condiciones para el diseño de proyectos Porque en los dos casos no se trata de mediciones continuas ni fijas, estos puntos de medición no están considerados como parte de la red de estaciones hidro-meteorológicas Institución Tabla 2: Estaciones meteorológicas Varios parámetros meteorológicos Pluviómetros Estaciones hidrológicas Total INAMHI EMAAP-Q FONAG DAC-FAE 1 1 Total El mapa con todas las estaciones (en operación y deshabilitadas) se encuentra en el anexo B La tabla 3 muestra una lista de todas las estaciones actuales con sus respectivos códigos Las estaciones tienen diferentes propósitos, dependiendo de su ubicación o la institución responsable para la medición Las estaciones con códigos empezando con M y H son estaciones del INAMHI Estas forman parte de la red nacional y la mayoría está midiendo desde hace mucho tiempo (desde 15 a mas que 40 años), excepto la estación M055 que pertenece a las Fuerzas Armadas y tiene objetivos aeronáuticos Los códigos 06MET1 a 2PVL3 son estaciones perteneciendo al FONAG que ayudan al conocimiento de las fuentes en las partes altas de la cuenca, lo cual también es el caso para las estaciones P39 y P35 El resto de estaciones con códigos P, E y C pertenecen a la EMAAP-Q y han sido instalados para atender temas de manejo urbano y de diseño de proyectos Página 1 de 29

18 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito Tabla 3: Nombres y códigos de las estaciones existentes en la Hoya de Quito ESTACIONES METEOROLOGICAS ESTACIONES HIDROLOGICAS CODIGO NOMBRE CODIGO NOMBRE 06MET1 ASO SAN MARCOS E1 EL COLEGIO Q MONJAS 0MET1 CONTROL NORTE E2 EL RECREO 2MET1 YURAFACCHA E3 TRANSITO 06PLV2 INSTITUTO ALOASI E4 CAPULI 06PVL1 LA VIRGEN E5 PITA EN BOCATOMA 26PVL1 EL TAMBO H143 GRANOBLES AJ GUACHALA 26PVL2 PAPALLACTA H145 GUAYLLABAMBA AJ CUBI 26PVL3 BAÑOS H14 GUAYLLABAMBA DJ PISQUE 2PVL1 YAMUYACU H149 GUAYLLABAMBA EN PTECHACAPATA 2PVL1 MUDADERO H152 LA CHIMBA EN OLMEDO 2PVL2 ALUMIES H15 PITA AJ SALTO 2PVL3 ESCORIA VOLCANICA H159 SAN PEDRO EN MACHACHI C2 RUMIHURCO C4 RUMIPAMBA C SAN ANTONIO C IASA-ESPE EM1 YARUQUI E2(P) BELLAVISTA E3(P) GUAYLLABAMBA E4(P) SAN SIMÓN E5(P) LA MICA E6(P) RAMÓN HUAÑUNA E(P) TAMBO 2A E(P) PAPALLACTA P15(P) EL CINTO P16(P) IZOBAMBA P1(P) EL TINGO P19(P) LA TOLA (TUMBACO) P21(P) CHILLOGALLO P22(P) PUENGASI P23(P) ATACAZO P24(P) OBSERVATORIO P25(P) EL TROJE P35(P) PITA EN BOCATOMA P36(P) MAUCA TAMBO P39(P) YANGAHUAGRA M002 LA TOLA M003 IZOBAMBA M009 LA VICTORIA GUAYLLA M023 OLMEDO-PICHINCHA M024 QUITO INAMHI-INNAQUITO M111 MALCHINGUI INAMHI M113 UYUMBICHO M120 COTOPAXI-CLIRSEN M1 PAPALLACTA Página 1 de 29

19 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito M260 MA2T MA6 M335(P) M33(P) M339(P) M343(P) M344(P) M345(P) M346(P) M353(P) M354(P) M35(P) M35(P) M359(P) M361(P) M364(P) M055 PIFO TOMALON-TABACUNDO NAYON - GRANJA STA ANA LA CHORRERA SAN JOSE DE MINAS NANEGALITO EL QUINCHE_PICHINCHA CANGAHUA CALDERON YARUQUI INAMHI RUMIPAMBA-PICHINCHA SAN JUAN-PICHINCHA CANAL 10 TV CALACALI INAMHI CAYAMBE NONO LORETO PEDREGAL QUITO AEROPUERTO-DAC Por otro lado la Tabla 4 indica cuántas estaciones están midiendo los respectivos parámetros Hay que tener en cuenta que algunas estaciones miden parámetros que no constan en esta lista porque no hacen parte de los parámetros claves indicados en las necesidades de información (capítulo 3) Tabla 4: Parámetros Parámetro Número de estaciones midiendo Precipitación 63 Temperatura 20 Nubosidad 12 Radiación solar 16 Evaporación 16 Humedad Relativa 16 Viento 16 Caudal 12 Se puede observar que hay un gran número de estaciones midiendo precipitación, lo cual permite un conocimiento bastante bueno de este parámetro Los parámetros que sirven para el cálculo de evapotranspiración son medidos por menos estaciones, pero se considera que la cobertura de estas estaciones meteorológicas permite hacer una adecuada estimación de la evapotranspiración y su variabilidad espacial Como consta en la tabla, la cantidad de estaciones hidrológicas es muy baja tomando en cuenta el área y el número de sub- y microcuencas a monitorear 411 Distribución espacial La distribución espacial de las estaciones pluviométricas y las estaciones meteorológicas completas se muestra en detalle en los mapas del anexo B Debido al número distinto de estaciones midiendo los parámetros indicados en el subcapítulo anterior, la distribución espacial varía para cada tipo de estación Se observa la densidad relativamente alta en Página 19 de 29

20 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito estaciones pluviométricas, la densidad intermedia con estaciones meteorológicas con otros parámetros y la densidad baja de estaciones hidrológicas Como mencionado en el documento Caracterización de la oferta hídrica (de Bievre y Coello, 200), el déficit de estaciones hidrológicas impide poder hacer conclusiones detalladas sobre la oferta hídrica en la cuenca En cuanto a la variabilidad espacial de la precipitación, a pesar de la densidad relativamente alta, el conocimiento todavía es limitada, en algunas zonas, especialmente en la cordillera central (Mafla et al, 200) Esta falta de información impide el conocimiento adecuado del comportamiento hidrológico de los ecosistemas Además, el tamaño de las cuencas monitoreadas por cada punto de monitoreo hidrológico es demasiado grande para poder distinguir los efectos que tienen los diferentes tipos de ecosistema en la respuesta hidrológica (Mafla et al, 200) Comparando con los criterios elaborados en el capítulo 325, la medición actual se presenta de la siguiente forma: Microcuenca A nivel de microcuenca, el monitoreo es limitado, existiendo por ejemplo estaciones en la cuenca alta del Pita y San Pedro, pero con un historial de registro reciente, y que miden precipitación, temperatura, radiación, viento y humedad relativa del aire Subcuenca La Tabla 6 muestra el número de estaciones que se encuentran en cada subcuenca El mapa correspondiente se encuentra en el anexo B Se puede observar que debido al pequeño número de estaciones hidrológicas de 12 en total hay 1 subcuenca en la cual no existe ninguna medición de caudales; 1 estaciones se encuentran fuera del área de proyecto pero son de interes para el manejo integrado del agua en la cuenca, ya que generan información útil para ciertos sectores de ella Tabla 5: Número de estaciones por subcuenca Subcuenca Medición de precipitación Medición de varios parámetros meterológicos Estaciones hidrológicas Pita 2 1 San Pedro Machángara Pisque- Guayllabamba medio 6 2 Guayllabamba Bajo Fuera de la Hoya de Quito Cuenca Precipitación: Existe un gran numero, pero faltan estaciones en toda la cordillera oriental, desde el Sincholagua hacia el Cayambe, en el norte y en la región de Nanegal En cuanto a la ubicación en diferentes zonas de respuesta hidrológica, Tabla 6 muestra que la mayoría de estaciones se encuentra en la zona de agricultura mientras muy pocas se encuentran en zonas de plantación forestal o Tierras erosionadas Pero no solamente el número de estaciones es importante sino también el impacto de cada zona para los recursos hídricos, así que el número de estaciones en zonas de páramo o bosque natural tampoco no puede ser considerado como suficiente Página 20 de 29

21 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito Tabla 6: Número de estaciones por zona de respuesta hidrológica Zona de respuesta hidrológica Medición de precipitación Medición de varios parámetros meteorológicos Agricultura 1 9 Plantación forestal 3 1 Páramo 1 Tierras erosionadas 4 3 Bosque natural 6 0 Zona urbana 3 Glaciar Estado de las estaciones Se visitó un gran número de estaciones para evaluar su estado de funcionamiento Sin embargo se debe tener cuidado al extrapolar hacia conclusiones generales sobre el estado de las estaciones Lo que se puede decir es que el escaso mantenimiento de metadatos sobre las estaciones, sobre todo de las coordenadas complica una verificación independiente Se ha podido observar que en los casos de las estaciones con operadores hay un buen mantenimiento de la estación, pero hay la tendencia de no poner suficiente énfasis en los alrededores, como por ejemplo la cercanía de árboles demasiado grandes Una recopilación de la información obtenida en el campo se encuentra en el anexo C De acuerdo a entrevistas realizadas al personal responsable de las estaciones, tanto en la EMAAP-Q como en el INAMHI, no existen protocolos para el mantenimiento de las mismas Se realiza un mantenimiento cuando se reporta un daño en las estaciones, en función del daño producido 413 Monitoreo de la calidad del agua La dirección de medio ambiente de municipio de Quito, conjuntamente con la dirección de planificación, han realizado monitoreo de la calidad del agua en los ríos de la Hoya de Quito (2004), con el objeto de establecer un documento que de cuenta del grado de contaminación de los recursos hídricos en la Hoya de Quito Básicamente han monitoreado DBO, DQO, TDS y Temperatura de agua, sin existir información relacionada con geoquímica del agua En la EMAAP-Q existen monitoreos aleatorios de calidad del agua, sin existir un período de recurrencia de las mediciones Sin embargo este tipo de monitoreo se verá mejorado, cuando en el mediano plazo, el Programa de Saneamiento Ambiental (PSA) de la EMAAP-Q inicie los estudios para la descontaminación de los ríos de Quito, por lo que se recomienda establecer contactos con el personal del PSA, para una adecuada coordinación Los posibles tipos de monitoreo son: Calidad de agua Biodiversidad y ecosistemas Descargas de efluentes (Alerta temprana) Página 21 de 29

22 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 42 Funcionamiento actual del monitoreo Se debe tomar en cuenta que todavía no se puede hablar en general de una red de monitoreo que incluye todas las estaciones mencionadas anteriormente en este capítulo Cada institución hace su propia recopilación de datos y les interpreta según sus propias necesidades de información, sin ningún intercambio documentado que interlace la información generada por los diferentes actores Otro aspecto es que solo las estaciones manejadas por el INAMHI tienen registros con una duración mayor a 10 años que pueden servir para observar cambios a largo plazo 421 Colección de datos Aproximadamente la mitad de las 63 estaciones meteorológicas y 12 hidrológicas que actualmente están midiendo en la cuenca alta del río Guayllabamba tienen registros automáticos El resto tiene operadores propios que generalmente miden diariamente En unos pocos casos de pluviómetros manejados por el FONAG solo se mide la precipitación acumulada en dos semanas o un mes 422 Almacenamiento y análisis de datos Dependiendo de la institución los datos se almacenan en bases de datos en Microsoft Excel, Oracle o Microsoft SQL Server En algunos casos la depuración y el análisis de los datos no se realiza periódicamente sino solo cuando se requiere obtener una información específica Esto implica que no todos los datos están analizados de la misma manera, hecho que impide la observación general de fenómenos en toda el área de proyecto 423 Reporte de resultados Como mencionado anteriormente, no todos los datos están tratados de igual manera, así que los reportes difieren mucho dependiendo de las necesidades de información del momento hecho los reportes El documento Recopilación y validación de información (Mafla et al, 200) menciona la falta de metadatos en la mayor parte de la información recopilada en los trabajos anteriores del proyecto Esto significa que para gran parte de la información no hay conocimiento del origen, la calidad y el método de procesamiento de los datos 424 Uso de la información Se pueden identificar distintos usos de la información obtenida mediante las mediciones, como por ejemplo: la búsqueda de tendencias de cambios climáticos, estudios de inundaciones y sequías, de erosión y sedimentos, modelización hidrológica, el monitoreo de calidad del agua, observaciones aeronáuticos y proyectos de infraestructura En el caso de las estaciones del FONAG en los parques nacionales en la parte alta de la cuenca entre otros un uso es la sensibilización de comunidades para la conservación de las fuentes de agua y al cambio climático Como el acceso a la información todavía es restringido no hay un uso público o educativo de la información, en la mayoría de los casos son las mismas instituciones que realizan las mediciones que hacen uso de la información En el caso de la EMAAP-Q el uso más importante de la información es de tener datos para el diseño de proyectos El INAMHI genera datos sin ninguna orientación específica, se limita a operar las estaciones que están en funcionamiento, sin embargo los datos que se obtienen son utilizados en diseño de proyectos de infraestructura, educacional y en un pequeño porcentaje en gestión e investigación La DAC, genera datos meteorológicos que permiten la operación de espacio aéreo en Quito 425 Accesibilidad a la información La accesibilidad a los datos desde fuera de las instituciones que los elaboraron es restringida Unos pocos datos se pueden encontrar en Internet El procedimiento para obtener información se presenta complicado también de una institución a la otra Página 22 de 29

23 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito Las razones para esta inaccesibilidad son varias De un lado, no toda la información está mantenida en un formato fácil para presentar Esto es el caso para los proyectos específicos para los cuales solo se deduce una información determinada requerida para el proyecto y no hay una presentación general de los datos La falta de preprocesamiento muchas veces es argumento para no poder entregar la información De otro lado con un acceso libre falta un reconocimiento económico para cubrir los costos de la elaboración de la información para entidades que la pueden usar después con fines de lucro Además hay la preocupación de que con la publicación de ciertos datos sensibles se podrían generar reclamos de parte de grupos que consideran tener derecho a compensaciones por uso del agua captada en sus zonas de influencia 43 Conclusiones sobre el funcionamiento actual del monitoreo en la Hoya de Quito La información de precipitación en la Hoya es relativamente satisfactoria Existe gran cantidad de estaciones en zona urbana, en el Pichincha y en los valles Sin embargo, todavía existen importantes vacíos en las partes altas de las cuencas del río Pisque, Chiche, Pita y San Pedro Parte de estos vacíos está siendo llenada con instalación reciente de estaciones de EMAAP-Q y FONAG en las cuencas del Río Pita y San Pedro Sin embargo permanece el vacío en las cuencas altas de Pisque y Chiche La información de los demás parámetros meteorológicos es relativamente satisfactoria Existen estaciones meteorológicas de larga data y se han instalaciones recientes en las zonas altas de la cordillera real, donde existía un vacío La información sobre caudales es extremadamente deficiente debido a la casi inexistencia de estaciones limnigráficas automáticas en cauces naturales La mejor información de caudales sigue siendo la generada por INAMHI e INECEL desde los años 0 En la actualidad tanto la EMAAP-Q como el FONAG realizan campañas de aforos en subcuencas de interés Los consultores consideran que estas campañas tienen una baja relación beneficio/costo ya que la utilidad de esta información de caudales puntuales es muy baja comparada con registros continuos de caudal La información de aforos no permite realizar procedimientos básicos en la hidrología, tales como la generación de curvas de duración general, cálculo de caudales de cierta probabilidad de ocurrencia y curvas de variación estacional Se considera que la primera prioridad en monitoreo es la instalación de una red estaciones de registro automático a nivel de subcuenca y microcuenca No existe monitoreo a nivel de ecosistemas o de zonas de respuesta hidrológica Para entender mejor la respuesta hidrológica de zonas claves como de páramo y bosque andino y para evaluar el potencial efecto de acciones de restauración como la (re)forestación, es urgente monitoreo a escala de microcuenca en estas zonas Todos los esfuerzos actuales de monitoreo, incluyendo los de calidad de agua, están en función de necesidades locales o de un actor específico; no existe monitoreo para la gestión integrada de los recursos hídricos Página 23 de 29

24 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito 5 Términos de referencia para el diseño de una red de monitoreo hidro-meteorológico Los términos de referencia tienen como objetivo servir de base para diseñar la red de monitoreo hidro-meteorológico Básicamente, en ellos se especifica qué se debe medir, también en términos de precisión, porqué se tiene que medir y cómo se tienen que llevar a cabo el análisis de los datos y los procedimientos de reportaje De esta manera, los términos de referencia incluyen los requerimientos para el diseño de la red, diseño en el cual se define después cómo y en dónde se tiene que medir En el presente documento sólo se definen los términos de referencia, el diseño de la red de monitoreo se llevará a cabo en una siguiente fase Como mencionado anteriormente el monitoreo debe cubrir las necesidades de información explicado en el capítulo 3 de este documento También se debe cumplir con las responsabilidades de un servicio hidrológico que la Organización Meteorologica Mundial (OMM) define en su guía de prácticas hidrológicas (WMO, 14) de la siguiente manera: establecer las necesidades de información sobre los recursos hídricos de usuarios actuales o del futuro definir estándares (precisión, accesibilidad, exactitud, actualidad) de los datos diseñar y establecer redes hidrométricas, tanto redes especiales como redes básicas desarrollar metodologías para transferir informaciones de sitios de medición a otros lugares de la región para cuales son representativas recolectar datos y mantener un control de calidad para esta proceso procesar y archivar datos y mantener un control de calidad para este proceso hacer que los datos están accesibles para los usuarios, cuando, donde y en la forma ellos necesiten informar potenciales usuarios de la información disponible desarrollar nuevas tecnologías y realizar estudios de procesos hidrológicos y procesos relacionados para asistir al usuario en la interpretación de los datos asegurar la coordinación con otras instituciones que obtienen informaciones relacionadas con recursos hídricos u otra relevante información como hidro-geológica, uso de agua, topográfica, uso de suelo o climática Se entiende que la entidad llamada servicio hidrológico por la OMM en el caso presente es la institución que se va a encargar del monitoreo en toda la cuenca alta del río Guayllabamba, entidad que todavía no está constituida El monitoreo descrito por estos términos de referencia es un monitoreo de tipo hidrometeorológico, y de calidad del agua De esta manera, los parámetros a medir son los descritos en el capítulo 32: Precipitación, Temperatura, Velocidad de Viento, Radiación solar, Humedad Relativa y Caudal Como parámetros de calidad de agua se incluyen Aniones, Cationes, TDS, Temperatura, DBO, DQO y otros a criterio del consultor, siempre y cuando estén debidamente justificados 51 Criterios 511 Precondiciones para la ubicación de estaciones La ubicación de todos los instrumentos del mismo tipo en una región debería ser comparables Si se establecen nuevas estaciones hay que pensar en sitios cuyas características no pueden cambiar o estar afectadas por obras en el futuro Página 24 de 29

25 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito Una buena base para tener una representación adecuada de la variabilidad temporal y espacial sería una zonificación hidrológica como la de las zonas de respuesta hidrológica presentada en el informe del modelo hidrológico de este mismo proyecto (De Bievre et al, 200) y la división por subcuencas (ver anexo B) 512 Frecuencia de medidas La variabilidad espacial y temporal también influye en la frecuencia debida de medidas, tal como los objetivos del monitoreo Visto que en este monitoreo no se trata de un monitoreo de alerta temprana el tiempo de respuesta y la frecuencia de medidas pueden estar manejadas de una manera menos estricta Además hay que tomar en cuenta el balance entre costos, beneficios y efectividad para definir las frecuencias de medidas A pesar de esto para la toma de decisiones y detectar la variabilidad temporal es importante tener por lo menos valores diarios de todos los sitios medidos para entender bien la variabilidad temporal de los parámetros Sin embargo, la reducción de costos de las estaciones automáticas que tienen una frecuencia de medidas en el rango de minutos, hace preferible la instalación de este tipo de estaciones 513 Distribución espacial de estaciones El Objetivo de la red es de presentar las características climáticas representativas para todos los tipos de topografía y de uso de suelo del área observado Es muy importante tener en cuenta la altísima variabilidad espacial de la precipitación en este tipo de zona de montaña La exactitud de los resultados obtenidos aumenta con el tiempo de medición y el número de estaciones, como demuestra la Figura 3,a continuación: N= número de estaciones Línea= correlación espacial Figura 3: Correlación espacial dependiendo de número de estaciones Hay que tomar en cuenta el balance entre los costos (para instalación y el mantenimiento) y la efectividad de los resultados obtenidos Los costos van bajando con mas distancia entre las estaciones pero en el mismo tiempo aumenta el error de estimación (Loucks y van Beek, 2005) La F igura 4 muestra esta relación Página 25 de 29

26 Proyecto Manejo Integrado de Recursos Hídricos en la Hoya de Quito Figura 4: La densidad de sitios de monitoreo influye la estimación de condiciones promedias tanto como los costos del monitoreo (Loucks y van Beek, 2005) Para obtener un cubrimiento espacial satisfactorio, hay que considerar la variabilidad espacial de los valores y la importancia de captar esta variabilidad (Loucks y van Beek, 2005) Para las estaciones meteorológicas, la densidad y la distribución de estaciones en una red depende de los factores siguientes: los elementos meteorológicos a ser observados, la topografía, el uso de suelo y las necesidades de información Según la OMM, una red dispersa es suficiente para observar la presión atmosférica, una red más densa para el estudio de temperatura mínima y máxima y una red muy densa para examinar la precipitación y el viento (WMO, 2006), asi que en el caso presente se necesita una red muy densa para poder observar la precipitación en sus variabilidades regionales, considerando que según Loucks y van Beek (2005), los pluviómetros deben estar ubicados en sitios donde se sabe que la probabilidad para gradientes significantes es grande (Loucks y van Beek, 2005) Por lo tanto, el diseño de la red debe incluir un análisis de la variabilidad espacial de estos parámetros en base a la información actual disponible Este análisis permitirá aumentar la densidad en zonas de gran variabilidad espacial Para las estaciones hidrológicas hay que considerar las siguientes sugerencias: Loucks y van Beek (2005) sugieren ubicar suficientes estaciones midiendo caudales en los ríos principales para tener una buena base para la interpolación de los datos entre los estaciones, tomando en cuenta las condiciones hidráulicas para definir ubicaciones de estaciones, además la estabilidad de la relación nivel de agua caudal, variabilidad temporal del caudal y la accesibilidad a la estación en todas las temporadas La OMM sugiere ubicar donde posible las estaciones básicas en ríos con caudales naturales También hay que tratar de tener las estaciones en las partes bajas de los ríos mas importantes, donde los ríos desprenden de las montanas y arriba de los puntos de infiltración de aguas para riego (WMO, 14) Para asegurar una toma de mediciones adecuada hay por lo menos que tener tantas estaciones en ríos pequeños que en ríos principales Pero es importante tener una sistematización de la toma de mediciones en ríos pequeños porque es imposible poner estaciones en cada rió (WMO, 14) 514 Responsabilidades institucionales La OMM pone énfasis en la importancia de definir las responsabilidades institucionales Hay que definir e identificar las responsabilidades, papeles y objetivos de todas las organizaciones involucrados en los varios aspectos de manejo de recursos hídricos Establecer vínculos de comunicación entre las organizaciones para facilitar la coordinación e integración de diferentes redes y, como mencionado anteriormente es inevitable identificar los objetivos del monitoreo en términos de uso de información (WMO, 14) Página 26 de 29