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TALLER SOBRE BALANCE HÍDRICO Y MODELAJE PARA GESTIÓN DE CUENCAS

Abril 2011

Fernando Arturo Ledezma Perizza MSc. in Geoinformatics

Docente Investigador Centro del Aguas y Saneamiento Ambiental FCYT-UMSSe-mail: ledezmafernando@hotmail.com

Modelación de la Cuenca Pucara-Cochabamba y

Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencasen Bolivia

Temas de abordaje

I. Experiencia y resultados de la modelación de la cuenca Pucara, Cochabamba

II. Compartir resultados del ejercicio SWAT y Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencas Bolivia

III. Propuestas para el Plan Nacional de Cuencas en el campo de modelaje

3

Fundamentos

CONCEPTOS BÁSICOS RELACIONADOS A LA MODELACIÓN

Puede ser muy sencillo ó muy Complejo

Un modelo es:Una representación simplificada de la realidad

CALIBRACIÓN

Se busca mejorar el ajuste entre los valores observados y los valores modelados de la variable de salida de interés, al variar reiterativamente los parámetros del modelo (dentro de rangos realístas)

VALIDACIÓN

Una vez logrado una adecuada calibración, se evalúa nuevamente el ajuste del modelo, para un nuevo set de variables de entrada y salida, SIN ajustar los parámetros previamente calibrados

una primera calibración podría basarseen una interpretación visual de los hidrogramas

(comparación de caudales simulados y observados),aunque para aplicaciones mas avanzadas se hará uso de indicadores estadísticos tales como RMSE, MAE, Nash-

Sutcliffe para guiar el proceso de calibración

calibrar: con el objetivo de disminuir las diferencias entre lo observado y lo modelado

CONCEPTOS BÁSICOS RELACIONADOS A LA MODELACIÓN

Los modelos deben ser calibrados y validados

Dos consideraciones importantes en la selección de un modelo para una determinada aplicación son:

1) ¿Cuáles son las preguntas que quiero contestar?

NECESIDAD / APTITUD

2. ¿Cuál es la disponibilidad de datos para mi área de estudio, y ¿Cuáles son los requerimientos de los distintos modelos con respecto a disponibilidad de datos?

FACTIBILIDAD

CRITERIOS EN LA SELECCIÓN DE UN MODELO

PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN

Basado en lo anterior, también nos podemos preguntar:

1) Escala / resolución temporal de mi simulación

entradas / salidas: DATOS DIARIOS? MENSUALES? PROMEDIOS ANUALES?

2) Escala / resolución espacial de mi simulación

entradas / salidas:CUENCA? SUBCUENCA? MICROCUENCA? PARCELA o “PIXEL”?

CRITERIOS EN LA SELECCIÓN DE UN MODELO

PARA UNA DETERMINADA APLICACIÓN

¿Cómo seleccionar el modelo hidrológico más

apropiado?

Tener encuenta:→ ¿Cuáles son los problemas que queremos resolver?

9

Antecedentes

Asistencia Técnica No Reembolsable (ATNR)

En el marco de estos esfuerzos, y en respuesta a una solicitud del Estado Plurinacional de Bolivia, entre enero 2009 y mayo 2010 el Banco Mundial llevó a cabo una Asistencia Técnica No Reembolsable (ATNR)

Buscando el “Fortalecimiento de Capacidades para la Adaptación a la Variabilidad y al Cambio Climático en el Ámbito de los Recursos Hídricos.”

La ATNR tuvo un doble propósito:

(i) fortalecer la capacidad de las instituciones que trabajan en la temática de cambio climático y recursos hídricos para el uso y aprovechamiento de herramientas de modelación y planificación que les permita identificar y evaluar la vulnerabilidad actual y futura al cambio climático para los recursos hídricos y las posibles medidas de adaptación basados en insumos técnicos sólidos; y

(ii) fomentar la inclusión de la adaptación al cambio climático en la definición de políticas de manejo y uso de los recursos hídricos.

Principales Instituciones y Contrapartes del Banco Mundial Vice-ministerio de Medio Ambiente, Biodiversidad y Cambio

Climático Vice-ministerio de Ciencia y Tecnología Vice-ministerio de Recursos Hídricos y Riego

Instituciones que contribuyeron a enfocar el alcance y la metodología y participaron en actividades de capacitación fueron:

Servicio Nacional de Meteorología e Hidrológica Universidad Mayor de San Andrés Universidad Mayor de San Simón Universidad Autónoma Tomas Frías Fundación PROINPA Colegio de Ingenieros Agrónomos Bolivia (filial Cochabamba) Organizaciones no gubernamentales Cooperación Internacional Centro Digital de Recursos Naturales de Bolivia

Participación de Talleres en Bolivia

• Abril 2009 - Taller de sistematización de datos para la modelación.

• Junio 2009 - Módulo sobre herramientas de modelación/planificación.

• Julio 2009 - Módulo de modelación SWAT cuencas Tarapaya, Pucara, y Titicaca.

• Septiembre 2009 – Curso modelación de escenarios climáticos.

• Mayo 2010 - Taller Sobre Cambio Climático y Recursos Hídricos –Resultados Preliminares

Modelaciónes realizadas

1. Lago Titicaca

La Paz

2. Pucara

Cochabamba

3. Tarapaya

Potosí

1. Beni

2. Desag-Poop-Coip

3. Grande

4. Ichilo-Mamoré

5. Itenez

6. Madera

7. Madre de Dios-Or

8. Paraguay

9. Pilcomayo-

Bermejo

10. Salar de Uyuni

11. Titicaca

Bolivia

MicrocuencasEjercicios realizados en Talleres deBolivia

Macrocuencasrealizado en Washington -USA

Lago

Titicac

a

Pucara

Tarapa

ya

En esta Presentación

Parte I

Cuenca Pucara-Cochabamba

15

Cuenca Pucara-Cochabamba

Nacional

Departamental

Ubicación del Área de Estudio

Selección de la Cuenca

Se evaluó la DISPONIBILIDAD DE DATOS •Climatológicos: pp, T, HR, viento (vel, dir), •Geomorfología, •Uso tierra, geomorfología, •DEM, •Ubicación de comunidades, •Zonas de sistemas de producción dominante.

Fuentes •PROINPA, •PRIV, •SENAMHI, •Centro AGUA

Selección del Software•Costo? Soporte? Entre otros…

Estaciones y Uso de Suelo

Modelo Digital de Terreno y Tipo de Suelo

Resultados

Caudal Simulado

0,00E+00

2,00E+01

4,00E+01

6,00E+01

8,00E+01

1,00E+02

1,20E+02

1,40E+021

12

3

24

5

36

74

89

61

1

73

3

85

5

97

7

10

99

12

21

13

43

14

65

15

87

17

09

18

31

19

53

20

75

21

97

23

19

24

41

25

63

26

85

28

07

29

29

30

51

31

73

32

95

34

17

35

39

36

61

37

83

39

05

40

27

41

49

42

71

43

93

45

15

46

37

Series1

Escorrentia

0.00E+00

2.00E+01

4.00E+01

6.00E+01

8.00E+01

1.00E+02

1.20E+02

1.40E+02

1 98

19

5

29

2

38

9

48

6

58

3

68

0

77

7

87

4

97

1

10

68

11

65

12

62

13

59

14

56

15

53

16

50

17

47

18

44

19

41

20

38

21

35

22

32

23

29

24

26

25

23

26

20

27

17

28

14

29

11

30

08

31

05

32

02

32

99

33

96

34

93

35

90

36

87

37

84

38

81

39

78

40

75

41

72

42

69

43

66

44

63

45

60

46

57

Series1

Series2

Series3

Simulado vs Observado

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55

Series1

Series2

1. Hacer una calibración por etapas

2. Mejorar los datos Hidrología de las cuencas aportantes

3. Incorporar datos de la Hidrología de las cuencas laterales

4. Interpretar con el Uso de agua (irrigación/doméstico) Operación embalses/canales de distribución

Desafíos para seguir desarrollando e incorporando en el modelo:

1. ¿Niveles de bombeo (acuíferos)?

2. ¿Calidad del agua?

Experiencias y recomendaciones

PARTE II

Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencas en Bolivia

25

Área de estudio y

Características Básicas de las

11 Macro-Cuencas

Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

Fuentes: Superficie y altitud, de cálculos propios de la modelación. Población del Instituto Nacional de Estadísticas (INE)

Estaciones

Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

Línea base original -1989-2008 (93)

Línea base final-1996-2008 (82)

127 estaciones (Tmax, Tmin,P) inicialesSENAMHI = 82, NOAA = 33NASA = 12

Datos para calibrar - Estaciones de Aforo

Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

Datos de entrada …

Uso de Suelos – 336 usos

Super Intendencia Agraria 2000

FAO Soil – 70 classes

Datos de entrada …

DEM (Mapa de Elevación digital)

NASA (90 m Resolución)

Metodologia - Procesamiento de cursos de aguas y delimitación de sub-cuencas hidrográficas

Mapa Digital de Elevación Topográfica

Mapa de Límites de Macro-cuencas

Mapa de Cursos de Agua y Delimitación de las sub-cuencas

Metodología - Desarrollo del modelo hidrológico y calibración del modelo

Balance Hídrico1997 - 2008

Registros de aforo1998 - 2008

FFCB, Manning coeficiente, GWQmn.ESCO, REVAPMN, … etc

Resultados

Impactos en el Balance Hídrico 2050s

Para el Escenario Seco

Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

Impactos en el Balance Hídrico 2050s

Para el Escenario Húmedo

Fuente: Informe Vol. I - Banco Mundial Diciembre 2010, Estado Plurinacional de Bolivia - Construyendo Herramientas para Evaluar Vulnerabilidades y Estrategias de Adaptación al Cambio Climático en el Sector de Recursos Hídricos de Bolivia

Índice de estrés hídrico per

cápita bajo cambio climático

Línea Base

Legend

Bolivia_CC_Merge

WSI base

lagos y salares (ET>P)

Sin Población

0 - 600

601 - 1000

1001 - 1700

1701 - 3000

3001 - 6000

6001 - 10000

10001 - 50000

> 50000

Futuro con CC - SecoFuturo sin CC

Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Cambios de Precipitación Bajo Cambio

Climático al 2050s

Escenario Húmedo Legend

Bolivia_CC_Merge

% Cambio en Precipitación

-13 - -10

-9 - -8

-7 - -6

-5 - -3

-2 - 0

1 - 2

3 - 4

5 - 6

7 - 10

11 - 14

Escenario Seco

Fuente: Presentación Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Cambios de Evapotranspiración Bajo

Cambio Climático al 2050s

Escenario Húmedo Escenario SecoLegend

Bolivia_CC_Merge

% Cambio ET

-22 - -30

-29 - -20

-19 - -10

-9 - 0

1 - 10

11 - 20

21 - 30

31 - 40

41 - 50

51 - 60

Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Cambios de Rendimiento Hídrico Bajo

Cambio Climático al 2050s

Escenario Húmedo Escenario SecoLegend

Bolivia_CC_Merge

% Cambio Caudal Especifico

-100 - -80

-79 - -60

-59 - -40

-39 - -20

-19 - 0

1 - 20

21 - 40

41 - 60

61 - 80

81 - 100

Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Índice de Humedad Climática

para las 11 cuencas

40Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMATICOS

CUENCA DEL PILCOMAYO

41

PRECIPITACION TEMPERATURA

EVAPOTRANSPIRACION RENDIMIENTO HIDROLOGICO

Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Precipitación

Legend

Pilcomayo

% Cambio

< -10

-9 - -5

-4 - 0

1 - 5

6 - 10

Escenario Seco

Escenario Húmedo

Escenario Seco

Escenario Húmedo

Legend

Pilcomayo

% cambio

-22 - -12

-11 - -7

-6 - 0

1 - 10

11 - 30

EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMÁTICOS

CUENCA DEL PILCOMAYO

Evapotranspiración

Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

RendimientoHidrológico

Sedimentos

Escenario Seco

Escenario Húmedo

Escenario Seco

Escenario Húmedo

Legend

Pilcomayo

% Cambio

-55 - -44

-43 - -26

-25 - -14

-13 - 0

0 - 15

Legend

Pilcomayo

% Cambio

-99 - -50

-49 - 0

1 - 50

51 - 100

> 100

43

EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMÁTICOS

CUENCA DEL PILCOMAYO

Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010

Limitaciones y conclusiones

de la evaluación

Mayores limitaciones

• Información hidro-meteorológica pobre: – Escasas estaciones

– Existencia de zonas “ciegas”

– Serie temporal muy reducida

– Largos huecos en las series de datos

– Existencia de numerosos “outliers”

– Datos de caudal muy escasos: Dificultad para calibrar

– Falta de inputs de caudal externos en cuencas transfronterizas

• Carencias en la información de suelos– Escalas demasiado grandes

– Estaticidad en los usos del suelo. Necesidad de proyectar cambios a 2050

• Generación de escenarios de cambio climático– Resolución insuficiente (100 – 250 km)

Conclusiones

• Modelación SWAT– Resulta compleja, pero útil y con múltiples

posibilidades

– Modelado de línea base:• Valores absolutos poco precisos

• Necesidad de mejorar insumos (especialmente los meteorológicos)

– Zonas con mejor fiabilidad: Desaguadero, Pilcomayo

– Zonas con peor fiabilidad: Madera, Madre de Dios

• Mapa de disponibilidad de agua per cápita: zonas críticas en Titicaca, Alto Grande, Alto Pilcomayo y Desaguadero

Conclusiones (Cont.)

• La ATNR ha permitido la construcción de una estructura y metodología desde el punto de vista científico y técnico, y de acuerdo a discusiones que se han tenido con el Vice-Ministerio de Recursos Hídricos y Riego, la misma sirva para apoyar la formulación de la estrategia de adaptación al cambio climático del sector así como en la toma de decisiones para manejar la gestión de los recursos hídricos a nivel de la cuenca

PARTE III

Propuestas para el Plan Nacional de Cuencas en el campo de modelaje

48

Propuestas

• Formar grupos inter-institucionales con expertos locales apoyados por expertos internacionales

• Contribuir a la formación de una masa crítica de científicos interesados en el tema a traves de tesis doctorales

• Mejorar la falta de información e interrelación entre instituciones que cuentan con la misma

• Continuar apoyando el modelamiento para facilitar el intercambio de información y resultados, y socializar las herramientas y modelos

• Generar continuidad de las modelaciones ya existentes

• El establecimiento de montos concursables que los puedan acceder grupos de investigación para continuar trabajando en la temática de cambio climático;

• El establecimiento de instrumentos para facilitar el flujo de información, la difusión de los conocimientos, la presentación de resultados de investigación y el escalamiento de nuevas capacidades con miras a mejorar la coordinación institucional;

• El fortalecimiento de las redes de meteorología e hidrología, tratar de compatibilizar las bases de datos de usos y tipos de suelo y rescatar la información meteorológica e hidrológica que se tiene en papel e Interactuar con Sistemas de Riesgos y Alerta Temprana

• Fortalecimiento de fuentes de información como el Centro Digital de Recursos Naturales de Bolivia

Propuestas

• Disponibilidad de escenarios climáticos de “mejor” y más alta resolución para Bolivia, proporcionando los medios para evaluar las incertidumbres asociadas.

• Generar estrategias para mejorar la coordinación orientada a mejorar la sinergia entre los bolivianos directamente interesados.

• Emplear la Modelación como herramienta de Toma de decisiones en el sector de recursos hídricos bajo una creciente incertidumbre: nuevas maneras de pensamiento y planificación.

• Establecer alianzas estratégicas para la implementación de los modelos

Propuestas

• El fortalecimiento del rol del gobierno como ente facilitador para generar y difundir conocimiento, para que así el conocimiento pueda servir para el desarrollo, e incentivar a las universidades para que participen en la planificación y toma de decisiones y aporten con el conocimiento y razonamiento bien fundamentado

Propuestas

53

Agradecimiento:

Carlos Ortuño (Viceministro de Recursos Hídricos y Riego), Has Villet y Hans Salm; por la organización e invitación a participar de este Taller

Rita Cestti (Banco Mundial); por las sugerencias, información y presentaciones enviadas que sirvieron de base realizar la presente.

A ustedes por su atención!!!

Fernando Arturo Ledezma Perizzaledezmafernando@hotmail.com