Primer Simposio Nacional sobre Cambio Climático: Perspectivas para Venezuela

Transcripción

1 Primer Simposio Nacional sobre Cambio Climático: Perspectivas para Venezuela Estimación del efecto del cambio climático sobre la disponibilidad del recurso hídrico en una cuenca hidrográfica José Rafael Córdova (USB-UCV) Rodolfo Camacho (Abt Associates Inc.) Jacinto Artigas (LNH-UCV) Trabajo realizado como parte del Proyecto USAID AILEG USAID/Colombia Abt Associates

2 Componentes del ciclo hidrológico Modelo SWAT Modelos Lluvia-Escorrentía NWS SIHIM SWAT Stanford IV HSPF WEAP HEC-HMS Etc. Neitsch S., Arnold J., Kiniry J. and J.R. Williams SWAT. Soil and Water Assessment Tool. Theoretical Documentation. Texas Water Resources Institute Technical Report N 406. Texas A&M University. College Station, Texas, USA. pg 2

3 Cambio Climático y Evapotranspiración Potencial Según la referencia Neitsch et al. (2011), a medida que los niveles de dióxido de carbono aumentan, la productividad de algunos grupos de plantas se incrementa y, por lo tanto, los requerimientos de agua disminuyen. En la estimación del efecto del cambio climático, considerar sólo el aumento de la tasa de evapotranspiración potencial, debido al aumento de la temperatura y cambios en otras variables climáticas, pudiese sobrestimar el efecto negativo que tienen estos cambios sobre la producción de escorrentía (recurso hídrico). Revisando las bases teóricas del modelo SWAT Soil and Water Assessment Tool (Neitsch et al., 2011), se concluye que dicho modelo tiene la capacidad de cuantificar los efectos del cambio climático sobre la precipitación, temperatura (máximas y mínimas), radiación solar y humedad relativa, y considerar además el incremento de los niveles de CO 2, a los fines de poder evaluar la afectación de los recursos hídricos que se generan en una cuenca. Según la referencia Arnold et al. (1998), el modelo toma en consideración el efecto que tiene el cambio en los niveles de CO 2 sobre el crecimiento de las plantas, la producción de biomasa y la tasa de evapotranspiración. Para la estimación de la tasa de evapotranspiración potencial de utiliza una versión modificada de la ecuación de Penman-Monteith; que toma en consideración el impacto del pg 3 aumento de los niveles de CO 2.

4 Evapotranspiración Potencial Modelo SWAT Ecuación de Penman Monteith (e Δ R n G + ρ a c s e a ) p r λet = a Δ + γ(1 + r s r ) a ET : Tasa de evapotranspiración potencial. R n : Radiación neta. G : Flujo de calor hacia el suelo. λ : Calor latente de vaporización. γ : Constante Psicrométrica. ρ a : Densidad del aire. c p : Calor específico. e s : Presión de vapor de saturación a una temperatura T. Δ : Pendiente de la curva de la presión de vapor de saturación. e a : Presión de vapor real. r a : Resistencia aerodinámica. : Resistencia superficial. r s Información básica: Temperatura máxima. Temperatura mínima. Humedad relativa. Radiación solar. Velocidad del viento. Tipo de vegetación. CO 2. pg 4

5 Objetivos El principal objetivo de este trabajo corresponde a una evaluación detallada de la disponibilidad de los recursos hídricos (cuantificación) en una cuenca piloto, que forma parte de la cuenca alta del río Magdalena en Colombia, de importancia nacional por el aprovechamiento del recurso hídrico para la generación hidroeléctrica; analizando la posible afectación de estos recursos hídricos, debido a la ocurrencia del cambio climático, utilizando el modelo SWAT (que trabaja a un intervalo de tiempo diario). Adicionalmente, se aplica un modelo lluvia escorrentía más simple que utiliza un intervalo de tiempo mensual, a los fines de analizar la importancia que tiene, en este caso estudio, la aplicación de modelos que consideren, en forma explícita, el efecto del aumento del CO 2 sobre la tasa de evapotranspiración potencial. pg 5

6 Ubicación de la Cuenca pg 6

7 Subcuencas y estaciones pluviométricas. Cuenca alta del río Magdalena. pg 7

8 Estaciones climatológicas e hidrométricas pg 8

9 Cuenca del Río Suaza Valle del Río Suaza. Fuente: Suaza-Huila.gov.co pg 9

10 Estaciones Pluviométricas e Hidrométricas pg 10

11 Precipitación (mm) Intensidad (mm/h) Precipitación. Tipos de suelos Tipos de vegetación y uso de la tierra Tipos de suelos Tipos de vegetación y uso de la tierra Meses La Jagua San Antonio Acevedo San Adolfo Tiempo (minutos) pg 11

12 Implementación del modelo SWAT pg 12

13 Implementación del modelo SWAT Principales tipos de suelos en la cuenca del río Suaza pg 13

14 Implementación del modelo SWAT pg 14

15 Implementación del modelo SWAT - Ubicación de estaciones pluviométricas y climáticas. Cuenca del río Suaza pg 15

16 Implementación del modelo SWAT pg 16

17 Implementación del modelo SWAT pg 17

18 Implementación del modelo SWAT - Principales tipos de Vegetación y Uso de la Tierra en la cuenca del río Suaza pg 18

19 Caudal (m 3 /s) Caudales medios (m 3 /s) Calibración del modelo SWAT Río Suaza en Puente Garcés. Período Meses ( ) SWAT Historicos Históricos Meses Simulados Estadísticos SWAT Históricos Media (m 3 /s) Valor máximo (m 3 /s) Valor mínimo (m 3 /s) Coeficiente de Correlación con los datos históricos 0.84 pg 19

20 Caudal (m 3 /s) Caudal (m 3 /s) Aplicación del modelo SWAT Río Suaza en confluencia. Período Estadísticos SWAT Meses ( ) SWAT Media (m 3 /s) Valor máximo (m 3 /s) Valor mínimo (m 3 /s) pg 20

21 Escenarios seleccionados por el IDEAM, para el año 2050 A2. Reducción de la precipitación en 5 %, aumento de la temperatura en 3.4 ºC y aumento de la concentración de CO 2 hasta 638 ppm. B2. Reducción de la precipitación en 10 %, aumento de la temperatura en 3.4 ºC y aumento de la concentración de CO 2 hasta 576 ppm. AIB. Reducción de la precipitación en 15 %, aumento de la temperatura en 1.9 ºC y aumento de la concentración de CO 2 hasta 764 ppm. Tendencial. No cambios respecto a la situación actual. Según la referencia Ruiz (2010), aplicando un ensamble multimodelos, para el Departamento del Huila y el período (que incluye en 2050) se obtuvieron los resultados que se listan a continuación: La temperatura media aumentará en 2.6 ºC. La precipitación media bajará en un 13 %. La humedad relativa media bajará en un 2.9 %. Estos resultado caen dentro de los valores estimados para los escenarios que se proponen adoptar. pg 21

22 Evaluación del efecto que tendrían los escenarios de cambio climático usando el modelo SWAT Precipitación. Para esta variable el factor de ajuste tiene un efecto multiplicativo y se expresa en porcentaje. La ecuación que define el cambio es la que se muestra a continuación: Donde, R day representa la lluvia diaria (mm) y adj pcp es el factor de ajuste de la precipitación (%), para la subcuenca en consideración. Por ejemplo, si el factor es igual a 10, la precipitación será incrementada en un 10%; si es igual a -10 la misma disminuirá en un 10%. Temperatura. El factor de ajuste de esta variable tiene un efecto aditivo, que será aplicado a los datos diarios de temperatura máxima y mínima. Las ecuaciones utilizadas son las siguientes: Donde, T mx y T mn, representan los datos diarios de temperatura máxima y mínima, en C, mientras que adj tmp es el factor de ajuste expresado en C, es decir, el efecto e aditivo. pg 22

23 Evaluación del efecto que tendrían los escenarios de cambio climático usando el modelo SWAT CO 2. El programa SWAT adopta, por defecto, una concentración de dióxido de carbono de 330 ppm. Este valor se cambia en forma directa en la tabla de datos que contiene las características de las subcuencas. El cambio en el dióxido de carbono va a impactar el crecimiento de la vegetación. Cuando este valor se incrementa, aumenta la productividad de la planta lo que determina que disminuyan los requerimientos de agua (tasa de evapotranspiración). Para poder evaluar este cambio es necesario que el usuario seleccione el método de Penman-Monteith para la estimación de la ET. En el programa SWAT, este método ha sido modificado para considerar el efecto del CO 2 sobre la tasa de evapotranspiración potencial. pg 23

24 Caudal (m 3 /s) Evaluación del efecto que tendrían los escenarios de cambio climático usando el modelo SWAT Caudales medios en los sitios San Marcos (SM), Puente Garcés (PG) y confluencia con el río Magdalena (Suaza), como una función de los escenarios de cambio climático Original Esc-I Esc-II Esc-III SM PG Suaza Escenarios SM PG Suaza pg 24

25 Caudal (m 3 /s) Caudal (m 3 /s) Comparación SWAT-SIHIM Río Suaza en confluencia. Período Meses ( ) SWAT SIHIM Estadísticos Series de caudales (m 3 /s) SWAT SIHIM Media Valor máximo Valor mínimo Coeficiente de Correl. SWAT-SIHIM SWAT SIHIM pg 25

26 Caudal (m 3 /s) Comparación de los resultados obtenidos con la aplicación de los modelos SIHIM y SWAT Comparación de los resultados obtenidos con la aplicación de los modelos SIHIM y SWAT. Estimación del efecto de los escenarios de cambio climático sobre la cuenca del río Suaza Original Esc-I Esc-II Esc-III Escenarios SIHIM SWAT SIHIM SWAT pg 26

27 Ubicación de la cuenca alta del río Mississippi, hasta Grafton (IL) Area de la Cuenca: ,0 km 2 Número de Subcuencas: 131 Fuente: Climate Change Sensitivity Assessment on Upper Mississippi River Basin Streamflows Using SWAT Manoj Jha, Jeff G. Arnold, Philip W. Gassman, and Roy Gu Working Paper 04-WP 353. January 2004 pg 27

28 Resultados del análisis del efecto del cambio climático sobre el escurrimiento en la Cuenca alta del río Mississippi Escenarios de Cambio Climático (variación mensual entre): Temperatura: 3.6 C 7.8 C; Precipitación: 6%-24%; CO2: Duplicación Línea base Sin aumento del CO 2 Con aumento del CO 2 pg 28

29 Conclusiones Conclusiones: En la aplicación del modelo mensual (SIHIM), como primer paso se evaluó la afectación del proceso de evapotranspiración debido a los cambios en temperatura. Posteriormente, se aplicó el modelo hidrológico variando la precipitación. El resultado refleja que, en general, los escenarios de cambio climático reducirán la disponibilidad de los recursos hídrico en la cuenca del río Suaza en el orden de 10%, 20% y 25 %. Luego se aplicó el modelo diario (SWAT), evaluando los cambios en precipitación, temperatura y CO 2. A diferencia del modelo mensual, el SWAT permite evaluar el efecto que tienen los cambios en temperatura y CO 2, sobre el proceso de evapotranspiración. En general, los resultados reflejan una reducción en la disponibilidad del recurso hídrico, en la cuenca del Valle río del Río Suaza, Suaza. Fuente: en elsuaza-huila.gov.co orden de 10% y 20%. pg 29

30 Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones: Es importante destacar que ambos modelos arrojan resultados muy similares, con excepción del escenario más extremo, donde el modelo mensual resulta en una reducción del orden del 25%, mientras que el modelo diario resulta en 20%. Esta diferencia se debe a que, en el modelo diario (SWAT), se considera el efecto que tiene el aumento del CO 2 sobre la tasa de evapotranspiración. Recomendaciones: La principal recomendación corresponde a la utilización de un modelo no complejo, como el modelo SIHIM, para llevar a cabo el análisis preliminar de los efectos del cambio climático en todas las cuencas que forman parte del Departamento del Huila. Los resultados de este análisis permitirán definir las medidas, tanto de adaptación como de mitigación, que deben ser adoptadas para disminuir el efecto negativo que potencialmente Valle del Río Suaza. Fuente: pueden Suaza-Huila.gov.co tener estos cambios climáticos sobre el recurso hídrico. pg 30

31 Cuenca del Río Suaza MUCHAS GRACIAS Valle del Río Suaza. Fuente: Suaza-Huila.gov.co pg 31