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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: [email protected]
Modelación de la Cuenca Pucara-Cochabamba y
Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencasen Bolivia
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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
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3
Fundamentos
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CONCEPTOS BÁSICOS RELACIONADOS A LA MODELACIÓN
Puede ser muy sencillo ó muy Complejo
Un modelo es:Una representación simplificada de la realidad
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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
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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
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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
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¿Cómo seleccionar el modelo hidrológico más
apropiado?
Tener encuenta:→ ¿Cuáles son los problemas que queremos resolver?
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9
Antecedentes
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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.”
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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.
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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
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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
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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
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Parte I
Cuenca Pucara-Cochabamba
15
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Cuenca Pucara-Cochabamba
Nacional
Departamental
Ubicación del Área de Estudio
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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…
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Estaciones y Uso de Suelo
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Modelo Digital de Terreno y Tipo de Suelo
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Resultados
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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
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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
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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
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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
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PARTE II
Modelación realizada como estudio base para 11 macrocuencas en Bolivia
25
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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)
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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
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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
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Datos de entrada …
Uso de Suelos – 336 usos
Super Intendencia Agraria 2000
FAO Soil – 70 classes
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Datos de entrada …
DEM (Mapa de Elevación digital)
NASA (90 m Resolución)
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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
![Page 32: TALLER SOBRE BALANCE HÍDRICO Y MODELAJE PARA GESTIÓN …](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022012521/61955d5980faeb07d134210a/html5/thumbnails/32.jpg)
Metodología - Desarrollo del modelo hidrológico y calibración del modelo
Balance Hídrico1997 - 2008
Registros de aforo1998 - 2008
FFCB, Manning coeficiente, GWQmn.ESCO, REVAPMN, … etc
![Page 33: TALLER SOBRE BALANCE HÍDRICO Y MODELAJE PARA GESTIÓN …](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022012521/61955d5980faeb07d134210a/html5/thumbnails/33.jpg)
Resultados
![Page 34: TALLER SOBRE BALANCE HÍDRICO Y MODELAJE PARA GESTIÓN …](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022012521/61955d5980faeb07d134210a/html5/thumbnails/34.jpg)
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
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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
![Page 36: TALLER SOBRE BALANCE HÍDRICO Y MODELAJE PARA GESTIÓN …](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022012521/61955d5980faeb07d134210a/html5/thumbnails/36.jpg)
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
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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
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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
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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
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Índice de Humedad Climática
para las 11 cuencas
40Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
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EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMATICOS
CUENCA DEL PILCOMAYO
41
PRECIPITACION TEMPERATURA
EVAPOTRANSPIRACION RENDIMIENTO HIDROLOGICO
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
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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
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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
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EJEMPLO: ESCENARIOS CLIMÁTICOS
CUENCA DEL PILCOMAYO
Fuente: Presentación de Resultados Preliminares – Taller Banco Mundial Mayo 2010
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Limitaciones y conclusiones
de la evaluación
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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)
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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
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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
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PARTE III
Propuestas para el Plan Nacional de Cuencas en el campo de modelaje
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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
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• 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
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• 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
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• 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
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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 [email protected]