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Proyecto de Adaptación al Impacto del Retroceso
Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales,
(praa)
ESTUDIO SOBRE
CAUDALES ECOLÓGICOS
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad
de agua y evolución de los impactos asociados al
cambio climático en la parte alta de la cuenca del río
Guayllabamba y en las microcuencas Papallacta y
Antisana
Por favor citar este documento como se indica a continuación:
(SGCA, PE) / (BM, US) / (GEF, US) / (MAE/PRAA, EC) / (FONAG, EC). 2011. Sistema de
monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua y evolución de los impactos asociados al
cambio climático en la parte alta de la cuenca del río Guayllabamba y en las microcuencas
Papallacta y Antisana. Estudio sobre Caudales Ecológicos. Quito, EC. 61 p.
Estudio sobre Caudales Ecológicos
NEWVI Integral Solutions Cía. Ltda.
Octubre del 2011
Quito - Ecuador, Octubre 2011
Equipo de Trabajo:
Xavier Yépez, coordinador del equipo / especialista informático.
Ángel Muñoz, asesor en cambio y variabilidad climáticos.
Cecibel Campos, especialista en SIG.
Daniela Rosero, especialista en caudales ecológicos.
Belén Durán, especialista en comunicación.
Xavier Coello, especialista hidrólogo.
Galo Manrique, especialista en riesgos.
Alberto Valle, especialista socioeconómico.
José Carvajal, especialista en suelos.
Fiscalización:
Jacqueline Cisneros, Coordinadora Programa Gestión del Agua – FONAG
Instituciones que contribuyeron:
Ministerio del Ambiente del Ecuador (MAE)/ Proyecto de Adaptación al Impacto del
Retroceso Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales (PRAA) / Proyecto de
Adaptación al Cambio Climático a través de una Efectiva Gobernabilidad del Agua
(PACC)
Fondo para la Protección del Agua (FONAG)
Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS)
Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI)
Empresa Eléctrica Quito (EEQ-SA)
Contenido
Antecedentes ........................................................................................................................ 1
1.-Introducción ................................................................................................................... 2
1.1 Objetivos Específicos ............................................................................................. 6
1.2. Área de Estudio ...................................................................................................... 7
2.- Impactos de las Captaciones ........................................................................................ 8
2.1 Integridad ecológica ..................................................................................................... 9
2.1.1 Antes de las Captaciones ....................................................................................... 10
2.1.2 Después de las Captaciones ................................................................................... 13
2.3. Análisis Comparativo ............................................................................................ 15
2.2. Potencialidad de los Impactos .............................................................................. 19
2.4. Conclusiones y Recomendaciones ....................................................................... 26
3. Definición del modelo de Caudales Ecológicos ........................................................ 28
3.1. Fundamento eco hidráulico ................................................................................... 29
3.2. Fundamento eco hidrológico ................................................................................. 30
3.3 Información base para el modelo ............................................................................... 31
3.3.1 Índice Lótico para la Evaluación del Flujo LIFE ....................................................... 31
3.3.2 Hábitats viables para Invertebrados ........................................................................ 33
4. Cálculo del Caudal Ecológico ................................................................................... 35
4.1. Validación del régimen de caudales ecológicos ........................................................ 40
4.2 Modelo de hábitats viables en la época húmeda ........................................................ 41
4.2.1 Condiciones ecológicas .......................................................................................... 42
4.2.2 Condiciones hidrológicas ........................................................................................ 44
4.3 Modelo de Hábitats Viables e Índice LIFE ................................................................. 47
4.3.1 Hábitats viables en la vertiente del Pacífico ........................................................... 48
4.4 Conclusiones y Recomendaciones ............................................................................ 50
5.- Efecto del cambio climático en el caudal ecológico ..................................................... 52
Conclusiones y Recomendaciones ..................................................................................... 54
Referencias ......................................................................................................................... 55
Listado de imágenes ........................................................................................................... 59
Listado de tablas ................................................................................................................. 60
Anexo 1. Mapa de ubicación de los ecosistemas acuáticos en el área de estudio. ............... 1
Anexo 2................................................................................................................................. 1
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 1
Antecedentes
Las captaciones de agua constituyen una de las infraestructuras de mayor importancia
para el desarrollo de la humanidad. En el Ecuador como en el resto de los Andes, las
principales ciudades se abastecen de agua proveniente de las cabeceras ubicadas en
los Páramos. Así mismo, el desarrollo energético ha enfocado sus esfuerzos en la
hidroelectricidad cuyos sitios de interés se ubican en puntos de altura para su
aprovechamiento por gravedad. En diferentes periodos, los principales ríos de las
unidad hídricas del río Guayllabamba y Papallacta han sido monitoreados por el
FONAG, para conocer el impacto de las captaciones de agua aquí presentes. Este
análisis se complementó en la actualidad, en el marco del convenio MAE/PRAA-
FONAG, con los escenarios de los modelos de cambio climático con la finalidad de
conocer las respuestas de la integridad ecológica frente a los cambios en la
precipitación. Las captaciones en los ríos con buena integridad ecológica parecen
enfrentar de mejor manera el impacto de la captación en el cauce mientras que los ríos
de menor integridad ecológica que se ven más afectados. En la actualidad, no se
puede asegurar el valor sobre o bajo el cual el río pierde su integridad ecológica, lo
que se ha podido observar en este análisis es que con una reducción del 100% del
caudal, todos los sitios después de las captaciones son vulnerables al cambio
climático y esta condición se reduce en la medida en la que aparece la recarga natural.
Como una respuesta a los efectos de las estructuras de captación se proponen los
regímenes de caudales ecológicos. Este concepto ha sido probado como una medida
de mitigación a diferentes escalas. En este análisis, se ha identificado el régimen de
caudales ecológicos que demuestra que los invertebrados acuáticos tienen la
posibilidad de enfrentar una mayor heterogeneidad de hábitats en la medida en que
aumenta el caudal. Los resultados de este estudio constituyen los primeros
acercamientos para la recuperación de ríos del Páramo Andino del Ecuador,
específicamente los que conforman los sistemas de abastecimiento de agua potable.
La información eco hidráulica referente a las preferencias de los invertebrados por las
condiciones físicas de los hábitats es de momento específica del río y puede
extrapolarse a ríos de similares caudales y sustratos. El modelo de simulación del
hábitat consideró las variables físicas del hábitat como las condiciones básicas para
seleccionar hábitats viables ya que otras condiciones ecológicas requieren todavía
más investigación. Los resultados de este modelo deben validarse con información de
otros ríos dentro del rango altitudinal y que compartan similar fauna acuática, bajo la
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 2
metodología de los hábitats viables se puede observar la respuesta de los
invertebrados a los caudales extremos como el estiaje .La información hidrológica en
cuanto a disponibilidad de agua y oferta natural son variables fundamentales a incluir
en este estudio, ya que los hábitats viables podrán existir bajo una cantidad de agua
que debe mantenerse en el ecosistema y que debe tener la variabilidad que las
condiciones naturales ofrecen. La potencial reducción en la disponibilidad del agua
significaría una menor posibilidad de que los hábitats viables se mantengan y
alberguen a las poblaciones bióticas. A su vez, un aumento de las precipitaciones
puede favorecer a la oferta natural y mantener hábitats viables en sitios afectados, sin
embargo, los efectos del cambio del régimen hidrológico no se pueden generalizar y
las respuestas solo pueden extrapolarse a un rango muy limitado. Los escenarios del
cambio climático enfocados en el aspecto de la precipitación sugerirían por lo tanto
que, los ecosistemas podrán mantener hábitats viables en la medida en que lo hagan
sus comunidades bióticas en ecosistemas similares con variaciones comparables.
1.-Introducción
El consenso general mundial ha reconocido que el acceso al agua es la principal
limitación en la creciente demanda humana y su desarrollo (WHO, 2003). Los casos
de desertificación a lo largo del planeta han demostrado que el acceso al agua podría
estar limitado en primera instancia por una alarmante disminución del recurso
disponible (Postel, 2006). El transporte y transferencia de agua diferentes escalas,
entre ríos, cuencas o países, ha buscado cubrir la necesidad en las zonas con déficit
hídrico. El agua que proviene de un lugar, como resultado de los procesos ecológicos
específicos de ese sitio (Allan y Castillo, 2007), posee una cierta calidad yes disponible
en determinada cantidad, directamente relacionada con el buen estado del ecosistema
o el estado de conservación (Postel, 2000).Las alteraciones humanas de las
condiciones naturales de un río son por lo general, causas fundamentales para la
pérdida de la integridad ecológica de todo el ecosistema acuático (Richter et al. 2003).
Los procesos en los ríos sostienen a la vida de humanos y otros seres vivos, a través
de la combinación de cantidades suficientes de agua en óptimas calidades, que
recorren su camino en hábitats fluviales con ecosistemas de riberas en condiciones
saludables (Pardo et al. 2002; Munneet al. 2003). En este estado, los servicios que
proveen los ecosistemas acuáticos pueden verse en conflicto con la demanda por el
agua como recurso, para abastecer servicios de agua potable, hidroelectricidad, riego
y recreación. Este conflicto se traduce en un desequilibrio del balance hídrico natural
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 3
por las extracciones de todos los tipos de usos, que aumentan la probabilidad de
perder la integridad ecológica y con ello las funciones ecosistémicas de los ríos.
Cuando los umbrales de resistencia y resiliencia de los ecosistemas acuáticos son
superados, los impactos ambientales en los ríos pueden ser negativos, no mitigables e
irreversibles (Richter y Thomas 2007). La capacidad de los ecosistemas acuáticos de
auto- mitigar y recuperarse de las alteraciones por actividades humanas, varía de
forma espacial y temporal, por lo que su entendimiento significa valorar los límites de
la integridad ecológica.
Las actividades para el desarrollo, como los extensos complejos de transporte de agua
para la generación de energía eléctrica, riego y agua potable, incluyen la alteración de
muchos procesos en la naturaleza, como el ciclo del agua. La derivación, conducción y
almacenamiento de las corrientes superficiales ola conformación de nuevas áreas de
flujo subterráneo, puede favorecer la inundación, la pérdida de la capacidad de
retención y recarga natural, o simplemente drenar un ecosistema acuático hasta la
desertificación, estos son algunos de los procesos locales que ocurren por efecto
directo o indirecto de la construcción de estas estructuras. A pesar de la extensiva
proliferación de proyectos y obras de captación para diversos usos, poco o nada se
conoce de los efectos puntuales de las estructuras sobre el ecosistema acuático –
terrestre, en países como Ecuador en donde su desarrollo se ha impulsado
sobremanera en la última década. Además, de los efectos sobre los ecosistemas
acuáticos y terrestres, la construcción y operación tradicional de las estructuras de
captación ha venido experimentando una serie de efectos reversos relacionados a la
acumulación de sedimentos, la disminución de los volúmenes de diseño y la pérdida
de la calidad del agua, como parte de la eficiencia y capacidad de las obras de
infraestructura (Rosero, 2005).
En Ecuador como en varios países de América Latina, las fuentes de agua para
abastecimiento humano de las principales ciudades, se ubican en ecosistemas de
altura como los páramos (Buytaertet al., 2007). En el caso de las captaciones de agua,
es común observar derivaciones a nivel de bosque, gracias a la protección de las
zonas altas. Este es el caso de las captaciones de agua que se encuentra en los ríos
Pita y San Pedro, ubicados en la cuenca del río Guayllabamba; en ríos como los
mencionados se pueden encontrar captaciones o derivaciones del caudal a distintas
alturas y pisos bioclimáticos (páramo y bosque montano). La presencia de flujo de
agua a lo largo del año, con distintas temporalidades marcadas es una importante
característica de los ríos del Valle Interandino. La hidrología de los ecosistemas
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 4
acuáticos en todo el Ecuador, está influenciada por una variabilidad climática con
componentes asociables a distintas escalas espacio-temporales (Muñoz, Macías y
García, 2010; Muñoz, 2010), que se determina por una fenomenología regional (Zona
de Convergencia Intertropical, El Niño-Oscilación del Sur, Advección de humedad del
Amazonas) y local, característica del tipo de ecosistema. El funcionamiento de los
ecosistemas acuáticos depende de la variación natural del clima, bajo ciertas
circunstancias de disminución de caudal, que a su vez, pueden aumentar en
frecuencia o intensidad de acuerdo a cómo interactúen las señales de variabilidad y
cambio climático, los organismos que habitan en los ecosistemas acuáticos han
evolucionado y se han adaptado a estas condiciones (Muñoz, 2010; Muñoz, Macías y
García, 2010; Muñoz, Recalde, Cadena et al., 2010).
La capacidad de los ecosistemas acuáticos para resistir y mantenerse frente a los
cambios naturales es una característica que los permite enfrentar alteraciones
antropogénicas; la resiliencia y la resistencia son esta capacidad que se puede evaluar
cuando se aplican diferentes medidas de mitigación ambiental. Los procesos clave de
un ecosistema acuático pueden mantenerlo resiliente a la operación, tanto antes como
después de las estructuras de captación, siempre que estos se consideren en la
mitigación ambiental. El enfoque de mitigación depende del tipo de actividades que se
ejecuten sobre los ríos y la medida en que éstas afecten al funcionamiento de los
mismos (Petts y Bickerton, 1994; Poffet al. 1997). Entre las principales medidas de
mitigación para las estructuras de captación se considera el flujo de agua que restaure
la conexión del ecosistema.
El trabajo de definir la cantidad o flujo de agua que debe haber en un cauce es una
tarea compleja, sin embargo los resultados han sido probados a nivel mundial, y se ha
observado la recuperación y restauración del funcionamiento de los ecosistemas
acuáticos y la reducción de los conflictos entre el abastecimiento y la conservación
(Poffet al. 2003). La creación de herramientas de mitigación que incluyan un nuevo
acercamiento entre: la ecología, la hidrología y la ingeniería de la operación de las
estructuras de captación, podrían ayudar a reducir el impacto de las intervenciones
sobre los ecosistemas acuáticos lo que significa disminuir su pérdida y con ello el agua
que proveen.
En la unidad hídrica del río Guayllabamba y en algunos ríos de la unidad hídrica del río
Papallacta las captaciones de agua extraen la totalidad del caudal del río (entre 95 y
98% del caudal). A pesar de la recarga natural o superficial y del regreso del caudal al
cauce, gracias a las características de la zona que puede almacenar, retener grandes
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 5
cantidades de agua, y liberarlas de manera constante, existen tramos de los
ecosistemas acuáticos que se han visto alterados y se desconoce su estado antes y
después de las captaciones. El caudal ecológico surge como un concepto de la eco
hidrología y la eco hidráulica que busca integrar las relaciones ecológicas del río con
las condiciones hidrológicas (Fashchevsky, 1992). El caudal ecológico es la cantidad,
calidad y régimen de caudales necesarios para sostener los ecosistemas acuáticos y
también los bienes y servicios del ecosistema del cual depende la sociedad humana
(Poffet al., 2010).
La investigación sobre el régimen de caudales ecológicos ha evolucionado con mayor
fuerza en países templados del norte y del sur que en el trópico. Estados Unidos,
España, Nueva Zelanda y Australia se consideran países pioneros en la investigación
e implementación (Dysonet al. 2003; Tharme, 2003). Sin embargo, Sudáfrica fue uno
de los primeros países en incorporar este tema en su legislación y llevarlo a su
aplicación a nivel nacional. En América Latina los esfuerzos para definir y proponer
caudales ecológicos son aislados y se han limitado al nivel normativo, como en el caso
de Brasil (Benettiet al. 2004). La mayoría de intentos realizados para establecer
metodologías de fácil uso que arrojen resultados prácticos, han tenido éxito desde el
punto de vista hidrológico pero han fracasado en el aspecto ecológico y social.
En el Ecuador existen algunos esfuerzos por conservar los ecosistemas acuáticos
luego de las intervenciones por captaciones para diferentes usos. En la cuenca alta del
río Guayllabamba, a partir del año 2005 el Fondo para la Protección del Agua impulsó
la preparación de una metodología basada en las presencia de invertebrados
acuáticos en determinados rangos de velocidad del flujo (Rosero, 2005), para
mantener caudales ecológicos después de las captaciones de San Rafael y Molinuco.
En las captaciones de los ríos del Sistema Papallacta se propuso una metodología
para definir los hábitats viables para invertebrados acuáticos y mantener un régimen
permanente en el río que responda a las condiciones ecológicas e hidrológicas antes
de las captaciones (Rosero et al. 2011).
La principal limitación para determinar y proponer regímenes de caudales ecológicos,
en países como el Ecuador, es la ausencia de información hidrológica. La importancia
de las series hidrológicas históricas diarias es clave para diseñar los regímenes,
mientras que con la información segmentada solo se puede hacer acercamientos
temporales o estacionales (Poffet al., 2010). Para proponer un régimen de caudales
ecológicos es necesario información ecológica que se pueda asociar a la información
hidrológica, esta información también está ausente en muchos casos del Ecuador y
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 6
requiere una importante atención, en miras de implementar el caudal ecológico como
medida de mitigación ambiental y conservación de los ecosistemas acuáticos. Los
esfuerzos por generar metodologías aplicables a diferentes ecosistemas han dejado
de lado la variación hidrológica temporal de los ecosistemas acuáticos, y es aquí
donde las relaciones entre las variables físicas y las comunidades acuáticas
caracterizan por ser complejas y específicas (Peckarskyet al., 2001). Entre más de 200
métodos para definir caudales ecológicos, los métodos holísticos se consideran
incluyentes del tema ecológico y social, sin embargo la gestión de los resultados es un
proceso que se puede llevar a cabo independientemente de las herramientas para su
cálculo, es por esto que los métodos que se enfocan en las respuestas del ecosistema
mediante la simulación de modelos, han sido los más implementados a nivel mundial
(Bovee, 1989; Tharme, 2003).
En este contexto, se propone uno de los primeros análisis comparativos de los efectos
de las captaciones para la estimación del régimen de caudales ecológicos, con la
finalidad de ofrecer una medida de mitigación del impacto ambiental actual y su
potencialidad en diferentes escenarios del cambio climático, estimados para el
Ecuador. Si el impacto actual de las captaciones ha sobrepasado el umbral de
resiliencia de los ecosistemas acuáticos, su capacidad de respuesta será menor frente
al aumento de la variabilidad climática y el cambio climático. Por otro lado, si se
mantienen ciertos aspectos clave del ecosistema acuático, un régimen de caudales
ecológicos puede aumentar la resiliencia para enfrentar los posibles cambios previstos
en los escenarios. Para responder estas incógnitas, se comparará la integridad
ecológica entre los sitios antes y después de las captaciones de los ríos,
posteriormente se identificarán regímenes de caudales ecológicos
(temporales/estacionales) para compararlos con la variabilidad climática natural y el
cambio climático, finalmente se evaluará la capacidad de esta herramienta de
mitigación como una medida de adaptación al cambio climático.
1.1 Objetivos Específicos
1.1.1 Definir la integridad ecológica de los ríos y evaluar el impacto
actual de las captaciones, y la potencialidad de este impacto
frente a cambios asociados a la variabilidad climática y al cambio
climático.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 7
1.1.2 Definir un modelo para conocer el régimen de caudales
ecológicos con la retroalimentación de la información hidrológica
que se genere a futuro.
1.1.3 Definir un régimen de caudales ecológicos para mantener los
hábitats viables en los ríos y evaluar su efecto como medida de
adaptación frente a la variabilidad climática y al cambio climático.
1.2. Área de Estudio
El área de estudio se ubica en las unidad hídricas del río Guayllabamba y del río
Papallacta, en los principales cauces: ríos Nieves Toma, San Pedro, Pita, Tuminguina,
Tambo y Papallacta. Los ríos analizados para evaluar el impacto de las captaciones
fueron los ríos San Pedro, Pita y Tuminguina, y la propuesta del régimen de caudales
ecológicos se realizó para los ríos Papallacta, El Tambo y Nieves Toma. Los sitios de
interés para la investigación forman parte de los sistemas de agua potable que
abastecen al Distrito Metropolitano de Quito y de las centrales hidroeléctricas de la
Empresa Eléctrica Quito.
Las captaciones de agua potable se ubican en el los ríos Pita y Tuminguina en una
altitud media de ≈3200 msnm, en donde la vegetación dominante son arbustos y
pasto. La captación en el río Tuminguina abastecía al Sistema de Papallacta, que se
encuentra en el área de influencia de la Reserva Ecológica Antisana, sin embargo el
flujo de este río dejo de ingresar al sistema debido a su alta carga de arsénico natural
(observación personal). La captación de agua potable en el río Pita se ubica en el
sector del Pedregal en la zona de influencia del Parque Nacional Cotopaxi y abastece
al Sistema Pita – Tambo.
Las captaciones para generación hidroeléctrica se ubican en los ríos Pita y San Pedro
en un rango altitudinal de ≈2800 msnm, estos sitos presentan vegetación compuesta
por arboles exóticos y nativos, matorrales y especies rastreras, y se ubican dentro de
haciendas privadas. La captación del río San Pedro se conoce como la Bocatoma de
San Rafael y abastece al Reservorio de Guangopolo que alimenta las Centrales en
cascada de Guangopolo - Cumbaya - Nayón. El río San Pedro constituye el límite
cantonal entre Quito y Rumiñahui y los sitios de estudio se ubican en: antes de la
captación a 1300 m, en la zona de Fajardo; y después de la captación en la zona de
La Armenia. La captación del río Pita se conoce como la captación de Molinuco que
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 8
abastece a la Central Hidroeléctrica Los Chillos, los sitios se ubican antes de la
captación a 200 m del dique y después de la captación a 13 m del dique.
El río Papallacta constituye el principal afluente de la unidad hídrica del mismo nombre
y es captado en dos ocasiones, una para proveer el servicio de hidroelectricidad y
posteriormente para dotar agua potable. El río es captado en la zona de ingreso al
Parque Nacional Cayambe – Coca por parte de la Empresa HCJB, posteriormente
luego de ser turbinado, el caudal regresa a su cauce y aquí se encuentra la captación
de agua de los reservorios del sistema del mismo nombre.
Los ríos Tambo y Nieves Toma analizados como sitios control para la definición de
regímenes de caudales ecológicos se ubican, el primero en la Reserva Ecológica
Antisana mientras que el segundo en la zona de influencia de la Reserva Ecológica
Los Illinizas, estos ríos no han sido intervenidos por captaciones, sin embargo se
conoce de la presencia de ganado en las cuencas (observación personal).
Las condiciones climáticas de las unidad hídricas son muy particulares y las
condiciones de uso de suelo son especialmente distintas. Las unidad hídricas
(Papallacta, Chalpi Grande, Quijos, etc.) en la Vertiente Atlántica se ubican en la franja
oriental de la Cordillera de los Andes que recibe toda la humedad y viento de la región
Amazónica; la altitud, la vegetación y la capa orgánica de esta cadena montañosa
favorecen la presencia de un ecosistema que retiene el agua proveniente de la
precipitación (páramo). Estas condiciones favorecen la recarga natural en todos los
niveles, a pesar de estar en zonas de cabecera estos ríos son alimentados por el
escurrimiento superficial y subterráneo, lo que los mantiene como caudalosos. Las
unidad hídricas (Pita, San Pedro, Carihuaycu, etc.) se ubican en la franja occidental de
la cordillera y reciben la humedad, viento y precipitación de la Vertiente Pacífica, sin
embargo, las condiciones difieren en el uso del suelo de estas unidad hídricas y en el
nivel de conservación de los ecosistemas circundantes. Mientras que en la zona
oriental aproximadamente el 80% de micro cuencas están bajo algún nivel de
protección, en la zona occidental solo el 17% de unidad hídricas estudiadas están bajo
protección, Anexo 1.
2.- Impactos de las Captaciones
El análisis de los impactos de las captaciones se puede llevar a cabo con diferentes
metodologías comparativas en el espacio o temporales. Evaluar los sitios se puede
considerar distintos niveles de intervención en uno o varios ríos, esto se puede lograr
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 9
al comparar ríos no intervenidos o control y ríos intervenidos o impactados, en donde
se encuentran los sitios antes y después de las captaciones (Downeset al., 2003). En
el análisis comparativo de la integridad ecológica de los ecosistemas acuáticos en
estudio, la temporalidad es un factor con el que se cuenta y que conocer la variabilidad
natural de las condiciones climáticas. En la zona de estudio, se cuenta con diferentes
períodos de información para los distintos ríos: Pita en Pedregal (2004), Pita en
Molinuco (2004 – 2006, 2011), San Pedro en San Rafael (2004 – 2008, 2011),
Tuminguina (2006 – 2008, 2011), Nieves Toma y Tambo (2011). A pesar de que los
datos corresponden a fechas distintas, este análisis se centra en la capacidad de cada
ecosistema (río o tipo de río) para responder a los efectos de las captaciones y al
cambio climático.
Los elementos del ecosistema que conforman la integridad ecológica son varios y
pueden seleccionarse en función de los intereses o información disponible. En este
caso, se tomó en cuenta factores abióticos y bióticos que se podían comparar entre
ríos y sitios: hidrología, morfología de los cauces, calidad química del agua y la calidad
biótica del agua. El principal factor biótico que se tomó en cuenta para todo el análisis
fue: los invertebrados acuáticos, conocidos por su relativa fácil colección e
identificación y susceptibles a los diferentes impactos ambientales. Estos aspectos de
los ecosistemas acuáticos se integraron a la información sobre variabilidad climática
(Muñoz, Macías y García, 2010; Muñoz, Recalde, Cadena et al., 2010) y resultados del
análisis de escenarios de cambio climático para el Ecuador (Muñoz, 2010), para
obtener la respuesta potencial de la integridad ecológica del sistema.
2.1 Integridad ecológica
El concepto de integridad incluye varios aspectos que permiten el funcionamiento del
ecosistema acuático. En este análisis se consideró aspectos físicos, químicos y
biológicos para seleccionar las variables de un complejo de interacciones ecológicas
que determinan la integridad ecológica (Alan y Castillo, 2007). En los sitios de las
captaciones, la variable directriz y fundamental es el caudal como el aspecto
hidrológico del estado de los procesos en el ecosistema, y a partir de la cual se
desarrollan dichos procesos. En la Imagen 2 se presenta el enfoque de integridad
ecológica a partir de la hidrología (caudal m3.s-1), que define las condiciones físicas del
río, como el tipo de sustrato (arena, limo, gravas, cantos, bloques, roca madre), el nivel
de profundidad (m) y la velocidad de la corriente (m.s-1), estas condiciones y el caudal
a su vez determinan la presencia de elementos como el oxígeno disuelto (mg.l-1), la
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 10
temperatura del agua (°C), los nutrientes (mg.l-1)(fosfatos, nitratos, sulfatos) y
minerales (mg.l-1)(calcio, sílice, hierro y arsénico), y finalmente definen el tipo de
comunidad de invertebrados acuáticos que habitan en estas condiciones. La
comunidad de invertebrados se puede evaluar mediante índices bióticos que
representan el estado general de un sitio; existen índices a nivel mundial que se han
adaptado a las condiciones específicas de una zona bioclimática, como el Índice
Biótico de los Andes (Acosta et al., 2009) (Anexo 2).
2.1.1 Antes de las Captaciones
La evaluación de la integridad ecológica de los ríos captados demuestra que el nivel
de intervención de los ecosistemas terrestres circundantes determina, en gran parte, el
estado del ecosistema acuático. Los ecosistemas acuáticos que están bajo manejo
como conservación y protección (control), presentan mejor integridad ecológica que
los ecosistemas acuáticos intervenidos y bajo ningún manejo ambiental (impactados).
Los sitios de captación de agua potable que se ubican en la parte alta
(páramo/bosque), presentan mejor estado de la integridad ecológica mientras que las
captaciones para hidroelectricidad que se ubican en la parte baja y media
(bosques/pastizales/construcciones) están mayormente afectados.
0
1
2
3
E F M A M J J A S O N D
m3/s
O2Ca
PO4+
Hidrología (Caudal)
Física del Cauce (Sustrato, Profundidad y
Velocidad)
Química del Agua (O2, °T, Nutrientes,
Minerales)
Calidad Biótica(Comunidad de Invertebrados)
Río Papallacta
Imagen 1. Enfoque de integridad ecológica de ríos para sitios de captación de agua.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 11
La integridad ecológica en Pita (Pedregal – Parque Nacional Cotopaxi) y en
Tuminguina (Papallacta – Reserva Ecológica Antisana) es muy buena, en Pita
(Molinuco – Hacienda Santa Rosa) es buena y en San Pedro (Fajardo – zona poblada)
es mala. Estos resultados demuestran que las condiciones del ecosistema terrestre
están asociadas a la calidad biótica del agua y por ello al tipo de uso al que se destina
el agua. El consumo humano requiere condiciones físico – químicas y biológicas de
gran calidad, no así la generación hidroeléctrica en donde éstas no son un factor
determinante para la operación. En general, los sitios de captación para agua potable
presentan una integridad ecológica muy buena y los sitios de captación para
generación hidroeléctrica presentan una integridad ecológica media - mala.
En un análisis de forma independiente de las variables, observamos que el caudal y
las condiciones físicas de los ríos son en óptimas, hasta el sitio de la captación y las
condiciones químicas y biológicas cambian en distintos puntos hasta la captación. El
análisis integral de todas estas variables nos ofreció una idea clara del estado de los
ríos antes de las captaciones y cómo cambian después de las estructuras.
Los ríos Tuminguina en Papallacta y Pita en Pedregal presentan una morfología
estable con sustrato dominado por bloques y cantos, las riberas están compuestas de
vegetación nativa con pajonales y pequeños arbustos; el agua presenta altas
concentraciones de oxígeno disuelto y bajas temperaturas al igual que las
concentraciones de nutrientes y minerales, característico de nacientes de ríos con
origen volcánico. El río Tuminguina presenta elevadas concentraciones de arsénico,
hierro y sílice mientras que el río Pita no. La calidad biótica de estos sitios es buena (>
100 = buena) según el puntaje del Índice Biótico de los Andino. ABI (Acosta et al.,
2009), Tabla 1.
Calidad ABI Significado
Buena >150, 101 – 120* Aguas muy limpias a limpias
Aceptable 61 – 100 Aguas ligeramente contaminadas
Dudosa 36 – 60 Aguas moderadamente contaminadas
Crítica 16 – 35 Aguas muy contaminadas
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 12
Muy crítica <15 Aguas fuertemente contaminadas
Tabla 1. Puntajes y criterios de la clasificación de la calidad biótica del agua en ríos Alto – Andinos
Los ríos Pita en Molinuco y San Pedro en Fajardo presentan una morfología menos
estable con sustratos dominados por cantos, grava y limo; las márgenes y riberas
están intervenidos y se aprecia pasto y árboles de especies exóticas (ciprés y
eucalipto). La calidad del agua, en el caso de Pita en Molinuco, tiene altas
concentraciones de oxígeno disuelto y temperaturas moderadas, pero una importante
presencia de nutrientes como los sulfatos con concentraciones> 190 ppm. La calidad
del agua del río San Pedro tiene bajas concentraciones de oxígeno disuelto y
temperaturas moderadas (16 – 19 °C), así mismo se tiene una fuerte presencia de
nutrientes como nitrógeno amoniacal, sulfatos y fosfatos, Tabla 2. Como resultado de
las condiciones físicas de los cauces y la calidad química del agua, el río Pita en
Molinuco tiene una calidad biótica aceptable (70 – 99 = aceptable) mientras que el río
San Pedro en Fajardo tiene una calidad biótica dudosa (30 – 69 = dudosa).
Pita (Pedregal) Tuminguina Pita (Molinuco)
San Pedro
A D A D A D A D
Caudal máx.
(l/s):
9209
0
6075
-
14177
-
19276
-
Caudal mín.
(l/s):
1137 0 749 - 2332 - 6144 -
Caudal medio
(l/s):
2275 0 2661 2661 4362 0 9790 0
Ancho (m) : 4.3 4.5 5.1 5.4 6.7 2.9 9.3 3.3
Tipo de
sustrato:
Bloque Bloque Bloque Bloque Bloque Cantos Cantos Limo
Profundidad
(m):
0.3 0.05 0.4 0.9 0.43 0.09 0.22 0.07
Velocidad
(m/s):
1.7 0 1.9 1.2 1.5 0 1.3 0
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 13
Oxígeno:
disuelto
(ppm):
8.1 5.3 7.8 7.8 6.5 1.8 4.2 0.8
Temperatura
°C:
8.6 8.8 9.3 9.5 10.2 10.9 11.5 12.2
Nitratos
(ppm):
0.21 0.17 0.59 0.47 0.64 2.33 5.4 7.33
Nitritos (ppm) 0.09 0.05 0.0 0.0 0.05 1.54 0.9 3.2
Sulfatos
(ppm):
4.9 13 15 19 22 198 64 546
Hierro (ppm): 1.36 0.01 0.01 0.01 2.32 1.6 5.4 6.3
Arsénico
(ppm):
0.00 - 0.08 0.09 - - - -
Índice ABI: 108 76 123 125 78 21 55 9
# familias: 19 14 23 24 13 4 8 2
Densidad
(ind/m2):
8900 6558 9530 9450 7884 1200 6899 255
Tabla 2. Valores promedio de las variables consideradas para definir la integridad ecológica.
A: antes de la captación
D: después de la captación
Fuente: Bases de datos FONAG, 2008
2.1.2 Después de las Captaciones
La integridad ecológica de los ríos después de las captaciones, en general, es
aceptable ya que está directamente relacionada a la recarga natural que reciben los
ríos a medida que se alejan de la captación. El caudal de todos los ríos después de las
captaciones cambia y se reduce en un promedio de 90%. Un caso especial, ocurre con
el río Tuminguina en Papallacta que desde el año 2006, el agua pasa sobre esta
captación sin que esta lo desvíe y el río se mantiene posteriormente en su cauce
natural. Esta condición especial, se debió a las altas concentraciones de arsénico
natural de este ecosistema acuático, como se mencionó anteriormente. A parte de
este caso, el resto de captaciones reducen todo el flujo del río San Pedro y en el río
Pita en dos puntos del recorrido del río.
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Estudio Caudales Ecológicos 14
Después de las captaciones, el caudal y la física de los cauces son alteradas
inmediatamente en todo los casos, sin embargo, como se puede ver en el caso del río
Tuminguina en Papallacta, Imagen 3, a pesar de estas fuertes modificaciones la
integridad ecológica es buena cuando el caudal se ha restaurado en el cauce. La
química del agua como se mencionó para este caso, presenta arsénico natural de
origen volcánico, sin embargo, la comunidad de invertebrados de este río se ha
adaptado a estas condiciones y la presencia de nutrientes y minerales favorece la
morfología de estos organismos, ya que se pudo encontrar ejemplares de gran tamaño
asociados a los sustratos de sílice y calcio.
En el río Pita en Pedregal el caudal captado en su totalidad deja al cauce seco, esto
no favorece al transporte de nutrientes y minerales, y se produce una gran
acumulación que inicia un proceso de descomposición orgánica e inorgánica muy
lento. Después de la captación, las márgenes están modificadas y el agua que se
acumula en pozas por precipitación o desbordes, no registra velocidades y su
profundidad es muy baja; la temperatura y la concentración de oxígeno disuelto
también lo son: 9.5 °C y 5 ppm, respectivamente, mientras que entre los nutrientes, los
sulfatos 366±11 ppm aumentan en este sitio. Las concentraciones de minerales no se
registraron en este sitio pero debido a su conservación se estima una situación similar
a los ríos de nacientes en áreas protegidas. La calidad biótica del agua después de la
captación, es aceptable y se observa básicamente, una reducción del número de
grupos o familias de invertebrados.
Después de la captación en el río Pita en Molinuco, al igual que en Pedregal, no se
tiene caudal y la poca recarga natural es desviada hacia la captación. En Molinuco, el
Imagen 2. Ubicación de la captación de agua potable en el río Tuminguina en Papallacta.
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Estudio Caudales Ecológicos 15
agua que queda en el cauce del río Pita está represada entre los cantos y el limo
acumulado, Imagen 4. La profundidad es muy baja y la velocidad es nula, el ancho del
cauce se reduce considerablemente de 6.7 a 2.9 m y las riberas cambian de bosque a
pastizal (quicuyo),
La calidad química del agua presenta un ligero aumento de la temperatura y se
observan bajas concentraciones de oxígeno disuelto, no se cuenta con datos de la
concentración de minerales, mientras que en cuanto a nutrientes se observó altas
concentraciones de nitratos y sulfatos 27 y 400 ppm, respectivamente. La calidad
biótica del agua es crítica y el número de familias de invertebrados desciende
dramáticamente.
Las condiciones del río San Pedro después de la captación, cambian en mayor
proporción que los demás sitios. En este punto, no existe caudal remanente y tampoco
recarga natural, el cauce se reduce de 9 a 3 m de ancho y las modificaciones en el
lecho del río son extremas; el agua que circula en este sitio por efecto de una fuga en
las compuertas, tiene velocidades y profundidades bajas que se mantienen en un
lecho compuesto principalmente de limo; la calidad química del agua es mala con una
presencia elevada de nitratos y sulfatos:17 ppm y 546 ppm, los niveles de oxígeno
disuelto son muy bajos y la temperatura esta cerca de los 19 °C. Estas condiciones no
favorecen la vida acuática por lo que la calidad biótica es muy crítica.
2.3. Análisis Comparativo
Luego de evaluar el estado de los sitios antes y después de las captaciones, se puede
apreciar que existen condiciones que se mantienen y que son comunes para una
buena integridad ecológica. En el análisis comparativo se busca relacionar los efectos
de las acciones que ocurren en los ríos, con el nivel de impacto al que están
Imagen 3. Río Pita en Molinuco después de la captación para la central hidroeléctrica Los Chillos
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Estudio Caudales Ecológicos 16
sometidos los sitios de referencia o control, además esta metodología permite
comparar entre ríos para identificar los factores comunes de análisis y las posibles
generalizaciones.
Esta metodología (BACI: Before/After – Control/Impact) por Downeset al., 2003, se
aplicó considerando la intervención antropogénica y el estado de la cuenca para
establecer los sitios no impactados (control) e impactados. Los distintos puntos se
agruparon en: sitios cercanos a las áreas protegidas y que se encuentran bajo un
menor nivel de intervención (Tuminguina y Pita en Pedregal), y sitios en las áreas
rurales y de urbanización que están sometidos a una fuerte intervención (Pita en
Molinuco y San Pedro). En la Imagen 4, se esquematizó la distribución de los sitios de
acuerdo a la metodología para hacer más lógica su comparación.
Como primer resultado del análisis comparativo se tuvo que la integridad ecológica es
totalmente distinta para los ríos control o no intervenidos y los ríos impactados,
posteriormente también se encontró que los sitios después de las captaciones tiene
una integridad ecológica menor a la de los sitios antes de las capaciones. A partir de
esto, se combinaron las opciones y se estableció las características de cada sitio al
Captación
Antes
Después
Control Impactado
Captación
Imagen 4. Esquema de la metodología para el análisis de impactos en ríos.
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 17
que corresponde cada río, Tabla 3. A través de un análisis estadístico, se pudo
observar con la temporalidad de la información que los sitios después de las
captaciones disminuyen su integridad ecológica y que los efectos antrópicos
incrementan la probabilidad de que las captaciones eliminen el ecosistema acuático en
estos puntos. Es decir, con una alta significancia estadística, todas las variables de la
integridad ecológica disminuyeron para los sitios después de las captaciones de los
ríos impactados.
El análisis estadístico evidenció que dentro de la integridad ecológica, las variables
que mayormente se alteran fueron las físicas y el caudal del cauce, para todos los ríos
(control e impactados), mientras que en las variables químicas se observó diferencias
significativas entre los sitios (antes/después) en los ríos impactados (San Pedro y Pita
en Molinuco). Las diferencias más fuertes a nivel estadístico se observaron para la
calidad biótica en los sitios antes/después de los ríos impactados.
Tabla 3. Clasificación BACI para los sitios de estudio en los ríos Pita, San Pedro y Tuminguina.
BACI
Control
Impactado
Antes
Ríos sin intervenciones antrópicas excepto las captaciones.
Sitios aguas arriba de las captaciones.
Ríos con intervenciones antrópicas además de las captaciones.
Sitio aguas arriba de las captaciones.
Después Sitios aguas abajo de las captaciones, en ríos sin intervenciones antrópicas, excepto la captación.
Sitios aguas abajo de las captaciones, en ríos con intervención antrópica además de las captaciones.
Ejemplos - Pita en Pedregal
- Tuminguina en Papallacta
- Pita en Molinuco - San Pedro en Fajardo
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Estudio Caudales Ecológicos 18
Diferencias
CA/CD IA/ID
Pita
(Pedregal)
Tuminguina Pita
(Molinuco)
San
Pedro
Hidrología del río
% de caudal
removido
- x x x x
Física del río
ancho - x x x x
sustrato - x x x
profundidad - x x x
velocidad - x x
Química del agua
oxígeno disuelto - x x
temperatura x
nitratos + x x
nitritos + x x
sulfatos + x x
hierro x x
arsénico x
Calidad Biótica
Índice ABI - x x
# familias - x x x
densidad + x x x x
diversidad S - x x
Tabla 4. Diferencias estadísticas entre sitios de ríos control e impactados.
CA/CD comparación entre sitios antes y después en ríos control
IA/ID comparación entre sitios antes y después en ríos impactados
(+) el parámetro aumenta entre los sitios
(-) el parámetro disminuye
(x) sitios antes y después de las captaciones, que presentan las diferencias estadísticas entre sí.
( ) No existe información disponible
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 19
El efecto de las captaciones en los ríos Pita en Molinuco y San Pedro, produce un
impacto negativo, irreversible y no ha sido mitigado. El impacto de las captaciones en
los ríos Pita en Pedregal y Tuminguina es negativo, irreversible pero se ha mitigado en
parte debido a la recarga natural en el río Pita y por la restauración del caudal al cauce
del río Tuminguina.
En resumen, los resultados comparativos de la metodología indican que los
ecosistemas acuáticos en los sitios control/antes presentan una mejor integridad
ecológica en comparación con los sitios control/después que se ven afectados
principalmente en los aspectos físicos del ecosistema, reducción del ancho del cauce.
Los ecosistemas acuáticos de los sitios impactados/antes tienen una mejor integridad
ecológica que los sitios impactados/después, y el efecto se observa en una física del
cauce inestable, una calidad química del agua mala y una calidad biótica crítica. El tipo
de impacto en todos los ríos es negativo e irreversible, el posible efecto sinérgico de la
alteración de la hidrología en todas las variables del ecosistema puede potencializar el
efecto en los sitios impactados/después principalmente, sin embargo una evaluación
detallada de las respuestas puede brindar un mejor acercamiento.
2.2. Potencialidad de los Impactos
Para evaluar el impacto de las captaciones a través de los cambios en la integridad
ecológica se aplicó una matriz de evaluación de impactos ambientales (Leopold,
1971), en donde se incorporaron las salidas de los modelos de cambio climático
(TL959, ETA, PRECIS). Tabla 5. Mediante una matriz de presencia/ausencia y una
ponderación de los impactos observados en la sección anterior, se pudo evaluar las
amenazas actuales para el funcionamiento y recuperación de los sitios en los
ecosistemas acuáticos y estimar el cambio según los escenarios más probables. La
variable de mayor interés que fue seleccionada para el análisis de los impactos de las
captaciones y su respuesta frente al cambio climático fue la precipitación, sin embargo,
se considera que la variable idónea para este caso sería la variabilidad hidrológica
natural.
Los resultados encontrados demostraron que la recarga natural y la restauración del
flujo en el cauce aumenta la integridad ecológica lo que se traduce en un aumento de
la resiliencia y la resistencia de los ecosistemas acuáticos. A través de ciertas
funciones que tienen lugar gracias a este fenómeno, los ríos brindan servicios
ecosistémicos como la auto-purificación, la evaporación, la retención de sedimentos y
los ciclos biogeoquímicos. En todos los ecosistemas, así como en el páramo y el
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 20
bosque nublado la recarga natural es la respuesta de un complejo de interacciones
entre la precipitación, la infiltración y la evapotranspiración. La magnitud de estas
variables estará definida por la variabilidad climática que disminuye o incrementa
escorrentía superficial y la recarga natural para que los ecosistemas acuáticos hagan
frente a los cambios antrópicos y naturales.
De acuerdo con los impactos observados en la integridad ecológica luego de las
captaciones, la lógica sugiere la reducción del nivel freático que mantiene la recarga
natural del río aguas abajo. Si la recarga superficial o subterránea disminuye, se
reduce la integridad ecológica de los ecosistemas acuáticos aguas abajo de las
captaciones, lo que significa una menor capacidad de recuperación al impacto, por lo
que, los sitios control/después se volverían vulnerables y su integridad ecológica
podría ser similar a la de los sitios impactados/después. En los sitios
impactados/después una reducción de la precipitación disminuiría los caudales, lo que
significa menor autodepuración. Tanto los sitios impactado/antes como
impactado/después estarían en menor capacidad de recuperarse y la integridad
ecológica del río en general seguiría en detrimento a medida que disminuya la
escorrentía superficial y la recarga natural.
El impacto actual en todos los sitios después de las captaciones se puede potenciar si
las posibilidades de recibir precipitación y flujo disminuyen. Existiría además un
aumento de la acumulación de materia orgánica y de sedimentos, que por su lenta
descomposición podrían convertirse en focos de contaminación con potencial peligro
para la salud. Ésta, como otras respuestas pueden ocurrir frente a la disminución de la
recarga natural incluso para sitios control.
La relación entre la magnitud de los impactos y la escorrentía natural es estrecha y se
ha observado, tanto en los sitios control como en los impactados. La variación en la
escorrentía como respuesta a la variación de la precipitación es por consiguiente una
relación que se puede asociar con los impactos de las captaciones. La Tabla 5
presenta un resumen de las salidas de los modelos de Cambio Climático para el
Ecuador (Muñoz, 2010), con las que se relacionaron los impactos para estimar su
potencialidad. Los resultados reportados aquí pertenecen únicamente a las
condiciones climáticas previstas para el Callejón Interandino. Para considerar la Tabla
5, es necesario mencionar el trabajo de Muñoz, 2010 en donde claramente se destaca
que las salidas de los modelos presentan grandes incertidumbres, especialmente ETA
y PRECIS. Las salidas del modelo TL959 están consideradas para el futuro cercano
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 21
(antes de 2050), mientras que ETA y PRECIS está para el futuro lejano (>2079). Cabe
mencionar que se ha observado que las resoluciones espaciales no son iguales y que
se consideran las tendencias de cambio climático, pero no la variabilidad climática
natural.
Modelo Precipitación Temperatura
TL959
Incremento de la
intensidad en la vertiente
Pacífica y decremento en
la vertiente Atlántica
Incremento de
1.2°C
ETA Incrementos a lo largo de
todo el año.
Incremento de 1
y 2°C
PRECIS Incremento de la
intensidad y decrementos
localizados en Pichincha y
Cotopaxi
Incremento de
2°C
Tabla 5. Resumen de las salidas de los modelos de Cambio Climático para el Callejón Interandino
Tomado de Muñoz, 2010.
Este análisis consideró la intensidad de precipitación, tomando en cuenta la diferencia
con la precipitación total, lo que en conjunto puede tener interesantes efectos en las
respuestas de los ecosistemas. El incremento de la intensidad de precipitación puede
no significar necesariamente un incremento en la precipitación total.
Incremento en la Intensidad de Precipitación
En caso de que exista un incremento temporal en la precipitación la variación en la
hidrología tendría posteriores efectos en la integridad ecológica, Tabla 5, como se ha
observado en los acápites anteriores. Los sitios control/antes e impactado/antes
estarían sujetos principalmente a los cambios en la estacionalidad de la hidrología
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 22
mientras que no así los sitios control/después e impactado/después, Tabla 5. Por otro
lado, los sitios control/después e impactado/después podrían verse favorecidos por el
aumento de la precipitación, ya que la escorrentía podría superar el límite del lecho del
río y la capacidad de las captaciones, desbordando hacia los cauces secos. La
escorrentía sobrante y la posterior recarga natural reduciría la acumulación de
nutrientes y los focos de contaminación con el potencial de favorecer nuevos hábitats.
Bajo las condiciones de incremento de la intensidad de precipitación, en la vertiente
Pacífica, la integridad ecológica de los ríos Pita y San Pedro específicamente, los
sitios control/antes y control/después, podrían recibir un mayor aporte de recarga
natural que mantenga los procesos ecológicos básicos como la dilución y transporte
de nutrientes y sedimentos. En los sitios impactados/antes el incremento de la
intensidad de precipitación favorecería la limpieza de las márgenes y generaría nuevos
hábitats para más organismos. Sin embargo, en los sitios impactado/después la
limpieza podría ser beneficiosa siempre y cuando la física del cauce se recupere y
permita una adecuada dirección del flujo. En el caso de que las captaciones aumenten
su capacidad de captación y restrinjan exceso de caudal, la precipitación por sí sola no
podría eliminar la acumulación y estancamiento de sedimentos en pozas que se
observa actualmente.
Decremento en la Intensidad de Precipitación
La integridad ecológica del río Tuminguina se vería afectada por el decremento de la
intensidad de precipitación en la vertiente Atlántica. El sitio control/antes podría
experimentar una reducción del cauce, de su concentración de oxígeno disuelto y con
ello de la calidad biótica del agua. El sitio control/después estaría sujeto a los similares
efectos que podrían ocurrir antes de la captación, con el agravante de que una
reducción del caudal puede eliminar la capacidad de transporte de sedimentos y
nutrientes del río lo que constituye la fuente energética más importante para la
mayoría de invertebrados acuáticos.
En el caso de las predicciones en un futuro lejano (100 años) el decremento de la
intensidad de las precipitación en las regiones de Cotopaxi y Pichincha, afectaría
directamente la integridad ecológica de los sitios control/antes y control/después e
impactado/antes y después por los efectos antes mencionados. Como hemos visto a
través de los resultados analizados, el cambio de la variabilidad hidrológica implica un
cambio en la integridad ecológica.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 23
Los efectos detallados de las salidas de los modelos de cambio climático sobre las
variables que componen la integridad ecológica, se presentan en la Tabla 6. El
impacto se ha valorado en una escala de 1 a 3, sin considerar el 0 ya que de acuerdo
a los datos obtenidos, todas las captaciones generan un impacto ya sea este mayor o
menor. Los puntajes correspondientes a la mayor intensidad del impacto se califican
con 3, mientras que la menor intensidad con 1, las intensidades de los impactos
cambian de acuerdo al componente de la integridad ecológica sobre el que actúan las
captaciones y las condiciones de precipitación de los modelos de cambio climático. En
el análisis de la variabilidad del cambio climático en función de los escenarios de los
modelos se tomó en cuenta las predicciones para un futuro medio y lejano.
An
tes
De
sp
ué
s
An
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De
sp
ué
s
An
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De
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s
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De
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s
An
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De
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ué
s
An
tes
De
sp
ué
s
An
tes
De
sp
ué
s
Caudal Medio 2 3 2 3 2 3 2 3 3 2 3 2 2 3 2 2
Caudal Máximo 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 2 3 2 3 3
Caudal Mínimo 2 3 2 3 2 3 2 3 3 2 3 2 3 2 3 3
Ancho 1 1 2 2 2 3 1 2 2 1 3 2 2 3 2 3
Profundidad 3 3 3 3 3 3 2 3 2 2 2 2 3 3 3 3
Velocidad 2 3 2 2 2 3 3 3 2 2 3 2 3 2 3 3
Tipo de Sustrato 1 1 1 3 2 2 1 2 3 2 2 2 2 2 2 2
Oxígeno Disuelto 3 3 2 3 2 3 3 3 2 2 2 2 2 3 3 3
Temperatura 2 1 2 2 2 3 2 3 2 2 2 2 2 2 3 3
Nitratos 2 2 2 3 2 3 2 3 1 2 1 2 3 2 2 2
Nitritos 2 2 2 2 2 2 2 3 1 1 2 2 2 2 2 2
Sulfatos 1 2 3 2 3 3 3 3 2 2 1 1 3 2 2 3
Hierro 2 2 2 3 1 1 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2
Arsénico 2 2 3 3 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 1 1
Índice ABI 2 3 2 3 3 3 2 3 2 2 2 2 2 3 3 3
# familias 3 3 2 3 3 3 2 3 2 3 3 2 2 3 3 3
Densidad 1 3 2 3 3 3 2 3 2 2 2 2 2 3 3 3
Fís
ica
Qu
ímic
aB
iolo
gía
Inte
gri
da
d E
co
lóg
ica
Aumento de la Precipitación
Pita
en
Pe
dre
ga
l
Tu
min
gu
ina
Pita
en
Mo
lin
uco
Sa
n P
ed
ro
Pita
en
Pe
dre
ga
l
Tu
min
gu
ina
Pita
en
Mo
lin
uco
Sa
n P
ed
ro
Decremento de la Precipitación
Hid
rolo
gía
Tabla 6. Matriz de la intensidad de los Impactos Ambientales de las captaciones en la integridad ecológica de los ríos bajo los escenarios de los modelos de Cambio Climático para el Ecuador.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 24
La Tabla 6, indica la dirección e intensidad de los cambios que producen las
captaciones según los escenarios de incremento o decremento de la intensidad de
precipitación. En general, se puede ver que el decremento de la precipitación significa
una fuerte alteración de la capacidad de resistencia de los ecosistemas al impacto ya
causado por las captaciones. Entre las evidencias de este efecto, se puede ver que el
decremento de precipitación modificaría los caudales máximos que representan para
los sitios después de las captaciones, la oportunidad de limpieza y restauración
puntual. A nivel de detalle, el incremento de la precipitación significa para las
velocidades y la profundidad un desplazamiento a valores más elevados, esto también
tiene repercusiones para los sedimentos y los invertebrados acuáticos que sufren
abrasión y arrastre. Sin embargo, estas características han definido las estrategias de
vida de varios grupos que se han adaptado a condiciones extremas que ocurrirían en
este escenario.
El cambio de la integridad ecológica, es el resultado del impacto de las captaciones
que es susceptible al aumento o decremento de la precipitación, los efectos positivos o
negativos en las variables ecológicas finalmente definen si la integridad ecológica
aumenta o disminuye en dichos escenarios, Tabla 7 y 8. En un primer análisis se
presenta únicamente la respuesta del ecosistema a los impactos actuales, sin
embargo estas consideraciones no han incluido la presión antropogénica, que puede
representar el mayor riesgo para estos ecosistemas. Como se ha mencionado
anteriormente, la escala espacial así como la incertidumbre temporal de los modelos
debe ser manejado con criterio técnico para interpretar esta información.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 25
Escenario Río Sitio Valor Impacto
Antes 2 Medio
Después 2 Medio
Antes 2 Medio
Después 3 Alto
Antes 3 Alto
Después 3 Alto
Antes 2 Medio
Después 3 Alto
Antes 2 Medio
Después 2 Medio
Antes 2 Medio
Después 2 Medio
Antes 2 Medio
Después 2 Medio
Antes 3 Alto
Después 3 Alto
Decre
mento
de la
Pre
cip
itació
n
Pita en Pedregal
Tuminguina
Pita en Molinuco
San Pedro
Aum
ento
de la
Pre
cip
itació
n Pita en Pedregal
Tuminguina
Pita en Molinuco
San Pedro
Tabla 7. Nivel de impacto de las captaciones de agua en la integridad ecológica de los ríos de acuerdo a los resultados del Cambio Climático para el Ecuador.
El cálculo del valor del impacto, bajo =1, medio = 2 y alto = 3, se obtiene mediante la
ponderación de la magnitud de todos los impactos dividido para el número de impactos
de cada tipo, estos valores se adicionan y se obtiene un valor fraccionado final. En la
Tabla 8, se presenta un resumen de la respuesta de la integridad ecológica a las
salidas de los modelos (ver Tabla 5), y como según el modelo los impactos evaluados
producen el aumento o disminución de la integridad ecológica.
Salidas de los Modelos de Cambio Climático
Sitio/Tratamiento TL959 ETA PRECIS
Control/Antes Aumentar Disminuir Disminuir
Control/Después Aumentar Aumentar Disminuir
Impactado/Antes Aumentar Disminuir Disminuir
Impactado/Después Disminuir Aumentar Disminuir
Tabla 8. Posibles respuestas de la Integridad ecológica en los sitios de captación frente a los modelos de cambio climático
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 26
En resumen el decremento de la intensidad de precipitación tiene un mayor impacto
sobre la integridad ecológica de todos los sitios, que el que tiene el aumento de la
intensidad de precipitación. El análisis de la integridad ecológica en los escenarios de
corto y mediano plazo, demuestra la resiliencia del ecosistema con el aumento de la
intensidad de precipitación. En un futuro lejano se puede esperar que la integridad
ecológica de los sitios disminuya frente al decremento localizado de la precipitación en
los sitios de estudio. En el caso, de que los impactos actuales de las captaciones se
sostengan o acentúen, el umbral de resiliencia se sobrepasaría y los ecosistemas
perderían su integridad ecológica independientemente del aumento o disminución de
la precipitación. Sin embargo, como se vio en el inicio de este análisis, la recarga
natural y la restauración del caudal del río genera un efecto de mitigación del impacto
de las captaciones. En estas circunstancias un elemento que mantenga una
proporción del caudal natural en el río o caudal ecológico, podría ser una alternativa
para enfrentar el decremento de la precipitación y/o atenuar el aumento.
2.4. Conclusiones y Recomendaciones
El nivel de intervención sobre la zona de influencia de los ríos determina el estado de
su integridad ecológica. Los ríos que se usan para consumo de agua potable
presentan mejor integridad ecológica que los que se usan para hidroelectricidad. El
nivel de protección es una condición que se encuentra únicamente en los ríos que se
usan para el consumo humano, y el uso del suelo (ganadería/urbanización) de las
áreas aportantes, es una característica que se observa en los ríos que se usan para
hidroelectricidad.
La condición intrínseca de los ecosistemas acuáticos de responder de forma
específica a la variabilidad natural fomenta su resiliencia y resistencia frente a distintos
cambios. Esta respuesta se observa en ríos como el Pita en Pedregal y Tuminguina,
ya que las condiciones físicas de los cauces, como el área de inundación, su zona de
aporte de nutrientes y sedimentos, y la conformación del sustrato en lecho, mantienen
consecuentemente la química del agua y su calidad biótica. Miller et al. (2007) reportó
los efectos del cambio en la física del cauce asociados a la pérdida de especies en los
ríos, lo que podría explicar la diferente calidad biótica de ríos que cambian totalmente
su morfología después de las captaciones. Por otro lado, Chessmannet al. (2009)
encontró que varios aspectos de la integridad ecológica en ríos intervenidos por
captaciones de agua potable no se alteran cuando la interrupción es pequeña y la
distancia de recarga se acorta. Esto puede explicar lo que ocurren en los ríos Pita en
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Estudio Caudales Ecológicos 27
Pedregal y Tuminguina después de las captaciones. La presencia de agua en el cauce
independiente de la variabilidad hidrológica demuestra que existen condiciones que se
mantienen en el ecosistema, como lo sugiere Biggs y Jowett (2008) para ciertos
organismos que usan las pozas para su sobrevivencia y desarrollo. Pocos estudios
han reportado que la integridad ecológica se mantenga o mejore después de las
captaciones (Chessmann y Royal, 2008), los resultados encontrados concuerdan con
la mayoría de estudios en donde la disminución del caudal afecta la integridad
ecológica reduciendo la calidad del ecosistema en general. Los sitios en los ríos
impactados son, por lo tanto, más vulnerables a la reducción del caudal debido a que
su resiliencia y resistencia ha sido reducido por la urbanización y la contaminación del
cauce.
Los impactos de las captaciones de agua en ríos no intervenidos (control) y en ríos
intervenidos (impactados) pueden acentuarse como se ha visto para la mayoría de
escenarios de los modelos de cambio climático previstos para el Callejón Interandino
en el Ecuador. Muñoz, Macías y García (2010) y Muñoz (2010) sugieren considerar la
importancia de la variabilidad climática en la hidrología local, donde las respuestas
pueden ser muy específicas. Los resultados de la integridad ecológica frente a los
impactos y a incrementos de la precipitación pueden parecer beneficiosos en el
aspecto hidrológico del sistema, sin embargo hemos visto que los cambios
hidrológicos tienen un efecto sinérgico en la física del cauce, la química del agua y la
calidad biótica por lo que se requiere analizar la intertemporalidad con mayor detalle.
Los escenarios de los modelos aportan, no obstante, una dirección general de la
respuesta que presentarían los ecosistemas acuáticos bajo dichos casos a nivel
general.
El análisis de la integridad ecológica bajo los escenarios de los modelos demuestra
que los sitios con baja integridad ecológica, como el río San Pedro, estarían
severamente afectados por la disminución del caudal a causa de una reducción de la
precipitación, mientras que el aumento del caudal podría favorecer a la frecuencia de
descargas por excesos, lo que mantendría de alguna manera un flujo de agua en el río
de manera permanente. Los sitios con integridad ecológica media pueden afrontar el
incremento o decremento de precipitación de una manera distinta, fomentando la
conectividad o aislando hábitats que se conformen como pozas permanentes. Al ser
éste uno de los primeros análisis de los impactos de las captaciones y su potencialidad
frente al cambio climático en el Ecuador, es fundamental retomar las recomendaciones
de Muñoz (2010) acerca de la escala espacial de los modelos y las posibles
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Estudio Caudales Ecológicos 28
respuestas localizadas. Se puede concluir que frente a un incremento de la
variabilidad climática centrada en el incremento de precipitación, los ecosistemas
acuáticos analizados tienen varios aspectos a favor para enfrentar el impacto que ya
existe por las captaciones de agua. Frente a una reducción de la precipitación todos
los sitios estudiados estarían potencialmente disminuyendo su integridad ecológica.
Para mantener y mejor las respuestas que tiene los ecosistemas acuáticos con
captaciones que retornan el caudal al cauce o permiten la recarga natural, se puede
aplicar el concepto de caudal ecológico. En la actualidad, no se puede asegurar el
valor sobre o bajo el cual el río pierde su integridad ecológica, lo que se ha podido
observar en este análisis es que con una reducción del 100% del caudal, todos los
sitios después de las captaciones son vulnerables al cambio climático y esta condición
se reduce en la medida en la que se mantiene una proporción del caudal natural o
caudal ecológico.
3. Definición del modelo de Caudales Ecológicos
La información analizada en el capítulo anterior es la base para definir un modelo de
caudales ecológicos. Los ríos que son afectados por captaciones, presentan tramos en
donde las condiciones físicas y biológicas del ecosistema cambian en relación a las
condiciones naturales, estos tramos son el objeto de la implementación de los
regímenes de caudales ecológicos. Las variables físicas o hidráulicas y las variables
biológicas son el insumo ecohidráulico de los modelos de caudales ecológicos que se
pueden integrar a la hidrología local.
Entre las metodologías más utilizadas para definir modelos de caudales ecológicos, se
encuentran las simulaciones físicas del hábitat para invertebrados, peces o plantas. El
principal paquete de simulación fue desarrollado por Millhous (2000) y se conoce como
PHABSIM (PhysicalHabitatSimulation). Esta es una herramienta, de la que se derivan
varias versiones (RHABSIM (Payne, 2003), RHYHABSIM (Jowett, 2009), que permite
conocer los regímenes de caudales en los que los organismos se encuentran en mas
lugares del río. La metodología que integra la simulación del hábitat y la
retroalimentación, revisión e implementación del caudal ecológico se conoce como
IFIM (InstreamIncremental FlowMethodology), que se basa en el uso del paquete
PHABSIM para cualquier organismo o grupo de organismos del río (Jowett, 1991;
Payne, 1997; Pinotet al., 2003).
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Las comunidades de invertebrados a las que se va a proteger y para las que se
determina el caudal ecológico, son aquellas que habitan aguas arriba de las
captaciones (García de Jalón y Gonzales del Tánago, 1999). La investigación sobre
caudales ecológicos en base a los hábitats de invertebrados, ha identificado diferentes
respuestas dinámicas al igual que la hidráulica de un río. Una manera de integrar los
hábitats y la hidráulica se conoce como hábitats viables, los hábitats viables cambian
con el caudal lo que se traduce en los regímenes de caudales ecológicos.
3.1. Fundamento eco hidráulico
Las variables hidráulicas de un río (velocidad, profundidad, fuerza de stress,
rozamiento y turbulencia) segregan a las comunidades por su capacidad de resistir
estas condiciones y por sus preferencias hidráulicas. Existen organismos más o
menos reófilicos que se encuentran en corrientes fuertes, en rocas grandes, en el
fondo o en la columna de agua y organismos que prefieren zonas de corriente más
lenta que aprovechan pozas o planos (Bovee, 1986; Jowettet al. 1991; Lamourouxet
al., 1995). La corriente en el río genera patrones de movimiento complejos que pueden
ser diferentes o iguales entre la superficie y el fondo (Statzner y Higler, 1987), es por
esto que es importante conocer el fondo del río en donde vive el bentos. La
clasificación de las especies por sus preferencias hidráulicas puede definirse a través
de la relación entre las características hidráulicas del hábitat y su distribución en el río
(Jowett, 2003).
En el río, los organismos se distribuyen de acuerdo a varias interacciones ecológicas
(alimentación, refugio, depredación, etc.), estos factores también pueden influenciar la
distribución de los organismos de acuerdo a las variables hidráulicas/físicas
(Townsend et al. 1997a; James et al. 2008), es por esto que, las preferencias
hidráulicas en los hábitats viables explican una parte de la presencia de invertebrados
en los ríos. Las preferencias hidráulicas de algunas especies, comunes o abundantes
han servido para mantener el hábitat de otras especies menos comunes, por lo que el
beneficio ecológico puede ser grande en una comunidad (Collier, 1993; Collieret al.,
1995; Jowett, 2003). Una de las principales variables que ha permitido clasificar a los
organismos es la velocidad, en rangos y umbrales que se han podido generalizar para
varios grupos y en varios lugares (Extence et al., 1999).
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Estudio Caudales Ecológicos 30
3.2. Fundamento eco hidrológico
Los regímenes de caudales históricos han determinado el tipo de hábitats que se
pueden encontrar en un río y con ellos los organismos que se han adaptado a estas
condiciones. El comportamiento de un río lo caracteriza su régimen hidrológico, es por
ello que al evaluar los hábitats viables es mandatorio evaluar la estacionalidad y la
temporalidad del régimen hidrológico. La ecología de los organismos no es estática
por lo que el hábitat está sujeto al flujo de energía del caudal. Este fundamento es el
que nos obliga a entender que el concepto de caudal ecológico se traduce en un
régimen de caudales ecológicos como símil del régimen hidrológico natural. El
fundamento eco hidrológico de los caudales ecológicos es la variabilidad natural del río
no afectado, la misma que se busca mantener con el régimen de caudales ecológicos.
Estimar esta respuesta se puede lograr con la temporalidad de la información
hidrológica disponible e información ecológica correspondiente a las estaciones.
Los resultados de esta investigación serán los primeros en este campo dentro de la
ecología acuática en el Ecuador y permitirán hacer recomendaciones científicamente
sustentadas, para mitigar el impacto ambiental que causan las captaciones de agua.
La liberación de descargas que respondan a las funciones ecosistémicas de los ríos
permitirá que los ecosistemas acuáticos inicien un proceso de restauración ecológica
mediante la operación adecuada de las captaciones. Ecosistemas acuáticos de
características similares como los de los ríos de los páramos de Antisana y Cotopaxi
forman parte de proyectos en operación como La Mica – Quito Sur y el Sistema Pita –
Tambo de la EPMAPS, en donde al igual que en algunos ríos previstos para ser
captados en el Proyecto Ríos Orientales, el manejo antes y durante la operación
pueden incorporar los criterios de caudales ecológicos como medida de mitigación del
impacto ambiental que generan las captaciones y hacer reducir la vulnerabilidad frente
al cambio climático.
Con estos antecedentes, el concepto de caudal ecológico se sustenta en la
combinación de los criterios ecológicos, hidráulicos e hidrológicos para reconocer los
hábitats viables y mantener los regímenes de caudales óptimos para las comunidades
clave del ecosistema acuático.
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Estudio Caudales Ecológicos 31
3.3 Información base para el modelo
3.3.1 Índice Lótico para la Evaluación del Flujo LIFE
En los ríos San Pedro y Pita se llevó a cabo un levantamiento exhaustivo e intenso de
información eco hidráulica, sobre las condiciones hidráulicas en las que se encuentran
los invertebrados acuáticos (Rosero, 2005), como parte del trabajo del FONAG para
conservar los ecosistemas acuáticos de la cuenca del río Guayllabamba. El objetivo
fue relacionar las variables hidráulicas con la hidrología del régimen natural. La
metodología utilizada para colectar información eco hidráulica fue el Índice LIFE
(LothicIndex of InvertebratesforFlowEvaluation), esta metodología sugiere el monitoreo
temporal y la colección de invertebrados del bentos. Esta información colectada entre
el 2004 al 2008 se utilizó para llevar a cabo los objetivos propuestos para el modelo de
simulación de hábitats.
El puntaje LIFE es un índice asociado al biomonitoreo que permite integrar variables
ecológicas e hidráulicas de manera rutinaria, y se basa en la densidad de
invertebrados en función de la velocidad del flujo. Al rango de velocidades se los divide
en categorías a las que se les asignan puntajes de acuerdo a los rangos registrados,
Tabla 9. El puntaje se modifica con la abundancia de cada taxa o grupo y luego se
calcula un puntaje agregado, Tabla 10. El sistema funciona con datos de especies,
género y familias, y el puntaje se puede asociar al caudal a través de ciertas métricas
estadísticas (Extenceet al., 1999) (Dysonet al., 2003). Muchos invertebrados de agua
dulce tienen requerimientos precisos para cierta velocidad que corresponden a ciertos
rangos de caudal, algunos taxa pueden ser indicadores ideales de las condiciones del
flujo, si se llega a conocer su espectro de respuestas (Brooks, 1990). Las variaciones
del caudal pueden estar altamente influenciadas por un número desconocido de
cuerpos tributarios subterráneos y esto podría determinar la presencia o ausencia de
ciertos organismos que requieren una profundidad y velocidad específicas que no se
pueden registrar en los caudales medibles (Extenceet al., 1999).
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Categoría
Grupos de Velocidad
I
Rápido
II Corriente
III Lento
IV Moderado
V Estancado
VI Seco
Tabla 9. Categorías para la Velocidad del flujo
Categoría
Abundancia Estimada
A 1-9
B 10-99
C 100-999
D 1000-9999
E 10000+
Tabla 10. Categorías de abundancia de organismos, (fs.)
Estas categorías se combinan en función de la abundancia de los grupos encontrados
y los rangos de velocidad que les corresponden. A partir de esto, se obtiene un índice
con un rango de velocidad que puede relacionarse con el caudal a través de la
morfología del cauce. Sin embargo, para encontrar la proporción del caudal natural
que podría albergar los rangos de velocidad encontrados se calculan los percentiles de
probabilidad del caudal. La dinámica del flujo afecta la estructura de las comunidades
espacial y temporalmente, la combinación de los datos de caudal con los valores de
Índice LIFE pueden ser considerados si se analiza: los caudales percentiles 25 y 50%,
caudales medios, máximos y mínimos en la mayor escala de tiempo o en períodos
hidrológicos estacionales (Armitageet al.1997).
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En la actualidad esta información ha sido validada con mediciones puntuales en el
2011, en donde la hidráulica del cauce y la hidrología de los sitios de interés se
integraron a los registros del bentos. Las series hidrológicas disponibles para el río
San Pedro, corresponden a aforos mensuales, por lo que es necesario el registro
diario de datos, para construir un modelo detallado para la propuesta de caudales
ecológicos para los ríos Pita y San Pedro.
3.3.2 Hábitats viables para Invertebrados
En varios ríos de la unidad hídrica de Papallacta y Chalpi Grande (Sucus, San Juna,
Chalpi Norte, Tuminguina) se realizaron muestreos eco hidráulicos para definir las
preferencias hidráulicas de los invertebrados acuáticos, entre septiembre de 2006 y
diciembre de 2008, como parte del Proyecto para definir Caudales Ecológicos en ríos
del Sistema Papallacta (FONAG, 2008). Se calcularon los hábitats viables a través de
las curvas de preferencias de taxa común entre los ríos de páramo y del bosque
nublado. En el análisis que se presenta a continuación, se utilizó un taxón y las curvas
de preferencia que demuestran los requerimientos de este organismo dentro del río,
para mantener sus funciones y desarrollarse adecuadamente (Allan y Castillo, 2007).
Los hábitats viables están representados por unidades hidromorfológicas o
mesohabitats (plano, poza, rápido, rabión, cascada), mientras mas mesohabitats se
pueda evaluar, mejores serán los resultados de la distribución de invertebrados
(Jowett, 1993; Jowett y Davey, 2007). En el análisis de hábitats viables se colectó 100
muestras, por lo que se recomienda mantener un mínimo de 100 puntos en cada río
nuevo o temporada nueva que se incluya en la investigación para estimar el régimen
de caudales ecológicos. La velocidad, la profundidad y el tipo de sustrato son las
variables básicas que determinan los aspectos físicos del hábitat, por lo que es
fundamental registrarlos al momento de la colección del bentos.
A partir de esta información, se realizó el análisis estadístico, para obtener las curvas
de preferencia de acuerdo a la distribución de los datos, que mejor se ajusta o explica
la preferencia por cada variable, esto se conoce como idoneidad o viabilidad del
hábitat.
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Estudio Caudales Ecológicos 34
En la Imagen 5, se puede ver las curvas de preferencia hidráulicas para (Baetidae:
Andesiopssp.), una efímera presente en el páramo y el bosque nublado. La lectura de
estas curvas demuestra que en las abscisas, la densidad de la población en el modelo
disminuye a medida que aumenta la velocidad, disminuye a medida que aumenta la
profundidad y aumenta a medida que aumenta el índice de sustrato (SI = 3 arena, SI =
4, grava fina, SI = 5 grava, SI = 6 cantos, SI = 7 bloques, SI = 8 roca madre). Una vez
que las preferencias hidráulicas se incorporan en un solo modelo se puede llevar a
cabo la simulación del hábitat con el caudal.
Las salidas visuales del modelo de simulación se pueden ejecutar en dos dimensiones
dependiendo de la disponibilidad de información hidrológica, lo que se ha observado
por varios autores como una limitación para la simulación hidrológica en general
(Muñoz, 2010).
En el Ecuador, la información hidrológica de tipo diario es escasa, por lo que es
necesario ajustar las distribuciones de invertebrados a los caudales muestreados. Las
condiciones reales corresponden únicamente a caudales temporales con un rango de
variación temporal; la estimación de un régimen de caudales ecológicos con esta
información incluiría un error que debe tomarse en cuenta para la futura
implementación. El análisis del régimen hidrológico histórico todavía no ha sido
incorporado a este estudio, sin embargo se ha identificado periodos de aguas bajas
que podrían servir para la modelación.
Ephemeroptera( Baetidae: Andesiops sp.)
Densid
ad ind./
m2
Profundidad (m) Índice de Sustrato
Velocidad (m/s)
Imagen 5. Curvas de preferencia hidráulicas (Baetidae: Andesiopssp.)
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Estudio Caudales Ecológicos 35
4. Cálculo del Caudal Ecológico
La modelación del régimen de caudales ecológicos para las estación seca y lluviosa
fue realizada específicamente para el río Papallacta, ya que se cuenta con una
descripción detallada de la hidráulica del cauce y un régimen hidrológico mensual de
cerca de 30 años (EPMAPS, 2005). Para llevar a cabo la propuesta del régimen de
caudales ecológicos se incorporó el análisis de las variables físicas definidas para
cada celda que componen las secciones del río. La descripción de las celdas se
realizó utilizando la velocidad registrada al 60% de altura de la columna de agua. En la
Imagen 6 se presenta el esquema de la velocidad, por ser la variable de mayor
variación a diferencia de la profundidad que cambia con la pendiente, y el sustrato no
cambió debido a que los ríos son bastante uniformes.
Una vez que se ingresaron las velocidades y el perfil de la sección con las
profundidades, se obtuvo la respuesta de los cambios entre la velocidad, la
profundidad y el sustrato. En el río Papallacta, las zonas más profundas tienen menor
velocidad mientras que las de menor profundidad tienen velocidades extremas. La
sección es irregular con una profundidad promedio de 0.591 m y una velocidad
promedio de 1.4 m/s.
Imagen 6. Celdas de velocidad en donde se asume un valor uniforme en toda la celda.
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Estudio Caudales Ecológicos 36
A continuación, para la integración de los hábitats viables en el modelo hidráulico, se
compuso un Índice del Hábitat que permite contabilizar el número de hábitats viables
de acuerdo a las condiciones más favorables. La sumatoria de todos los Índices de
Hábitat ofrece el valor final de hábitats viables, el valor más alto corresponde al óptimo
y es equivalente a 1, el rango fluctúa entre 0 y 1. Para extrapolar el resultado de cada
celda y de cada sección se multiplica los hábitats viables en un determinado caudal,
Imagen 8. El resultado de los hábitats viables se pondera en superficies lo que se
denomina SPU, y se obtiene a través de la relación: W/W50 = (Q/Q50)b
En donde W es la superficie ponderada útil SPU, Q es la descarga o caudal y b es la
celda a la que se aplica esta superficie. En el cálculo de los hábitats viables se aplica
Imagen 7. Esquema de velocidades y profundidades en las secciones del Río Papallacta
Imagen 8. Profundidad y pendiente como entradas del modelo.
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 37
la estadística aditiva, lo que permite obtener un valor de la preferencia hidráulica
combinada que generan cada hábitat. Las superficies ponderadas útiles se distribuyen
de una manera creciente a medida que aumentan los datos de los caudales hasta
llegar al punto máximo a partir del cual las superficies se reducen con el tiempo, ya
que se convierten en nuevos hábitats,
En la Imagen 10, se muestra en barras la combinación de la velocidad, la profundidad
y el sustrato como hábitat viable al caudal máximo registrado para el río Papallacta.
Las cuatro secciones presentadas corresponden a los valores de superficies que
contienen la mayor cantidad de hábitats viables. El modelo de hábitats viables para la
población de Andesiopssp., presente en el río Papallacta presenta una distribución de
las densidades, de acuerdo a sus preferencias por los hábitats con sustratos más
grandes; con frecuencia estos sustratos están asociados a velocidades elevadas y
poca profundidad. La combinación de estas características se representa con la
viabilidad de 1.
Se puede observar en la Imagen 11, una importante distribución en parche a lo largo y
ancho de todo el cauce. Las barras correspondientes al valor 1 se ubican en la margen
izquierda del río, entre una sección y en la siguiente existen cambios sutiles que hacen
distintos los trayectos dentro del tramo, sin embargo se puede observar que las celdas
con mayor velocidad son viables para este taxón pero no todas en su totalidad están
densamente pobladas.
Imagen 9. Hábitats viables identificados por el modelo a un caudal máximo.
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Estudio Caudales Ecológicos 38
El modelo de hábitats viables demuestra que el 63% de los hábitats del tramo
estudiado en el río Papallacta son óptimos para la vida y sobrevivencia de este taxón
representativo. A pesar de que la época de estiaje es muy marcada, en esta se
aseguran pozas y rápidos alternados que generan la heterogeneidad de hábitats
necesarios para esta especie.
Los resultados obtenidos de la simulación de los hábitats con los distintos caudales
mensuales disponibles, demuestran que las preferencias de velocidad, profundidad y
sustrato aumentan a medida que aumenta el caudal. En la Imagen 12, se puede
observar las superficies del río que son habitables por este taxón y que crecen a
medida que aumenta el caudal hasta un máximo de 1 m3s-1, posteriormente, la
superficie disminuye hasta el caudal promedio registrado en la época de estiaje. La
relación de aumento de las SPU con el caudal no es directa, ya que detrás de este
modelo existen algoritmos matemáticos iterativos para encontrar la mejor relación.
Existen varios aspectos de la variabilidad hidrológica intrínseca del río que no se
pueden observar con los datos mensuales de los aforos, es por esto que las
limitaciones del modelo están sujetas a los datos de la época de estiaje.
Imagen 10. Modelo de hábitats viables en las secciones del río Papallacta.
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Estudio Caudales Ecológicos 39
Imagen 11. Superficies ponderadas útiles simuladas para descarga del río Papallacta.
El análisis final de los caudales que favorecen los hábitats viables en el tramo de
estudio, demuestra que caudales superiores a los 0.8 m.s-1 son favorables para este
taxón y para muchas especies de la comunidad de invertebrados con similares
estrategias de vida. Los caudales observados corresponden a los caudales ecológicos
estacionales, la diferencia fundamental del régimen de caudales ecológicos con los
caudales base o mínimos es la variación y simulación del régimen natural que requiere
un organismo o comunidad para mantenerse en el río. Los elementos fundamentales
de un hidrograma, picos y crecidas así como estiajes y sequías, permitirán distintos
hábitats, lo que a medida que se integren a la variabilidad hidrológica natural podrá
identificarse como el REGIMEN DE CAUDALES ECOLOGICOS.
Para evaluar finalmente cómo funciona esta variabilidad hidrológica que mantiene el
río, es necesario incorporar los datos ecológicos de las superficies ponderadas útiles a
una serie hidrológica de mayor detalle (diario). Una propuesta final del comportamiento
del caudal natural y un régimen de caudales ecológicos se presenta en la Imagen 13.
En la Imagen 12, se puede observar los hábitats óptimos y viables en un caudal de 0.5
m3s-1, a este caudal se le debe incluir la variación del régimen natural presentado en
azul. Los altos valores de idoneidad en los hábitats ocurren en el inicio y el final de las
crecidas. Los hábitats se hacen inviables a medida que se mantiene un caudal
constante e inferior a los 0.3 m3.s-1(línea punteada). El régimen constituye una serie de
caudales a lo largo del tiempo en la que la proporción de caudal con mayor número de
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Estudio Caudales Ecológicos 40
hábitats viables es el caudal ecológico. El régimen de caudales ecológicos es variante
y favorece la creación de nuevos hábitats para las especies, esto puede tener una
mayor incidencia que una cantidad permanente de agua en el río.
Finalmente, la densidad y riqueza de invertebrados tienen una estrecha relación con la
heterogeneidad de hábitats, los hábitats están disponibles gracias a la variabilidad
hidrológica la misma que es el resultado de la variabilidad climática. El aumento o
disminución de la precipitación en la época de estiaje podría tener un menor impacto
en la presencia de caudal ecológico después de las captaciones. Esta posibilidad
todavía requiere el conocimiento de ciertos aspectos del hidrograma que se alterarían
por la variabilidad climática y cómo ello afectaría a la comunidad biótica en los
ecosistemas acuáticos.
4.1. Validación del régimen de caudales ecológicos
Para llevar a cabo la validación de un régimen de caudales ecológicos es necesario
incorporar información ecológica e hidrológica temporal y detallada del mismo río, así
como aplicar los modelos en ríos con condiciones eco hidráulicas similares. En este
estudio se escogió tres ríos de la cuenca del río Guayllabamba como primer paso para
validar el régimen de caudales ecológicos y simular dichos regímenes. El primer paso
Imagen 12. Caudal ecológico estimado para Baetidae: Andesiopssp., en el río Papallacta.
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 41
fue levantar información en una estación húmeda en la zona de Papallacta: río Tambo
y luego se aplicó la metodología de hábitats viables en los ríos San Pedro y Nieves
Toma. Como parte de la validación, se utilizará la información disponible del río Pita
para calcular los hábitats viables y estimar mediante simulación, los regímenes de
caudales ecológicos en base a grupos de invertebrados comunes.
La simulación de los regímenes de caudales ecológicos obtiene al incorporar los
modelos de hábitats viables de los invertebrados con la topografía, hidráulica e
hidrología. Los modelos ecológicos desarrollados para ríos de páramo (Rosero et al.,
2011), se obtuvieron con el paquete estadístico TRENDS (Jowett, 2010), este paquete
permite incorporar las preferencias hidráulicas en hábitats viables que se integren a la
hidrología mediante un paquete de simulación derivado de PHABSIM: RHYHABSIM
(Jowett, 2009). Como parte de la validación del modelo de caudales ecológicos se
llevó a cabo una fase de campo entre Junio y Agosto del 2011. En los ríos Nieves
Toma, San Pedro, San Juan y Tambo se aplicó la metodología de hábitats viables
(Rosero et al., 2011), utilizada para invertebrados de páramo. La fase de campo se
desarrolló en cinco días en el mes de julio, y se aprovechó el desenvolvimiento de un
evento de crecida para evaluar la respuesta en los hábitats, en la época húmeda. En
total se colectaron 400 muestras, se midieron las características físicas de los hábitats
y se registró el caudal en cada uno de los ríos.
4.2 Modelo de hábitats viables en la época húmeda
Los modelos de hábitats viables son el resultado de las condiciones hidrológicas de
una temporada que definen las condiciones físicas del río. Los ríos de páramo
característicos por la presencia de bloques, cantos y limo, tiene en sus riberas
vegetación uniforme con pajonales y plantas rastreras que soportan una importante
escorrentía y precipitación. Los ríos de páramo ubicados en áreas protegidas (ver 1.2
Área de Estudio) están en buen estado, sin embargo la presencia de huellas del
ganado de las comunidades cercanas (Tambo y Oyacachi) es evidente en las
márgenes de los ríos. En la época húmeda, los caudales de la mayoría de ríos de la
vertiente Amazónica aumentan y experimentan crecidas que dificultan las mediciones
y el acceso a los ríos; las fuertes lluvias e incluso la presencia de hielo en forma de
escarcha generan corrientes con velocidades que limpian los cauces por efectos de
arrastre de sedimentos y abrasión. Los hábitats muestreados en esta época, en los
ríos del páramo de Papallacta, estuvieron desprovistos de todo tipo de micro hábitat
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 42
(musgos, algas, biofilm, plantas) y en varios casos las profundidades superaron el
límite del cauce hasta la zona inundable del río.
4.2.1 Condiciones ecológicas
La condición ecológica más relevante de la época húmeda fue la disminución de la
abundancia de invertebrados en los diferentes hábitats muestreados. La diversidad
taxonómica, igualmente baja, estuvo dominada por anélidos y algunos quironomidos
(moscas comunes). Los hábitats más comunes fueron los rápidos, mientras que las
pozas y planos fueron prácticamente escasos; la profundidad promedio de los hábitats
muestreados superó los 0.6 m y las velocidades promedio fueron de 1.9 m.s-1.Las
variables químicas de los ecosistemas acuáticos no presentaron valores extremos en
los ríos San Juan, Tambo y Papallacta, sin embargo sí se registró una elevada
concentración de cloruros, provenientes del lavado del suelo de la cuenca aportante,
en el río Papallacta: 2.7 ppm. Las concentraciones de oxígeno disuelto se mantuvieron
cerca de los 7 ppm, la conductividad entre 96 – 104 µs/cm2, y la temperatura alrededor
de 7 °C.
Los modelos de hábitats viables en la época húmeda demuestran que las fuertes
crecidas no favorecen la presencia de invertebrados en los ríos. El 89% de los hábitats
muestreados tienen densidades entre 40 y120 ind.m-2, lo que es significativamente
menor a las densidades registradas en la época seca: 400 600 ind.m-2. Para la
estimación del régimen de caudales ecológicos se presenta el caso de una efímera
ampliamente distribuida en los Andes tropicales, Baetidae: Andesiopssp.
Las Imagenes13 y 14, presentan las características hidráulicas de los hábitats viables
de Baetidae: Andesiopssp., para la época seca (Imagen 13) y la época húmeda
(Imagen 14); en donde se puede observar las diferentes isolíneas de densidades que
predice el modelo, mientras que los puntos rellenos corresponden a las densidades
observadas, demostrando un buen ajuste del modelo para los dos casos. Los puntos
vacíos son los sitios muestreados en donde no se registró esta especie. Las Imágenes
13 y 14 son la distribución de este grupo en los hábitats de acuerdo a la velocidad y
profundidad para el tipo de sustrato dominante del lecho que son los cantos.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 43
Los resultados gráficos de los modelos de hábitats viables indican que los organismos
se distribuyen de una manera distinta de acuerdo a la estación climática, y que los
Imagen 13. Distribución de las densidades en los hábitats viables de la época seca.
Imagen 14. Distribución de las densidades en los hábitats viables de la época húmeda.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 44
efectos en el incremento de las velocidades y profundidades disminuyen sus
densidades. Para conocer como se relaciona cada respuesta con el caudal es
necesario analizar las condiciones hidrológicas en cada época.
4.2.2 Condiciones hidrológicas
Los hábitats viables se hacen disponibles mediante la combinación de algunas
variables hidráulicas definidas por el caudal. Las condiciones hidrológicas son
altamente relevantes para las relaciones ecológicas y las diferencias entre estaciones
evidencian la importancia de mantener la variabilidad hidrológica natural. En la
vertiente Amazónica, los ríos en la época húmeda presentan crecidas regulares que
disminuyen lentamente en tres y/o cuatro días; específicamente estas crecidas
eliminan gran parte de los hábitats viables y las superficies que se mantienen idóneas
se ubican en las márgenes o recodos del río, esto quiere decir que a medida que
aumentan los caudales en la época húmeda, las superficies de hábitats viables
desaparecen.
Para ejemplificar como la respuesta de la Imagen 15 contrasta con las superficies de
hábitats viables de la época seca, se presenta la Imagen 16. En la época húmeda los
caudales registrados superan los 0.2 m3.s-1 y los hábitats que se pueden encontrar en
estas condiciones hidrológicas corresponden a rápidos y cascadas, mientras que en la
Imagen 15. Superficies de hábitats viables para Andesiopssp., en las condiciones hidrológicas de la época húmeda.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 45
época seca se registraron caudales inferiores a los 0.2 m3.s-1 que favorecieron la
presencia de todo tipo de hábitats viables entre los que se encontró pozas, planos,
rápidos y cascadas. En la Imagen 17, el modelo demuestra que la densidad en las
superficies de hábitats viables aumenta en la medida en que aumenta el caudal.
Las respuestas de los hábitats viables son prácticamente opuestas para cada
estación. La limitación para integrar esta información y presentar un hidrograma del
régimen de caudales ecológicos, es precisamente, la ausencia de información
hidrológica continua y a detalle diario, que permita ajustar el modelo a distintos
caudales entre estaciones. Otro factor a considerar en el diseño del caudal ecológico
para los ríos de páramo, es la respuesta ecológica de todas las especies dominantes y
raras que componen la comunidad.
Los invertebrados seleccionados para este ecosistema, Tabla 11, presentan una
respuesta compuesta que se ajusta bien a la respuesta individual de Baetidae:
Andesiopssp. Una estimación del caudal ecológico de la época húmeda para los
invertebrados de los ríos de páramo se presenta en la Imagen 17, y se interpreta como
el rango del caudal natural que mantiene la mayor superficie de hábitats viables.
Imagen 16. Superficies de hábitats viables para Andesiopssp., en las condiciones hidrológicas de la época seca.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 46
Taxa Hábitats Viables
Andesiopssp. Velocidades medias, poca profundidad y sustratos grandes.
Anomalocosmoecussp. Velocidades altas, poca profundidad y sustratos medianos.
Austrelmissp. Velocidades medias, profundidad media y sustratos medianos.
Ochrotrichiasp. Velocidades altas, poca profundidad y sustratos medianos.
Simuliidae Sp1. Velocidades altas, profundidades altas y sustratos de pequeños.
Tabla 11. Selección de invertebrados representativos de los ríos de páramo.
Superficies de hábitats viables para los invertebrados representativos de los ríos de
páramo en la Vertiente Amazónica durante la época húmeda.
La primera validación del modelo de hábitats viables de la zona de Papallacta,
demuestra que en la época húmeda, el modelo se ajusta adecuadamente a las
respuestas ecológicas esperadas de los organismos acuáticos. De forma específica, el
modelo demuestra que la variabilidad climática natural determina la disponibilidad de
Imagen 17. Densidad en las superficies de hábitats viables aumenta en la medida en que aumenta el caudal.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 47
hábitats a los que están adaptados los organismos. Extender los resultados de estos
modelos, a los ríos de la zona de páramo, estará limitado o favorecido por la
información hidrología existente de cada río. Por otro lado, extender los modelos hacia
otros ecosistemas acuáticos en cuencas y pisos ecológicos distintos es una alternativa
para la generalización de las preferencias hidráulicas de los taxa de cada río.
4.3 Modelo de Hábitats Viables e Índice LIFE
El río Nieves Toma fue el escenario del muestreo ecológico e hidrológico, para definir
los modelos de hábitats viables que permitieran proponer regímenes de caudales
ecológicos para los ríos Pita y San Pedro, utilizando la información eco hidrológica
obtenida con el Índice LIFE, en el 2005 (Rosero, 2005). El río Nieves Toma es un río
de cabecera con un pendiente moderada, se forma de la unión del río Pilongo y
pequeños afluentes provenientes del volcán Corazón, desemboca en el río San Pedro
y en su trayecto ingresa a la Parroquia de Aloasí, en donde es captado en su totalidad
y queda seco. Como parte de la aplicación de los modelos eco hidrológicos se
seleccionó un tramo de 25m de largo, con características representativas de la unidad
hídrica, en donde se aplicó la metodología para conocer los hábitats viables de
invertebrados acuáticos; el muestreo incluyó el registro de la calidad del agua,
especialmente se monitoreó la temperatura, el pH, la conductividad y el oxígeno
disuelto, por un lapso de 12 horas continuas. El tramo se dividió en 10 secciones
intercaladas por hábitats rápidos y lentos, en los que se levantó información del ancho,
el perfil de velocidades y profundidades así como el nivel del río.
La formación geomorfológica del río Nieves Toma explica la presencia de sustratos de
gran tamaño y areniscas volcánicas a las que están relacionadas fuertes corrientes de
flujo que conforman lechos irregulares. En este ecosistema se observa una gran
heterogeneidad de hábitats, en donde encontramos una comunidad de invertebrados
acuáticos compuesta por una riqueza de 37 taxa y una densidad de125 ind/m2. Los
ríos Nieves Toma, San Pedro y Pita comparten características ecológicas similares
como el tipo de sustrato, los hábitats, la vegetación y la comunidad de invertebrados.
En la vertiente del Pacífico, específicamente en la sub cuenca del río Guayllabamba
los ríos de interés tienen una estacionalidad climática invertida a la estacionalidad de
la vertiente Amazónica. En la época de mayo a octubre se observa una época seca
que corresponde a la época húmeda de la zona de Papallacta. A pesar de la
temporalidad esperada, en Julio de 2011 se realizó el muestreo para definir los
hábitats viables en caudales residuales de crecidas y bajo la presencia de llovizna.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 48
4.3.1 Hábitats viables en la vertiente del Pacífico
En los ríos Nieves Toma y San Pedro la comunidad de invertebrados está compuesta
por individuos que prefieren hábitats con corrientes fuertes, sustratos grandes pero
también arena, profundidades medias y márgenes con vegetación sumergida. Para
utilizar la información obtenida con el Índice LIFE y con los modelos de hábitats
viables, se comparó los datos obtenidos con anterioridad para los ríos Pita y San
Pedro con los datos levantados en el 2011, para el río Nieves Toma y San Pedro, se
escogieron cinco taxa representativas y comunes entre los ríos, Tabla 12.
Taxa Índice LIFE
Velocidad (m/s)
Profundidad (m)
Tipo de sustrato
Hábitats Viables
Velocidad (m/s)
Profundidad (m)
Tipo de sustrato
Andesiopssp. 0.7 – 1.1 m/s
0.30 – 0.35 m
cantos y bloques
1.3 - 1.5 m/s
0.35 – 0.40 m
bloques
Limonícolasp. 1.3 – 1.5 m/s
0.30 – 0.40 m
cantos
1.55 – 1.65 m/s
0.35 – 0.40 m
cantos
Austrelmissp. 1.1 – 1.3 m/s
0.20 – 0.30 m
grava
1.4 – 1.5 m/s
0.30 – 0.35 m
cantos
HydroptilidadeSp1. 1.5 – 1.7 m/s
0.30 – 0.40 m
cantos
1.6 – 1.7 m/s
0.30 – 0.35 m
cantos
SimuliidaeSp1. 1.5 – 1.7 m/s
0.4 – 0.5
Cantos y bloques
1.6 – 1.7 m/s
0.3 – 0.4 m
cantos
Tabla 12. Características hidráulicas según el Índice LIFE y según los Hábitats viables.
Fuente: Daniela Rosero, 2005 – 2011.
Las superficies de hábitats viables para los invertebrados seleccionados presentan el
aumento de la densidad de estas especies en la medida que aumenta el caudal. La
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 49
información de los hábitats en el río Nieves Toma y en el río San Pedro se
incorporaron a la información hidrológica disponible, y se obtuvo el rango de caudales
que hace que la densidad de invertebrados en los hábitats viables aumente: 0.1-5.5
m3/s, Imagen 18: Nieves Toma, Imagen 19: Pita, Imagen 20: San Pedro.
Imagen 18. Superficies de hábitats viables para invertebrados del río Nieves Toma
Imagen 19. Superficie de hábitats viables para invertebrados del río Pita
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 50
Las Imágenes 19 y 20, demuestran la respuesta de los ríos que fueron trabajados con
anterioridad por el FONAG y de cuyos datos se ajustaron los modelos de hábitats
viables, como en el caso de la Imagen 20. En los tres casos, se puede observar que la
densidad de invertebrados dentro de los hábitats viables aumenta a medida que lo
hace el caudal, los modelos individuales de cada invertebrado presentan similar
comportamiento entre sitios, lo que indica una respuesta común a este patrón de
incremento.
4.4 Conclusiones y Recomendaciones
Los resultados han demostrado que la simulación del hábitat es un método factible
para determinar ecológicamente el caudal que debería mantenerse en los ríos a través
de los hábitats viables. Las consideraciones ecológicas para mantener los caudales
que actualmente se descargan en época de lluvias y estiaje pueden mejorar la calidad
de los ecosistemas después de las captaciones. Los modelos de simulación del hábitat
son viables para ser ejecutados en base a amplia información ecológica e hidráulica,
que constituyen una buena línea base sobre los sitios que van a ser intervenidos.
El régimen de caudales ecológicos es una herramienta de mitigación del impacto
ambiental que causan las captaciones de agua para todo tipo de uso. La utilidad de
este régimen permite mantener la conectividad entre los ecosistemas y con ello el
Imagen 20. Superficies de hábitats viables para invertebrados del río San Pedro.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 51
posterior equilibrio del balance hídrico. El régimen de caudales ecológicos puede ser
propuesto como una medida de mitigación del cambio climático. La presencia de flujo
después de las captaciones constituye un aporte a la evaporación que posteriormente
puede precipitarse en distintos lugares de la cuenca, según las condiciones del viento
y la temperatura ambiental.
Como una herramienta y una medida de mitigación, el régimen de caudales ecológicos
responde a la recuperación de los ecosistemas, y el aumento de la resiliencia y la
resistencia lo que ha demostrado es que puede reducir la pérdida de la integridad
ecológica de los ríos. El régimen de caudales ecológicos puede considerarse como
una estrategia de manejo para enfrentar los impactos actuales y la potencialidad de
dichos impactos frente al cambio climático.
La principal recomendación del manejo del régimen de caudales ecológicos es que los
resultados se observen bajo los dos parámetros de precipitación que podrían ocurrir
con el cambio climático. Los beneficios que puede haber tenido la integridad ecológica
del tramo intervenido favorecerán su resiliencia en los largos períodos de estiaje
natural. Es recomendable considerar el hecho de que las zonas de modelación
representan hábitats acuáticos típicos del páramo y del bosque nublado, por lo que las
condiciones óptimas para la vida de los organismos están limitadas a la disponibilidad
de recursos en la cadena trófica, la misma que la define la hidrología local.
A pesar de la limitación de información hidrológica de tipo diario, los modelos de
simulación del hábitat se desarrollaron dentro de la metodología IFIM (Metodología del
Flujo Incremental, para detalles ver Bovee, 1989), por lo que se sustenta con la
continua retroalimentación y ajuste de los regímenes de caudales ecológicos a medida
que se tengan mejores y más datos para la modelación. Los resultados sobre los
rangos de caudales ecológicos para los ríos de esta zona del Callejón Interandino,
presentan un incremento casi directo, de todos los hábitats viables a medida que
aumenta el caudal en el río. Estas relaciones son un importante indicador para el
manejo, y se pueden tomar en cuenta como criterios para el diseño con escenarios de
cambio climático.
Finalmente, se recomienda trabajar con los modelos de simulación del hábitat y tomar
en cuenta las variaciones interanuales, interdecadales y las señales de largo plazo en
la oferta natural del sistema, como lo proponen Muñoz, Macías y García (2010).
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 52
5.- Efecto del cambio climático en el caudal ecológico
El análisis de la variabilidad climática actual y escenarios de cambio climático para el
Ecuador (Muñoz, 2011), sugieren considerar el incremento o decremento de un 10%
del caudal disponible, como escenarios plausibles. A partir de esta premisa se corrió
los modelos, en los ríos con información hidrológica interanual e interdecadal, y se
obtuvieron modelos de las superficies de hábitats viables para el aumento y para el
decremento de caudales.
Como se ha mencionado en el análisis previo, los modelos de caudales ecológicos
requieren información hidrológica a nivel diario; todos los ríos de interés en la zona de
estudio están limitados en este aspecto a los promedios mensuales, por lo que al
tomar en cuenta esta incertidumbre, se corrió los modelos de hábitats viables para los
escenarios de cambio climático, y se obtuvo importantes resultados esperados.
En general, encontramos que las superficies de hábitats viables en los ríos disminuyen
con la reducción del 10% del caudal, Imagen 22, mientras que con el aumento del 10%
del caudal, los hábitats viables se mantuvieron similares a las condiciones actuales.
Imagen 21. Modelo de hábitats viables con un incremento del 10% del caudal observado, en el río Pita.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 53
En las Imágenes 21 y 22, se presenta las respuestas de los hábitats viables en el río
Pita (Pedregal), para los invertebrados representativos del tramo de estudio, en los
escenarios seleccionados. Los caudales se mantienen dentro de la misma escala pero
se observan distintas respuestas. La reducción del caudal en un 10% reduce las
superficies de hábitats viables lo que significa la reducción de la densidad de los
invertebrados en estos sitios. El aumento del caudal en un 10% significa la creación de
nuevas superficies de hábitats viables lo que favorece a la densidad de los
invertebrados, tanto por la creación de áreas de colonización y la provisión de recursos
alimenticios en estos sitios.
Estos resultados, se puede extrapolar a los ríos de la zona, tomando muy en cuenta el
nivel de incertidumbre de un modelo obtenido a partir de modelos. Es por esto, que las
respuestas encontradas aquí, brindan una idea del panorama de la respuesta del
caudal ecológico frente al cambio climático. Estas respuestas ocurrirían en el río Pita,
y probablemente en los demás ríos de interés de la zona de estudio, si el caudal
ecológico se mantuviera en los ríos como una medida de manejo para la mitigación del
impacto ambiental de la captación. En el caso de que el caudal ecológico pueda
mantenerse en los cauces, este estaría sujeto al estrés del cambio climático en los
diferentes escenarios, lo que podría amortiguar el efecto de la reducción o incremento
de caudales en las comunidades acuáticas, a través de su resiliencia a la variabilidad
hidrológica natural.
Imagen 22. Modelo de hábitats viables con un decremento del 10% del caudal observado, en el río Pita.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 54
Conclusiones y Recomendaciones
El ensayo y corridas de los modelos de hábitas viables con los escenarios de cambio
climático nos permite concluir, que es importante generar información hidrológica a
detalle para conocer tanto las respuestas más certeras, como los regímenes
hidrológico y ecológico que enfrentaría los posibles efectos del cambio climático. Los
resultados obtenidos también permiten concluir en los posibles efectos que tendrían el
incremento o decremento de caudal en la creación o no de superficies de hábitats
viables; los invertebrados pueden encontrar oportunidades para colonizar y
establecerse lo que permitiría mantener los procesos y el funcionamiento de los
ecosistemas acuáticos.
Finalmente, es recomendable aplicar la metodología de simulación de hábitats,
especialmente en los ríos con buena integridad ecológica, en donde las variables
ecológicas son responsables de la presencia de organismos en el río. La simulación
de hábitats permiten incluir factores físicos en los modelos, lo que es favorable para el
caso del análisis de las variables de cambio climático, sin embargo esta información
debe al igual que en la hidrología, ser a detalle y multitemporal.
Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 55
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Sistema de monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua
y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 59
Listado de imágenes
Imagen 1. Enfoque de integridad ecológica de ríos para sitios de captación de agua. 10
Imagen 2. Ubicación de la captación de agua potable en el río Tuminguina en
Papallacta. .................................................................................................................. 14
Imagen 3. Río Pita en Molinuco después de la captación para la central hidroeléctrica
Los Chillos .................................................................................................................. 15
Imagen 4. Esquema de la metodología para el análisis de impactos en ríos. ............. 16
Imagen 5. Curvas de preferencia hidráulicas (Baetidae: Andesiopssp.) ...................... 34
Imagen 6. Celdas de velocidad en donde se asume un valor uniforme en toda la celda.
................................................................................................................................... 35
Imagen 7. Esquema de velocidades y profundidades en las secciones del Río
Papallacta ................................................................................................................... 36
Imagen 8. Profundidad y pendiente como entradas del modelo. ................................. 36
Imagen 9. Hábitats viables identificados por el modelo a un caudal máximo. ............. 37
Imagen 10. Modelo de hábitats viables en las secciones del río Papallacta. ............... 38
Imagen 11. Superficies ponderadas útiles simuladas para descarga del río Papallacta.
................................................................................................................................... 39
Imagen 12. Caudal ecológico estimado para Baetidae: Andesiopssp., en el río
Papallacta. .................................................................................................................. 40
Imagen 13. Distribución de las densidades en los hábitats viables de la época seca.. 43
Imagen 14. Distribución de las densidades en los hábitats viables de la época húmeda.
................................................................................................................................... 43
Imagen 15. Superficies de hábitats viables para Andesiopssp., en las condiciones
hidrológicas de la época húmeda................................................................................ 44
Imagen 16. Superficies de hábitats viables par Andesiopssp., en las condiciones
hidrológicas de la época seca. .................................................................................... 45
Imagen 17. Densidad en las superficies de hábitats viables aumenta en la medida en
que aumenta el caudal. ............................................................................................... 46
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 60
Imagen 18. Superficies de hábitats viables para invertebrados del río Nieves Toma .. 49
Imagen 19. Superficie de hábitats viables para invertebrados del río Pita ................... 49
Imagen 20. Superficies de hábitats viables para invertebrados del río San Pedro. ..... 50
Imagen 21. Modelo de hábitats viables con un incremento del 10% del caudal
observado, en el río Pita. ............................................................................................ 52
Imagen 22. Modelo de hábitats viables con un decremento del 10% del caudal
observado, en el río Pita. ............................................................................................ 53
Listado de tablas
Tabla 1. Puntajes y criterios de la clasificación de la calidad biótica del agua en ríos
Alto – Andinos............................................................................................................. 12
Tabla 2. Valores promedio de las variables consideradas para definir la integridad
ecológica. ................................................................................................................... 13
Tabla 3. Clasificación BACI para los sitios de estudio en los ríos Pita, San Pedro y
Tuminguina. ................................................................................................................ 17
Tabla 4. Diferencias estadísticas entre sitios de ríos control e impactados. ............... 18
Tabla 5. Resumen de las salidas de los modelos de Cambio Climático para el Callejón
Interandino .................................................................................................................. 21
Tabla 6. Matriz de la intensidad de los Impactos Ambientales de las captaciones en la
integridad ecológica de los ríos bajo los escenarios de los modelos de Cambio
Climático para el Ecuador. .......................................................................................... 23
Tabla 7. Nivel de impacto de las captaciones de agua en la integridad ecológica de los
ríos de acuerdo a los resultados del Cambio Climático para el Ecuador. .................... 25
Tabla 8. Posibles respuestas de la Integridad ecológica en los sitios de captación
frente a los modelos de cambio climático ................................................................... 25
Tabla 9. Categorías para la Velocidad del flujo ........................................................... 32
Tabla 10. Categorías de abundancia de organismos, (fs.) .......................................... 32
Tabla 11. Selección de invertebrados representativos de los ríos de páramo. ............ 46
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
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Tabla 12. Características hidráulicas según el Índice LIFE y según los Hábitats viables.
................................................................................................................................... 48
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 1
Anexo 1. Mapa de ubicación de los ecosistemas acuáticos en el área de estudio.
Fuente: Sistema de Monitoreo para evaluar la disponibilidad de agua y la evolución de los impactos del cambio climático en la parte alta de la cuenca del
río Guayllabamba y en las unidad hídricas Papallacta y Antisana, Newvi Integral Solutions Cía. Ltda. , 2011.
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y evolución de los impactos asociados al cambio climático
Estudio Caudales Ecológicos 1
Anexo 2.
Puntajes del Índice ABI para invertebrados acuáticos indicadores de la calidad
biótica en ríos de la zona Andina.
Order Family Score
Turbellaria 5
Oligochaeta 1
Hirudinea 3
Gasteropoda Limnaeidae 3
Planorbiidae 3
Bivalvia Sphaeriidae 3
Amphipoda Hyalellidae 6
Acari Hydracarina 4
Ephemeroptera Baetidae 4
Leptohyphidae 7
Leptophlebiidae 10
Oligoneuriidae 10
Plecoptera Grypopterygidae 10
Perlidae 10
Coleoptera Elmidae 5
Hydrophilidae 3
Psephenidae 5
Ptilodactylidae 5
Scirtidae 5
Staphylinidae 3
Trichoptera Odontoceridae 10
Anomalopsychidae 10
Helicopsychidae 10
Hydrobiosidae 8
Hydroptilidae 6
Leptoceridae 8
Limnephilidae 7
Lepidoptera Pyralidae 4
Diptera Blepharoceridae 10
Ceratopogonidae 4
Chironomidae 2
Culicidae 2
Dolichopodidae 4
Empididae 4
Muscidae 2
Psychodidae 3
Simulidae 5
Tabanidae 4
Tipulidae 5
Limoniidae 4
Orden Familia
Puntaje
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