cambio climático y adaptación de los recursos...
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Cambio Climático y Adaptación de los Recursos Hídricos
Eusebio Ingol Blanco, PhD
Asesor de la Alta Dirección Autoridad Nacional del Agua
Grupo de Investigación en Hidráulica, Recursos Hídricos y Medio Ambiente. UNMSM
Resumen
• Clima y modelos
• Modelamiento de los impactos del CC
• Adaptación, opciones y barreras
• Esfuerzos de adaptación en Perú
Entender las Causas y Efectos del Clima no es Fácil
Como influyen las causas naturales y antropogénicas ?
Que modelos predicen esto?
Parallel Climate Model, operated by NCAR
Modelos de Circulación General (GCMs)
• En cada celda Grid los
GCMs calculan:
• Temperatura (T)
• Presión (P)
• Viento (U, V)
• Humedad (Q)
Procesos Físicos Simulados por GCMs
Ciclos diurnos y estacionales
Flujos de calor latente y sensible
Nubes y Convección
Capa limite planetaria
Gases de efecto invernadero
Aerosoles
Hielo en el Mar
Hidrología
Transporte de calor en el océano
Circulación Oceánica
Dinámica de la vegetación
Dinámica de bloques de hielo
Química del ciclo de carbón
Texas Advanced Computing Center
Que Recursos se Necesitan?
¿Cual es la base de los GCMs?
• Modelos determinísticos.
• Usan ecuaciones: Continuidad, Momento,
Energía, Ecuaciones de Estado.
• Reproducen las condiciones de clima histórico
representan interacciones entre el Océano,
Tierra, y Atmosfera.
Importante Incertidumbre en GCMs
Incertidumbre en la :
• Estructura del modelo,
• Representación de procesos físicos,
• Resolución espacial y temporal,
• Formulación de escenarios climáticos,
• Modelación hidrológica e hidráulica
• Modelación de la planificación y gestión de RH
Imagine que usted quiere evaluar el impacto en el flujo a la entrada de un reservorio
http://www.climatechange2013.org/images/uploads/WGIAR5_WGI-12Doc2b_FinalDraft_AnnexII.pdf PI = Pre-Industrial
Proyección CO2 para Diferentes
Escenarios (CMIP5)
Series de tiempo simuladas del Multi-Modelo CMIP5 de 1950 a 2100
para el cambio en la temperatura de la superficie media anual global
relativo al periodo 1986-2005
Proyecciones Globales
Impactos Globales
IPCC’s Fifth
Assessment
Report (AR5,
IPCC 2013)
Maps of CMIP5 multi-model mean results for the scenarios RCP2.6 and RCP8.5 in 2081–2100 of (a) annual mean surface
temperature change, (b) average percent change in annual mean precipitation
Impactos sobre
• Ciclo del agua
• Demanda de agua
• Disponibilidad del agua
• Calidad del agua
• Hidroenergía
• Infraestructura
¿Porque Estudiar los Impactos sobre los
Recursos Hídricos?
• ¿Cuál sería la respuesta hidrológica de la cuenca?
• ¿Qué pasará con la disponibilidad de agua en la cuenca durante
las próximas décadas ?
• ¿Cómo la infraestructura hidráulica, como presas y canales de los
distritos de riego, puede ser operada para una adaptación
confiable al cambio climático?
• ¿Qué medidas o estrategias, para reducir la vulnerabilidad e
incrementar la resiliencia, serían las más adecuadas para adaptar
los sistemas de recursos hídricos al cambio climático?
¿Cuáles son las Interrogantes a Nivel de
Cuenca?
Series Clima
Pr, T, RH, Wv
Uso de la
Tierra y Cov.
Modelación del Manejo
de agua
Evaluación de Impactos
Estrategias de
Adaptación
Predicción del Abastecimiento
Agua
Reducción Escala
Estadística
Dinámica
Caudales: Naturales
Históricos
Modelación Hidrológica e
Hidráulica
Inf.
Hidráulica
Mejora
PolíticaFin
No
Si
Escenarios de
Cambio
Climático
Modelos de
Circulación
General
Análisis de
Incertidumbre
Modelación a Escala de Sistemas Hídricos
¿Qué Modelo Global ?Que criterio?
• Resolución espacial
• Modelos acoplados atmósfera-océanos
• Desempeño en la región
• Realizaciones
Que escenario de emisión?
• A1B/RCP4.5: Media emisión, el cambio tecnológico en
el sistema energético es equilibrado en todas las fuentes
de energía fósiles y no fósiles
• A2/RCP8.5: Alta emisión, alto crecimiento poblacional,
cambio tecnológico y crecimiento económico mas
fragmentado
Downscaling: Permite incrementar la resolución espacial de GCMs para
obtener datos de clima a escala local.
Estadística
Basado sobre relaciones estadísticas
entre datos de clima a escala global
(GCMs) y local
Dinámica
Desarrollo de Modelos de Clima Regional
(RCMs), usando como condiciones de
frontera datos de GCMs
220 km ( 2.0 x 2.0o)
104°30'0"W
104°30'0"W
105°0'0"W
105°0'0"W
105°30'0"W
105°30'0"W
106°0'0"W
106°0'0"W
106°30'0"W
106°30'0"W
107°0'0"W
107°0'0"W
29°30'0"N 29°30'0"N
29°0'0"N 29°0'0"N
28°30'0"N 28°30'0"N
28°0'0"N 28°0'0"N
27°30'0"N 27°30'0"N
27°0'0"N 27°0'0"N
26°30'0"N 26°30'0"N
104°30'0"W
104°30'0"W
104°45'0"W
104°45'0"W
105°0'0"W
105°0'0"W
105°15'0"W
105°15'0"W
105°30'0"W
105°30'0"W
105°45'0"W
105°45'0"W
106°0'0"W
106°0'0"W
106°15'0"W
106°15'0"W
106°30'0"W
106°30'0"W
106°45'0"W
106°45'0"W
107°0'0"W
107°0'0"W
107°15'0"W
107°15'0"W
29°45'0"N 29°45'0"N
29°30'0"N 29°30'0"N
29°15'0"N 29°15'0"N
29°0'0"N 29°0'0"N
28°45'0"N 28°45'0"N
28°30'0"N 28°30'0"N
28°15'0"N 28°15'0"N
28°0'0"N 28°0'0"N
27°45'0"N 27°45'0"N
27°30'0"N 27°30'0"N
27°15'0"N 27°15'0"N
27°0'0"N 27°0'0"N
26°45'0"N 26°45'0"N
26°30'0"N 26°30'0"N
26°15'0"N 26°15'0"N
104°24'0"W
104°24'0"W
107°12'0"W
107°12'0"W
30°24'0"N 30°24'0"N
27°36'0"N 27°36'0"N
103°42'0"W
103°42'0"W
104°3'0"W
104°3'0"W
104°24'0"W
104°24'0"W
104°45'0"W
104°45'0"W
105°6'0"W
105°6'0"W
105°27'0"W
105°27'0"W
105°48'0"W
105°48'0"W
106°9'0"W
106°9'0"W
106°30'0"W
106°30'0"W
106°51'0"W
106°51'0"W
107°12'0"W
107°12'0"W
107°33'0"W
107°33'0"W
107°54'0"W
107°54'0"W
30°59'0"N 30°59'0"N
30°52'0"N 30°52'0"N
30°45'0"N 30°45'0"N
30°38'0"N 30°38'0"N
30°31'0"N 30°31'0"N
30°24'0"N 30°24'0"N
30°17'0"N 30°17'0"N
30°10'0"N 30°10'0"N
30°3'0"N 30°3'0"N
29°56'0"N 29°56'0"N
29°49'0"N 29°49'0"N
29°42'0"N 29°42'0"N
29°35'0"N 29°35'0"N
29°28'0"N 29°28'0"N
29°21'0"N 29°21'0"N
29°14'0"N 29°14'0"N
29°7'0"N 29°7'0"N
29°0'0"N 29°0'0"N
28°53'0"N 28°53'0"N
28°46'0"N 28°46'0"N
28°39'0"N 28°39'0"N
28°32'0"N 28°32'0"N
28°25'0"N 28°25'0"N
28°18'0"N 28°18'0"N
28°11'0"N 28°11'0"N
28°4'0"N 28°4'0"N
27°57'0"N 27°57'0"N
27°50'0"N 27°50'0"N
27°43'0"N 27°43'0"N
27°36'0"N 27°36'0"N
27°29'0"N 27°29'0"N
27°22'0"N 27°22'0"N
27°15'0"N 27°15'0"N
27°8'0"N 27°8'0"N
27°1'0"N 27°1'0"N
26°54'0"N 26°54'0"N
26°47'0"N 26°47'0"N
26°40'0"N 26°40'0"N
26°33'0"N 26°33'0"N
26°26'0"N 26°26'0"N
26°19'0"N 26°19'0"N
26°12'0"N 26°12'0"N
26°5'0"N 26°5'0"N
25°58'0"N 25°58'0"N
25°51'0"N 25°51'0"N
25°44'0"N 25°44'0"N
25°37'0"N 25°37'0"N
25°30'0"N 25°30'0"N
25°23'0"N 25°23'0"N
25°16'0"N 25°16'0"N
25°9'0"N 25°9'0"N
25°2'0"N 25°2'0"N
GCM Data
55 km( 0.5o x 0.5o)
30 km( 0.27o x 0.27o)
12 km( 0.11o x 0.11o)
Reducción Escala GCMs
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
2040 2050 2060 2070 2080 2090
Tem
per
atu
re A
no
mal
y (o
C)
A2 A1B
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
2040
-59_
A1
B
2060
-79_
A1
B
2080
-99_
A1
B
2040
-59_
A2
2060
-79_
A2
2080
-99_
A2
Tem
per
atu
re A
no
mal
y(oC
)
-150
-100
-50
0
50
100
150
2040 2050 2060 2070 2080 2090
Pre
cip
itat
ion
An
om
aly
(mm
)
Year
A2 A1B
-150
-100
-50
0
50
100
150
-150
-100
-50
0
50
100
150
2040
-59_
A1
B
2060
-79_
A1
B
2080
-99_
A1
B
2040
-59_
A2
2060
-79_
A2
2080
-99_
A2
Pre
cip
itat
ion
An
om
aly
(mm
)
Proyección de la Temperatura y Precipitación
Multi-Model Ensemble
Temperature (C) Precipitation (%)
Period A2 A1B
2040-59 2.24 2.34
2060-79 3.42 3.28
2080-99 4.89 3.91
Period A2 A1B
2040-59 -7 -5
2060-79 -10 -13
2080-99 -11 -8
Initial and
boundary
conditions
OutputsInputsHydrologic
processes
Equations for
water balance
Climate data ( T, P, RH, WV)
Land use, soil
Climate
change data
Z1
Z2
Base flow
Sub- surface runoff
Surface runoff
k1
k2
Percolation
Smax
P
ET
Water
resources
model
Modelación Hidrológica
Box plot showing the variation range (Max, P75, Median, Min, and P25) for each GCM for
the A2 scenario at Ojinaga. Dashed sky-blue line corresponds to the natural flow for the
period 1940-1999.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
CCSM3 CGCM31 ECHAM5 Hadley MIROC32
Stre
a m
flo
w (
Mill
ion
M3
)
Rango de Variabilidad en la Predicción de
Caudales Anuales
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 100 200 300 400 500 600 700
Exce
ed
ance
Pro
bab
ility
Annual Max streamflow(m3/s)
2040-2059 2060-20792080-2099 1980-1999
Scenario Pr/TR 1980-99 2040-59 2060-79 2080-99
A2
P(Q ≥300) 0.30 0.22 0.10 0.06
T = 1/p 3.33 4.5 10.0 16.7
P(Q ≥100) 0.80 0.94 0.98 0.96
T= 1/p 1.25 1.06 1.02 1.04
A1B
P(Q ≥300) 0.30 0.10 0.12 0.20
T= 1/p 3.33 10.00 8.33 5.00
P(Q ≥100) 0.80 0.96 0.98 1.00
T= 1/p 1.25 1.04 1.02 1.00
Caudales Máximos Anuales bajo CC
Link el Modelo Hidrológico con el Modelo de Planificación de Recursos Hídricos
Z1
Z2
Base flow
Sub- surface runoff
Surface runoff
k1
k2
Percolation
PET
RiverIrrigation
Aquifer storage
Storage capacity
Initial storage
Maximum withdrawal
RechargeInterflowBaseflowETRunoffecipiation
dt
ds Pr
Priorities
1: Municipal,
2: Irrigation Districts
3: Small Irrigations.
4: water treaty
Modelación Integrada de los Recursos
Hídricos
Efectos del Cambio Climático en el Sistema
de Recursos Hídricos
-30
-20
-10
0
10
20
30
Irrigation (GW) Irrigation (SW) Municipal Water Treaty
Ch
ange
(%
)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
oct
.-2
03
9
oct
.-2
04
2
oct
.-2
04
5
oct
.-2
04
8
oct
.-2
05
1
oct
.-2
05
4
oct
.-2
05
7
oct
.-2
06
0
oct
.-2
06
3
oct
.-20
66
oct
.-2
06
9
oct
.-2
07
2
oct
.-2
07
5
oct
.-2
07
8
oct
.-2
08
1
oct
.-2
08
4
oct
.-2
08
7
oct
.-2
09
0
oct
.-2
09
3
oct
.-2
09
6
Alm
ace
nam
ien
to M
ensu
al (
MM
3)
A2
A1B
Baseline
Impacto en Reservorios
¿Que pasa en Perú?
Atlántico Disponibilidad: 97,26%Población: 30,76 %Producción de PBI: 17,6%
Titicaca Disponibilidad: 0,56%Población: 3,26%Producción de PBI: 2%
Pacífico Disponibilidad: 2,18%Población: 65,98 %Producción de PBI: 80,4%
• El volumen anual promedio,1´935, 621 MMC
• Se ubica entre los 20 paísesmás ricos de agua en elmundo.
• Distribución irregular• Eventos Extremos.
Anomalía de
Precipitación (%)
durante El Niño
extraordinario
(enero-marzo
1983)
Sequias e
Inundaciones
Poblacional, 12%
Agrícola, 80%
Industrial, 6%Minero, 2%
El incremento de la población y el desarrollo en los sectores productivos, incrementa la competencia por el agua.
Usos de Agua
Cambios en Temperatura Anual (2070-99)
http://climatewizard.org/#University of Washington and the Nature Conservancy. Base climate projections downscaled by Maurer, et al (2009). 50 km
Cambios en Precipitación Anual (2070-99)
http://climatewizard.org/#University of Washington and the Nature Conservancy. Base climate projections downscaled by Maurer, et al (2009). 50 km
GCMs no acuerdan en Predecir la Pr
http://climatewizard.org/#University of Washington and the Nature Conservancy. Base climate projections downscaled by Maurer, et al (2009). 50 km
Evidencias de Impactos en Perú
Source: Inventory of Glaciers and Glacial Lakes (ANA 2014).Conference COP20
Retroceso de Glaciares
Retreat of Glacier Pastoruri
1995 - 2013 (Period 18 years): 52,12 %
YearPeriod
(years)
Area
(Km2)
Loss Area
( Km2)% Losses
1995 1.796
2011 1 0.946 0.022 2.29
2012 1 0.906 0.040 4.20
2013 1 0.860 0.046 5.08
1995-2013 18 0.936 52.12
GLACIAR PASTORURI
LIMITE DE GLACIARLIMITE DE GLACIARLIMITE DE GLACIARLIMITE DE GLACIAR 1995
LAGUNA
N-8 901 800
N-8 902 400
N-8 902 800
262
000
-E
261
600
-E
261
200
-E
260
800
-E
260
400
-E
259
800
-E
N-8 902 000
N-8 903 200
N-8 903 600
N-8 904 000
260
400
-E2
60
400
-E
PUNTOS DE BASE
260 404,0708 903 707,870 4 977,595
8 904 129,000 5 007,870260 520,460
PUNTO
P-B
P-3
NORTE (m.) ESTE (m.) COTA (msnm)
LEYENDA
LIMITE DE GLACIAR 2001
LIMITE DE GLACIAR 2013
AREA GLACIAR
Evolution of Pastoruri lake
year Period Area (Has)
2005 21.102007 2 26.532008 1 31.672010 2 45.192011 1 49.692012 1 53.582013 1 66.912014 1 72.18
Retroceso de Glaciares
24.37 km²73%
9.07 km²27%
Glacier retreat
Superficie glaciar (2003) Pérdida de superficie glaciar (1970-2003)
Riesgos de los Impactos Conexos al Clima
(IPCC 2014)
Ilustración de los conceptos básicos de la contribución del Grupo de trabajo II al Quinto Informe de Evaluación. El riesgo de los impactos conexos al clima se deriva de la interacción de los
peligros conexos al clima (incluidos episodios y tendencias peligrosos) con la vulnerabilidad y la exposición de los sistemas humanos y naturales. Los cambios en el sistema climático
(izquierda) y los procesos socioeconómicos, incluidas la adaptación y mitigación (derecha), son impulsores de peligros, exposición y vulnerabilidad.
IPCC (2014): La Adaptación es un proceso de ajuste al clima real o
proyectado y sus efectos. En algunos sistemas naturales, la intervención
humana puede facilitar el ajuste al clima proyectado y a sus efectos.
Rapichan Phurisamban (2014): Un proceso iterativo, auto-organizado y
colaborativo de ajuste al clima actual o previsto o de otros factores no
climáticos que al final incrementan la resiliencia del sistema a los efectos
del cambio climático.
La Adaptación en Recursos Hídricos
Algunas acciones no pueden llevarse a cabo en respuesta directa al cambio
climático. sin embargo, son consideradas como estrategias de adaptación, si
por supuesto, se puede mejorar la adaptación del sistema (transferencias de
agua, sistema de alerta temprana, instrumentos de gestión, etc.).
Ingol B. (2015). Un proceso de adecuación de los sistemas de recursos
hídricos a los cambios del clima (variabilidad natural y antropogénica) y
otros factores no climáticos, donde la gestión integrada de los recursos
hídricos juega un role fundamental.
La Adaptación en Recursos Hídricos
Opciones de adaptación incluye cualquier cambio en la gestión y la
infraestructura para mejorar la capacidad adaptativa de los sistemas
hidrológicos y de recursos hídricos.
Pueden ser divididas en varios grupos, las que involucran:
• Cambios en las políticas de operación: Incremento de la
flexibilidad en planes de operación (ej. Reservorios para
múltiples propuestas, uso conjunto, etc).
• Gestión de la demanda de agua: reducción de la demanda,
nuevos esquemas de riego, mejora de la eficiencia (agricultura y
poblacional), educación.
Opciones de Adaptación en Recursos
Hídricos
• Desarrollo y modificación de infraestructura hidráulica:
Reservorios, transferencia de agua, canales, sistemas de agua y
saneamiento, etc.
• Sistemas de alerta temprana: Sequias e inundaciones
• Desarrollo de la capacidad adaptativa de los usuarios de
agua: educación, acceso a tecnología.
Todo ello en un marco de gestión integrada de los recursos hídricos
Opciones de Adaptación en Recursos
Hídricos
• Limitado conocimiento: Downscaling de datos
climáticos, modelación de la variabilidad y cambio
climático y predicción, escenarios, impactos sobre usos
de agua, recarga del acuífero, efecto en
evapotranspiración, etc
• Limitación en recursos humanos: falta de
especialistas, recursos computacionales.
• Financiamiento. Falta de inversión local, regional,
nacional
¿Qué Barreras Existen para una buena
Adaptación?
• Política: Local, regional, voluntad política para iniciar
una planificación adaptativa
• Limitada información histórica: estaciones de
control meteorológicas e hidrométricas
• Limitada investigación
¿Qué Barreras Existen para una buena
Adaptación?
Adaptación en Perú
• La Autoridad Nacional del Agua (ANA). Gestión integrada
del agua, PENRH, PNRH, órganos desconcentrados,
consejos recursos hídricos
• Cooperación internacional: algunos proyectos en regiones,
Proyecto PARA-Agua (USAID), PACC Perú (Cooperación
Bilateral Peruano-Suizo del Ministerio del Ambiente y la
Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación –
COSUDE, GORE e Apurímac y Cusco), PLANGRACC-A
(FAO), etc.
• MINAM conduce algunos proyectos de adaptación (en
general).
Gestión del Agua por Cuencas
The 159 basins
in the country
are set in 14 AAA
34 transboundary basins shared with our 5 bordering countries
Mejorar la gobernanza y gobernabilidad de
los recursos hídricos que coadyuve a una
buena adaptación
Fuente: COP20 ANA 2014
Fuente: ANA 2015
Política y EstrategiaNacional de Recursos Hídricos
D.S. Nº 06-2015-MINAGRI
Define los grandes objetivos nacionales de la gestión del agua, basada en 5 ejes de política
Gestión de la Cantidad
Gestión de la Calidad
Gestión de la Oportunidad
Gestión de la Cultura del AguaAdaptación al Cambio Climático y Eventos Extremos
Plan Nacional de Recursos HídricosD.S. Nº 013-2015-MINAGRI
2021 2035 TOTAL
59% 41% 100%
85 196,92 60 381,56 145 578,4829.7
52.8
13.5
0.6
3.3
Distribución Porcentual de Inversiones
Gestión de la cantidad
Gestión de la calidad
Gestión de la oportunidad
Gestión de la cultura del agua (*)
Adaptación al cambio climático y eventosextremos
Plan Nacional de Recursos HídricosDistribución de Inversiones por Programa
Consejos Recurso Hídricos y Planes de
Gestión a Nivel de Cuenca
Chancay-Lambayeque
Chancay-Huaral
Quilca-Chili
Tumbes
Chira-Piura
Caplina-Locumba
Fuente: ANA 2014
Plan Maestro Cuenca del Río Rímac
Desarrollado con la cooperación del Gobierno de Corea.
• S/. 519,420, 2014- 2015
Fuente: ANA 2015
• La evaluación de impactos del cambio climático sobre los
sistemas de recursos hidráulicos es un proceso complejo.
• A escala de cuenca, la incertidumbre se propaga a través de una
modelación en cadena, desde que este proceso requiere el
desarrollo y aplicación de modelos de clima, modelación
hidrológica y recursos hídricos.
• Las estrategias de adaptación son fundamentales para reducir la
vulnerabilidad e incrementar la resiliencia de los sistemas, en
un marco de gestión integrada del agua. ANA lidera proceso
• La inversión en ciencia y tecnología del agua será vital.
Resumen