EVALUACIÓN PRELIMINAR DE LA INCIDENCIA DEL CAMBIO CLIMÁTICO EN LOS RECURSOS HÍDRICOS DE LA CUENCA DEL EBRO

Transcripción

1 MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE DIRECCIÓN GENERAL DE OBRAS HIDRÁULICAS Y CALIDAD DE LAS AGUAS Q H CONFEDERACIÓN HIDROGRÁFICA DEL EBRO OFICINA DE PLANIFICACION HIDROLOGICA TRABAJOS DE CONSULTORIA Y ASISTENCIA PRESUPUESTO DEL ORGANISMO CLAVE: 2005-PH-22-I 12/2005 REF. CRONOLOGICA: TIPO: TITULO: ASISTENCIA TÉCNICA EVALUACIÓN PRELIMINAR DE LA INCIDENCIA DEL CAMBIO CLIMÁTICO EN LOS RECURSOS HÍDRICOS DE LA CUENCA DEL EBRO PRESUPUESTO DE CONTRATA: PRESUPUESTO DE ADJUDICACION: 8.986,40 euros 8.986,40 euros SERVICIO: DIRECTOR: CONSULTOR: OFICINA DE PLANIFICACIÓN HIDROLÓGICA MIGUEL ÁNGEL GARCÍA VERA FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE A CORUÑA TOMO: EJEMPLAR: TOMO ÚNICO EJEMPLAR 1 DE 4 CONTENIDO: MEMORIA Y APÉNDICES I Y II+ CD CON APÉNDICES III, IV Y V Y ARCHIVOS EXCEL CON DETALLES DE LOS CÁLCULOS NUMERO ARCHIVO O P H:

2

3 1 RESUMEN Se han evaluado los impactos del cambio climático en los recursos hídricos de una serie de cuencas del río Ebro utilizando el modelo hidrológico distribuido GIS-BALAN para calcular el balance hidrológico de las cuencas seleccionadas. Los modelos se han calibrado con datos del periodo comprendido entre 1970 y 2000 proporcionados por la Confederación Hidrográfica del Ebro. Se han utilizado los resultados de las proyecciones del modelo de circulación general CGCM3 correspondientes a los escenarios A1B, A2, B1 del IPCC y al escenario Commit del CCCma para los siguientes períodos: , y Los resultados del modelo CGCM3 indican un calentamiento medio global para los 4 escenarios considerados de 1.1ºC para el período , de 1.9ºC para el período y de 2.6ºC para el período Considerando solamente los escenarios del IPCC se obtiene un aumento medio de las temperaturas de 3.2ºC para el período Los cambios proyectados para la precipitación media anual no son tan homogéneos como los de las temperaturas. Las predicciones de las precipitaciones de los diferentes modelos muestran discrepancias espacio-temporales. Las proyecciones indican una disminución de 28.6 mm para el período , de 47.9 mm para el período y de 51.1 mm para el período Considerando solamente los escenarios del IPCC se obtiene una reducción media de las precipitaciones de 63.5 mm para el período La Celda 3, en la que se encuadra la región de los Pirineos (mayor precipitación media) tiene las mayores reducciones proyectadas con una media de 83 mm para el período con máxima prevista de mm (el equivalente al 15% del total) para el escenario A2. Las predicciones indican que las temperaturas aumentarán en todos los meses, menos intensamente en el invierno (2,5ºC) y más intensamente en el verano, 6.1 ºC. En este proyecto se ha desarrollado un módulo de GIS-BALAN llamado GENBALAN para la reducción de escala de los resultados mensuales proporcionados por el CGCM3 para los períodos de simulación y para la desagregación de estas series mensuales en series diarias. La reducción de escala de los resultados para cada una de las subcuencas seleccionadas se ha realizado con un método estadístico. Los valores mensuales se han desagregado a escala diaria mediante un generador de series sintéticas. Los parámetros de GIS-BALAN se han calibrado utilizando las series de caudales y niveles piezométricos medidos en las estaciones de aforo y piezómetros. Se han encontrado problemas de calibración en las cuencas del Algas y de menor importancia en las cuencas del Esera, Ribagorzana, Pallaresa y Segre. La calidad de las predicciones hidrológicas en las cuencas del Tirón y de Lumbreras está afectada por la menor

4 2 calidad de las predicciones de la Celda 1. Asimismo, se han encontrado problemas en las proyecciones de la escorrentía superficial debidos a las limitaciones actuales de los métodos de desagregación de valores mensuales y de generación de series sintéticas diarias. Se han evaluado los efectos del cambio climático en cada una de las 15 subcuencas para cada uno de los 4 escenarios y en cada uno de los 3 periodos de simulación. Es decir, se han evaluado los efectos del cambio climático en las componentes del ciclo hidrológico para un conjunto de = 180 casos. La disminución significativa de la precipitación media anual y el aumento de las temperaturas conduce a impactos considerables. Los resultados de los modelos indican que se producirán cambios importantes en los valores medios de todas las componentes hidrológicas en todos los períodos de simulación. En el período la precipitación disminuirá en promedio un 15%, la temperatura aumentará un 28%, la escorrentía superficial disminuirá un 45%, el caudal total disminuirá un 18%, el flujo hipodérmico disminuirá un 17% y la precipitación nival dejará de ser importante. La evapotranspiración real no variará significativamente respecto a los valores del período de calibración ya que el aumento de temperatura y por tanto de evapotranspiración potencial se compensará con la reducción del contenido de agua del suelo ocasionada por la disminución de la precipitación. En general, los impactos en las componentes hidrológicas son importantes con reducciones respectivas en los tres períodos de simulación ( , y ) de: 1) 12%, 21% y 19% para el caudal total 2) 17%, 25% y 19% para la escorrentía superficial 3) 9%, 18% y 18% para el flujo hipodérmico 4) y 13%, 23% y 20% para el flujo subterráneo Los impactos del cambio climático serán mayores en los meses de verano que en los del invierno, lo cual agravará los problemas de disponibilidad hídrica en los meses de estiaje. Exceptuando las cuencas situadas en la Celda 1 (cuyas predicciones de precipitación y temperatura son de calidad dudosa), se observa que en las cuencas de la margen derecha comprendidas en las Celdas 2 y 3 se producirá una notable reducción de la escorrentía total (del orden del 30% en la cuenca del Mesa, del 35% en Guadalope, 50% en el Jalón y Algas). Por contra en las cuencas de la margen izquierda la reducción en la escorrentía total es menor (del orden del 20% en la cuenca del Esera y el Segre, del 25% en el Alcanadre, del 10-15% en Gállego, Iratí, N. Pallaresa, N. Ribagorzana, Aragón, del 5% en el Ega). El mayor efecto relativo del cambio climático en las cuencas de la margen derecha agravará los problemas actuales de déficit hídrico en estas cuencas.

5 3 Las estimaciones de los efectos del cambio climático tienen incertidumbres asociadas a la representación numérica de los fenómenos climatológicos en los modelos de circulación global (MCG) y la definición de los escenarios empleados que se basan en proyecciones altamente inciertas de la futura sociedad global. Los resultados de los MCG son mensuales y para grandes celdas. Existen todavía incertidumbres en los métodos existentes para la reducción de escala desde la escala de los modelos MCG a la escala de las cuencas de estudio. También hay incertidumbres sobre el modelo del balance hidrológico. Según los MCG existirán cambios en las intensidades de lluvia, temperaturas y vientos que no se han tenido en cuenta en este trabajo por no existir todavía métodos disponibles para el reescalado de intensidades de lluvia y vientos. En trabajos futuros se deberá analizar el efecto de los cambios en intensidades de lluvia y vientos. A pesar de todas las anteriores incertidumbres, los modelos presentados en este trabajo constituyen hoy en día la mejor herramienta posible para estimar los impactos del cambio climático en los recursos hídricos.

6 4 AUTORÍA DEL TRABAJO Los trabajos presentados en este informe han sido realizados por Javier Samper (Director del estudio) y Diego Álvares (Estudiante de 3º ciclo de la Universidad de A Coruña).

7 5 INDICE 1 - INTRODUCCIÓN Motivación Objetivos Y PLAN DE TRABAJO Alcance CAMBIO CLIMÁTICO Evidencias del Cambio Climático Escenarios de Emisión Línea Evolutiva A Línea Evolutiva A Línea Evolutiva B Línea Evolutiva B Modelos de Circulación Global Proyecciones MÉTODOS DE REDUCCIÓN DE ESCALA Métodos Dinámicos - Modelos de Circulación Regional Métodos Estadísticos Generadores Climáticos Impactos del Cambio Climático Incertidumbres CAMBIO CLIMÁTICO EN ESPAÑA Y EN EL EBRO Evidencias Proyecciones Modelo de Circulación Global Seleccionado Escenarios Seleccionados Método de Reducción de Escala Seleccionado EL MODELO HIDROLÓGICO GIS-BALAN Código Balan Acoplamiento del Código BALAN al Gis Desarrollo del Preprocesador Desarrollo del Procesador Desarrollo del Postprocesador CUENCA HIDROGRÁFICA DEL EBRO Cuencas Seleccionadas Características Topográficas Datos Hidroclimatológicos Usos y tipos de suelos... 67

8 6 6 - EFECTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO EN LAS CONDICIONES HIDROMETEOROLÓGICAS CALIBRACIÓN DE PARÁMETROS DE GIS-BALAN ALCANADRE ALGAS ARAGÓN EGA ESERA GÁLLEGO GUADALOPE IRATI JALON LUMBRERAS MESA PALLARESA RIBAGORZANA SEGRE TIRÓN SIMULACIÓN DE LOS IMPACTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO Proyecciones ALCANADRE ALGAS ARAGÓN EGA ESERA GALLEGO GUADALOPE IRATI JALÓN LUMBRERAS MESA PALLARESA RIBAGORZANA SEGRE TIRÓN Impactos ALCANADRE ALGAS ARAGON EGA ESERA GALLEGO GUADALOPE

9 IRATI JALON LUMBRERAS MESA PALLARESA RIBAGORZANA SEGRE TIRON DISCUSIÓN DE RESULTADOS RESULTADOS PARA EL CONJUNTO DE LAS CUENCAS CONCLUSIONES E INCERTIDUMBRES Conclusiones INCERTIDUMBRES REFERENCIAS APÉNDICE I LISTA DE TÉRMINOS Y VARIABLES EMPLEADAS Cambio Climático GIS-BALAN Calibración automática con algoritmos genéticos GENBALAN APÉNDICE II CAMBIOS ANUALES Y MENSUALES DE PRECIPITACIÓN Y TEMPERATURA PROYECTADOS PARA LAS TRES CELDAS DEL CGCM3 PARA LOS DIFERENTES PERÍODOS DE SIMULACIÓN APÉNDICE III REDUCCIÓN DE ESCALA DE LOS DATOS DE LOS MCG CON GENBALAN (EN CD ANEXO) APÉNDICE IV - PROYECCIONES ANUALES Y MENSUALES DE LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA Y PRECIPITACION EN LAS CUENCAS SELECCIONADAS (EN CD ANEXO) APÉNDICE V - PROYECCIONES ANUALES Y MENSUALES DE LOS CAUDALES EN LAS CUENCAS SELECCIONADAS (EN CD ANEXO)

10 8 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Fluctuaciones naturales de la temperatura media global (García, 1999) Figura 2 - Variaciones de la temperatura en los últimos años comparadas con la media del período entre 1961 y 1990 (modificada de IPCC, 2001b) Figura 3 - Variación temporal de la concentración de los gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre (modificado de IPCC, 2001b) Figura 4 - Cambio en la temperatura terrestre entre 1860 y 2000 (modificado de IPCC, 2001b) Figura 5 - Desviaciones de la temperatura global y europea entre 1856 a 1998 (CRU, 2003 modificado) Figura 6 - Cambios en la temperatura media anual en la Península Ibérica entre 1901 y 1998 (modificado de Hulme & Sheard, 1999) Figura 7 - Evolución de la temperatura en el siglo XX (IPCC, 2001b) Figura 8 - Cambios en a) la frecuencia de días de verano y b) días lluviosos en Europa (EEA, 2004) Figura 9 - Tendencia anual de la precipitación para el siglo XX (Hulme & Carter, 1999) Figura 10 - Ilustración esquemática de los escenarios de emisión IPCC (IPCC, 2000) Figura 11 - Evolución de los últimos años y proyecciones para los próximos 100 años de la temperatura media global (IPCC, 2001b) Figura 12 - Promedio de los resultados de ocho simulaciones para el cambio de las temperaturas (º C) en los meses de verano - diciembre, enero y febrero (Hulme & Carter, 1999) Figura 13 - Cambios en la precipitación para el verano con respecto a la media entre 1961 y Fuente: IPCC, 2001b Figura 14 - Cambios proyectados para la temperatura media en la Península Ibérica (modificado de Hulme & Sheard, 1999) Figura 15 - Cambios proyectados en las escorrentías para el año de 2050, en comparación con el período de por el modelo CGCM2 para el escenario A2 (IPCC, 2001a) Figura 16 - Variación de la temperatura media anual en el NE de España (º C) para el período de (MMA, 2005) Figura 17 - Proyecciones de cambio de temperatura respecto a la media registrada en el periodo (MMA, 2005) Figura 18 - Cambios proyectados para la temperatura media en función de distintos MCG (MMA, 2005) Figura 19 - Proyecciones de cambio de precipitación media (mm/día) respecto a la media del periodo (MMA, 2005) Figura 20 - Cambios proyectados para la precipitación media (MMA, 2005) Figura 21 - Recubrimiento de la cuenca del Ebro con celdas de salida del CGCM Figura 22 - Esquema de los principales componentes hidrológicos Figura 23 - Diagrama de opciones de VISUAL BALAN V2.0 para los cálculos de los componentes hidrológicos Figura 24 - Diagrama de flujo de GIS-BALAN Figura 25 - Secuencia para la definición de puntos de control: a) modelo digital del terreno, b) mapas de dirección de flujo, c) acumulación de flujo y d) red de drenaje con los puntos de control Figura 26 - Tablas de referencia y definición de los valores preliminares para usos del suelo

11 9 Figura 27 - Ventanas del módulo de climatología para: (a) Visualizador de series y (b) filtrado por distancia Figura 28 - Mapas de: a) tiempo de escorrentía difusa, b) tiempo de escorrentía canalizada, c) tiempo de concentración y d) la cuenca seleccionada Figura 29 - Mapas empleados para la definición de zonas homogéneas Figura 30 - Esquema de las componentes por zona homogénea y balance por subcuenca Figura 31 - Pantalla principal de GENBALAN Figura 32 - Grafico de regresión lineal (en rojo) y polinómica (verde) de a) precipitación y b) temperatura del mes de octubre para una de las subcuencas de la cuenca del Alcanadre Figura 33 - Localización de la cuenca del Ebro Figura 34 - Mapa con las cuencas consideradas en este estudio Figura 35 - Análisis del terreno de a) direcciones de flujo, b) acumulación de flujo y c) cuencas vertientes. 61 Figura 36 - Mapa de las estaciones pluviométricas con datos disponibles para el balance Figura 37 - Mapa de las estaciones de temperatura con datos disponibles para el balance Figura 38 - Mapa de isoyetas (arriba) y diagrama tridimensional (abajo) Figura 39 - Mapa de temperaturas mínimas (arriba) y un diagrama tridimensional (abajo) Figura 40 - Mapa de temperaturas máximas (arriba) y un diagrama tridimensional (abajo) Figura 41 - Usos del suelo de la cuenca del Ebro Figura 42 - Uso del suelo de las cuencas seleccionadas Figura 43 - Mapa de tipos de suelo Figura 44 - Tipos de suelos en las cuencas seleccionadas Figura 45 - Cambios proyectados en la temperatura media entre el periodo relativo al período para a) el escenario A1B y b) el escenario B1 (CCCma, 2006) Figura 46 - Mapa con las celdas seleccionadas del modelo de circulación general CGCM Figura 47 - Resumen de los resultados del CGCM3 con el promedio de las tres celdas seleccionadas. Se muestra el promedio anual de cambio en temperatura correspondiente a cada periodo de simulación y a cada celda Figura 48 - Promedio de los resultados relativos a cada escenario y a cada periodo de simulación de las Celdas 1, 2 y Figura 49 - Resumen de los resultados del CGCM3 con el promedio de las tres celdas seleccionadas. Se muestra el promedio mensual de cambio en temperatura correspondiente a los periodos de simulación a) , b) y c) Figura 50 - Resumen de los resultados del CGCM3 con el promedio de las tres celdas seleccionadas. Se muestra el promedio anual de cambio en precipitación correspondiente a cada periodo de simulación y a cada celda Figura 51 - Promedio de los resultados de precipitación para cada escenario y cada periodo de simulación en las Celdas 1, 2 y Figura 52 - Resumen de los resultados del CGCM3 con el promedio de las tres celdas seleccionadas. Se muestra el promedio mensual de cambio en temperatura correspondiente a los periodos de simulación a) , b) y c) Figura 53 - Ajuste entre valores calculados y medidos de aportaciones anuales (a) y mensuales (b); para la cuenca del río Alcanadre considerando una sola subcuenca Figura 54 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico

12 10 Figura 55 - Comparación de aportaciones anuales medidas y calculadas en hm Figura 56 - Comparación de aportaciones mensuales en hm 3 (arriba) y caudales diarios en m 3 /s (abajo) medidos y calculados Figura 57 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 58 - Comparación de aportaciones anuales (arriba) y mensuales (abajo) medidas y calculadas en hm Figura 59 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 60 - Comparación de aportaciones anuales (arriba) y mensuales (abajo) medidas y calculadas en hm Figura 61 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 62 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 63 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 64 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 65 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 66 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 67 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 68 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 69 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 70 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 71 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 72 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 73 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 74 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 75 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 76 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 77 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 78 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 79 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura 80 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 81 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico Figura Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 83 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico

13 11 Figura Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados Figura 85 - Funciones de regresión lineal (rojo) y polinomial (verde) para a) temperatura y b) precipitación en enero en la subcuenca ZH01 de la cuenca del Alcanadre Figura 86 - Histograma de frecuencia de precipitaciones en la subcuenca ZH01 del Alcanadre para el mes de noviembre Figura 87 - Media mensual del número de días de lluvia en la subcuenca ZH01 del Alcanadre Figura 88 - Proyecciones mensuales del cambio climático para a) temperatura y b) precipitación en el período de la subcuenca ZH01 del Alcanadre para el escenario A1B Figura 89 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Alcanadre Figura 90 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Algas Figura 91 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Aragon Figura 92 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Ega Figura 93 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Esera Figura 94 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Gallego Figura 95 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Guadalope Figura 96 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Irati Figura 97 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Jalón Figura 98 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Lumbreras Figura 99 - Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Mesa Figura Resumen de las proyecciones del cambio climático para a) temperatura y b) precipitación para los Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Pallaresa Figura Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Ribagorzana

14 12 Figura Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Segre Figura Proyecciones de la evolución de la precipitación (arriba) y temperatura (abajo) para los períodos de simulación , , correspondientes a los cuatro escenarios (A1B, A2, B1, Commit) para la cuenca del Tirón Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Alcanadre Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Algas Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del 133 Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Ega Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Esera Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Gallego Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Guadalupe Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Irati Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Jalón Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Lumbreras Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Mesa: Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Pallaresa Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Ribagorzana Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Segre Figura Impacto del cambio climático en las principales componentes del balance en la cuenca del Tiron Figura Cambios proyectados para el caudal total para el conjunto de las 15 subcuencas analizadas Figura Cambios proyectados para a) ETR y escorrentía superficial y b) flujo hipodérmico y caudal subterráneo para el conjunto de las 15 subcuencas analizadas Figura Predicciones de los cambios en los caudales mensuales en una cuenca de la margen derecha (Guadalupe en la figura superior) y en otra de la margen izquierda (Esera en la figura inferior)

15 13 TABLAS Tabla 1. Resumen de las características topográficas de las cuencas seleccionadas Tabla 2. Áreas relativas del uso del suelo de las cuencas seleccionadas Tabla 3. Áreas relativas del tipo del suelo de las cuencas seleccionadas Tabla 4. Resultados del cambio proyectado en temperatura para cada celda seleccionada Tabla 5. Resultados del cambio proyectado en precipitación para cada celda seleccionada Tabla 6. Coeficientes de ajuste y coeficientes de las funciones de regresión de precipitación y temperatura para la subcuenca ZH01 de la cuenca del Alcanadre Tabla 7. Parámetros estadísticos de precipitación (media, desviación típica, coeficiente de asimetría, probabilidad de día lluvioso después de un día lluvioso (PLS) y probabilidad de día seco después de un día lluvioso (PLL) y temperatura media (media y desviación típica) para la subcuenca ZH01 del Alcanadre Tabla 8. Proyecciones mensuales del cambio climático para el período de la subcuenca ZH01 del Alcanadre para el escenario A1B

16 INTRODUCCIÓN MOTIVACIÓN El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) fue establecido por la Organización Meteorológica Mundial (WMO) y el Programa de Medio Ambiente de las Naciones Unidas (UNEP) en Los estudios y recopilación bibliográfica del IPCC constataron que para el período entre 1901 a 1995 la temperatura media anual en Europa aumentó en media 0.8º C. El calentamiento fue todavía mayor en la Península Ibérica. Las precipitaciones tuvieron comportamientos bastante variados en el continente. En el sur de Europa la precipitación observada disminuyó cerca de un 20% y, en particular, en España se llegó a constatar una disminución de hasta el 50% (IPCC, 2001a). El Ministerio del Medio Ambiente de España (MMA) estima que el aumento de la temperatura y la disminución de la precipitación producidos por el cambio climático podrían causar una disminución en las aportaciones hídricas (MMA, 2005). El informe del MMA estima que para la cuenca del Ebro las aportaciones para el cauce principal disminuirán entre el 3 y el 9% hasta En el año 2005 la Comisión Europea publicó el Informe sobre el Cambio Climático y la Dimensión del Agua en Europa (EU, 2005). En este informe se hizo una evaluación preliminar de los impactos del cambio climático en la Cuenca Hidrográfica del Ebro en el que los modelos climáticos estiman un incremento de las temperaturas medias entre 2º y 3º C hasta 2050 y una disminución de los caudales de hasta un 12% OBJETIVOS Y PLAN DE TRABAJO El objetivo de esta asistencia técnica es realizar una evaluación preliminar de la variación de los recursos hídricos en la cuenca del Ebro por efecto del cambio climático. Para ello se ha planteado realizar un análisis detallado en varias subcuencas que permita posteriormente extrapolar los resultados al conjunto de la cuenca del Ebro. Con esta asistencia técnica se pretende disponer de un elemento para valorar la repercusión de los distintos escenarios de cambio climático definidos por el IPCC en los recursos hídricos de la cuenca del Ebro. De acuerdo con el plan de trabajo propuesto en el Pliego de Prescripciones Técnicas, el trabajo se ha realizado con las siguientes fases:

17 15 1. Selección de cuencas. Se han seleccionado 15 subcuencas de distintas zonas geográficas, dimensiones, topografía y componentes climatológicos que son representativas de la variabilidad hidrológica en la generación de recursos hídricos existente en la cuenca del Ebro y de las que se dispone de datos de aforos fiables para poder calibrar los balances hidrológicos. 2. Preparación de archivos. Se han preparado los archivos necesarios para la realización de los balances hidrológicos con Visual Balan y GIS BALAN en cada una de las cuencas. Los datos básicos para la elaboración de estos archivos han sido facilitados por la Oficina de Planificación Hidrológica de la Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE). 3. Realización del balance hidrológico en cada subcuenca a partir de los datos proporcionados por la CHE utilizando para ello la versión más reciente del código VISUAL BALAN y su sucesor GIS BALAN. Los parámetros del balance se han calibrado de forma manual a partir del ajuste de las aportaciones mensuales y anuales en régimen natural o restituidas al régimen natural. 4. Recopilación de escenarios de cambio climático. Se ha consultado la información disponible sobre los distintos escenarios simulados de cambio climático para el siglo XXI en la cuenca del Ebro. 5. Simulación de los escenarios. Se han realizado simulaciones de 4 distintos escenarios para cada una de las 15 subcuencas. Se han estimado y cuantificado los impactos del cambio climático en los balances a partir de las proyecciones de varios escenarios de cambio climático para los tres siguientes horizontes temporales: , y Discusión de los resultados. Se ha realizado una discusión detallada de los resultados obtenidos, analizando en especial importancia la variación de los recursos hídricos para cada uno de los escenarios. Finalmente se ha estimado la variación de los recursos hídricos totales de las 15 subcuencas seleccionadas para cada uno de los escenarios simulados con el fin de proporcionar una primera estimación de los efectos del cambio climático en el conjunto de la cuenca del Ebro ALCANCE El Capítulo 2 presenta las evidencias del cambio climático, los diferentes escenarios de emisión, los modelos de circulación global y sus proyecciones así como los métodos de reducción

18 16 de escala. En el Capítulo 3 se presenta una discusión del cambio climático en España y en la cuenca del Ebro. En este capítulo se describe el Modelo de Circulación Global Seleccionado y los escenarios Seleccionados. El Capítulo 4 presenta el programa VISUAL-BALAN y su más reciente versión GIS-BALAN. En el Capítulo 5 se presentan las características de las 15 subcuencas seleccionadas. El Capítulo 6 presenta el efecto del cambio climático en las condiciones hidrometeorológicas. En el Capítulo 7 se presentan los resultados del balance en el periodo de calibración. El Capítulo 8 presenta los resultados de la evaluación del impacto del cambio climático en los recursos hídricos. El Capítulo 9 presenta las conclusiones. Los detalles de los resultados del modelo se recogen en una serie de Apéndices. Los dos primeros se recogen al final del informe y los restantes en el CD anexo. El Apéndice 1 contiene una lista de los términos y variables empleadas en el presente informe.

19 CAMBIO CLIMÁTICO Existe consenso en la comunidad científica sobre el hecho de que el clima de la Tierra está cambiando. La historia del planeta está caracterizada por variaciones importantes en sus condiciones climáticas a lo largo del tiempo (Figura 1). Estas variaciones no asociadas a actividades antropogénicas se engloban dentro del término variabilidad climática. Figura 1 - Fluctuaciones naturales de la temperatura media global (García, 1999). A lo largo de los pasados miles de años se han producido fluctuaciones y alteraciones climáticas globales por causas naturales (García, 1999; IPCC, 2001b; EEA, 2004; MMA, 2005). De acuerdo con estas investigaciones, los períodos glaciares e interglaciares que se han producido en la Tierra están relacionados con alteraciones en el balance de radiación. Dichas alteraciones son consecuencia de variaciones en la orbita de la Tierra alrededor del Sol, en el ángulo del eje de rotación de la Tierra, y radiación solar, la actividad de meteoritos, la actividad volcánica,

20 18 alteraciones en la capacidad de absorción de la superficie terrestre y del albedo y, por último, por cambios en la composición de la atmósfera. En comparación con dichas fluctuaciones, el clima en los últimos años ha sido relativamente estable, con pequeñas fluctuaciones (EEA, 2004) lo que favoreció el desarrollo de la sociedad humana en este período (Petit et al., 1999). Por otro lado, la extensión y el ritmo de los cambios en los últimos mil años exceden todas las variaciones naturales (Figura 2). El IPCC afirma que existen evidencias concluyentes de que gran parte del calentamiento global observado es atribuible a las actividades humanas (IPCC, 2001b). Las variaciones climáticas del planeta (como la capacidad de absorción y albedo y la composición de la atmósfera) se han visto recientemente afectadas por causas antropogénicas como la deforestación, las prácticas agrícolas y ganaderas y, en particular, la emisión de gases de efecto invernadero como el CO 2, CH 4, N 2 O y CFC (García, 1999; Le Treut, 1999). Figura 2 - Variaciones de la temperatura en los últimos años comparadas con la media del período entre 1961 y 1990 (modificada de IPCC, 2001b). Los gases de efecto invernadero tienen la capacidad de retener y re-emitir el calor que es emitido desde la superficie terrestre. De esta forma, provocan el aumento de la temperatura global. Sin estos gases de origen natural (preindustriales) la temperatura media terrestre sería en media 34º C más baja que la actual (EEA, 2004). Sin embargo, la concentración de los gases de efecto invernadero aumentó desde el principio del siglo XIX a un ritmo sin precedentes en los últimos años (Figura 3). De esta forma, contrariamente a la variabilidad climática de origen natural, el cambio climático hace referencia a cambios del clima de la Tierra producido por la actividad humana.

21 19 Figura 3 - Variación temporal de la concentración de los gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre (modificado de IPCC, 2001b) EVIDENCIAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO Datos recientes confirman que a lo largo del último siglo las temperaturas globales en la superficie del planeta han aumentado. También se han constatado alteraciones en la precipitación, el aumento de la frecuencia de ciertos fenómenos climáticos extremos, el retroceso en la extensión de la nieve y los glaciares y la subida del nivel del mar, confirmándose así cambios en el sistema climático global (IPCC, 2001b; EEA, 2003; EEA, 2005). Los nuevos modelos utilizados para el estudio del clima muestran una estrecha relación entre las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero y los cambios observados (MMA, 2005). Los cambios en la temperatura global de la Tierra de los últimos 150 años se pueden estimar a partir de medidas de termómetros situados en la superficie. En épocas más recientes se dispone además de datos de satélites.

22 20 Figura 4 - Cambio en la temperatura terrestre entre 1860 y 2000 (modificado de IPCC, 2001b). El año 1998 fue el más cálido de los últimos 150 años y 2002 el segundo más cálido (WMO, 2002). La década de 1990 fue la más cálida de la segunda mitad del siglo XIX y, probablemente, una de las décadas más cálidas del último milenio. De acuerdo con el IPCC (IPCC, 2001b) es muy probable que el incremento de la temperatura media del hemisferio norte en el siglo XX haya sido el más alto de cualquier otro siglo de los últimos mil años. Del análisis de las series de temperaturas (Figura 4) el IPCC concluye que la temperatura media global en la superficie terrestre aumentó 0.6 ± 0.2 º C en el período comprendido entre 1861 y 2000 (IPCC, 2001b; IES, 2005). De forma análoga, el CRU (2003) afirma que desde el inicio del siglo XX el planeta ha experimentado un calentamiento medio global de 0.7º C, con un aumento medio de 0.95º C en Europa. Estos cambios son atípicos en términos de magnitud y ritmo de cambio de la temperatura (Figura 5). Figura 5 - Desviaciones de la temperatura global y europea entre 1856 a 1998 (CRU, 2003 modificado).

23 21 El clima de Europa presenta grandes diferencias del oeste (marítimo) al este (continental) y del norte (ártico) al sur (mediterráneo). Existe una variación significativa en el incremento de las temperaturas en el continente. El calentamiento fue mayor en el noroeste de Rusia y en la Península Ibérica (Parry et al., 2000; Klein Tank et al., 2002). De acuerdo con la tendencia global, las temperaturas aumentaron más en invierno que en verano. La temperatura media anual en la Península Ibérica aumentó cerca de 1.6º C durante el último siglo. Los años más calurosos ocurrieron en 1989, 1995 y 1997 (Figura 6). El calentamiento fue mayor en verano - cerca de 2º C - y menor durante el invierno - alrededor de 1.4º C (Hulme & Sheard, 1999). También se han estudiado los cambios en los rangos de variación de las temperaturas diurnas. Las observaciones desde 1950 hasta 1993 indican un incremento en las temperaturas máximas diarias aproximadamente de 0.1º C por década mientras que el incremento de las temperaturas mínimas diarias fue de aproximadamente 0.2º C por década. El aumento de la temperatura media de la superficie terrestre (Figura 7) fue de aproximadamente 0.1º C por década (IES, 2005). Figura 6 - Cambios en la temperatura media anual en la Península Ibérica entre 1901 y 1998 (modificado de Hulme & Sheard, 1999).

24 22 Figura 7 - Evolución de la temperatura en el siglo XX (IPCC, 2001b). En los últimos 100 años el número de días fríos ha diminuido en la mayor parte de Europa mientras que el número de días con temperatura superior a 25º C (días de verano) ha aumentado (Figura 8). La frecuencia de días muy lluviosos ha disminuido significativamente en las décadas recientes en muchos lugares de Europa (EEA, 2004). Debido al calentamiento global, la cantidad total de vapor en la atmósfera ha aumentado en muchas regiones del hemisferio norte, como en el norte de Europa, mientras que se ha producido una disminución en el sur de Europa. Desde que se comenzaron a realizar medidas directas del vapor en la atmósfera, en 1980, se ha constatado que la cantidad total de vapor en la atmósfera ha aumentado un 10% cada década (IPCC, 2001b).

25 23 (a) Figura 8 - Cambios en a) la frecuencia de días de verano y b) días lluviosos en Europa (EEA, 2004). (b)

26 24 La precipitación presenta cambios distintos en la superficie terrestre. Entre los años 1900 y 2000 la precipitación global anual aumentó un 2%. Se han registrado aumentos significativos en Estados Unidos y Canadá mientras que en China se ha observado una pequeña disminución en la tendencia en los últimos 50 años (IES, 2005). Ha habido un claro aumento en la precipitación en el siglo XX en el norte de Europa mientras que la tendencia para el sur de Europa y el Mediterráneo en general ha sido de una disminución. Las tendencias en la precipitación difieren bastante entre el norte y el sur de Europa. Las tendencias de las precipitaciones medias observadas varían a lo largo del hemisferio norte entre las latitudes elevadas, húmedas, y latitudes bajas, secas (Hulme et al., 1998). La precipitación en el norte de Europa ha aumentado entre el 10 y 40% en el siglo XX, mientras que en otras regiones del sur de Europa los índices pluviográficos han disminuido en más del 20% (Figura 9). Figura 9 - Tendencia anual de la precipitación para el siglo XX (Hulme & Carter, 1999). De acuerdo con la EEA, los caudales anuales en los principales cauces han variado en las últimas décadas en Europa (EEA, 2004). En algunas regiones han aumentado mientras que en otras zonas, incluyendo el sur de Europa, los caudales han disminuido. Algunos de estos cambios son atribuidos a los cambios observados en las precipitaciones. El efecto combinado de los cambios en precipitación y temperatura amplifica los cambios en los caudales de los cauces. Según el IPCC (IPCC, 2001b), la disminución de las superficies de los glaciares es una evidencia significativa del cambio climático. El IPCC ha estudiado 20 glaciares representativos en todo el mundo. Estos glaciares tuvieron una relativa estabilidad en su tamaño a lo largo de los últimos cuatro siglos. Sin embargo, presentaron una fuerte reducción en el último siglo. Ocho de

27 25 los nueve glaciares de Europa han reducido su tamaño. Entre 1850 a 1980 los glaciares de los Alpes perdieron aproximadamente un tercio de su área y la mitad de su masa. A partir de 1980 han perdido entre el 20 y 30% de la masa restante (EEA, 2004) ESCENARIOS DE EMISIÓN La palabra escenario proviene del lenguaje teatral. Es un término que fue empleado por los estrategas militares durante la segunda guerra mundial para describir los métodos de análisis para la guerra (EEA, 2001). Para estudios ambientales, y más precisamente para el IPCC, los escenarios son imágenes del futuro o alternativas futuras que no son ni predicciones ni previsiones, sino más bien imágenes alternativas (IPCC, 2000) En concreto, el IPCC define como escenarios las proyecciones del estado futuro de la sociedad y del medio ambiente, basadas en suposiciones sobre el aumento de la emisión de gases de efecto invernadero y aerosoles, el aumento de la población, el crecimiento económico y las políticas ambientales (IPCC, 2001b). Los escenarios de emisión están basados en las emisiones de gases de efecto invernadero. Estas emisiones son productos de sistemas dinámicos muy complejos determinados por el desarrollo demográfico y socio-económico, cambios tecnológicos y políticas ambientales. Su incertidumbre es muy grande. Cada escenario de emisión del IPCC incluye la línea evolutiva (storyline) y los cálculos de los modelos. Para las evaluaciones ambientales la línea evolutiva es la principal forma de trasladar el mensaje del escenario, mientras que los cálculos de los modelos tienen un papel de soporte. La línea evolutiva tiene la función de explicar la lógica en la selección o consideración de los parámetros de los escenarios. En los escenarios de emisión cada línea evolutiva expresa distintas hipótesis sobre el desarrollo del mundo, especialmente en función de la proporción de la globalización en contraposición a la regionalización, en el énfasis en el crecimiento económico y en el nivel de protección ambiental (EEA, 2001). Hay cuatro líneas evolutivas cualitativas que dan hogar a cuatro conjuntos de escenarios llamados familias: A1, A2, B1 e B2. Otros escenarios han sido desarrollados por diversos grupos de investigadores por todo el mundo (Figura 10). Todos ellos son igualmente válidos ya que no se les puede asignar ninguna probabilidad de ocurrencia. Existen seis grupos de escenarios definidos a partir de las cuatro familias anteriores (IPCC, 2000).

28 26 Figura 10 - Ilustración esquemática de los escenarios de emisión IPCC (IPCC, 2000). A continuación se describen las líneas evolutivas de los escenarios de emisión del IPCC. (MMA, 2001; IPCC, 2000): Línea Evolutiva A1 La línea evolutiva y la familia de escenarios A1 describe un mundo futuro con un rápido crecimiento económico, una población mundial que alcanza su valor máximo hacia mediados del siglo XXI disminuyendo posteriormente, y una rápida introducción de tecnologías nuevas y más eficientes. Sus características distintivas más importantes son la convergencia entre regiones, la creación de capacidad y el aumento de las interacciones culturales y sociales, acompañadas de una notable reducción de las diferencias regionales en términos de ingresos por habitante. La familia de escenarios A1 se desarrolla en tres grupos que describen direcciones alternativas del cambio tecnológico en el sistema de energía. Los tres grupos A1 se diferencian en su orientación tecnológica: utilización intensiva de combustibles de origen fósil (A1FI), utilización de fuentes de energía de origen no fósil (A1T), o utilización equilibrada de todo tipo de fuentes (A1B) Línea Evolutiva A2 La línea evolutiva y la familia de escenarios A2 describen un mundo muy heterogéneo. Sus características más distintivas son la autosuficiencia y la conservación de las identidades locales. Las pautas de fertilidad en el conjunto de las regiones convergen muy lentamente, con lo que se obtiene una población mundial en continuo crecimiento. El desarrollo económico está orientado básicamente a las regiones, y el crecimiento económico por habitante así como el cambio tecnológico están más fragmentados y son más lentos que en otras líneas evolutivas Línea Evolutiva B1 La familia de líneas evolutivas y escenarios B1 describe un mundo convergente con una población mundial que alcanza un máximo hacia mediados del siglo XXI y desciende

29 27 posteriormente, como en la línea evolutiva A1, pero con rápidos cambios de las estructuras económicas orientados a una economía de servicios y de información, acompañados de una utilización menos intensiva de los materiales y de la introducción de tecnologías limpias, con un aprovechamiento eficaz de los recursos. En ella se da preponderancia a las soluciones de orden mundial encaminadas a un desarrollo sostenible económico, social y medioambiental, así como a una mayor igualdad, pero con ausencia de iniciativas adicionales en relación con el clima Línea Evolutiva B2 La familia de líneas evolutivas y escenarios B2 describe un mundo en el que predominan las soluciones locales a una economía, sociedad y medio ambiente sostenibles. Es un mundo cuya población aumenta progresivamente a un ritmo menor que en A2, con unos niveles de desarrollo económico intermedios, y con un cambio tecnológico menos rápido y más diverso que en las líneas evolutivas B1 y A1. Aunque este escenario está también orientado a la protección del medio ambiente y a la igualdad social, se centra principalmente en los niveles locales y regionales MODELOS DE CIRCULACIÓN GLOBAL Para estimar los impactos de las perturbaciones humanas en el sistema climático es necesario calcular los efectos de todos los procesos que operan en el clima. Aunque estos procesos pueden ser representados mediante modelos matemáticos, la complejidad de los sistemas requiere la utilización de ordenadores de alto rendimiento. Un modelo climático es un conjunto de formulaciones matemáticas para las componentes del sistema climático que se implementan y resuelven en un programa de ordenador (IPCC, 1997). Los modelos de circulación global (MCG) son representaciones matemáticas de la atmósfera, los océanos, el hielo y los procesos de la superficie terrestre. Son empleados para simular el clima presente y hacer predicciones del clima futuro considerando la influencia de los gases de efecto invernadero y aerosoles. Los MCG dividen la atmósfera y los océanos en mallas horizontales con una resolución de hasta 2º de longitud y de 10 a 20 capas en la vertical (Dibike & Coulibaly, 2005). Los MCG se basan en resolver las ecuaciones de Navier-Stokes para describir el comportamiento de la atmósfera en todo el globo terrestre. Los modelos estiman viento, presión, temperatura, precipitación, humedad, evapotranspiración, radiación solar y otras variables de superficie (Le Treut, 1999). La principal limitación de estos modelos es su baja resolución espacial, de 500 km en media para los modelos globales.

30 28 Entre los modelos más conocidos destacan: HadCM4 (Hadley Centre), CGCM3 (Centro Canadiense de Modelización y Análisis Climático), ECHAM4 (Instituto de Meteorología de Alemania) y CSIRO (Agencia Nacional de Investigación de Australia) PROYECCIONES El cambio climático no se puede predecir con certeza ya que el conocimiento de los procesos climáticos es aún incompleto y se desconoce el desarrollo socio-económico que determinará la magnitud de las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, de acuerdo con el IPCC (IPCC, 2001b) existe una creciente confianza científica en la capacidad de los modelos climáticos para predecir el clima futuro utilizando las proyecciones de emisiones de gases de efecto invernadero como datos de entrada. De acuerdo con los MCG, la temperatura media global para el año de 2100 aumentará entre 1.4 y 5.8º C respecto a la de 1990 (Figura 11). Para Europa las proyecciones del aumento de la temperatura media anual entre 1990 y 2100 son de entre 2 y 6.3º C. El límite sostenible definido por la Comunidad Europea (un aumento de 2º C respecto a los niveles preindustriales) será superado en 2050 (EEA, 2004). Figura 11 - Evolución de los últimos años y proyecciones para los próximos 100 años de la temperatura media global (IPCC, 2001b).

31 29 Se estima que el calentamiento será más intenso en los países del sur de Europa como España, Italia y Grecia y del noreste, Rusia Occidental (Figura 12). En el sur de Europa se esperan consecuencias más severas como el aumento de las sequías y los incendios forestales. En el resto de Europa el aumento de la temperatura en invierno será mayor que en el verano (EEA, 2004). Figura 12 - Promedio de los resultados de ocho simulaciones para el cambio de las temperaturas (º C) en los meses de verano - diciembre, enero y febrero (Hulme & Carter, 1999). A diferencia de las temperaturas, las incertidumbres en las proyecciones de los cambios de las precipitaciones son mayores. La precipitación media global aumentará entre un 2 y 7% entre 1990 y 2100 (IPCC, 2001b). Las diferencias son debidas a las incertidumbres de los modelos y a las diferencias entre los escenarios. Las proyecciones para Europa muestran un aumento de 1 a 2% por década en el norte y más de 1% de disminución para el sur (Figura 13). En el verano la

32 30 disminución puede llegar a ser de un 5% por década (EEA, 2004). La reducción en las precipitaciones podrá afectar considerablemente a la agricultura y los recursos hídricos. Los cambios previstos para la Península Ibérica indican que la temperatura aumentará de forma análoga a la temperatura global media (Figura 15). Figura 13 - Cambios en la precipitación para el verano con respecto a la media entre 1961 y Fuente: IPCC, 2001b. Figura 14 - Cambios proyectados para la temperatura media en la Península Ibérica (modificado de Hulme & Sheard, 1999).

33 31 Los días de fríos extremos en el invierno (que ocurrieron una vez cada 10 años entre 1961 y 1990) serán raros y casi desaparecerán en En contraste, se espera que en muchas regiones de Europa los veranos en 2080 sean más calurosos que los veranos más calurosos del clima actual (EEA, 2004). Para el sur de Europa, esos cambios se producirán antes de En España se espera para los años 2020 (Parry, 2000) MÉTODOS DE REDUCCIÓN DE ESCALA Los MCG simulan los procesos del sistema global a escala continental. Sin embargo, no pueden representar las características y la dinámica a escala local. Los resultados de los MCG no pueden ser empleados directamente para evaluar los impactos del cambio climático a escala local debido a su baja resolución espacial. Los MCG actuales de mayor resolución tienen una precisión de 2.5º (Arpe & Roeckner, 1999). Una celda del modelo tiene un área mayor de km 2 (Semenov et al., 1998). Los modelos hidrológicos requieren datos de entrada de precipitación y temperatura con una resolución equiparable a la del tamaño de la cuenca a modelizar. Dado que los MCG no pueden describir los cambios a pequeña escala espacio-temporal, son necesarios algoritmos de reducción de escala (downscaling) para trasladar los resultados climatológicos de los MCG a la escala local de los modelos hidrológicos. Los métodos de reducción de escala se dividen en dos tipos: dinámicos y estadísticos Métodos Dinámicos - Modelos de Circulación Regional El método de reducción de escala dinámico requiere la aplicación de modelos de circulación regional (MCR). Los MCR son modelos similares a los MCG pero de mallas menores con resolución entre 30 y 50 km Los MCR usan condiciones de contorno de temperaturas del océano y de la superficie terrestre y los resultados obtenidos con los MCG. Normalmente los mismos centros de investigación que desarrollan los modelos de circulación global han puesto a punto también modelos a escala regional para las zonas en las que se encuentra el centro. Aunque la finalidad original de los MCR eran las predicciones climáticas, actualmente se utilizan para múltiples fines tales como los estudios paleoclimáticos y la evaluación de los efectos antropogénicos del cambio climático. Estos modelos han demostrado ser herramientas flexibles, de alta resolución y capaces de reproducir las respuestas de los mecanismos climáticos actuantes a escala regional (Mearns et al., 2003).

34 32 Además de ser computacionalmente costosos, los MCR tienen limitaciones teóricas debidas a errores sistemáticos arrastrados de los MCG (lo que es común a todas las metodologías de reducción de escala) y la falta de interacción entre los MCR y los MCG Métodos Estadísticos El método de reducción de escala estadístico está basado en el hecho de que el clima a pequeña escala depende de las condiciones climáticas a gran escala y las características fisiográficas locales como la topografía y el uso del suelo (von Storch, 1995 and Mearns et al., 2003). En estas técnicas, los datos regionales y locales se relacionan mediante relaciones estadísticas entre variables de los MCG y las variables regionales y locales. De esta forma, los modelos estadísticos utilizan los resultados de los MCG para estimar las características climáticas regionales y locales. Los modelos estadísticos tienen menos exigencias de cálculo y pueden ser empleados con los resultados de cualquier modelo de circulación global. Además, permiten obtener información específica local para los estudios del impacto del cambio climático. El punto débil del método de reducción de escala estadístico radica en la hipótesis básica de que las relaciones estadísticas entre variables no varían con el tiempo Interpolación Simple Se trata de una forma sencilla de reducción de escala que consiste en combinar los resultados de los MCG con los datos del clima a una escala más reducida, manteniendo las magnitudes de los cambios proyectados. En este tipo de reducción de escala se supone que el cambio climático es uniforme a la escala de las celdas de los MCG (Hulme & Carter, 1999) Método de reducción de escala estadístico Este método de reducción de escala se basa en establecer relaciones cuantitativas directas entre las variables climáticas a escala local y las variables a escala global mediante funciones de regresión (Kart et al., 1990; Wigley et al., 1990). En la práctica se utilizan regresiones lineales y no lineales, redes neuronales artificiales y lógica difusa para obtener las relaciones entre las variables a distintas escalas. La principal ventaja de este método es su relativa facilidad de aplicación y bajo coste computacional.

35 Generadores Climáticos Los resultados de las simulaciones de los modelos de circulación global para las variables climatológicas son mensuales. Por otro lado, los modelos hidrológicos empleados para la estimación de los recursos hídricos trabajan a escala diaria o incluso menor. Los generadores climáticos o generadores de series sintéticas son modelos numéricos que producen series diarias sintéticas de la precipitación, temperatura y radiación solar con unas determinadas propiedades estadísticas (Richardson, 1981; Richardson & Wright, 1984, Racsko et al., 1991). Los generadores climáticos son modelos estadísticos que generan valores diarios de una variable meteorológica suponiendo conocida la función de distribución estadística de la variable climatológica y empleando para ello variables aleatorias auxiliares. La probabilidad de ocurrencia de precipitación se calcula mediante el método de las cadenas de Markov, según el cual la probabilidad de lluvia en un determinado día solo depende de lo sucedido en el día anterior (Elshamy et al., 2006) IMPACTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO Los impactos del cambio climático sobre las aguas superficiales y subterráneas dependen de las regiones consideradas (Figura 15), dentro de un contexto de alteración general de las precipitaciones. La precipitación media aumentará en latitudes altas y en el sudeste asiático y disminuirá en Asia Central, el área mediterránea, el sur de África y Australia. Se producirán incrementos de la demanda de agua, sobre todo para riego, y a su vez, aumentará la frecuencia y magnitud de las inundaciones (IPCC, 2001a). Figura 15 - Cambios proyectados en las escorrentías para el año de 2050, en comparación con el período de por el modelo CGCM2 para el escenario A2 (IPCC, 2001a).

36 34 La literatura sobre los efectos hidrológicos (físicos) y los impactos en los recursos hídricos (socio-económicos) producidos por el cambio climático es muy amplio (Parry, 2000; IPCC, 2001b; IES, 2005; Dibike & Coulibaly, 2005; MMA, 2005). El cambio climático afectará a la hidrología de una región a través de cambios en la distribución, magnitud y forma de precipitación, evaporación y transpiración, humedad del suelo así como a través de cambios en la frecuencia y duración de las tormentas, avenidas y sequías (Yarnal, 1998) INCERTIDUMBRES Las incertidumbres sobre el cambio climático y sus posibles impactos son debidas a las incertidumbres sobre las actividades de emisión de gases de efecto invernadero, las respuestas y la adaptación de los ecosistemas y a la sociedad (EEA, 2004). A continuación se presenta una descripción de las principales fuentes de incertidumbre sobre los impactos del cambio climático: a) Dificultades en definir la participación de la actividad humana en el cambio climático registrado en el planeta. Además, la propia constatación del cambio climático muchas veces es todavía cuestionada. De Freitas (2002) cuestiona la afirmación de la existencia de un cambio climático global. De acuerdo con sus afirmaciones, los registros climatológicos, basados datos termométricos, que detectan el calentamiento global en los últimos 150 años podrían estar afectados por la proximidad a los grandes centros urbanos. De esta forma, los aumentos de las temperaturas registrados en lugar de indicar un calentamiento global de hecho indicarían un calentamiento local, poniendo en evidencia los efectos de las bolsas de calor, fenómenos ya bastante conocidos. De Freitas defiende que ahora ya se dispone de series suficientemente largas de temperaturas en toda la superficie terrestre obtenidas a partir de observaciones de satélites, lo que definitivamente, permitiría obtener una caracterización más representativa del cambio climático global del planeta. b) Incertidumbres sobre las emisiones futuras de gases de efecto invernadero, debidas a incertidumbres en los desarrollos políticos, demográficos, socio-económicos y tecnológicos. Por su propia definición de escenarios de emisión, no se puede prever la evolución de la sociedad, por lo que en su lugar se trabaja en rangos de calentamientos futuro (por ejemplo, de 1.4 a 5.8º C para 2100 de acuerdo con el IPCC). c) Lagunas en el conocimiento sobre el sistema climático terrestre y la modelización del clima. El conocimiento actual sobre los cambios en la cobertura de nubes y las consecuencias para el balance de radiación global es insuficiente, lo cual se traduce en incertidumbres en las previsiones de los cambios en las precipitaciones (EEA, 2004).

37 35 d) Los resultados de los modelos de circulación global son de baja resolución espacial (celdas de 500 km en los modelos de alta resolución) y temporal (series mensuales). Las técnicas de reducción de escala para pasar de escala regional a escala local así como la desagregación de las series mensuales mediante generadores climáticos introducen incertidumbres y errores adicionales.

38 CAMBIO CLIMÁTICO EN ESPAÑA Y EN EL EBRO EVIDENCIAS De acuerdo con el MMA (2005), no existen dudas delsobre el aumento generalizado de temperatura en España durante el último cuarto de siglo. Por otro lado, los datos de precipitación no muestran tendencias claramente definidas. Un análisis preliminar para el período comprendido entre 1864 y 1999 (Figura 16), a partir de 98 estaciones climatológicas que cubren España, indica un incremento estadísticamente significativo de las temperaturas máximas, mínimas y medias (Brunet et al., 2001; MMA, 2005). Diversos estudios por regiones de España coinciden en que se produjo un calentamiento visible y significativo a partir de la década de Figura 16 - Variación de la temperatura media anual en el NE de España (º C) para el período de (MMA, 2005). El informe final del Ministerio del Medio Ambiente de España analiza ocho estaciones con series de temperaturas máximas y mínimas de más de 30 años. Estos datos constatan un aumento no muy evidente de la temperatura media anual en el último cuarto de siglo (MMA, 2005). El análisis estadístico de los datos de precipitación para el período considerando datos de 2150 estaciones meteorológicas de la cuenca del Ebro no mostró tendencias significativas (IES, 2005). García Vera et al. (2002) indican que considerando un intervalo más amplio, , no hay evidencia para afirmar la existencia de una tendencia general en la precipitación provocada por el cambio climático, aunque para épocas más recientes, entre 1960 y 1980, se ha observado un descenso significativo del valor medio de la precipitación y una leve recuperación de estos valores en la década de El MMA (2005) llega a conclusiones similares, no encontrando evidencias significativas de tendencias en las series estudiadas de precipitación. Tampoco se encontraron tendencias en el número de días lluviosos.

39 PROYECCIONES Los resultados del MCG IMAGE (Alcamo et al., 1996) indican un aumento de temperatura entre 2 y 3º C para la mayor parte de España, y en particular para la cuenca del Ebro, en el período comprendido entre 1990 y Según las proyecciones del MCG del Hadley Center, considerando los escenarios A2 y B2 (Figura 17), para la mayor parte de la Península Ibérica el aumento de la temperatura media será entre 2 y 3º C cada 30 años en los meses de verano y entre 1 y 2º C en los de invierno (MMA, 2005) Figura 17 - Proyecciones de cambio de temperatura respecto a la media registrada en el periodo (MMA, 2005). Dadas las diferencias existentes entre los resultados de las simulaciones de los modelos de circulación general empleados por el IPCC, el MMA (2005) ha considerado los resultados de seis MCG (CCGM, CSIRO, HadCM3, NIE2, ECHAM y GFDL). Es importante resaltar que la resolución de los MCG no es igual y no cubren exactamente las mismas áreas. La Figura 18 muestra los cambios proyectados para las temperaturas medias comparadas con las del periodo comprendido entre 1961 y 1990.

40 38 Las predicciones del IPCC (2001a) empleando el MCG del Hadley Centre establecen una reducción entre 0 y 25 mm de la precipitación media anual para la mayor parte de la cuenca del Ebro con la excepción de los Pirineos, donde la reducción proyectada es de 25 a 150 mm (Figura 19). Figura 18 - Cambios proyectados para la temperatura media en función de distintos MCG (MMA, 2005).

41 39 Figura 19 - Proyecciones de cambio de precipitación media (mm/día) respecto a la media del periodo (MMA, 2005). El MMA (2005) ha realizado el mismo estudio comparativo para las precipitaciones entre los MCG empleados por el IPCC (Figura 20). A diferencia de las proyecciones para las temperaturas, las proyecciones para los cambios en precipitaciones varían notablemente de unos modelos a otros. La disminución proyectada para el caudal del río Ebro en 2050 es de 0-12% del caudal medio anual. Puesto que los Pirineos contribuyen casi un 70% del caudal total, es posible que dicha disminución del caudal sea aún mayor en algunas zonas de la cuenca del Ebro (IES, 2005).

42 40 Figura 20 - Cambios proyectados para la precipitación media (MMA, 2005) MODELO DE CIRCULACIÓN GLOBAL SELECCIONADO El modelo CGCM3 es la tercera generación y la más reciente versión del modelo de circulación global del Centro Canadiense de Modelización y Análisis Climático (CCCma). Resulta del acoplamiento del modelo de circulación atmosférica general (AGCM3) con el modelo de circulación oceánico general, conocido como MOM (modelo oceánico modular). El AGCM3 tiene 10 capas horizontales de resolución de aproximadamente 2.8º de latitud y longitud (cerca de 250 km). El CGCM3 está acoplado a otros modelos como el modelo termodinámico hielo-mar, que simula la formación o fusión del hielo en respuesta a los intercambios de calor entre el océano y la atmósfera, y el modelo de hidrología de superficie que calcula la escorrentía superficial y el contenido de humedad en el suelo en función del balance entre precipitación, evapotranspiración y

43 41 la capacidad de retención de agua del suelo. Con estos modelos se generaron las series mensuales de precipitación, temperatura máxima, mínima y media y radiación solar para los escenarios adoptados por el IPCC. La cuenca del Ebro se sitúa dentro de tres celdas del modelo CGCM3. La Figura 21 muestra las celdas de salida del modelo seleccionadas para este trabajo, denominadas de Oeste a Este como Celdas 1, 2 y ESCENARIOS SELECCIONADOS Se han utilizado los datos calculados por el CGCM3 para los escenarios A1B, B1, A2 y Commit. El CCCma ha evaluado el escenario Commit en el que las emisiones de aerosoles y las concentraciones de gases de efecto invernadero permanecen constantes con valores similares a las del año Figura 21 - Recubrimiento de la cuenca del Ebro con celdas de salida del CGCM MÉTODO DE REDUCCIÓN DE ESCALA SELECCIONADO Como se observa en la Figura 21, la resolución espacial del MCG no es suficiente para servir de entrada de datos directos para evaluar los impactos del cambio climático en los recursos hídricos a la escala de las subcuencas. Por ello, se ha seleccionado el método de reducción de escala estadístico por medio de las temperaturas y precipitaciones mensuales utilizando regresión

44 42 polinómica y lineal. Ambas funciones proporcionan buenos resultados. Las funciones polinomio dan mejores ajustes mientras que las funciones lineales son más conservadoras cuando se extrapola más allá de los rangos medidos (Weichert & Bürger, 1998; Zhang, 2005). LA reducción de escala estadística es un método muy utilizado para traducir los cambios proyectados por los MCG en cambios en las variables climatológicas a escala local (Semenov et al, 1998; Jonson et al, 1999; Wassenaar et al, 1999; Wilby et al, 2002; Yu, 2005; Zhang, 2006). Una vez traducidas las proyecciones a la escala local, los valores mensuales de temperatura y precipitación se desagregan a escala diaria utilizando generadores de series sintéticas. En el Apartado se describe el código GENBALAN desarrollado en el marco de este estudio para implementar el método estadístico de reducción de escala y la generación de series sintéticas. 4 - EL MODELO HIDROLÓGICO GIS-BALAN Para la estimación de los impactos del cambio climático en los recursos hídricos es necesario cuantificar la dinámica de los componentes del ciclo hidrológico. Los modelos hidrológicos permiten resolver el balance hídrico teniendo en cuenta sus componentes. El balance hídrico se consiste en aplicar el principio de la conservación de masa de agua a cada componente. Este principio establece que la suma de entradas de agua, menos las salidas es igual a la variación de almacenamiento de agua en un volumen de control, para un determinado intervalo de tiempo. Este método ofrece una serie de ventajas como la disponibilidad de los datos pluviométricos, climatológicos y piezométricos. Por otro lado, sus resultados deben ser contrastados y calibrados utilizando niveles piezométricos y caudales medidos en estaciones de aforos. Los métodos de balance de masa, sin embargo, tienen algunas limitaciones causadas principalmente por las dificultades e incertidumbres para la obtención y estimación de los parámetros del modelo. Samper et al. (1997) desarrollaron el modelo hidrológico agregado BALAN para estimar la recarga de acuíferos. Este modelo resuelve las ecuaciones de balance en el suelo, en la zona no saturada y en el acuífero, necesitando para ello pocos parámetros. En 1999 se desarrolló una versión interactiva del código, Visual Balan, que incorpora interfaces amigables tanto de entrada de datos como de postproceso de resultados (Samper et al., 1999) CÓDIGO BALAN A los efectos del balance hídrico, el código BALAN distingue las siguientes tres zonas:

45 43 a) Suelo edáfico, en el que se produce la infiltración del agua de lluvia, riego o nieve y donde ocurren los procesos de evaporación y transpiración. Su espesor depende del tipo de suelo, vegetación y topografía. El flujo en esta zona es fundamentalmente vertical. b) Zona parcialmente saturada, en la que pueden existir tanto flujos laterales como flujos verticales de percolación. c) Acuífero, es una formación geológica capaz de almacenar agua y transmitirla. Su entrada de agua es la recarga procedente de la zona no saturada suprayacente. Su descarga se produce a través de manantiales y como flujo subterráneo a ríos, lagos o al mar. BALAN calcula de manera secuencial el balance diario en cada una de las tres zonas (Figura 22). Los principales flujos de este balance son las entradas por precipitación, riego y fusión de la nieve y las salidas por interceptación, escorrentía superficial, evapotranspiración, flujo hipodérmico y flujo subterráneo. El balance incluye además los términos de variación del contenido de humedad en el suelo y la zona no saturada y de variación de los niveles piezométricos en el acuífero. Figura 22 - Esquema de los principales componentes hidrológicos. La precipitación (una vez descontada la intercepción por la vegetación) se distribuye entre escorrentía superficial e infiltración. Una parte de la infiltración retorna a la atmósfera por

46 44 evapotranspiración, otra parte contribuye al almacenamiento de agua retenida en el suelo y la restante puede dar recarga en tránsito que es la entrada de agua en la zona no saturada. Dentro de esta zona, el agua puede escurrir horizontalmente hacia la atmósfera como flujo hipodérmico o bien percolar verticalmente hacia al acuífero. En este caso, la percolación coincide con la recarga al acuífero. La descarga de las aguas subterráneas es la salida natural del acuífero (ya sea a un río, un manantial o a otra masa de agua superficial o subterránea). La variable de estado para las dos primeras zonas es el contenido de humedad del terreno, generalmente expresado como altura equivalente de agua (volumen por unidad de superficie) en mm. Para el acuífero la variable de estado es el nivel piezométrico. BALAN permite el uso de diversas opciones para los cálculos de los componentes (Figura 23). La evapotranspiración real (ETR) se puede calcular con uno de los siguientes métodos: Thornthwaite, Blaney-Criddle, Makkink, Penman, Turc o datos proporcionados por el usuario. La ETR se puede calcular a partir de la evapotranspiración potencial (ETP) con uno de cuatro posibles métodos: (1) Penman-Grindley, (2) método en que la fracción ETR/ETP es una función lineal del déficit de agua en el suelo, (3) un tercer método en el que la función se expresa de acuerdo con un termino exponencial y (4) una versión modificada del método de Penman- Grindley. La recarga potencial o recarga de tránsito tiene dos componentes. El primero corresponde a la recarga en tránsito directa a través de fisuras, macroporos y raíces. En este mecanismo la recarga es directamente proporcional al agua aportada al suelo. El segundo componente es la recarga en tránsito diferida que obedece la ley de Darcy. Es un flujo más lento que el primer componente cuya magnitud está limitada por la conductividad hidráulica vertical saturada. BALAN tiene tres opciones para calcular la recarga diferida en función del contenido de humedad del suelo. La recarga en tránsito (o recarga potencial) es el flujo de entrada en la zona no saturada. En primer lugar se actualiza el volumen retenido considerando la recarga potencial, las salidas por flujo hipodérmico y percolación vertical. Se pueden calcular mediante esquemas numéricos explícitos o implícitos. BALAN resuelve la ecuación del flujo subterráneo para el acuífero empleando un método de diferencias finitas explícito que permite calcular el nivel piezométrico en diferentes puntos. Estos niveles se pueden comparar con valores medidos. El caudal total a la salida de la cuenca es igual a la suma de la escorrentía superficial, del flujo hipodérmico y del flujo subterráneo. Estos resultados pueden ser comparados con valores de

47 45 caudales medidos en aforos. BALAN permite la posibilidad de estimar automáticamente los parámetros del modelo mediante el método de minimización multidimensional de Powell (Samper et al., 1999) Balance Volumen de riego Calculo de la ETP Thornthwaite Blaney-Cridley modificado Makkink Penman modificado ETP dado de entrada Turk Interceptación Horton Singh Precipitación, fusión y escorrentía nival Flujo preferente Inundación Macroporos Fisuras Sin flujo preferente Escorrentía superficial Horton Numero curva ETR Método I Método II Método III Método IV Flujo diferido Método convencional Método modificado Método da curva logística Zona alterada Método explícito Método implícito Acuífero Método unicelda Método multicelda Figura 23 - Diagrama de opciones de VISUAL BALAN V2.0 para los cálculos de los componentes hidrológicos.

48 46 BALAN ha sido utilizado en sus diferentes versiones por numerosos investigadores y técnicos de España y América Latina en diferentes campos de la hidrología. Algunas de las principales aplicaciones incluyen: 1) Gestión de los recursos hídricos: García Vera utilizó BALAN para modelizar los recursos hídricos en varias cuencas del río Ebro (García Vera & Arqued, 2000; Samper & García Vera, 2000, 2004). Heredia & Murilo (2002) modelaran varias cuencas en el sudeste de las Islas Canarias; 2) Estimación de la recarga de acuíferos (Samper & Garcia Vera, 1997; Samper, 1998); 3) Estimación de los recursos hídricos en zonas kársticas de Baleares, Cataluña y País Vasco (Valls, 2001); 4) Estudios hidrológicos para la gestión de residuos radioactivos y migración de uranio a través del acuífero aluvial de Andújar (Samper & Carrera, 1995); 5) Caracterización hidrológica para el almacenamiento de residuos tóxicos en zonas de baja permeabilidad (Aliaga et al., 2004); 6) Hidrología de zonas húmedas de Doñaña, Monegros (Samper & García Vera, 1997; Castañeda & García Vera, 2004; Castañeda, 2004) y áreas de Gallocanta (Blasco et al., 2004); 7) Hidrología de cuencas húmedas de Galicia (Soriano & Samper, 2000; Samper & García Vera, 2004); 8) Hidrología de cuencas graníticas de Galicia (Samper et al., 2000; Soriano & Samper, 2000) y 9) Estimación de la recarga en acuíferos costeros y estudios de intrusión marina (Romero et al., 2004) ACOPLAMIENTO DEL CÓDIGO BALAN AL GIS El modelo hidrológico distribuido GIS-BALAN empezó a ser desarrollado por el Grupo de Hidráulica, Hidrología y Energética de la Universidad de La Coruña en El modelo se ha desarrollado en lenguaje Visual Basic empleando conceptos de programación orientada a objetos. Está construido utilizando la tecnología ArcObjects, conjunto de componentes específicos para ArcGis. ArcObjects está basado en COM (Component Object Model), un sistema desarrollado por Microsoft. COM es un estándar de la programación que incrementa la interoperabilidad entre softwares permitiendo su intercomunicación (Koka, 2004). GIS-BALAN se ha programado con tres módulos: el preprocesador, el procesador y el postprocesador. El intercambio de datos entre el SIG y los tres módulos se realiza mediante una base de datos común a los tres módulos (Figura 24). Los datos, parámetros y los resultados del preproceso y los resultados del balance calculados por el procesador se almacenan en la base de datos compartida del modelo. En la actualidad, GIS-BALAN está acoplado al ArcGis 9.0. En el futuro se plantea la posibilidad de acoplarlo a otras plataformas SIG como el código abierto GRASS. ArcGis permite trabajar con datos en múltiples formatos tales como base de datos, archivos de texto, datos de tipo vectorial y raster para mapas.

49 47 Figura 24 - Diagrama de flujo de GIS-BALAN Desarrollo del Preprocesador El preprocesador se ha desarrollado como una interfaz de entrada de datos al procesador. Partiendo del modelo digital del terreno y utilizando los datos geomorfológicos, el SIG delimita las subcuencas, la red de drenaje y calcula los parámetros morfológicos (área, altitud y pendiente media). En este módulo el usuario relaciona los parámetros específicos para el uso y tipo del suelo (por ejemplo tipo de vegetación, espesor del suelo, porosidad). También en este módulo se seleccionan las estaciones climatológicas a utilizar asignando los archivos con las series de datos correspondientes. Se han realizados avances para modelizar cuencas, considerando la variabilidad espacial de los parámetros (parámetros distribuidos) y la propagación de la escorrentía superficial a través de cauces (Samper et al., 2007a, b). a) Preprocesamiento del terreno Este módulo del preprocesador realiza el análisis inicial del terreno que incluye el cálculo de la dirección y acumulación de flujo, la definición de la red de drenaje y la delimitación de las subcuencas básicas. Se trata de procedimientos básicos y esenciales del preprocesador. Se calcula el mapa de dirección de flujo a partir del MDT ya preprocesado y se calcula la orientación del flujo en función de las celdas vecinas, indicando la dirección de máxima pendiente de la celda.

50 48 El mapa de acumulación de flujo está basado en el mapa de dirección de flujo y define el flujo acumulado asociado que contiene el número acumulado de celdas aguas-arriba de la celda en cada celda del MDT. Se emplea el mapa de acumulación de flujo para la definición de la red de drenaje. El usuario define el área de contribución mínima para la definición de cauces. El punto de creación de la red de drenaje empieza cuando el área excede el número establecido. La Figura 25 muestra la secuencia de cálculo de los puntos de control. El mapa de subcuencas básicas se crea a partir de los nudos de la red de drenaje y del mapa de dirección de flujo. Se define el área como el área total vertiente a un determinado punto, en este caso a los nudos de la red de drenaje. Se denominan cuencas básicas ya que son creadas automáticamente. La edición y definición de las cuencas definitivas se realiza posteriormente en el modulo de creación y definición de subcuencas. (a) (b) (c) Figura 25 - Secuencia para la definición de puntos de control: a) modelo digital del terreno, b) mapas de dirección de flujo, c) acumulación de flujo y d) red de drenaje con los puntos de control. (d)

51 49 b) Suelo y Subsuelo En este módulo se relacionan las capas con los datos de tipo y uso del suelo y geología con las tablas de referencia del modelo que contienen todos los parámetros por defecto de cada capa. El mapa de usos del suelo (Figura 26) se relaciona con la tabla de referencia de GIS-BALAN de usos del suelo que incluye parámetros como el Número de Curva del método SCS y el coeficiente de Manning. El mapa de tipos de suelo se relaciona con la tabla de referencia de GIS- BALAN que contiene los valores preliminares de parámetros tales como el espesor del suelo, la porosidad, etc. Algo similar se hace con el mapa geológico a partir del cual se asignan valores preliminares a los parámetros del acuífero que se relacionan con la tabla de referencia para acuífero de GIS-BALAN (Samper et al., 2007a). Estos son sólo algunos ejemplos de cómo el SIG y el preprocesador intercambian datos con la base de datos del procesador. Las tablas de referencias de GIS-BALAN de cada mapa están contenidas en la base de datos principal. Posteriormente, el procesador obtiene estos parámetros en el momento de la estimación de cada componente hidrológico. Los parámetros modificados en el proceso de calibración son de nuevo añadidos a la base de datos principal. Figura 26 - Tablas de referencia y definición de los valores preliminares para usos del suelo.

52 50 c) Climatología En este módulo el usuario proporciona el mapa con las estaciones climatológicas y define sus campos identificativos así como el directorio con los datos de las series de cada variable climatológica. Además, se realiza la selección de las estaciones a utilizar. Se define el directorio que contiene las series de cada estación. Se puede trabajar con el formato de datos patrón de GIS-BALAN así como con el formato de la Confederación Hidrográfica del Ebro. Se ha implementado en el módulo de climatología un visualizador de series temporales (Figura 27) con el que se pueden filtrar las estaciones en función de su disponibilidad de datos en un determinado período y en función de su distancia al centro geométrico de la cuenca de estudio. (a) Figura 27 - Ventanas del módulo de climatología para: (a) Visualizador de series y (b) filtrado por distancia. (b)

53 51 Los datos de las estaciones seleccionadas, incluyendo sus coordenadas y cota se añaden a la base de datos principal. Estos datos sirven para la selección de las estaciones y la interpolación de los datos para cada área definida de balance en el procesador de GIS-BALAN. El SIG permite utilizar técnicas de interpolación geostadísticas de los datos climatológicos considerando la cota del terreno, orientación y distancia de la cuenca al mar (Kravchenko et al., 1996; Goovearts, 1999; Marquinez et al., 2003). Los datos disponibles por teledetección (satélites o radares) permiten la elaboración de mapas de precipitación y temperaturas en una determinada región con buena resolución (Krajewski & Smith, 2002; Schmugge e al., 2002). Aunque no esté disponible en el momento, se plantea la posibilidad de incorporar en el futuro estas técnicas y habilitar la entrada de datos obtenidos por teledetección en el módulo de climatología de GIS- BALAN. d) Definición de las Subcuencas Este módulo permite crear, borrar y seleccionar subcuencas en función de la disponibilidad de datos y estaciones de aforos y las necesidades del usuario. La creación automática de las subcuencas básicas no tiene en cuenta la ubicación de estaciones de aforos y puede no dar respuesta a las necesidades del usuario por la extensión del área de análisis. Hay una restricción de GIS-BALAN para el tamaño de la cuenca debido al hecho de que el balance se calcula de forma diaria. Para reducir los errores en el transito superficial, es recomendable que el tiempo de concentración de cada subcuenca no sea mayor de un día. De esta forma, se calcula el mapa del tiempo de concentración en esta etapa. Este mapa se obtiene a partir de dos componentes, el mapa del tiempo de escorrentía difusa sobre la superficie ( overland flow ) y el mapa del tiempo de escorrentía en canales ( channel flow ). El mapa de isocronas de la escorrentía superficial difusa (Figura 28) se calcula mediante el método de la onda cinemática (Chow, 1988). Este método depende de un caudal de referencia, de la pendiente y del coeficiente de Manning. GIS-BALAN considera una precipitación de referencia de 90 mm, calcula las pendientes y obtiene el coeficiente de Manning del mapa de usos del suelo y de la tabla de parámetros de la base de datos principal de cada celda del MDT. GIS-BALAN calcula el mapa del tiempo de escorrentía canalizada (Figura 28) a partir de la ecuación de la continuidad y la de Manning. La precipitación de referencia así como el cálculo de la pendiente y del coeficiente de Manning son similares a los utilizados para la escorrentía difusa. Se supone cauce de sección trapezoidal con una sección variable según el caudal circulante (Samper et al., 2007a).

54 52 (a) (b) (c) (d) Figura 28 - Mapas de: a) tiempo de escorrentía difusa, b) tiempo de escorrentía canalizada, c) tiempo de concentración y d) la cuenca seleccionada. El mapa de tiempo de concentración se obtiene de la acumulación inversa de la suma de los tiempos de escorrentía difusa y canalizada. GIS-BALAN identifica las subcuencas que tienen un tiempo de concentración mayor de 24 horas indicándole al usuario que debe subdividirlas en cuencas menores. e) Zonas Homogéneas Este módulo del preprocesador permite el paso de un modelo agregado (el tradicionalmente considerado en BALAN) a un modelo distribuido (GIS-BALAN). En este módulo el procesador obtiene los datos necesarios del SIG para efectuar el balance. Las zonas homogéneas son domínios en los que los atributos espaciales geográficos e hidrológicos (topografía, uso y tipo del suelo así como los datos climatológicos) son homogéneos (Figura 29). La definición de zonas homogéneas se realiza a partir de los mapas de uso y tipo del

55 53 suelo, geología, pendientes medias, altitud media, isoyetas, isotermas así como cualquier capa definida por el usuario. Figura 29 - Mapas empleados para la definición de zonas homogéneas. La evaluación de las componentes hidrológicas por zonas homogéneas simplifica el problema y es una alternativa para reducir el coste computacional y de almacenamiento de datos en comparación con el balance por celdas. Por otro lado, salvo la topografía, los demás datos usualmente están en formato vectorial, en áreas mucho mayores que una celda del MDT. Es decir, actualmente no hay resolución espacial e información de los datos a escala de celda. El número de zonas homogéneas en cada subcuenca y, consecuentemente, en la cuenca depende del grado de discretización de los atributos y de la precisión deseada. Cada zona homogénea tiene su propia tabla con los parámetros morfológicos, el tipo y uso del suelo, geología, datos de climatología, y los mapas de parámetros introducidos por el usuario. Estas tablas están vinculadas a las subcuencas correspondientes y se almacenan en la base de datos principal, a la que accede el procesador.

56 Desarrollo del Procesador El balance hidrológico se realiza en el procesador de GIS-BALAN. Los datos obtenidos por el preprocesador en la plataforma SIG son utilizados por el procesador en la evaluación de las componentes hidrológicas en cada zona homogénea. El balance se calcula en cada subcuenca de acuerdo con el esquema de la Figura 30 (Samper et al., 2007a). Figura 30 - Esquema de las componentes por zona homogénea y balance por subcuenca. Se han realizado modificaciones y mejoras en el modelo conceptual del código BALAN para hacer la modelización distribuida. Ha sido necesario conectar las zonas homogéneas y las subcuencas así como definir un modelo de tránsito superficial. La calibración de los parámetros en un modelo distribuido es más compleja que la de un modelo agregado ya que aumenta considerablemente el número de parámetros. Se está desarrollando una nueva herramienta de calibración automática y de análisis de sensibilidad para GIS-BALAN (D. Álvares, Tesis doctoral en elaboración).

57 55 f) Climatología El módulo de climatología del procesador interpola los datos de las estaciones y calcula la serie de datos climatológicos para cada zona homogénea. Los métodos de interpolación disponibles son el lineal y el inverso de la distancia al cuadrado. Se están desarrollando otros métodos como el inverso de la distancia con el peso definido por el usuario y pudiendo considerar la cota del terreno. También se tiene previsto implementar otros métodos clásicos de interpolación como el de los polígonos de Thiessen y métodos avanzados empleando técnicas geostadísticas. g) Generador de Series Sintéticas La resolución espacial de los MCG es baja y sus resultados son mensuales. Para la realización de modelos de balance de los recursos hídricos se requiere disponer de datos diarios con una mejor resolución espacial. Para ello, se ha desarrollado el código GENBALAN (Figura 31) para el escalado estadístico de los resultados del modelo CGCM3 y el módulo de generación de series sintéticas climatológicas a partir de datos mensuales. Dado a la naturaleza modular de GIS- BALAN, se le puede acoplar el código GENBALAN como un módulo específico para cálculos de cambio climático que se describe en el Apéndice III. Figura 31 - Pantalla principal de GENBALAN. Los valores mensuales medidos de cada variable climatológica para cada una de las subcuencas seleccionadas de la cuenca del Ebro se han comparado con los valores mensuales

58 56 calculados por CGCM3 para el período de calibración, comprendido entre 1970 y A partir de la correlación de las series mensuales ordenadas (qq-plot) se han obtenido las funciones de regresión (Figura 32) para cada variable, cada mes y cada subcuenca. Estas funciones se aplican posteriormente a los resultados de las proyecciones del CGCM3 para el período de simulación, comprendido entre 2070 y QQ-Plot Precipitación (mm/d) - Octubre Alcanadre ZH y = x x x R 2 = y = x R 2 = CGCM3 ( ) QQ-Plot Temperatura (ºC) - Octubre (a) Alcanadre ZH y = x x x R 2 = y = x R 2 = CGCM3 ( ) Figura 32 - Grafico de regresión lineal (en rojo) y polinómica (verde) de a) precipitación y b) temperatura del mes de octubre para una de las subcuencas de la cuenca del Alcanadre. (b) Una vez ajustadas las proyecciones a escala local, los valores mensuales de temperatura y precipitación se desagregan a escala diaria mediante el generador de series sintéticas. GIS- BALAN puede calcular las series sintéticas de lluvia utilizando dos formulaciones alternativas, el

59 57 método basado en la distribución de las precipitaciones empleando la ecuación Pearson tipo III. La distribución de Pearson conduce a la siguiente ecuación (Samper et al., 2007b): 3 2s g g P = μ + x g 6 6 (Ec. 01) donde P es la precipitación en mm, μ es la media en mm, s es la desviación típica en mm, g es el coeficiente de asimetría en mm y x es una variable aleatoria. Para el cálculo de la serie sintética de temperatura se emplean variables aleatorias normales ya que se supone que la temperatura tiene una distribución normal. Sea PLL la probabilidad de lluvia en un día determinado, dado que ha llovido también en el día anterior. Sea PLS la probabilidad de que llueva un determinado día, dado que el día anterior no llovió. Estas probabilidades se calculan a partir de las siguientes ecuaciones: PLL = NLL NSL + NLL (Ec. 02) PLS = NSL NLS + NSS (Ec. 03) donde NLL es el número de días de lluvia que siguen a otro día lluvioso, NSL es el numero de días de lluvia que siguen a un día seco, NLS es el numero de días secos que siguen a un día de lluvia y NSS es el numero de días secos que siguen a otro día seco (Richardson, 1981; Richardson & Wright, 1984). El generador simula series sintéticas de precipitación y de temperaturas para el período seleccionado en función del método elegido por el usuario. El generador de series sintéticas se puede utilizar para desagregar los datos mensuales obtenidos de los modelos de circulación global para estudios de cambio climáticos o de datos mensuales obtenidos de teledetección o de resultados de interpolación a través de técnicas geostadísticas Desarrollo del Postprocesador El postprocesador se ha desarrollado dentro de la plataforma SIG para proporcionar un entorno amigable y flexible y permitir la visualización espacial de los resultados del balance hidrológico por cuencas y subcuencas.

60 CUENCA HIDROGRÁFICA DEL EBRO La cuenca del Ebro está ubicada en el noreste de España (Figura 33). Es la mayor de España, con una superficie de km 2. Presenta una gran heterogeneidad en su geología, topografía y climatología. La precipitación media anual varía entre 2100 mm en los Pirineos y 350 mm en las zonas áridas. La altitud varía entre cero en la costa mediterránea y el punto más alto situado a 3372 m. Figura 33 - Localización de la cuenca del Ebro CUENCAS SELECCIONADAS Se han seleccionado 18 cuencas para las que se ha dispuesto de datos de aforos facilitados por la CHE. Se ha empleado GIS-BALAN para la delimitación de estas cuencas (Figura 34). La Tabla 1 muestra la lista de las cuencas seleccionadas.

61 59 Figura 34 - Mapa con las cuencas consideradas en este estudio.

62 Características Topográficas La topografía es muy variable de una a otras cuencas. La altitud mínima registrada es 215 m en la cuenca del Algas mientras que la máxima registrada fue 3372 m en la cuenca del río Esera. Las áreas varían entre 337 y km 2 con un valor medio de 1207 km 2. La Tabla 1 presenta un resumen de las principales características topográficas (área, altitud y pendiente media) para cada una de las cuencas seleccionadas. Tabla 1. Resumen de las características de las cuencas seleccionadas. Nombre Área (km2) Altitud (m) Min. Max. Media Pendiente Media (%) ALCANADRE ALGAS ARA ARAGÓN ARGA CINCA EGA ESERA GALLEGO GUADALOPE IRATI JALON LUMBRERAS MESA PALLARESA RIBAGORZANA SEGRE TIRÓN A partir del análisis del modelo digital del terreno, se han calculado con GIS-BALAN los mapas de direcciones de drenaje, acumulación de flujo y las cuencas vertientes a las estaciones de aforos seleccionadas (Figura 35).

63 61 (a) (b) (c) Figura 35 - Análisis del terreno de a) direcciones de flujo, b) acumulación de flujo y c) cuencas vertientes.

64 Datos Hidroclimatológicos Se ha dispuesto de datos de 3685 estaciones climatológicas con datos de precipitación y temperaturas máximas y mínimas diarias. Las series disponibles tienen períodos de registros variables. La Figura 36 muestra la ubicación espacial de las estaciones seleccionadas para precipitación (1774 estaciones) y temperatura (696 estaciones). Las estaciones se han seleccionado con el criterio de que las series tuviesen al menos 15 años de datos de precipitación o 10 años de datos de temperatura. Figura 36 - Mapa de las estaciones pluviométricas con datos disponibles para el balance.

65 63 Figura 37 - Mapa de las estaciones de temperatura con datos disponibles para el balance. (b) Las precipitaciones medias anuales varían entre 250 a 2200 mm con claras tendencias de norte a sur y de oeste a este (Figura 37). Las temperaturas mínimas medias anuales varían entre 0 y 12 º C y las temperaturas máximas medias anuales lo hacen entre 7 y 25 º C. La zona de los Pirineos registra las menores temperaturas medias anuales mientras que el interior árido registra las mayores medias anuales. Los datos de las estaciones seleccionadas han sido interpolados con GIS-BALAN empleando el método del inverso de la distancia al cuadrado (Figuras 38, 39 y 40).

66 64 Figura 38 - Mapa de isoyetas (arriba) y diagrama tridimensional (abajo).

67 65 Figura 39 - Mapa de temperaturas mínimas (arriba) y un diagrama tridimensional (abajo).

68 66 Figura 40 - Mapa de temperaturas máximas (arriba) y un diagrama tridimensional (abajo).

69 Usos y tipos de suelos La Confederación Hidrográfica del Ebro tiene disponible al público datos del uso y tipo del suelo. Se han empleado estos datos para estimar los valores iniciales de los parámetros correspondientes del balance (Figuras 41 a 44 y Tablas 2 y 3). Figura 41 - Usos del suelo de la cuenca del Ebro.

70 68 Tabla 2. Áreas relativas del uso del suelo en las cuencas seleccionadas. Uso de Suelo Área (%) Bosques Lagos interiores 0.03 Regadíos 1.18 Roquedo 5.52 S_artificiales 0.22 Sin clasificación Figura 42 - Uso del suelo de las cuencas seleccionadas

71 69 Figura 43 - Mapa de tipos de suelo.

72 70 Tabla 3. Áreas relativas del tipo del suelo de las cuencas seleccionadas. Tipo de Suelo Área (%) Demás tipos de suelo Calizas Areniscas y lutitas Cuarcitas y pizarras 7.86 Arcillas 6.46 Conglomerados 6.07 Areniscas 4.80 Margas 4.65 Cantos; arenas; limos y arcillas 4.42 Gravas con matriz arenoarcillosa 4.23 Calizas laminadas de Chourique 4.11 Rocas intrusivas 2.94 Margas y calizas y areniscas 1.39 Pizarras ampelíticas 1.29 Figura 44 - Tipos de suelos en las cuencas seleccionadas.

73 EFECTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO EN LAS CONDICIONES HIDROMETEOROLÓGICAS El procedimiento adoptado para evaluar el impacto del cambio climático en los recursos hídricos se ha dividido en dos etapas: calibración y simulación. Primero se han cuantificado los componentes hidrológicos actuales en el periodo de calibración y luego se han realizando cálculos basados en los escenarios del MCG para el periodo de simulación. La calibración se ha realizado utilizando los datos proporcionados por la Confederación Hidrográfica del Ebro. Los parámetros de GIS-BALAN se han calibrado utilizando las series de caudales y niveles piezométricos medidos en las estaciones de aforo y piezómetros. El período de calibración coincide en la mayoría de los casos con el período comprendido entre 1970 y Se han definido tres periodos de simulación: el período comprendido entre 2010 y 2040, la treintena y finalmente el período comprendido entre Las simulaciones se han realizado utilizando los resultados de las simulaciones del modelo CGCM3 para los escenarios A1B, A2 y B1 definidos por el IPCC y también el escenario Commit definido por la CCCma. La reducción de escala de estos resultados para cada una de las subcuencas seleccionadas se ha hecho con el método estadístico. Los valores mensuales se han desagregado a escala diaria mediante el generador de series sintéticas. Los resultados del modelo CGCM3 indican un calentamiento medio global de 1.5 a 4.5º C para dos escenarios del IPCC considerados (A1B, A2 y B1) y un calentamiento de 0.5º C para el escenario Commit definido por el propio CCCma. La Figura 46 muestra los cambios para los escenarios A1B y B1. Para el caso de la cuenca del Ebro, los resultados de las proyecciones se obtuvieron en el centro de distribución de datos del IPCC (IPCC Distribution Data Centre). El cambio medio anual de la temperatura entre las celdas seleccionadas para los distintos escenarios es un incremento de 1.1º C para el período , de 1.9º C para el período y de 2.6º C para el período Considerando solamente los escenarios del IPCC se obtiene un aumento medio de las temperaturas de 3.2º C para el período

74 72 (a) Figura 45 - Cambios proyectados en la temperatura media entre el periodo relativo al período para a) el escenario A1B y b) el escenario B1 (CCCma, 2006). (b)

75 73 Figura 46 - Mapa con las celdas seleccionadas del modelo de circulación general CGCM3.

76 74 En la Figura 47 se muestran los cambios en temperaturas proyectados para el promedio de las tres celdas. Se trata de un promedio de los resultados en cada celda para cada escenario y, también, un promedio de los resultados correspondientes a cada periodo de simulación. La franja en color gris corresponde a todos los valores obtenidos, incluyendo mínimos y máximos, del modelo CGCM3. Los detalles de las proyecciones para cada celda y cada período se muestra en la Tabla 4. Resumen de las proyecciones - Temperatura Temperatura (ºC) Promedio Calibración Celda01 Celda02 Celda03 Figura 47 - Resumen de los resultados del CGCM3 con el promedio de las tres celdas seleccionadas. Se muestra el promedio anual de cambio en temperatura correspondiente a cada periodo de simulación y a cada celda. Escenario Tabla 4. Resultados del cambio proyectado en temperatura para cada celda seleccionada. Celda 01 Celda 02 Celda 03 Promedio (30 años) Promedio (30 años) Promedio (30 años) Promedio (3 celdas) Calibración A1B A B Commit Promedio

77 75 A diferencia de la Figura 47 que muestra el valor medio en las tres celdas, en la Figura 48 se muestran los cambios proyectados en cada una de las celdas para los valores medios en cada periodo de simulación Cambios proyectados en temperatura - Celda 01 Temperatura (ºC) Cambios proyectados en temperatura - Celda Temperatura (ºC) Cambios proyectados en temperatura - Celda Temperatura (ºC) Figura 48 - Promedio de los resultados relativos a cada escenario y a cada periodo de simulación de las Celdas 1, 2 y 3.

78 76 Se ha calculado también el resumen de los resultados mensuales de los cambios proyectados en temperaturas. La Figura 49 muestra los cambios para cada periodo de simulación. Se trata de un promedio de los resultados en cada celda para cada escenario. La franja en color gris corresponde a todos los valores obtenidos, incluyendo mínimos y máximos, del modelo CGCM Cambios proyectados en temperatura: Temperatura (ºC) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 25.0 Calibración Promedio Celda 01 Celda 02 Celda 03 Cambios proyectados en temperatura: (a) Temperatura (ºC) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 28.0 Calibración Promedio Celda 01 Celda 02 Celda 03 Cambios proyectados en temperatura: (b) Temperatura (ºC) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Calibración Promedio Celda 01 Celda 02 Celda 03 Figura 49 - Resumen de los resultados del CGCM3 con el promedio de las tres celdas seleccionadas. Se muestra el promedio mensual de cambio en temperatura correspondiente a los periodos de simulación a) , b) y c) (c)

79 77 Los cambios proyectados para la precipitación media anual no son tan homogéneos como los de las temperaturas. Las predicciones de las precipitaciones de los diferentes modelos muestran discrepancias espaciales y temporales. La reducción media anual de precipitación para los distintos escenarios es de 28.6 mm para el período , 47.9 mm para el período y 51.1 mm para el período Considerando solamente los escenarios del IPCC se obtiene una reducción media de las precipitaciones de 63.5 mm para el período La Celda 3 que contiene la región de los Pirineos (que tiene la mayor precipitación media) tiene las mayores reducciones proyectadas con media de 83 mm para el período con una máxima reducción prevista de mm (el equivalente al 15% del total) para el escenario A2 (Tabla 5). La Figura 50 muestra el resumen de los cambios en precipitación proyectados para las tres celdas. Se trata de un promedio de los resultados de las tres celdas para cada escenario y, también, un promedio de los resultados correspondientes a cada periodo de simulación. La franja en color gris corresponde a todos los valores obtenidos, incluyendo mínimos y máximos, del modelo CGCM3. En la Figura 51 se muestra los cambios proyectados de precipitación para cada escenario de cada una de las celdas. Se trata de un promedio de los resultados correspondientes a cada periodo de simulación. 770 Resumen de las proyecciones - Precipitación Precipitación (mm/d) Promedio Calibración Celda01 Celda02 Celda03 Figura 50 - Resumen de los resultados del CGCM3 con el promedio de las tres celdas seleccionadas. Se muestra el promedio anual de cambio en precipitación correspondiente a cada periodo de simulación y a cada celda.

80 78 Tabla 5. Resultados del cambio proyectado en precipitación para cada celda seleccionada. Escenario Celda 01 Celda 02 Celda 03 Promedio (30 años) Promedio (30 años) Promedio (30 años) Promedio (3 celdas) Calibración A1B A B Commit Promedio Cambios proyectados en precipitación - Celda Precipitación (mm) Cambios proyectados en precipitación - Celda Precipitación (mm) Cambios proyectados en precipitación - Celda Precipitación (mm) Figura 51 - Promedio de los resultados de precipitación para cada escenario y cada periodo de simulación en las Celdas 1, 2 y 3.

81 Cambios proyectados en precipitación: Precipitación (mm) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Calibración Promedio Celda 01 Celda 02 Celda 03 Cambios proyectados en precipitación: Precipitación (mm) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Calibración Promedio Celda 01 Celda 02 Celda 03 Cambios proyectados en precipitación: Precipitación (mm) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Calibración Promedio Celda 01 Celda 02 Celda 03 Figura 52 - Resumen de los resultados del CGCM3 con el promedio de las tres celdas seleccionadas. Se muestra el promedio mensual de cambio en temperatura correspondiente a los periodos de simulación a) , b) y c) El Apéndice II, al final del presente del informe, contiene los resultados de los cambios anuales y mensuales proyectados para la temperatura y la precipitación para los períodos de , de y de para las tres celdas seleccionadas y para los cuatro escenarios elegidos.

82 CALIBRACIÓN DE PARÁMETROS DE GIS-BALAN En la fase inicial de la etapa de calibración se realizó el balance para las cuencas seleccionadas considerando una sola subcuenca. El ajuste de los resultados del modelo a las aportaciones medias anuales y mensuales medidas no fue satisfactorio (ver Figura 53) debido a la fuerte variabilidad espacial de la topografía y la heterogeneidad espacial de la climatología en la mayoría de las cuencas. Por este motivo, se dividieron las cuencas en varias subcuencas teniendo en cuenta la topografía y la variabilidad climatológica, especialmente de la precipitación. (a) Figura 53 - Ajuste entre valores calculados y medidos de aportaciones anuales (a) y mensuales (b); para la cuenca del río Alcanadre considerando una sola subcuenca. (b) La calibración de los parámetros del modelo en el período de calibración se realizó siguiendo los siguientes pasos:

83 81 1) Asignación de valores por defecto a los parámetros del suelo y zona no saturada a partir de los datos de tipos y usos del suelo. Los parámetros más relevantes en esta fase son la reserva útil de agua (espesor del suelo por la diferencia entre capacidad de campo y punto de marchitez), el número de curva y la porosidad del suelo; 2) Asignación de valores por defecto a los parámetros del acuífero a partir de los datos de geología de la cuenca; 3) Primer contraste del valor calculado de la aportación específica media anual con el valor deducido a partir de los datos de aforo. Generalmente se obtiene un buen ajuste variando el espesor del suelo; 4) Ajuste de las aportaciones mensuales variando los parámetros del suelo y los coeficientes CRPG que determinan la ETR a partir de la ETP; 5) Una vez ajustadas las aportaciones anuales y mensuales, se procede a ajustar en la medida del posible los caudales diarios. En esta fase de la calibración se realizan pasadas de sensibilidad de los principales parámetros de Visual Balan; 6) A partir de la experiencia adquirida en la aplicación de Visual Balan en diversas cuencas se han seguido las siguientes pautas: a. Estimación del valor óptimo del numero de curva a partir del ajuste de los caudales máximos diarios; b. Estimación de los coeficientes de agotamiento del flujo hipodérmico, α h, y flujo subterráneo, α s, a partir de gráficos semilogarítimos (log Q y t) de hidrogramas de caudales medidos seleccionados, teniendo en cuenta que α h > α s. c. Estimación de los valores óptimos de los parámetros del acuífero a partir del ajuste de los valores medidos de los niveles piezométricos. A continuación se presentan los resultados de la calibración para cada una de las cuencas seleccionadas.

84 ALCANADRE Los resultados finales para el período del balance se muestran en la Figura 54. Considerando la gran variabilidad espacial de los datos y parámetros, el ajuste obtenido del balance calculado para aportaciones anuales y mensuales es aceptablemente bueno (Figuras 55 y 56). Aunque los caudales diarios calculados son más difíciles de ajustar, los resultados obtenidos son buenos (Figura 56). El ajuste de los niveles piezométricos es también bueno. Figura 54 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico. Figura 55 - Comparación de aportaciones anuales medidas y calculadas en hm 3.

85 83 Figura 56 - Comparación de aportaciones mensuales en hm 3 (arriba) y caudales diarios en m 3 /s (abajo) medidos y calculados ALGAS Los resultados del balance en la cuenca del Algas se muestran en la Figura 57. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales es bueno aunque existen discrepancias en algunas secuencias de años al comienzo y al final del periodo de calibración (Figura 58).

86 84 Figura 57 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico. Figura 58 - Comparación de aportaciones anuales (arriba) y mensuales (abajo) medidas y calculadas en hm 3.

87 7.3 - ARAGÓN 85 Los resultados del balance en la cuenca del Aragón se muestran en la Figura 59. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales es razonable aunque existen discrepancias en los años iniciales del periodo de calibración (Figura 60). Figura 59 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico. Figura 60 - Comparación de aportaciones anuales (arriba) y mensuales (abajo) medidas y calculadas en hm 3.

88 7.4 - EGA 86 Los resultados del balance en la cuenca del Ega se muestran en la Figura 61. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es bastante bueno (Figura 62). Figura 61 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

89 87 Figura 62 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

90 7.5 - ESERA 88 Los resultados del balance en la cuenca del Esera se muestran en la Figura 63. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es bastante bueno (Figura 64). Figura 63 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

91 89 Figura 64 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

92 GÁLLEGO Los resultados del balance en la cuenca del Gállego se muestran en la Figura 65. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es bueno (Figura 66). Figura 65 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

93 91 Figura 66 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

94 GUADALOPE Los resultados del balance en la cuenca del Guadalope se muestran en la Figura 67. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es aceptablemente bueno (Figura 68). Figura 67 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

95 93 Figura 68 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

96 7.8 - IRATI 94 Los resultados del balance en la cuenca del Irati se muestran en la Figura 69. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es muy bueno (Figura 70). Figura 69 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

97 95 Figura 70 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

98 7.9 - JALON 96 Los resultados del balance en la cuenca del Jalón se muestran en la Figura 71. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es aceptable, aunque existen ciertas discrepancias (Figura 72). Figura 71 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

99 97 Figura 72 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

100 LUMBRERAS Los resultados del balance en la cuenca del Lumbreras se muestran en la Figura 73. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es bueno (Figura 74). Figura 73 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

101 99 Figura 74 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

102 MESA Los resultados del balance en la cuenca del Mesa se muestran en la Figura 75. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es muy bueno (Figura 76). Figura 75 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

103 101 Figura 76 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

104 PALLARESA Los resultados del balance en la cuenca del Pallaresa se muestran en la Figura 77. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es bueno aunque existen discrepancias en algunas secuencias de años (Figura 78). Figura 77 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

105 103 Figura 78 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

106 RIBAGORZANA Los resultados del balance en la cuenca del Ribagorzana se muestran en la Figura 79. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es muy bueno (Figura 80). Figura 79 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

107 105 Figura 80 - Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

108 SEGRE 106 Los resultados del balance en la cuenca del Segre se muestran en la Figura 81. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es muy bueno (Figura 82). Figura 81 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

109 107 Figura Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.

110 TIRÓN 108 Los resultados del balance en la cuenca del Tirón se muestran en la Figura 83. El ajuste de las aportaciones anuales y mensuales así como el de los caudales diarios es muy bueno (Figura 84). Figura 83 - Valores medios anuales calculados de las componentes del balance hidrológico.

111 109 Figura Comparación de las aportaciones anuales (arriba) y mensuales (centro) medidas y calculadas. En la figura inferior se muestra la comparación de los caudales diarios medidos y calculados.